[發(fā)明專利]適用于長航時(shí)無人機(jī)的激光充電方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011123409.4
• 申請(qǐng)日: 2020-10-20
• 公開（公告）號(hào): CN112290697B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 喻步賢;蔣永華;王程民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇電子信息職業(yè)學(xué)院
• 主分類號(hào): H02J50/30
• 分類號(hào): H02J50/30;G05D1/10;G05D1/08;B64F1/00;B64C39/02;B60L53/30;B60L53/10
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 朱沉雁

1.一個(gè)適用于長航時(shí)無人機(jī)的激光充電方法，其特征在于，無人機(jī)云臺(tái)上設(shè)有太陽能電池陣(7)，方法步驟如下：

步驟1、搭建長航時(shí)無人機(jī)的激光充電基站：

所述激光充電基站采用固定激光充電基站和移動(dòng)激光充電基站，激光充電基站包括激光器(1)、第一聚焦透鏡(2)、擴(kuò)束透鏡(3)、可調(diào)光闌(4)、振鏡(5)、激光器云臺(tái)(6)；第一聚焦透鏡(2)、第二聚焦透鏡(3)、光闌(4)共光軸設(shè)置，并將它們固定在激光器云臺(tái)(6)上的燕尾槽中，振鏡(5)設(shè)置在光闌(4)的出光光路上，且激光器(1)和振鏡(5)均固定在激光器云臺(tái)(6)上，通過調(diào)節(jié)振鏡(5)傾角以調(diào)節(jié)激光光路方向；

步驟2、在振鏡(5)、激光器云臺(tái)(6)、無人機(jī)云臺(tái)控制下，將激光器(1)發(fā)射出的光束通過聚焦、擴(kuò)束對(duì)準(zhǔn)太陽能電池陣(7)；

步驟3、當(dāng)無人機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)，無人機(jī)上的太陽能電池陣(7)隨之一起運(yùn)動(dòng)，充電時(shí)振鏡(5)、激光器云臺(tái)(6)、無人機(jī)云臺(tái)共同作用對(duì)無人機(jī)上的太陽能電池陣(7)進(jìn)行跟瞄；

步驟4、通過GPS記錄激光充電基站的坐標(biāo)位置(x,y)，將無人機(jī)工作區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格化劃分，獲得網(wǎng)格化地圖；

步驟5、無人機(jī)起飛工作，當(dāng)電壓低于設(shè)定閾值時(shí)，通過網(wǎng)格化地圖，計(jì)算此刻無人機(jī)坐標(biāo)(x,y)到最近的某個(gè)固定激光充電基站坐標(biāo)(x_i,y_i)的直線距離，若剩余電量能夠滿足飛行距離要求則徑直去往該固定激光充電基站處；若無人機(jī)剩余電量不能滿足飛行到最近固定激光充電基站要求時(shí)，則啟動(dòng)移動(dòng)激光充電基站，設(shè)無人機(jī)實(shí)時(shí)坐標(biāo)為(x_a,y_a)，移動(dòng)激光充電基站坐標(biāo)為(x_b,y_b)，最佳充電位置為(x_i,y_i)，轉(zhuǎn)入步驟6；

步驟6、確定最佳充電位置(x_i,y_i)：

t_a為無人機(jī)到達(dá)充電位置(x_i,y_i)的時(shí)間，t_b為移動(dòng)激光充電基站到達(dá)充電位置(x_i,y_i)的時(shí)間，v_a為無人機(jī)的平均速度，v_b為移動(dòng)激光充電基站的平均速度，設(shè)定有效充電范圍為R_c；

最佳充電位置有以下三種情況：

1)t_a＝t_b，即無人機(jī)與移動(dòng)激光充電基站同時(shí)到達(dá)充電位置，這是最佳的充電位置；

2)t_a＞t_b，即移動(dòng)激光充電基站先于無人機(jī)到達(dá)充電位置，移動(dòng)激光充電基站需要在該位置停留等待無人機(jī)到達(dá)，這也是兩者最佳的充電位置；

3)t_a＜t_b，即無人機(jī)先于移動(dòng)激光充電基站到達(dá)，此時(shí)由于無人機(jī)不能停頓，那么兩者將不能進(jìn)行充電，需要重新設(shè)定最臨近的某一節(jié)點(diǎn)作為新的充電位置坐標(biāo)(x_i±1,y_i±1)，遍歷網(wǎng)格化地圖上所有可能的坐標(biāo)點(diǎn)，確定新的最佳充電位置坐標(biāo)，無人機(jī)和移動(dòng)激光充電基站前往該新的最佳充電位置坐標(biāo)處，轉(zhuǎn)入步驟7；

步驟7、移動(dòng)激光充電基站上的RFID天線讀取到無人機(jī)上的RFID卡，進(jìn)而建立通訊，開始充電；等無人機(jī)充電完畢，無人機(jī)飛離開移動(dòng)激光充電基站，恢復(fù)之前的巡航任務(wù)，移動(dòng)激光充電基站上的RFID天線讀取不到無人機(jī)上的RFID卡，進(jìn)而關(guān)閉移動(dòng)激光充電基站。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于長航時(shí)無人機(jī)的激光充電方法，其特征在于：上述步驟5中無人機(jī)最低電量必須保證空中懸停5分鐘以上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于長航時(shí)無人機(jī)的激光充電方法，其特征在于：所述移動(dòng)激光充電基站為設(shè)置在可移動(dòng)的載體上的激光充電基站。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于長航時(shí)無人機(jī)的激光充電方法，其特征在于：步驟5和步驟6中，無人機(jī)飛到激光充電基站坐標(biāo)處充電，為距激光束出光位置3～5米處。