一种无人机快速自主续航系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了无人机快速自主续航系统及其方法。该系统包括无人机控制器，其用于实时接收无人机电池仓内电池的电量值，并当无人机电池仓内电池的电量值低于或等于预设电量阈值时，向智能起降站发送无人机机型信息及降落信号；智能起降站内设置有站内控制器及图像采集装置；智能起降站内还设置有引导降落及固定装置，其用于在距离智能起降站预设高度范围内引导无人机精准降落且固定无人机保持稳定；站内控制器内还存储有与无人机机型信息相匹配的站内电池仓电池存储位置信息，站内控制器根据无人机机型信息来控制电池更换机构抓取站内电池仓内相应电池存储位置处的电池来更换无人机电池仓内的电池，实现无人机快速自主续航。

Rapid autonomous cruising system for unmanned aerial vehicle and method thereof

The invention discloses a fast autonomous life endurance system for UAVs and a method thereof. The system includes a controller for UAV, the UAV real-time receiving the battery compartment battery, and the battery compartment when the UAV battery value is less than or equal to the preset electric quantity threshold, to the intelligent landing station transmits the UAV model information and landing signal; intelligent station is provided with a station controller reduction and image acquisition intelligent device; landing station is also provided with a guide for landing and fixing device, which is used in intelligent landing distance station preset height range of UAV landing guidance precision and fixed UAV stability; station battery battery storage location information station controller also stores the information matches with the UAV models, the station controller based on human type information to control the battery replacement station grab mechanism inside the battery compartment corresponding battery storage location of the battery to replace the UAV battery The battery inside the storehouse, realize unmanned aerial vehicle rapid independent life.

【技术实现步骤摘要】
一种无人机快速自主续航系统及其方法
本专利技术属于无人机领域，尤其涉及一种无人机快速自主续航系统及其方法。
技术介绍
目前，随着无人机不断发展推广，应用的领域也逐渐广泛化，比如农业喷洒、电力巡检、防灾应急、航拍测绘和中继通讯领域等。而且，地面设备已经成为整套无人机安全、稳定高效运行的关键。当前民用无人机的一些要求比如悬停、垂直起降只有多旋翼飞行器可以做到，无人机应用也大多为四轴飞行器，电动四轴飞行器的原理决定了它必须用电机，而电池能量密度有限，导致当前续航缺陷难以克服。
技术实现思路
为了解决现有技术中无人机自主续航的不足，本专利技术提供了一种无人机快速自主续航系统，其具有更换电池快速续航和智能电池收纳、续充的功能，能够提高智能起落站的整体实用能力、克服续航障碍，增强无人机系统的广泛应用能力。本专利技术的一种无人机快速自主续航系统，包括：无人机控制器，其用于实时接收无人机电池仓内电池的电量值，并当无人机电池仓内电池的电量值低于或等于预设电量阈值时，向智能起降站发送无人机机型信息及降落信号；所述智能起降站内设置有站内控制器及图像采集装置，图像采集装置用于实时采集无人机图像信息并传送至站内控制器，进而生成无人机降落控制指令并传送至无人机控制器来控制无人机粗降至距离智能起降站预设高度范围内；智能起降站内还设置有引导降落及固定装置，其用于在距离智能起降站预设高度范围内引导无人机精准降落且固定无人机保持稳定；所述站内控制器内还存储有与无人机机型信息相匹配的站内电池仓电池存储位置信息，站内控制器还与电池更换机构相连，站内控制器根据无人机机型信息来控制电池更换机构抓取站内电池仓内相应电池存储位置处的电池来更换无人机电池仓内的电池，实现无人机快速自主续航。本专利技术采用图像采集装置实时采集无人机图像信息并传送至站内控制器，在站内控制器对无人机图像信息进行处理后生成无人机降落控制指令，再传送至无人机控制器，这样减少了无人机控制器运算过程的消耗，从而提高了无人机续航的能力；此外，本专利技术通过先利用图像采集装置实现无人机粗降，再利用引导降落及固定装置实现无人机精准降落且保持稳定，最终保证了无人机电池更换的准确性，实现了无人机快速自主续航。进一步的，所述引导降落及固定装置包括支撑架，其用于承载无人机；所述支撑架上安装有与无人机旋翼数量相同且与无人机旋翼相匹配的凹槽，而且每个凹槽的其中一个侧面上均开设有豁口，所述豁口用于支撑并固定无人机，该侧面与无人机支架相接触。本专利技术利用凹槽来引导无人机降落至预设位置，且利用凹槽的侧面上的豁口来固定无人机，用于维持无人机稳定，避免无人机在更换电池的过程中由于位置变动而影响电池更换的效率。进一步的，所述凹槽的形状为U型，或V型，或漏斗型。这些凹槽的形状设计有利于无人机快速且准确降落。进一步的，所述支撑架与驱动机构相连，所述驱动机构与站内控制器相连。本专利技术还通过站内控制器来控制驱动机构进行驱动支撑架运动来准确承接无人机降落。进一步的，所述电池更换机构包括三维直角坐标运动系统，所述三维直角坐标运动系统包括在第一轴方向运动的第一平移机构、在第二轴方向运动的第二平移机构以及在第三轴方向运动的第三平移机构，其中，第一轴方向、第二轴方向和第三轴方向构成三维直角坐标系；所述第一平移机构、第二平移机构和第三平移机构的一端分别与站内控制器相连，另一端分别与用于抓取电池的夹爪相连。本专利技术利用站内控制器驱动第一平移机构、第二平移机构和第三平移机构，进而带动夹爪遍访立体空间内各点位，实现机械抓手抓取不同机型机位电池，提高了电池更换的效率和准确性。进一步的，站内电池仓电池存储位置相应的各个电池仓口的形状为坡状，用于提高插拔可靠性。进一步的，该系统还包括无线充电装置，其设置于智能起降站内；且当无人机保持稳定后，无线充电装置用于对无人机电池仓内电池进行自主无线充电。进一步的，该系统还包括有线充电插口，其设置于智能起降站内；且当无人机保持稳定后，无人机电池仓内电池恰好固定于有线充电插口处，用于实现对无人机电池仓内电池进行自主有线充电。进一步的，所述无人机控制器通过无线通信方式与智能起降站的站内控制器相互通信，站内控制器接收到无人机控制器发送的无人机机型信息及降落信号后，将智能起降站自身的地理位置信息反馈至无人机控制器，无人机控制器根据接收到的智能起降站地理位置信息，筛选出最近距离的智能起降站进行降落。本专利技术通过对智能起降站距离的远近来筛选出距离无人机最近的智能起降站，实现了无人机快速达到智能起降站，提高了无人机自主续航的效率。本专利技术还提供了一种无人机快速自主续航系统的工作方法。本专利技术的一种无人机快速自主续航系统的工作方法，包括：无人机控制器实时接收无人机电池仓内电池的电量值，并当无人机电池仓内电池的电量值低于或等于预设电量阈值时，向智能起降站发送无人机机型信息及降落信号；智能起降站内设置的图像采集装置实时采集无人机图像信息并传送至站内控制器，进而生成无人机降落控制指令并传送至无人机控制器来控制无人机粗降至距离智能起降站预设高度范围内；智能起降站内设置的引导降落及固定装置在距离智能起降站预设高度范围内引导无人机精准降落且固定无人机保持稳定；站内控制器根据无人机机型信息来控制电池更换机构抓取站内电池仓内相应电池存储位置处的电池来更换无人机电池仓内的电池，实现无人机快速自主续航。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术采用图像采集装置实时采集无人机图像信息并传送至站内控制器，在站内控制器对无人机图像信息进行处理后生成无人机降落控制指令，再传送至无人机控制器，这样减少了无人机控制器运算过程的消耗，从而提高了无人机续航的能力；(2)本专利技术通过先利用图像采集装置实现无人机粗降，再利用引导降落及固定装置实现无人机精准降落且保持稳定，最终保证了无人机电池更换的准确性，实现了无人机快速自主续航；解决了限制无人机系统广泛应用的续航问题，通过稳定可靠的直角坐标运动系统完成整套更换电池并充电续航过程，破除了无人机“无人化”应用的一大壁垒，自主作业完成电池更换。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1是本专利技术的无人机快速自主续航系统的电路结构示意图；图2是本专利技术的无人机快速自主续航系统的电路原理图；图3为电压与电量经验关系图；图4是本专利技术的一种无人机快速自主续航系统的工作方法流程图；图5是本专利技术的引导降落及固定装置结构示意图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。图1是本专利技术的无人机快速自主续航系统的电路结构示意图。如图1所示，本专利技术的一种无人机快速自主续航系统，包括：无人机控制器和智能起降站。其中：(1)无人机控制器，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人机快速自主续航系统，其特征在于，包括：无人机控制器，其用于实时接收无人机电池仓内电池的电量值，并当无人机电池仓内电池的电量值低于或等于预设电量阈值时，向智能起降站发送无人机机型信息及降落信号；所述智能起降站内设置有站内控制器及图像采集装置，图像采集装置用于实时采集无人机图像信息并传送至站内控制器，进而生成无人机降落控制指令并传送至无人机控制器来控制无人机粗降至距离智能起降站预设高度范围内；智能起降站内还设置有引导降落及固定装置，其用于在距离智能起降站预设高度范围内引导无人机精准降落且固定无人机保持稳定；所述站内控制器内还存储有与无人机机型信息相匹配的站内电池仓电池存储位置信息，站内控制器还与电池更换机构相连，站内控制器根据无人机机型信息来控制电池更换机构抓取站内电池仓内相应电池存储位置处的电池来更换无人机电池仓内的电池，实现无人机快速自主续航。

【技术特征摘要】
1.一种无人机快速自主续航系统，其特征在于，包括：无人机控制器，其用于实时接收无人机电池仓内电池的电量值，并当无人机电池仓内电池的电量值低于或等于预设电量阈值时，向智能起降站发送无人机机型信息及降落信号；所述智能起降站内设置有站内控制器及图像采集装置，图像采集装置用于实时采集无人机图像信息并传送至站内控制器，进而生成无人机降落控制指令并传送至无人机控制器来控制无人机粗降至距离智能起降站预设高度范围内；智能起降站内还设置有引导降落及固定装置，其用于在距离智能起降站预设高度范围内引导无人机精准降落且固定无人机保持稳定；所述站内控制器内还存储有与无人机机型信息相匹配的站内电池仓电池存储位置信息，站内控制器还与电池更换机构相连，站内控制器根据无人机机型信息来控制电池更换机构抓取站内电池仓内相应电池存储位置处的电池来更换无人机电池仓内的电池，实现无人机快速自主续航。2.如权利要求1所述的一种无人机快速自主续航系统，其特征在于，所述引导降落及固定装置包括支撑架，其用于承载无人机；所述支撑架上安装有与无人机旋翼数量相同且与无人机旋翼相匹配的凹槽，而且每个凹槽的其中一个侧面上均开设有豁口，所述豁口用于支撑并固定无人机，该侧面与无人机支架相接触。3.如权利要求2所述的一种无人机快速自主续航系统，其特征在于，所述凹槽的形状为U型，或V型，或漏斗型。4.如权利要求2所述的一种无人机快速自主续航系统，其特征在于，所述支撑架与驱动机构相连，所述驱动机构与站内控制器相连。5.如权利要求1所述的一种无人机快速自主续航系统，其特征在于，所述电池更换机构包括三维直角坐标运动系统，所述三维直角坐标运动系统包括在第一轴方向运动的第一平移机构、在第二轴方向运动的第二平移机构以及在第三轴方向运动的第三平移机构，其中，第一轴方向、第二轴方向和第三轴方向构成三维直角坐标系；所述第一平移机构、第二平移机构和第...

【专利技术属性】
技术研发人员：马思乐，丁为飞，陈祥海，孙文旭，李金刚，王勇，丁为杰，陈远方，王军峰，赵月，马晓静，张佰顺，
申请(专利权)人：山东大学，济南华奥控制系统有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37