一种旋翼无人机自主充电装置及其最优参数确定方法制造方法及图纸

一种旋翼无人机自主充电装置及其最优参数确定方法，属于旋翼无人机充电技术领域，解决了现有旋翼无人机的续航时间提升方式实现难度大、拆卸充电方式存在的电池拆装不便和耗时长以及非拆卸充电方式存在的不利于其大规模装备的问题。所述装置：将多个正六边形板状电极呈蜂窝网格状、等间距设置在降落平台上，相邻两个板状电极的极性不同。旋翼无人机的电池通过设置在起落架上的两格或三个导电探针与板状电极接触。所述方法：根据选取的导电探针的尺寸确定相邻的两个板状电极之间的最小距离，并在确定板状电极的边长范围和两个导电探针的电极接触端的间距范围的情况下，采用蒙特卡洛算法得到充电成功率最高的板状电极边长与电极接触端的间距的组合。

An autonomous rechargeable device for rotor unmanned aerial vehicle and its optimal parameter determination method

A rotor UAV autonomous charging device and method for determining the optimal parameters, belonging to the technical field of rotor without charging machine, solved the existing rotor UAV's battery life to achieve battery disassembly difficulty and inconvenient disassembly and charging methods are time-consuming and non demolition charge method is not conducive to its large-scale equipment problems. The device: a number of regular hexagonal plate electrodes are arranged on a landing platform with a honeycomb mesh and equal spacing, and the polarity of the two adjacent plate electrodes is different. The battery of the rotor unmanned aerial vehicle is connected to the plate electrode by two or three conductive probes on the landing gear. The method based on the minimum distance between two adjacent conductive plate electrode to determine the size of the probe selection, and in determining the range of side plate electrode and two conductive probe electrode contact end of the pitch range under the condition of using the Monte Carlo algorithm by charging into the combination space plate electrode and the electrode contact length the highest power end.

【技术实现步骤摘要】
一种旋翼无人机自主充电装置及其最优参数确定方法
本专利技术涉及一种旋翼无人机充电装置及其参数确定方法，属于旋翼无人机充电

技术介绍
近年来，随着无人机技术的不断发展与进步，微型旋翼无人机的应用领域也越来越广泛，例如警用巡逻无人机、灾后救援无人机、地理测绘无人机、电力巡检无人机、森林火险无人机、农药喷洒无人机和航拍无人机等。伴随着微型旋翼无人机的普及，使用者对微型旋翼无人机的续航时间也提出了更高的要求。现有旋翼无人机的续航时间通常在20分钟至40分钟之间，续航能力十分有限，无法执行长航时的飞行任务。现有提升旋翼无人机续航时间的方式主要分为以下两种：1、对旋翼无人机电池本身做改进，如增大电池容量和提高电池放电效率等；2、在旋翼无人机上增设太阳能电池板，在其执行飞行任务的途中对电池进行充电；然而，这两种方式尚处于研发阶段，且成本较高，短时间内无法普及。现有旋翼无人机的充电方式可以分为拆卸充电和非拆卸充电两种。拆卸充电方式是指手动将旋翼无人机的电池拆卸下来再对其充电，然而，旋翼无人机电池的拆装不便，耗时较长。非拆卸充电方式主要是通过无线充电或激光充电等非接触方式对旋翼无人机电池进行充电。然而，这种非拆卸充电方式所依赖的充电装置电路复杂，体积较大，不仅实现难度较高而且不利于旋翼无人机的大规模装备。
技术实现思路
本专利技术为解决以上现有旋翼无人机的续航时间提升方式和充电方式存在的问题，提出了一种旋翼无人机自主充电装置及其最优参数确定方法。本专利技术所述的旋翼无人机自主充电装置包括地面设备和机载设备；地面设备包括降落平台和充电平板单元；充电平板单元包括多个板状电极，板状电极为正六边形，多个板状电极呈蜂窝网格状平铺在降落平台的台面上，相邻的两个板状电极之间的最小距离相等；板状电极的数量大于或等于3；每个板状电极接正电、负电或电源地，相邻的两个板状电极的极性不同；机载设备包括第一导电探针、第二导电探针、电压极性转换单元和稳压单元；第一导电探针和第二导电探针均设置在旋翼无人机的起落架上，并用于与板状电极接触；第一导电探针和第二导电探针均接入电压极性转换单元，电压极性转换单元通过稳压单元与旋翼无人机电池相连；或者，机载设备包括第一导电探针、第二导电探针、第三导电探针、通道选择单元、电压极性转换单元和稳压单元；第一导电探针、第二导电探针和第三导电探针均设置在旋翼无人机的起落架上，并用于与板状电极接触；第一导电探针、第二导电探针和第三导电探针均与通道选择单元相连，通道选择单元依次通过电压极性转换单元和稳压单元与旋翼无人机电池相连；通道选择单元用于使极性不同的两个导电探针构成电气回路。作为优选的是，地面设备还包括供电单元，供电单元包括整流子单元、蓄电子单元、电源选择子单元和电极分配子单元；整流子单元接入市电，整流子单元的第一输出端与蓄电子单元的输入端相连，整流子单元的第二输出端和蓄电子单元的输出端分别与电源选择子单元的第一输入端和第二输入端相连，电源选择子单元的输出端与电极分配子单元的输入端相连；电源选择子单元用于选择市电或蓄电子单元作为供电电源；电极分配子单元用于为多个板状电极分配极性。作为优选的是，第一导电探针、第二导电探针和第三导电探针均为弹簧探针。作为优选的是，通道选择单元为逻辑电平开关电路。作为优选的是，逻辑电平开关电路包括电压比较器U1、电压比较器U2、电压比较器U3、第一或门、第二或门、第一与门、第二与门、第一非门、第二非门、第一开关～第四开关、第一开关控制器和第二开关控制器；电压比较器U1的同相输入端和反相输入端分别与第一导电探针和第二导电探针相连；电压比较器U2的同相输入端和反相输入端分别与第一导电探针和第三导电探针相连；电压比较器U3的同相输入端和反相输入端分别与第二导电探针和第三导电探针相连；电压比较器U1的输出端同时与第二开关控制器的第三开关控制信号输入端、第一非门的输入端和第一或门的第一输入端相连；电压比较器U2的输出端同时与第一或门的第二输入端和第二或门的第一输入端相连；电压比较器U3的输出端同时与第二或门的第二输入端和第二与门的第二输入端相连；第一非门的输出端和第二或门的输出端分别与第一与门的第一输入端和第二输入端相连，第一与门的输出端与第二开关控制器的第四开关控制信号输入端相连；第一或门的输出端同时与第二非门的输入端和第一开关控制器的第一开关控制信号输入端相连；第二非门的输出端与第二与门的第一输入端相连，第二与门的输出端与第一开关控制器的第二开关控制信号输入端相连；第一开关的第一端与第一导电探针相连，第二开关的第一端同时与第二导电探针和第三开关的第一端相连，第一开关的第二端与第二开关的第二端相连，二者的公共端为逻辑电平开关电路的第一输出端；第四开关的第一端与第三导电探针相连，第四开关的第二端与第三开关的第二端相连，二者的公共端为逻辑电平开关电路的第二输出端；当第一开关控制器接收到的第一开关控制信号为高电平时，其控制第一开关闭合；当第一开关控制器接收到的第一开关控制信号为低电平时，其控制第一开关断开；当第一开关控制器接收到的第二开关控制信号为高电平时，其控制第二开关闭合；当第一开关控制器接收到的第二开关控制信号为低电平时，其控制第二开关断开；第二开关控制器与第一开关控制器的工作原理相同，这里不再赘述。本专利技术所述的旋翼无人机自主充电装置的最优参数确定方法包括：步骤1、选取导电探针，测得其直径M毫米，并将相邻的两个板状电极之间的最小距离设置为M+1毫米；步骤2、根据选取的降落平台的台面尺寸确定板状电极的最大边长和两个导电探针的电极接触端的最大间距，并选取板状电极的最小边长和两个导电探针的电极接触端的最小间距；步骤3、采用蒙特卡洛算法在板状电极的边长范围和两个导电探针的电极接触端的间距范围内选择充电成功率最高的一组参数，作为最优边长和最优间距。本专利技术所述的旋翼无人机自主充电装置的有益效果为：在旋翼无人机执行长航时飞行任务之前，将地面设备设置在其途中预算好的位置上。当旋翼无人机在执行长航时飞行任务的过程中电池电量不足时，控制旋翼无人机降落在降落平台上，使导电探针与板状电极接触，进而实现为旋翼无人机电池充电。在采用所述旋翼无人机自主充电装置为旋翼无人机电池充电后，旋翼无人机能够继续执行飞行任务，无需控制其返回起始点再为其充电，在并未对旋翼无人机电池做改进或在旋翼无人机上增设太阳能电池板的情况下，退而求其次地实现了对旋翼无人机续航时间的提升。所述旋翼无人机自主充电装置采用电极接触的方式为旋翼无人机充电，解决了现有的拆卸充电方式存在的电池拆装不便和耗时长的问题。与现有非拆卸充电方式所采用的充电设备相比，所述旋翼无人机自主充电装置的机载设备的结构简单且体积小，能够有效地解决该充电方式难于实现和不利于旋翼无人机大规模装备的问题。本专利技术所述的旋翼无人机自主充电装置的最优参数确定方法根据选取的导电探针的尺寸确定相邻的两个板状电极之间的最小距离，并在确定板状电极的边长范围和两个导电探针的电极接触端的间距范围的情况下，采用蒙特卡洛算法得到充电成功率最高的板状电极边长与电极接触端的间距的组合，确保了所述旋翼无人机自主充电装置的高充电成功率。附图说明在下文中将基于实施例并参考附图来对本专利技术所述的旋翼无人机自主充电装置及本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旋翼无人机自主充电装置，其特征在于，所述充电装置包括地面设备和机载设备；地面设备包括降落平台和充电平板单元；充电平板单元包括多个板状电极，板状电极为正六边形，多个板状电极呈蜂窝网格状平铺在降落平台的台面上，相邻的两个板状电极之间的最小距离相等；板状电极的数量大于或等于3；每个板状电极接正电、负电或电源地，相邻的两个板状电极的极性不同；机载设备包括第一导电探针、第二导电探针、电压极性转换单元和稳压单元；第一导电探针和第二导电探针均设置在旋翼无人机的起落架上，并用于与板状电极接触；第一导电探针和第二导电探针均接入电压极性转换单元，电压极性转换单元通过稳压单元与旋翼无人机电池相连；或者，机载设备包括第一导电探针、第二导电探针、第三导电探针、通道选择单元、电压极性转换单元和稳压单元；第一导电探针、第二导电探针和第三导电探针均设置在旋翼无人机的起落架上，并用于与板状电极接触；第一导电探针、第二导电探针和第三导电探针均与通道选择单元相连，通道选择单元依次通过电压极性转换单元和稳压单元与旋翼无人机电池相连；通道选择单元用于使极性不同的两个导电探针构成电气回路。

【技术特征摘要】
1.一种旋翼无人机自主充电装置，其特征在于，所述充电装置包括地面设备和机载设备；地面设备包括降落平台和充电平板单元；充电平板单元包括多个板状电极，板状电极为正六边形，多个板状电极呈蜂窝网格状平铺在降落平台的台面上，相邻的两个板状电极之间的最小距离相等；板状电极的数量大于或等于3；每个板状电极接正电、负电或电源地，相邻的两个板状电极的极性不同；机载设备包括第一导电探针、第二导电探针、电压极性转换单元和稳压单元；第一导电探针和第二导电探针均设置在旋翼无人机的起落架上，并用于与板状电极接触；第一导电探针和第二导电探针均接入电压极性转换单元，电压极性转换单元通过稳压单元与旋翼无人机电池相连；或者，机载设备包括第一导电探针、第二导电探针、第三导电探针、通道选择单元、电压极性转换单元和稳压单元；第一导电探针、第二导电探针和第三导电探针均设置在旋翼无人机的起落架上，并用于与板状电极接触；第一导电探针、第二导电探针和第三导电探针均与通道选择单元相连，通道选择单元依次通过电压极性转换单元和稳压单元与旋翼无人机电池相连；通道选择单元用于使极性不同的两个导电探针构成电气回路。2.如权利要求1所述的旋翼无人机自主充电装置，其特征在于，地面设备还包括供电单元，供电单元包括整流子单元、蓄电子单元、电源选择子单元和电极分配子单元；整流子单元接入市电，整流子单元的第一输出端与蓄电子单元的输入端相连，整流子单元的第二输出端和蓄电子单元的输出端分别与电源选择子单元的第一输入端和第二输入端相连，电源选择子单元的输出端与电极分配子单元的输入端相连；电源选择子单元用于选择市电或蓄电子单元作为供电电源；电极分配子单元用于为多个板状电极分配极性。3.如权利要求2所述的旋翼无人机自主充电装置，其特征在于，第一导电探针、第二导电探针和第三导电探针均为弹簧探针。4.如权利要求3所述的旋翼无人机自主充电装置，其特征在于，通道选择单元为逻辑电平开关电路。5.如权利要求4所述的旋翼无人机自主充电装置，其特征在于，逻辑电平开关电路包括电压比较器U1、电压比较器U2、...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊国兴，张舸，魏振楠，朱锐，胡磊，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23