一种基于高空精确停靠的多旋翼无人机高效补能方法技术

本发明专利技术属于飞行器停靠技术领域，具体涉及无人机高空精准停靠及高效补能方法。一种基于高空精确停靠的多旋翼无人机高效补能方法，包括如下步骤：S1：根据巡航任务搭建停机舱；S2：无人机起飞时计算出无人机飞行的最远距离，并根据巡航任务选取接近飞行最远距离的停机舱停靠；S3：在无人机巡航时实时判断自身的剩余电量，和确认停靠的停机舱；S4：无人机确认停机舱后，无人机根据定位停靠在停机舱内进行充电。本发明专利技术给出了无人机在高空精确停靠下的补能方案，包括实验方案、还有在不同的负载、速度和高度下的测试和处理方案。可以扩大无人机巡航的范围，使无人机应用的领域更为广泛，同时也使无限续航成为可能。

An efficient energy compensation method for multi rotor UAV Based on high altitude precise docking

【技术实现步骤摘要】
一种基于高空精确停靠的多旋翼无人机高效补能方法
本专利技术属于飞行器停靠
，具体涉及无人机高空精准停靠及高效补能方法。技术背景近年来，多旋翼飞行器广泛应用于电力巡检、侦查搜救、环境监测等领域，不仅可以提高工作的执行效率，还可以降低作业的难度和危险性。然而无人机在这些场合的使用缺陷也异常明显，就是无人机的续航问题。现有多旋翼无人机的补能方式主要有采用高密度锂电池、太阳能充电和激光补能。但是这些方式都存在很大的缺陷。使用锂电池的无人机一般仅能续航20-40分钟，常常无法连续作业，中途需要工作人员给无人机更换电池。并且采用大密度的锂电池的时候会增大电池的重量和体积会增加无人机的载重，导致飞行不稳定。太阳能补能时会受天气的影响在阴雨天时无法有效的补能，当夜晚作业时就需要靠无人机上搭载的光伏板储能供电，这样就会安装较多的光伏板也会造成无人机飞行不稳定就存在利用效率低下的问题。激光补能的不足之处在于现在国内外并没有成熟的技术使激光准确无偏差的打在无人机上的电池板上。由于没有有效的无人机补能方式极大的限制了无人机的应用场景和自动化作业程度。这是目前无人机在各行业领域无法广，泛推行的主要原因之一。因此，开展无人机户外自主巡航作业自主充电系统的研究是极其必要的。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术的不足，利用无人机精确引导至停机舱内充电技术来解决上述技术问题的技术方案，具体技术方案如下：一种基于高空精确停靠的多旋翼无人机高效补能方法，包括如下步骤：S1：根据巡航任务搭建停机舱；>S2：无人机起飞时计算出无人机飞行的最远距离，并根据巡航任务选取接近飞行最远距离的停机舱停靠；S3：在无人机巡航时实时判断自身的剩余电量，和确认停靠的停机舱；S4：无人机确认停机舱后，无人机根据定位停靠在停机舱内进行充电；进一步的，停机舱搭建在巡航任务沿线上的户外、高楼或杆塔上。进一步的，停机舱的供电方式包括光伏、市电或线路高压感应取电。进一步的，飞行最远距离的计算方法具体为：其中，d为飞行距离，R为地球的半径，为出发点的纬度，为飞行最远距离点的纬度，Δλ表示两点经度的差值。进一步的，无人机判断自身电量的方法具体为：其中，Soc0为初始电量，Pv1为无人机上升飞行能量消耗，Ph为无人机水平飞行能量消耗，Pv2为无人机下降飞行能量消耗，h1为无人机上升的飞行高度，h2为无人机下降的飞行高度，d为无人机水平飞行距离，vv1为无人机上升飞行的垂直飞行速度，vv2为无人机下降飞行的垂直飞行速度，vh为无人机水平飞行速度，wp无人机旋转的角速度，η为能量损耗参数。进一步的，步骤S3中，无人机实时判断自身剩余电量，电量低于临界值后确认停靠的停机舱。进一步的，无人机自身电量低于临界值时若为达到飞起时计算的最远距离，无人机根据定位停靠在最接近的停机舱；若无人机达到起飞时预计的最远距离时自身电量未低于临界值，无人机定位巡航任务的下一个停机舱，判断当下电量是否能够达到下一个停机舱的距离。进一步的，无人机确认停机舱后，根据与无人机的定位距离切换不同的定位模式实现停靠。进一步的，无人机与停机舱定位距离在5-10m的范围内采用GPS定位；无人机与停机舱定位距离在2-8m的时候采用UWB定位、无人机与停机舱定位距离在3m的范围内时采用动态电磁定位、无人机与停机舱定位距离在2m以内的范围内时采用超声波定位。进一步的，还包括步骤S5，无人机充满电后，或其他电量充足的无人机从巡航任务的中断点继续巡航任务。本专利技术的有益效果：本专利技术给出了无人机在高空精确停靠下的补能方案，包括实验方案、还有在不同的负载、速度和高度下的测试和处理方案。可以扩大无人机巡航的范围，使无人机应用的领域更为广泛，同时也使无限续航成为可能。附图说明图1，本专利技术的一种基于高空精确停靠的多旋翼无人机高效补能方法步骤示意图；图2，本专利技术的一种基于高空精确停靠的多旋翼无人机高效补能方法的无人机与停机舱结构示意图。具体实施方式本具体实施方案中的无人机采用大疆M100无人机，并对无人机控制系统的芯片进行改写，无人机自身电量临界值设为30％。无人机自带有GPS定位单元、UWB定位单元、动态电磁定位单元和超声波定位单元。如图1所示，一种基于高空精确停靠的多旋翼无人机高效补能方法具体步骤如下：S1：根据巡航任务搭建停机舱，停机舱搭建在巡航任务沿线上的户外、高楼或杆塔上。停机舱包含定位系统，巡航任务中显示停机舱的位置信息。停机舱的供电方式包括光伏、市电或线路高压感应取电。其中，停机舱包含供电模块、电压转化模块、蓄电模块、控制模块、定位模块、通信模块和动作模块；供电模块包含3种不同的供电单元，分别为太阳能输入单元、市电输入单元和高压感应取电单元；电压转化模块将供电模块输入的电压进行转换为24V后，一方面由蓄电模块进行蓄电，另一方面向控制模块和动作模块进行供电，以及向无人机匹配供电模块进行供电；控制模块通过通信模块与无人机或无人机控制终端进行通信，控制模块通过定位模块与无人机或卫星进行定位，其中定位方式与无人机的定位方式匹配，包含GPS定位单元、UWB定位单元、动态电磁定位单元和超声波定位单元；控制模块控制动作模块动作，其中动作模块包含驱动动态电磁定位单元的升降电机、行程开关和滑道电机等，控制。升降电机在滑道电机启动完毕后的升起，滑道电机带动停机舱上挡板开启，到移动到尽头接触行程开关关闭，同时升降电机升起。滑轨电机的作用是牵拉保护挡板，起到保护的作用，升降电机是让底板升起，使无人机安全下降，下降更方便安全，行程开关的作用就是保护电机。其中，无人机与停机舱通过通信单元对定位信息进行交互。其中，太阳能输入单元为单晶或多晶光伏发电板。S2：无人机起飞时计算出无人机飞行的最远距离，并根据巡航任务选取接近飞行最远距离的停机舱停靠；其中，d为飞行距离，R为地球的半径，此处取平均值6371KM，为出发点的纬度，为飞行最远距离点的纬度，Δλ表示两点经度的差值，即S3：在无人机巡航时实时判断自身的剩余电量，和确认停靠的停机舱；具体为：S3-1：在无人机巡航时实时判断自身的剩余电量，无人机判断自身电量的方法具体为：其中，Soc0为初始电量，Pv1为无人机上升飞行能量消耗，Ph为无人机水平飞行能量消耗，Pv2为无人机下降飞行能量消耗，h1为无人机上升的飞行高度，h2为无人机下降的飞行高度，d为无人机水平飞行距离，vv1为无人机上升飞行的垂直飞行速度，vv2为无人机下降飞行的垂直飞行速度，vh为无人机水平飞行速度，wp无人机旋转的角速度，η为能量损耗参数。S3-2：根据剩余电量确认停靠的停机舱：当实时判断的Soc≥30％，且未到达起飞时计算的最远距离，无人机继续巡航任务；当实时判断的Soc≥30％，已到达起飞时计算的最远距离，无人机根据通信模块获取的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于高空精确停靠的多旋翼无人机高效补能方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1：根据巡航任务搭建停机舱；/nS2：无人机起飞时计算出无人机飞行的最远距离，并根据巡航任务选取接近飞行最远距离的停机舱停靠；/nS3：在无人机巡航时实时判断自身的剩余电量，和确认停靠的停机舱；/nS4：无人机确认停机舱后，无人机根据定位停靠在停机舱内进行充电；/n

【技术特征摘要】
1.一种基于高空精确停靠的多旋翼无人机高效补能方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：根据巡航任务搭建停机舱；
S2：无人机起飞时计算出无人机飞行的最远距离，并根据巡航任务选取接近飞行最远距离的停机舱停靠；
S3：在无人机巡航时实时判断自身的剩余电量，和确认停靠的停机舱；
S4：无人机确认停机舱后，无人机根据定位停靠在停机舱内进行充电；


2.根据权利要求1所述的一种基于高空精确停靠的多旋翼无人机高效补能方法，停机舱搭建在巡航任务沿线上的户外、高楼或杆塔上。


3.根据权利要求1所述的一种基于高空精确停靠的多旋翼无人机高效补能方法，停机舱的供电方式包括光伏、市电或线路高压感应取电。


4.根据权利要求1所述的一种基于高空精确停靠的多旋翼无人机高效补能方法，飞行最远距离的计算方法具体为：



其中，d为飞行距离，R为地球的半径，为出发点的纬度，为飞行最远距离点的纬度，Δλ表示两点经度的差值。


5.根据权利要求1所述的一种基于高空精确停靠的多旋翼无人机高效补能方法，无人机判断自身电量的方法具体为：



其中，Soc0为初始电量，Pv1为无人机上升飞行能量消耗，Ph为无人机水平飞行能量消耗，Pv2为无人机下降飞行能量消耗，h1为无人机上升的飞行高度，h2为无人机下降的飞行高度，d为无人机水平飞行距离，vv1为无人机上升...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢泉，田晓红，吴敏，胡立坤，林靖宇，张赟，杨振华，刘芃良，蓝向州，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西;45