本發(fā)明涉及電學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種無人機(jī)及其太陽能充電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著無人機(jī)技術(shù)的成熟，無人機(jī)在日常生活中大量使用，例如檢測、拍照、巡航、監(jiān)控等。但是無人機(jī)的續(xù)航能力嚴(yán)重影響其飛行時(shí)間，每飛行一段時(shí)間就要對其進(jìn)行充電；非常繁瑣。對于一些日常監(jiān)控和巡航的無人機(jī)來說，大多數(shù)時(shí)間不需要人為控制，只要按照特定的路徑飛行拍攝錄像即可。因此，需要設(shè)計(jì)一種可以不需要人工參與，可以自行實(shí)現(xiàn)充電的無人機(jī)及其充電系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明就是為了解決上述問題，所提出的一種無人機(jī)及其太陽能充電系統(tǒng)。

本發(fā)明是按照以下技術(shù)方案實(shí)施的。

一種無人機(jī)及其太陽能充電系統(tǒng)，包括無人機(jī)、起降平臺、充電樁、充電小車、嵌位模塊；太陽能電池板、主控模塊；其特征在于，所述起降平臺為圓形，外圍設(shè)有環(huán)繞起降平臺的定位接收器，所述定位接收器包含不少于120個(gè)紅外接收器；所述紅外接收器的感光面均為矩形，環(huán)繞圓周均勻分布且朝向圓心方向；所述充電樁連接太陽能電池板的輸出端，位于起降平臺外部，充電樁上設(shè)有第一觸點(diǎn)和紅外發(fā)射器；所述無人機(jī)包括電池盒、h形底座、定位發(fā)射器；所述h型底座為鐵磁金屬材質(zhì)；所述電池盒通過支撐桿連接h形底座；所述定位發(fā)射器部署于電池盒上方，包括四個(gè)兩兩之間發(fā)光角度夾角為90度的紅外發(fā)射燈；所述充電小車前部設(shè)有第二紅外接收模塊和第四觸點(diǎn)，充電小車后部設(shè)有第一紅外接收模塊和第三觸點(diǎn)；所述嵌位模塊包括位于起降平臺下方的環(huán)形軌道，旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子穿過環(huán)形軌道的圓心，齒條一端連接沿環(huán)形軌道運(yùn)動的滑輪上，另一端連接轉(zhuǎn)子，齒條上安裝有可沿齒條移動的電磁線圈模組；所述主控模塊中設(shè)有與無人機(jī)通訊的無線發(fā)射模塊和用于分析定位的數(shù)據(jù)處理模塊。

所述第一觸點(diǎn)距離起降平臺的高度高于定位接收器；第一觸點(diǎn)和第四觸點(diǎn)均為磁性觸點(diǎn)。

所述起降平臺為塑料材質(zhì)，厚度為5～10mm。

所述無人機(jī)、充電小車、充電樁中均設(shè)有電壓檢測模塊。

本發(fā)明獲得了如下有益效果。

本發(fā)明利用太陽能電池板獲取電能，用于給無人機(jī)充電，節(jié)能環(huán)保；設(shè)計(jì)專用起降平臺，方便無人機(jī)準(zhǔn)確降落，同時(shí)利用一系列裝置實(shí)現(xiàn)了定位功能，便于精確找到無人機(jī)的充電接口觸點(diǎn)，整個(gè)過程不需要人工參與，節(jié)省人力成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明起降平臺的俯視圖；

圖2是本發(fā)明無人機(jī)底部的主視圖；

圖3是本發(fā)明充放電觸點(diǎn)在小車上的位置圖；

圖4是本發(fā)明嵌位機(jī)構(gòu)的俯視圖；

圖5是本發(fā)明電磁線圈模組的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明電磁線圈模組中齒條與齒輪嚙合部分的俯視圖。

其中，1.充電樁；2.第一觸點(diǎn)；3.定位接收器；4.電池盒；5.h形支架；6.定位發(fā)射器；7.紅外發(fā)射燈；8.第二觸點(diǎn)；9.支撐桿；10.齒條；11.滑輪；12.小車；13.第一紅外接收模塊；14.第三觸點(diǎn)；15.第二紅外接收模塊；16.第四觸點(diǎn)；17環(huán)形軌道；18.電磁線圈模組；19.轉(zhuǎn)子；20.齒輪；21.齒條孔；22.線圈。

具體實(shí)施方式

以下參照附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的技術(shù)說明。

如圖1～5所示，一種無人機(jī)及其太陽能充電系統(tǒng)，包括無人機(jī)、起降平臺、充電樁1、充電小車12、嵌位模塊；太陽能電池板、主控模塊；其特征在于，所述起降平臺為圓形，外圍設(shè)有環(huán)繞起降平臺的定位接收器3，所述定位接收器3包含不少于120個(gè)紅外接收器；所述紅外接收器的感光面均為矩形，環(huán)繞圓周均勻分布且朝向圓心方向；所述充電樁1連接太陽能電池板的輸出端，位于起降平臺外部，充電樁1上設(shè)有第一觸點(diǎn)2和紅外發(fā)射器；所述無人機(jī)包括電池盒4、h形底座5、定位發(fā)射器6；所述h型底座5為鐵磁金屬材質(zhì)；所述電池盒4通過支撐桿9連接h形底座5；所述定位發(fā)射器6部署于電池盒4上方，包括四個(gè)兩兩之間發(fā)光角度夾角為90度的紅外發(fā)射燈7；所述充電小車12前部設(shè)有第二紅外接收模塊15和第四觸點(diǎn)16，充電小車12后部設(shè)有第一紅外接收模塊13和第三觸點(diǎn)14；所述嵌位模塊包括位于起降平臺下方的環(huán)形軌道17，旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子19穿過環(huán)形軌道17的圓心，齒條10一端連接沿環(huán)形軌道17運(yùn)動的滑輪11上，另一端連接轉(zhuǎn)子19，齒條10上安裝有可沿齒條10移動的電磁線圈模組18；所述主控模塊中設(shè)有與無人機(jī)通訊的無線發(fā)射模塊和用于分析定位的數(shù)據(jù)處理模塊。

所述第一觸點(diǎn)2距離起降平臺的高度高于定位接收器3；第一觸點(diǎn)2和第四觸點(diǎn)16均為磁性觸點(diǎn)。

所述起降平臺為塑料材質(zhì)，厚度為5～10mm。

所述無人機(jī)、充電小車12、充電樁1中均設(shè)有電壓檢測模塊。

實(shí)施例一：

無人機(jī)充電功能的實(shí)現(xiàn)步驟和原理如下：

1.無人機(jī)執(zhí)行預(yù)設(shè)飛行任務(wù)過程中，內(nèi)部的電壓檢測模塊每隔一段時(shí)間檢測一次剩余電量，當(dāng)剩余電量低于10%時(shí)，發(fā)出請求充電指令，獲取最近的充電系統(tǒng)的位置和路徑。

2.無人機(jī)與充電系統(tǒng)建立連接，飛行至充電系統(tǒng)附近，在主控模塊的指引下，降落至起降平臺上，由于無人機(jī)的方向往往無法精確控制，因此落在起降平臺上的具體位置并不確定。

3．定位發(fā)射器6的三個(gè)紅外發(fā)射燈7按正方形的四個(gè)頂點(diǎn)的方位排布，向外分別發(fā)出一道光束（圖1中虛線），照射到定位接收器3上，主控模塊讀取定位接收器3中的各個(gè)紅外接收器接收到的光亮度數(shù)字化后的數(shù)值，找出數(shù)值最大的四個(gè)值。

4.在起降平臺上建立直角坐標(biāo)系，根據(jù)數(shù)值最大的四個(gè)值對應(yīng)的紅外接收器位置，計(jì)算出無人機(jī)的中心位置，假設(shè)對應(yīng)的直角坐標(biāo)分別為（x1，y1）,（x2，y2）,（x3，y3）,（x4，y4），其中，（x1，y1）對應(yīng)無人機(jī)正面的紅外發(fā)射燈的對應(yīng)點(diǎn)。

那么無人機(jī)的中心點(diǎn)對應(yīng)橫坐標(biāo)為x0,縱坐標(biāo)為y0，可根據(jù)以下兩個(gè)方程計(jì)算得出：

（x0－x2）/（x4－x2）=l2/（l1－l2）----------（1）

（y0－y2）/（y4－y2）=l2/（l1－l2）----------（2）

其中，

同時(shí)，可計(jì)算出從發(fā)出的光的光路滿足的一次函數(shù)方程為：

5.主控模塊將無人機(jī)中心點(diǎn)的坐標(biāo)值對應(yīng)到極坐標(biāo)系中，控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子19帶動齒條10旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)電磁線圈模組18沿極坐標(biāo)原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。如圖6所示，由于齒條10貫穿電磁線圈模組18上的齒條孔21，齒條孔內(nèi)設(shè)有齒輪20，齒輪20由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動；在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動下，齒輪20可正反轉(zhuǎn)可帶動齒輪20沿齒條10移動。而齒輪20與整個(gè)電磁線圈模組18是一體化的裝置，與齒條10相互獨(dú)立。因此，最終導(dǎo)致整個(gè)電磁線圈模組18沿齒條10移動，步進(jìn)電機(jī)控制步進(jìn)的長度，即齒輪旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)，可使電磁線圈模組18在該極坐標(biāo)系中精確定位。移動至目標(biāo)位置后，步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。

6.電磁線圈模組18中的線圈22通電，形成電磁鐵，產(chǎn)生磁性吸力，由于無人機(jī)的h形支架是鐵磁材料，因此會被電磁線圈模組18吸住，而此時(shí)電磁線圈模組18恰好位于無人機(jī)正下方，因此實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)的嵌位，水平方向上的受力不夠大時(shí)，不易使無人機(jī)移動。

7.無人機(jī)只保留正面的紅外發(fā)射燈7發(fā)光，充電小車12根據(jù)步驟4計(jì)算得到的無人機(jī)正面的紅外發(fā)射燈發(fā)出的光的光路滿足的一次函數(shù)方程，沿著該方程所對應(yīng)的路徑，朝向發(fā)光點(diǎn)行駛，過程中，根據(jù)小車12上的第二紅外接收模塊15感知的光強(qiáng)度讀數(shù)，對行駛路徑進(jìn)行微調(diào)，逐漸接近無人機(jī)，最終使得第四觸點(diǎn)16接觸上第二觸點(diǎn)8，由于第四觸點(diǎn)18是磁性觸點(diǎn)，因此與第二觸點(diǎn)8緊密貼合。

8.充電小車12通過第四觸點(diǎn)16輸出電能，為無人機(jī)充電，待充電完成后，充電小車12反向行駛離開無人機(jī)，電磁線圈模組18不再給線圈22通電斷電，停止嵌位動作。無人機(jī)隨時(shí)可以飛走繼續(xù)執(zhí)行飛行任務(wù)。

實(shí)施例二：

充電小車12獲取電能的原理如下：

太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能存儲于充電樁1內(nèi)，此部分電能用于提供系統(tǒng)中所有用電設(shè)備的電能和無人機(jī)充電。當(dāng)充電小車12內(nèi)部的電壓檢測模塊檢測到電量不足時(shí)，充電小車12反向行駛，找到充電樁1的位置，第一紅外接收模塊13對準(zhǔn)充電樁1上的紅外發(fā)射器，充電小車12逐漸靠近充電樁1，最終將實(shí)現(xiàn)第三觸點(diǎn)14與第一觸點(diǎn)2的貼合，第三觸點(diǎn)14是充電小車12的電能輸入觸點(diǎn)，充電樁1通過第一觸點(diǎn)2向充電小車12輸出電能，當(dāng)充電小車12內(nèi)部的電壓檢測模塊檢測到電量充足時(shí)，充電小車12正向行駛，離開充電樁1，完成充電。

輪20由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動；在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動下，齒輪20可正反轉(zhuǎn)可帶動齒輪20沿齒條10移動。而齒輪20與整個(gè)電磁線圈模組18是一體化的裝置，與齒條10相互獨(dú)立。因此，最終導(dǎo)致整個(gè)電磁線圈模組18沿齒條10移動，步進(jìn)電機(jī)控制步進(jìn)的長度，即齒輪旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)，可使電磁線圈模組18在該極坐標(biāo)系中精確定位。移動至目標(biāo)位置后，步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。

6.電磁線圈模組18中的線圈22通電，形成電磁鐵，產(chǎn)生磁性吸力，由于無人機(jī)的h形支架是鐵磁材料，因此會被電磁線圈模組18吸住，而此時(shí)電磁線圈模組18恰好位于無人機(jī)正下方，因此實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)的嵌位，水平方向上的受力不夠大時(shí)，不易使無人機(jī)移動。

7.無人機(jī)只保留正面的紅外發(fā)射燈7發(fā)光，充電小車12根據(jù)步驟4計(jì)算得到的無人機(jī)正面的紅外發(fā)射燈發(fā)出的光的光路滿足的一次函數(shù)方程，沿著該方程所對應(yīng)的路徑，朝向發(fā)光點(diǎn)行駛，過程中，根據(jù)小車12上的第二紅外接收模塊15感知的光強(qiáng)度讀數(shù)，對行駛路徑進(jìn)行微調(diào)，逐漸接近無人機(jī)，最終使得第四觸點(diǎn)16接觸上第二觸點(diǎn)8，由于第四觸點(diǎn)18是磁性觸點(diǎn)，因此與第二觸點(diǎn)8緊密貼合。

8.充電小車12通過第四觸點(diǎn)16輸出電能，為無人機(jī)充電，待充電完成后，充電小車12反向行駛離開無人機(jī)，電磁線圈模組18不再給線圈22通電斷電，停止嵌位動作。無人機(jī)隨時(shí)可以飛走繼續(xù)執(zhí)行飛行任務(wù)。

實(shí)施例二：

充電小車12獲取電能的原理如下：

太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能存儲于充電樁1內(nèi)，此部分電能用于提供系統(tǒng)中所有用電設(shè)備的電能和無人機(jī)充電。當(dāng)充電小車12內(nèi)部的電壓檢測模塊檢測到電量不足時(shí)，充電小車12反向行駛，找到充電樁1的位置，第一紅外接收模塊13對準(zhǔn)充電樁1上的紅外發(fā)射器，充電小車12逐漸靠近充電樁1，最終將實(shí)現(xiàn)第三觸點(diǎn)14與第一觸點(diǎn)2的貼合，第三觸點(diǎn)14是充電小車12的電能輸入觸點(diǎn)，充電樁1通過第一觸點(diǎn)2向充電小車12輸出電能，當(dāng)充電小車12內(nèi)部的電壓檢測模塊檢測到電量充足時(shí)，充電小車12正向行駛，離開充電樁1，完成充電。