一种规模化无人机自主有序充换电方法

本发明属于无人机充换电，更具体地说，特别涉及一种规模化无人机自主有序充换电方法。

背景技术：

1、未来规模化无人机集群应用场景，需配套标准化自主充换电基础设施，支撑无人机7×24小时不间断集群作业。随着低空空域持续开放与行业应用不断下沉，国内无人机保有量与机队规模化程度大幅提升，多机协同、组网巡检、全域覆盖已成为行业主流应用趋势，各类政企常态化部署大批量无人机集群执行长时、广域、不间断监测任务。

2、现阶段行业配套的无人机充换电管控技术发展明显滞后于机队规模化应用速度。现有充换电控制方案大多针对单台无人机或少量机组设计，仅能实现单机单次的简单充电或换电执行动作，缺乏面向大规模机队的全局统筹、有序排队、智能分流与资源协同调度机制。在多机批量返航、集中补给场景下，极易出现机位抢占、通道拥堵、电池资源错配、充换电时序混乱等问题，造成部分无人机长时间空中盘旋等待或地面排队滞留，不仅大幅降低集群作业整体周转效率，还会额外消耗机载电量，甚至引发低电量迫降、任务中断、巡检盲区等安全与作业隐患。行业亟需一套规模化无人机自主有序充换电管控方法，打通无人机机队、换电基站、充电电池的协同调度链路。

3、经过检索和分析，现有技术存在以下不足：

4、1. 传统方案未建立无人机、基站、电池充电位全局联动分配逻辑，大量亏电电池堆积闲置充电位、满电电池长期占用换电工位，电池流转无序，立体循环仓储利用率不足，大规模机队下电池补给吞吐量大幅下降。

5、2. 现有技术中，大部分换电基站只是针对少量无人机换电设计，基站往往占用空间还大，并未针对未来大规模无人机需要连续换电的设计方案，且换电方法较为复杂，换电过程时间较长，换电过程无人机处于失电停机状态。

6、3. 现有技术中，换电方案只针对统一规格的无人机进行换电，同时针对多规格（轴距、旋翼长度、高度）的换电方案仍未被设计。换电通道被完全占用时，如何有序排队充电也未被提及。

7、通过以上分析，本发明人团队认为需要设计一种规模化无人机自主有序充换电方法。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种规模化无人机自主有序充换电方法，以解决上述背景技术中提出的未针对规模化无人机连续换电设计和协同调度、换电装置主体及方案复杂、多规格无人机利用同一换电基站不能适配等问题。

2、本发明一种规模化无人机自主有序充换电方法，由以下具体技术手段所达成：

3、一种规模化无人机自主有序充换电方法，包括以下步骤：

4、s1.无人机发出充换电需求，判断停机坪是否具备降落条件；

5、s2.电磁吸盘一和充电电极一得电，吸附取电杯锁定无人机位置，充电电极一和受电电极一电气连通；互锁开关动作，无人机由电池组件切换到基站电源供电；

6、s3.启动顶升机构中的推杆直线电机和电磁吸盘二，拨动插条使电池组件锁止杆脱离卡扣，推杆直线电机和电磁吸盘二配合吸附电池组件，将其取下放置在电池载体上充电；

7、s4.传动机构的传动电机启动，传送带转动固定行程，换下来的电池组件移动到侧面，充电时间最长的电池组件移动到基站顶部；

8、s5.启动顶升机构的旋转台、电磁吸盘二，旋转台旋转180°错开交换两组拨动插条与两组插孔的位置，推杆直线电机推杆向上使锁止杆锁止卡扣固定电池组件；

9、s6.无人机通过电量检测口检测电量，符合要求则互锁开关动作，无人机由电池组件电源供电，基站电源断开；电磁吸盘一和充电电极一之间物理、电气断电；无人机复飞。

10、进一步地，步骤s3中，顶升机构运行取下电池组件步骤为：w1.推杆直线电机启动，其推杆往上伸出，拨动插条二插入左侧的插孔二中，拨动插条一插入右侧的插孔一中，拨动插条挤压横板带动锁止杆横移脱离卡扣；w2.电磁吸盘二得电，电磁吸盘二吸附住电池组件的金属底板；w3.推杆回收，将电池组件取下放置在电池载体的电池承台上，电磁吸盘二失电；w4.推杆继续回收，直至拨动插条位置低于电池承台。

11、进一步地，步骤s5中，顶升机构运行安装电池组件的步骤为：h1.旋转台启动，带动顶升板及拨动插条正向旋转180°；h2.推杆向上伸出，直至拨动插条完全插入插孔；h3.电磁吸盘二得电，电磁吸盘二吸附住已充电电池组件的金属底板，拨动插条二插入右侧的插孔二中，拨动插条一插入左侧的插孔一中；h4.推杆直线电机推杆向上伸出，电池组件上的卡扣挤压锁止杆端部，锁止杆受到卡扣的力横移回缩，当卡扣挤过后，锁止杆受弹簧二张力回弹插入到卡扣中锁止电池组件；h5.电磁吸盘二失电，推杆直线电机的推杆回收到初始位置并断电，旋转台反向旋转180°后断电。

12、进一步地，步骤s1中，所有充换电基站通过安装在充电配件内的电流传感器检测电流而判断基站是否处于空闲状态，基站控制器将该信号通过通信模块发送给中心控制器，所有基站周边运行的无人机由无人机管理中心统一监控和调度，无人机电量传感器检测长方体电池剩余电量，当达到电量下限阈值时，无人机控制器通过通信模块将充电需求发送给中心控制器，控制中心控制器通过算法检索空闲基站，并将空闲基站反馈给无人机控制器，无人机前往空闲基站进行备降。

13、进一步地，无人机到达空闲基站上空后，利用无人机的视觉传感器检测基站停机平台及电池通道处是否有其他无人机或异物，如果有则无人机控制器重新向中心控制器发送充电需求，如果无，则降落到电池通道处准备换电。如果发送充电请求后，不能分配到基站进行换电，则通过视觉传感器检测各任意单体基站的备用停机坪进行停靠。

14、进一步地，当无人机控制器重新向中心控制器发送充电需求后，无人机降落到基站备用停机坪，正在换电的无人机换电结束后，停在备用停机坪上的无人机按照排队时间先后依次优先获得换电机会。

15、进一步地，步骤s3中，步骤w4推杆回收完成时，电池载体上接线盒中电子开合器闭合，充电导轨得电为换下的电池组件充电；步骤s5中，步骤h5旋转台断电时，为无人机换上电池组件的电池载体上接线盒中电子开合器断开。

16、一种计算机设备，计算机设备包括存储器和处理器，存储器用于存储计算机程序，处理器用于从存储器中调用并运行计算机程序，使得计算机设备执行以上规模化无人机自主有序充换电方法。

17、一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有指令或代码，当指令或代码在计算机上运行时，使得计算机执行时实现以上规模化无人机自主有序充换电方法。

18、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

19、1.本发明方法，基站与无人机、控制中心紧密配合，整个换电过程均是无人机控制器、基站控制器、中心控制器以及各传感器和执行器全自动配合实现，且基站和无人机都在线被实时监控，为无人机连续续航作业提供了可靠保障，尤其适配未来规模化巡检、巡视、安防类无人机应用场景作为换电作业，以保障无人机不停歇的巡检任务。

20、2.本发明方法，一方面立体循环基站对换下的欠电电池自动进行充电，且可以设置足够的预备电池以满足规模化无人机连续不断地进行换电，另一方面在换电过程中，通过电磁吸盘一对无人机四个旋翼进行固定，保障了换电过程中无人机不会因为受力偏移换电中心位置而出现换电失败的情况。

21、3.本发明方法，取电池和安装电池过程采用同一套设备（顶升机构），简化了换电步骤，且在换电过程中，无论是取电池还是安装电池，均采用电磁吸盘二进行吸附电池组件，且电池组件只需要上下移动，最大程度保障了电池组件更换的可靠性和效率。

22、4.本发明中，基站的充电配件内电流传感器先检测有无电流，从而给无人机快速分配基站，到达基站上空后，又采用无人机的视觉传感器检测停机位有误无人机和异物，保证了无人机降落的安全性。即本实施例方案既保证了基站分配的效率，又兼顾了无人机停泊的安全。

23、5.本发明中，当无人机发送换电请求后，无基站如果可以进行换电，则通过视觉传感器检测空闲的备用停机坪进行停靠，依靠基站本身的备用停机坪临时停靠进行排队换电，有效地防止无人机无效飞行距离导致电量下降严重，既能保障无人机以最快的速度换电复飞作业，又能避免无人机失去所有电源而从空中掉落或不能停靠到目的地影响复飞。