一种植保无人机充电系统及充电方法与流程

1.本发明涉及无人机续航技术领域，尤其涉及一种植保无人机充电系统及充电方法。


背景技术：

2.随着科技的发展，无人机在农业上的应用也越来越成熟，对于大型的试验田以及承包田来说，无人机的应用大大缩减了种植难度，尤其是农药喷洒方面，无人机的普及降低了人工的投入，且喷洒效率更高。
3.目前，大型试验田以及承包田大多是采用多个无人机同时进行农药的喷洒，由于无人机的特性，其工作时长受电量影响较大，而无人机充电设备的应用则加快了无人机的充电速度。但是由于充电设备的数量远小于无人机的数量，因此无人机的充电往往是先返回的无人机进行充电，由于无人机作业时间不同，部分无人机可能作业时间早于正在充电的无人机，但是由于其返回充电较晚，而无法正常充电，这就导致了作业时间宽裕的无人机充电后待发时间过长，作业时间较早的无人机则错过了充电设备，而无法按时进行作业，尤其是一些农药喷洒周期短的农作物，传统的充电方式很容易延误农药喷洒的时间，导致农药喷洒不及时，影响农作物的生长。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种植保无人机充电系统及充电方法。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种植保无人机充电系统，包括总控单元、停靠站、机载终端、距离触发模块、空闲检测单元、远程终端、调度机构、优先级判定单元；所述停靠站内设多个停机坪，所述摄像头安装在停靠站四周，所述空闲检测单元安装在停靠站的停机坪上，所述机载终端安装在无人机上，所述距离触发模块安装在停靠站上，所述总控单元与优先级判定单元设置在停靠站的任意位置上；所述停机坪设置有多个规格，用于为不同规格的无人机提供充电服务；所述空闲检测单元与总控单元相连，用于检测所述停机坪上是否停有无人机并将检测的停靠情况发送至总控单元；所述远程终端为具有通信功能的移动设备，所述远程终端与机载终端相连，无人机操控人员通过远程终端设定无人机的任务信息，所述任务信息包括无人机的作业时间、充电周期以及充电时长，并将任务信息储存在机载终端内部；所述机载终端通过通信模块与总控单元连接，每个所述无人机上机载终端均存储有对应的编号，所述编号的数值对应着无人机的规格；所述距离触发模块用于设定触发范围，该触发范围设定为以停靠站为圆心，以触发距离为半径的圆周内部，在需要充电的无人机进入到触发距离时，所述距离触发模块发
送信息至总控单元；所述优先级判定单元用于根据无人机的作业时间、充电周期以及充电时长来判断进入停靠站的无人机优先级；所述总控单元储存有停机坪规格信息以及与各规格停机坪相匹配的无人机编号信息，所述总控单元与距离触发模块相连，所述总控单元根据机载终端的编号信息确定无人机的规格；所述调度机构安装在停靠站内部，所述总控单元通过通信模块向调度机构发出指令以控制调度机构运作。
6.所述机载终端包括gps定位模块、rtk移动基站，所述gps定位模块用于获取需要充电的无人机的位置信息，所述gps定位模块通过通信模块向总控单元发送位置信息，所述距离触发模块根据该位置信息判定无人机是否到达触发范围。
7.所述空闲检测单元包括设置在停机坪上的传感器以及采集摄像头，所述传感器用于检测停机坪上是否停靠无人机，所述采集摄像头用于监控无人机的停靠状况并将该状态传输给总控单元，由总控单元控制调度机构来调整无人机位置。
8.所述停机坪上设置有锁定机构，当无人机落到停机坪上且接通充电时，锁定机构将无人机锁紧；当无人机停止充电时，锁定机构解除对无人机的锁紧。
9.所述优先级判定模块具备数据比较功能。
10.所述调度机构包括设置在停靠站内部的移动机构和搬运机构，所述搬运机构设置在所述移动机构上，且所述移动机构驱动搬运机构移动至任意一个停机坪侧面，所述搬运机构上设置有按压部，每个所述停机坪的侧面均设置有挤压式开关，当所述搬运机构搬运无人机时，按压部抵住挤压式开关，所述挤压式开关受压时使停机坪断电。
11.所述移动机构包括纵向的电动导轨a，所述电动导轨a上滑配有一横向的电动导轨b，所述电动导轨b可沿着电动导轨a的延伸方向移动，且所述电动导轨b整体可沿着电动导轨a的垂直方向移动。
12.所述搬运机构包括升降装置，所述升降装置的顶端安装有支架，所述支架上设置有横移气缸，所述横移气缸的伸缩轴固定连接有滑动板，所述滑动板的一侧设置有推动气缸，所述推动气缸的输出轴可滑动的贯穿滑动板并固定连接有调度叉。
13.一种植保无人机充电方法，该充电方法包括以下步骤：步骤s001、需要充电的无人机进入到触发范围时，距离触发模块发送信息至总控单元，总控单元识别无人机的机载终端编号，确定无人机的规格；步骤s002、空闲检测单元接收总控单元确定的无人机规格，并检测停靠站内是否有适用该规格无人机的停机坪处于空闲状态，并将检测结果发送至总控单元，由总控单元根据检测结果执行不同的操作；步骤s003、若停靠站内部有对应无人机规格的停机坪空闲时，总控单元引导无人机进入空闲停机坪充电；若停靠站内部没有对应无人机规格的停机坪空闲时，总控单元根据优先级判断机构判定的优先级高低来执行不同的操作；步骤s004、若进入触发范围的无人机优先级高于停靠站内部正在充电的同规格无人机时，总控单元控制调度机构将停靠站内部优先级最低的无人机调度至其他规格空闲的
停机坪上，总控单元引导待充电的无人机进入调度出的停机坪充电；若进入触发范围的无人机优先级低于停靠站内部的所有同规格无人机优先级时，总控单元引导无人机进入空闲的其他规格停机坪上；步骤s005，待充电的无人机停靠在其他规格停机坪上时，当其临时停靠的停机坪对应的无人机飞入时，且该规格的停机坪不足时，总控单元控制调度机构将临时停靠的无人机调度至其他未停满的停机坪，为驶入的无人机让出停机坪；步骤s006，当停靠站内部有同规格无人机充电完成后，总控单元控制调度机构将充电完成的无人机调度至其他规格空闲的停机坪上，并将临时停靠在其他规格停机坪上优先级最高的无人机调度至空出的空闲停机坪上充电。
14.所述步骤s003中优先级判定方式如下：a、判断进入触发范围的无人机的作业时间，并将其与停靠站内部充电的同规格无人机的作业时间进行比较；b、若进入触发范围的无人机的作业时间晚于停靠站内充电的所有同规格无人机，则判定该无人机优先级低于其他正在充电的同规格无人机；c、若进入触发范围的无人机的作业时间早于停靠站内充电的任一同规格无人机，则进一步比较充电周期和充电时长；若停靠站内部的同规格无人机剩余充电时长 进入触发范围的无人机的充电周期 当前时间点早于进入触发范围的无人机的作业时间，则判定该无人机的优先级低于其他正在充电的同规格无人机；若停靠站内部的同规格无人机剩余充电时长 进入触发范围的无人机充电周期 当前时间点晚于进入触发范围的无人机的下一个作业时间，则判定该无人机优先级高于停靠站内部正在充电的同规格无人机。
15.与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明可将无人机的充电过程规范化，能够尽量保证无人机的作业时间，而当新进入触发范围的无人机驶入时，在无人机飞入停靠站的间隙内，中控单元有充足的时间判断以及作出操作，保证优先级高的无人机能够正常充电。本发明最大限度的降低无人机充电等待这段时间的浪费，提高了充电设备的利用率，也最大限度的提高了无人机作业的准时性。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本发明植保无人机充电系统的原理图；图2为本发明植保无人机充电系统的系统流程图；图3为本发明植保无人机充电系统调度机构的结构示意图；图4为本发明植保无人机充电系统调度机构的局部放大图；图5为本发明植保无人机充电系统调度机构的局部剖视图；
图6为本发明植保无人机充电方法的操作流程图。
18.附图中，各标号所代表的部件列表如下：10、停靠站；20、总控单元；30、调度机构；31、移动机构；311、电动导轨a；312、电动导轨b；32、搬运机构；321、升降装置；322、支架；323、横移气缸；324、滑动板；325、推动气缸；326、调度叉；33、按压部；34、挤压式开关；351、安装壳体；352、伺服电机；353、边框；354、齿条；355、齿轮a；356、齿轮b；40、距离触发模块；50、空闲检测单元；60、远程终端；70、优先级判定单元；80、机载终端。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
20.如图1、图2，一种植保无人机充电系统，包括总控单元20、停靠站10、机载终端80、距离触发模块40、摄像头、空闲检测单元50、远程终端60、调度机构30、优先级判定单元70；停靠站10内设多个停机坪，摄像头安装在停靠站10四周，空闲检测单元50安装在停靠站10的停机坪上，机载终端80安装在无人机上，距离触发模块40安装在停靠站10上，总控单元20与优先级判定单元70设置在停靠站10的任意位置上均可。其中，需要说明的是总控单元20、距离触发模块40、摄像头、空闲检测单元50以及优先级判定单元70的具体安装位置并不做具体限定，具体的安装位置可以根据实际的情况进行选择，故部分模块或单元在图1中并未示出；停机坪设置有多个规格，用于为不同规格的无人机提供充电服务；摄像头，用于监控整个停靠站10的情况；空闲检测单元50与总控单元20相连，用于检测停机坪上是否停有无人机并将检测的停靠情况发送至总控单元20；远程终端60为具有通信功能的移动设备，远程终端60与机载终端80相连，无人机操控人员通过远程终端60设定无人机的任务信息，任务信息包括无人机的作业时间、充电周期以及充电时长，并将任务信息储存在机载终端80内部；机载终端80通过通信模块与总控单元20连接，每个无人机上机载终端80均存储有对应的编号，编号的数值对应着无人机的规格，具体编号例如1、2、3
……
100，其中，1
‑
10为a规格无人机，11
‑
20为b规格无人机，以此类推，则可将无人机的规格数据化，便于后续的快速识别；距离触发模块40用于设定触发范围，该触发范围设定为以停靠站10为圆心，以触发距离为半径的圆周内部，在需要充电的无人机进入到触发距离时，距离触发模块40发送信息至总控单元20，触发距离设置为在无人机飞入停靠站10之前，足够总控单元20作出判断以及应对，使无人机不做任何停留的飞入停靠站10内，避免无人机在停靠站10周围盘旋等待，进而起到了一定的降低等待时间的作用；优先级判定单元70用于根据无人机的作业时间、充电周期以及充电时长来判断进入停靠站10的无人机优先级；总控单元20储存有停机坪规格信息以及与各规格停机坪相匹配的无人机编号信息，总控单元20与距离触发模块40相连，总控单元20根据机载终端80的编号信息确定无人
机的规格，总控单元20应当至少包括主控程序、数据处理模块、控制模块、存储模块、外部数据接口、网络连接模块、通信模块、rtk地面基站、图片比较模块，以实现本发明所需的各种功能；调度机构30安装在停靠站10内部，总控单元20通过通信模块向调度机构30发出指令以控制调度机构30运作；当空闲检测单元50检测到停靠站10内部有对应无人机的停机坪空闲时，引导前来充电的无人机降落到该空闲停机坪上；当检测到没有对应无人机规格的停机坪空闲时，总控单元20根据优先级判定单元70判断的优先级来执行不同操作，执行操作为优先级高的无人机优先充电。
21.机载终端80包括gps定位模块、rtk移动基站，gps定位模块用于获取需要充电的无人机的位置信息，gps定位模块通过通信模块向总控单元20发送位置信息，距离触发模块40根据该位置信息判定无人机是否到达触发范围。在无人机前往停靠站10充电时，gps定位模块通过通信模块向总控单元20发送位置信息，到达触发范围时，距离触发模块40反馈给总控单元20，并由总控单元20及时作出应对，其中总控单元20确定好无人机停靠位置时，通过无线通信模块将停靠信息发送至远程终端60，操作者通过远程终端60设定停靠所需的飞行线路，使无人机能够准确降落到停靠位置，其中飞行线路的确定是基于rtk移动基站和rtk地面基站确立，其在本领域中应用较为成熟，在此不再做具体赘述。
22.空闲检测单元50包括设置在停机坪上的传感器以及采集摄像头，传感器用于检测停机坪上是否停靠无人机，采集摄像头用于监控无人机的停靠状况并将该状态传输给总控单元20，由总控单元20控制调度机构30来调整无人机位置。当无人机停靠在停机坪上时，若无人机的位置出现偏差，导致停机坪无法正常供电，此时采集摄像头拍出的图片会与标准停机位置的图片存在较大差异，此时总控单元20则会控制调度机构30来对无人机的位置进行调整，以便其能够正常充电。标准停机位置的图片是预先将无人机放置到停机坪上，调整其位置，使其能够正常充电，然后进行拍摄所得的图片，至于图片比较模块对图片比较的过程，在现有技术中应用已经十分普及了，在此也不再做具体赘述。
23.停机坪上设置有锁定机构（图中未示出），其可以是电动卡夹或其他电动的夹具。当无人机落到停机坪上且接通充电时，锁定机构将无人机锁紧；当无人机停止充电时，锁定机构解除对无人机的锁紧。锁定机构的设定，用于对无人机进行保护，尤其是室外环境下，防止无人机在充电过程中出现偏移，而在无人机充电完毕后，锁定机构则解除锁定，不会影响无人机的正常起飞。
24.优先级判定模块70具备数据比较功能，用于对无人机的作业时间，充电周期以及充电时长进行比较。
25.如图1、图3以及图4所示，调度机构30包括设置在停靠站10内部的移动机构31和搬运机构32，搬运机构32设置在移动机构31上，且移动机构31驱动搬运机构32移动至任意一个停机坪侧面，搬运机构32上设置有按压部33，每个停机坪的侧面均设置有挤压式开关34，当搬运机构32搬运无人机时，按压部33抵住挤压式开关34，挤压式开关34受压时使停机坪断电，此时锁定机构解除对无人机的锁定，移动机构31能够驱动搬运机构32移动至任意一个停机坪侧面，并通过搬运机构32将无人机从停机坪搬运走，以便为后续优先级高的无人机让出位置。此处需要说明的是，不同规格的无人机只在落到对应该规格的停机坪上才能
够接入通电。
26.如图4所示，移动机构31包括纵向的电动导轨a311，电动导轨a311上滑配有一横向的电动导轨b312，电动导轨b312可沿着电动导轨a311的延伸方向移动，且电动导轨b312整体可沿着电动导轨a311的垂直方向移动。首先电动导轨b312能够沿着电动导轨a311移动，使其能够在纵向位置上任意移动，其次电动导轨b312整体可以横移，使电动导轨b312能够到达任意一个停机坪的侧面，以便后续能够正常完成搬运作业。
27.具体的，如图4、图5所示，电动导轨a311的顶部安装有安装壳体351，安装壳体351的内部设置一伺服电机352，安装壳体351的顶部开设一方孔，该方孔内部设有齿轮a355，伺服电机352的输出轴上安装有与齿轮a355啮合的齿轮b356，安装壳体351的上方安装有边框353，电动导轨b312滑配在边框353的内部，电动导轨b312的底部设置有一齿条354，该齿条354与齿轮a355相啮合。该设计使电动导轨b312能够整体横移，其根据伺服电机352的转动方向来决定横移方向，在伺服电机352转动时，其通过齿轮b356以及齿轮a355来牵引齿条354移动，进而实现了电动导轨b312的整体移动。
28.需要说明的是上述横移部件仅仅是一种实施例，其他能够驱动电动导轨b312横移的结构也应当落入本发明的保护范围内。
29.搬运机构32包括升降装置321（此处为升降气缸），升降装置321的顶端安装有支架322，支架322上设置有横移气缸323，横移气缸323的伸缩轴固定连接有滑动板324，滑动板324的一侧设置有推动气缸325，推动气缸325的输出轴可滑动的贯穿滑动板324并固定连接有调度叉326，在搬运机构32到达指定的停机坪侧面时，升降装置321运作将支架322顶起，然后横移气缸323调整滑动板324的位置，并通过推动气缸325将调度叉326顶出，使其插入无人机与停机坪之间的间隙处，然后升降装置321再次顶升，使无人机腾空，后续按照设定的路径搬运至指定位置即可。
30.本发明的使用过程如下：当要充电的无人机进入到触发范围时，距离触发模块40发送信息至总控单元20，总控单元20根据机载终端80的编号确定无人机的规格，然后空闲检测单元50检测停靠站10内是否有适用该规格无人机的停机坪处于空闲状态，并将检测结果发送至总控单元20，由总控单元20根据检测结果执行不同的操作，若停靠站10内部有该规格的停机坪空闲时，总控单元20引导无人机进入空闲停机坪充电；若停靠站10内部没有对应该规格的停机坪空闲时，总控单元20根据优先级判断机构70判定的优先级高低来执行不同的操作；当进入触发范围的无人机优先级高于停靠站10内部正在充电的同规格无人机时，总控单元20控制调度机构30将停靠站10内部优先级最低的无人机调度至其他规格空闲的停机坪上，总控单元20引导待充电的无人机进入调度出的停机坪充电；若进入触发范围的无人机优先级低于停靠站10内部的所有同规格无人机优先级时，总控单元20引导无人机进入空闲的其他规格停机坪上，待充电的无人机停靠在其他规格停机坪上时，当其临时停靠的停机坪对应的无人机飞入时，且该规格的停机坪不足时，总控单元20控制调度机构30将临时停靠的无人机调度至其他规格未停满的停机坪，为驶入的无人机让出停机坪；当停靠站10内部有同规格无人机充电完成后，总控单元20控制调度机构30将充电完成的无人机调度至其他规格空闲的停机坪上，并将临时停靠在其他规格停机坪上优先级最高的无人机调度至空出的空闲停机坪上充电。
31.如图6所示，一种植保无人机充电方法，该充电方法包括以下步骤：步骤s001、需要充电的无人机进入到触发范围时，距离触发模块40发送信息至总控单元20，总控单元20识别无人机的机载终端80的编号，确定无人机的规格；步骤s002、空闲检测单元50接收总控单元20确定的无人机规格，并检测停靠站10内是否有适用该规格无人机的停机坪处于空闲状态，并将检测结果发送至总控单元20，由总控单元20根据检测结果执行不同的操作；步骤s003、若停靠站10内部有对应无人机规格的停机坪空闲时，总控单元20引导无人机进入空闲停机坪充电；若停靠站10内部没有对应无人机规格的停机坪空闲时，总控单元20根据优先级判断机构70判定的优先级高低来执行不同的操作；步骤s004、若进入触发范围的无人机优先级高于停靠站10内部正在充电的同规格无人机时，总控单元20控制调度机构30将停靠站10内部优先级最低的无人机调度至其他规格空闲的停机坪上，总控单元20引导待充电的无人机进入调度出的停机坪充电；若进入触发范围的无人机优先级低于停靠站10部的所有同规格无人机优先级时，总控单元20引导无人机进入空闲的其他规格停机坪上；步骤s005，待充电的无人机停靠在其他规格停机坪上时，当其临时停靠的停机坪对应的无人机飞入时，且该规格的停机坪不足时，总控单元20控制调度机构30将临时停靠的无人机调度至其他规格未停满的停机坪，为驶入的无人机让出停机坪；步骤s006，当停靠站10内部有同规格无人机充电完成后，总控单元20控制调度机构30将充电完成的无人机调度至其他规格空闲的停机坪上，并将临时停靠在其他规格停机坪上优先级最高的无人机调度至空出的空闲停机坪上充电。
32.其中，步骤s003中优先级判定方式如下：a、判断进入触发范围的无人机的作业时间，并将其与停靠站10内部充电的同规格无人机的作业时间进行比较；b、若进入触发范围的无人机的作业时间晚于停靠站10内充电的所有同规格无人机，则判定该无人机优先级低于其他正在充电的同规格无人机；c、若进入触发范围的无人机的作业时间早于停靠站10内充电的任一同规格无人机，则进一步比较充电周期和充电时长；若停靠站10内部的该规格无人机剩余充电时长 进入触发范围的无人机的充电周期 当前时间点早于进入触发范围的无人机的作业时间，则判定该无人机的优先级低于其他正在充电的该规格无人机；若停靠站10内部的该规格无人机剩余充电时长 进入触发范围的无人机充电周期 当前时间点晚于进入触发范围的无人机的下一个作业时间，则判定该无人机优先级高于停靠站10内部正在充电的该规格无人机。
33.采用该方式来对无人机的充电进行整合，能够有效的降低无人机充电顺序杂乱的现象，其充分考虑了无人机的规格、作业时间、充电周期、充电时长以及停靠站10内部的情况，使无人机的充电过程更加有序，大大缩减了无人机充电的等待时长，尤其适合一些大型的试验田以及承包田使用，同时整个充电的过程降低了人工的投入，其应用前景更加可观。
34.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人
员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本发明中未具体描述和解释说明的结构、装置以及操作方法，如无特别说明和限定，均按照本领域的常规手段进行实施。