一种无人机留空供电系统的制作方法

1.本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种无人机留空供电系统。


背景技术：

2.近些年，无人机作为高空基站平台在行业应用领域如日方升，而无人机平台主要可分为两类，即固定翼无人机和多旋翼无人机。在稍早期，无人机平台主要选用中大型的固定翼无人机，固定翼无人机在飞行高度、飞行距离以及载荷能力存在着一定优势，但也同样存在一些弊端，如：体积较大、系统复杂、操作灵活性不够、回收条件要求较高、定点指挥指控时间短等，这些不足决定了其很难在应急平台中得到广泛推广。
3.现阶段，小型电动旋翼无人机逐步取代中大型固定翼无人机，由于小型电动旋翼无人机成本较低、操作灵活、起降环境要求低、维护保养简单、可定点悬停等特点，在工业、农业、军警等领域备受关注，并在各行各业得到广泛应用，如电力巡检、公安执勤、野外拍摄、抢险救灾等。
4.当前市面绝大部分电动旋翼无人机采用锂电池供电，飞行过程所需功率较大，但由于体积及重量限制，电池容量有限，且能量转换过程中存在能量损耗，导致电动旋翼无人机飞行时间有限，若长时间工作需要频繁更换电池，且在野外工作时，电池充电效率受环境温度影响较大。因此，在部分特殊场合应用还存在局限性。
5.综上所述，若要扩大电动旋翼无人机的应用范围，其续航时间短是一个亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

6.为此，本发明提供一种无人机留空供电系统，解决现有技术中多旋翼无人机续航时间短的问题。
7.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种无人机留空供电系统，包括地面端组件和天空端组件；
8.所述地面端组件包括地面端壳体，所述地面端壳体表面设有第一电源输入接口、触控显示屏和出线口，所述第一电源输入接口用于接入电源，所述触控显示屏用于和无人机留空供电系统进行人机交互；
9.所述地面端壳体内部设有地面端控制器、驱动电机、第一舵机、第二舵机、线盘和排线器，所述驱动电机、第一舵机、第二舵机均与所述地面端控制器电连接，所述驱动电机的动力轴与所述排线器的传动轴连接，所述排线器的传动轴通传动皮带与所述线盘的中心轴连接；所述第一舵机设置在所述排线器的一端，第二舵机设置在所述排线器的另外一端，所述第一舵机和第二舵机均连接有限位板，第一舵机和第二舵机均通过所述限位板对排线器进行限位；所述线盘上缠绕有留空电缆，所述留空电缆通过所述排线器的排线轮从所述出线口引出地面端壳体；
10.所述天空端组件包括天空端壳体，所述天空端壳体设有第二电源输入接口，天空
端壳体内部设有天空端控制器、第一电压转换模块和第一无线传输模块，从所述出线口引出地面端壳体的留空电缆与所述第二电源输入接口连接，所述第一电压转换模块和第一无线传输模块均与所述天空端控制器电连接，所述第一电压转换模块还与所述第二电源输入接口电连接，第一电压转换模块用于将地面端组接输出的高压直流电转换为适配无人机的低压直流电，第一无线传输模块用于将天空端组件获取的无人机型号及状态信息传输给地面端组件。
11.作为无人机留空供电系统的优选方案，所述地面端壳体表面还设有电源开关，地面端壳体内部设有第二电压转换模块和漏电保护器，所述第二电压转换模块与所述地面端控制器电连接，第二电压转换模块的输入端经所述漏电保护器与所述电源开关连接，第二电压转换模块的输出端与所述留空电缆电连接。
12.作为无人机留空供电系统的优选方案，所述地面端壳体表面还设有散热风扇，所述散热风扇连通所述地面端壳体的内外侧，散热风扇与所述地面端控制器电连接，散热风扇通过所述地面端控制器控制运行状态。
13.作为无人机留空供电系统的优选方案，所述地面端壳体表面还设有电源状态指示灯，所述电源状态指示灯与所述地面端控制器电连接，电源状态指示灯用于对电源输出状态进行指示。
14.作为无人机留空供电系统的优选方案，所述地面端壳体表面还设有故障报警指示灯，所述故障报警指示灯与所述地面端控制器电连接，故障报警指示灯用于地面端组件的故障报警。
15.作为无人机留空供电系统的优选方案，所述地面端壳体内部还设有12v电源，所述12v电源用于为地面端控制器、散热风扇、电源状态指示灯、故障报警指示灯、第一舵机和第二舵机提供电能。
16.作为无人机留空供电系统的优选方案，所述地面端壳体内部还设有第二无线传输模块，地面端组件配置有遥控器，所述地面端控制器通过所述第二无线传输模块与所述遥控器进行数据传输，遥控器用于和无人机留空供电系统进行人机交互。
17.作为无人机留空供电系统的优选方案，所述第二电压转换模块通过can总线与地面端控制器通信，第二电压转换模块向地面端控制器上报第二电压转换模块的自身状态，所述第二电压转换模块的自身状态包括第二电压转换模块输出电压v1、第二电压转换模块输出电流i1和第二电压转换模块内部温度t1，第二电压转换模块获取地面端控制器的控制指令实现输出打开和关闭，或调节输出电压值和输出电流值的大小。
18.作为无人机留空供电系统的优选方案，所述天空端控制器获取的无人机型号及状态信息包括温度信息、电压及电流信息、内存数据以及自身地址及型号；
19.所述无人机型号包括大疆m210、大疆m300和大疆m600中的至少一种。
20.作为无人机留空供电系统的优选方案，所述地面端控制器采集第二电压转换模块输出电压v1、第二电压转换模块输出电流i1和第二电压转换模块内部温度t1；地面端控制器还搜索预定频率无线电信号，并对收到的无线电信号解析；
21.若未识别到对应的天空端组件发射的信息，则循环搜索；
22.若识别到天空端组件，则通过数据包解析得出天空端电压v2、天空端电流i2和天空端温度t2，地面端控制器调整内部参数适配天空端组件；
23.所述地面端控制器将第二电压转换模块输出电压v1、第二电压转换模块输出电流i1、第二电压转换模块内部温度t1、天空端电压v2、天空端电流i2和天空端温度t2以数据包形式发送至所述触控显示屏；
24.所述地面端控制器实时等待所述触控显示屏或遥控器下发的控制指令，若控制指令执行成功则更新触控显示屏状态，显示最新数据；若控制指令执行出现错误，则更新触控显示屏错误图标状态或触发声光报警。
25.本发明具有如下优点：设有地面端组件和天空端组件；地面端组件包括地面端壳体，地面端壳体表面设有第一电源输入接口、触控显示屏和出线口，第一电源输入接口用于接入电源，触控显示屏用于和无人机留空供电系统进行人机交互；地面端壳体内部设有地面端控制器、驱动电机、第一舵机、第二舵机、线盘和排线器，驱动电机、第一舵机、第二舵机均与地面端控制器电连接，驱动电机的动力轴与排线器的传动轴连接，排线器的传动轴通传动皮带与线盘的中心轴连接；第一舵机设置在排线器的一端，第二舵机设置在排线器的另外一端，第一舵机和第二舵机均连接有限位板，第一舵机和第二舵机均通过限位板对排线器进行限位；线盘上缠绕有留空电缆，留空电缆通过排线器的排线轮从出线口引出地面端壳体；天空端组件包括天空端壳体，天空端壳体设有第二电源输入接口，天空端壳体内部设有天空端控制器、第一电压转换模块和第一无线传输模块，从出线口引出地面端壳体的留空电缆与第二电源输入接口连接，第一电压转换模块和第一无线传输模块均与天空端控制器电连接，第一电压转换模块还与第二电源输入接口电连接，第一电压转换模块用于将地面端组接输出的高压直流电转换为适配无人机的低压直流电，第一无线传输模块用于将天空端组件获取的无人机型号及状态信息传输给地面端组件。本发明可在不改变无人机自身结构的情况下，为飞行过程中的无人机持续供电，大大提高了无人机持续飞行时间；并且可适配不同的天空端装置，为多旋翼无人机长时间续航提供了有效的解决方案。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中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示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
27.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
28.图1为本发明实施例中提供的无人机留空供电系统中地面端组件外部示意图；
29.图2为本发明实施例中提供的无人机留空供电系统中地面端组件内部示意图；
30.图3为本发明实施例中提供的无人机留空供电系统中采用的天空端组件结构示意图；
31.图4为本发明实施例中提供的无人机留空供电系统整体示意图；
32.图5为本发明实施例中提供的无人机留空供电系统中地面端逻辑处理图；
33.图6为本发明实施例中提供的无人机留空供电系统中天空端逻辑处理图。
34.图中，1、地面端组件；2、天空端组件；3、地面端壳体；4、第一电源输入接口；5、触控显示屏；6、出线口；7、地面端控制器；8、驱动电机；9、第一舵机；10、第二舵机；11、线盘；12、排线器；13、限位板；14、留空电缆；15、天空端壳体；16、第二电源输入接口；17、天空端控制器；18、第一电压转换模块；19、第一无线传输模块；20、电源开关；21、第二电压转换模块；22、漏电保护器；23、散热风扇；24、电源状态指示灯；25、故障报警指示灯；26、12v电源；27、第二无线传输模块；28、遥控器；29、蜂鸣器。
具体实施方式
35.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.参见图1、图2、图3和图4，本发明实施例提供一种无人机留空供电系统，包括地面端组件1和天空端组件2；
37.所述地面端组件1包括地面端壳体3，所述地面端壳体3表面设有第一电源输入接口4、触控显示屏5和出线口6，所述第一电源输入接口4用于接入电源，所述触控显示屏5用于和无人机留空供电系统进行人机交互；
38.所述地面端壳体3内部设有地面端控制器7、驱动电机8、第一舵机9、第二舵机10、线盘11和排线器12，所述驱动电机8、第一舵机9、第二舵机10均与所述地面端控制器7电连接，所述驱动电机8的动力轴与所述排线器12的传动轴连接，所述排线器12的传动轴通传动皮带与所述线盘11的中心轴连接；所述第一舵机9设置在所述排线器12的一端，第二舵机10设置在所述排线器12的另外一端，所述第一舵机9和第二舵机10均连接有限位板13，第一舵机9和第二舵机10均通过所述限位板13对排线器12进行限位；所述线盘11上缠绕有留空电缆14，所述留空电缆14通过所述排线器12的排线轮从所述出线口6引出地面端壳体3；
39.所述天空端组件2包括天空端壳体15，所述天空端壳体15设有第二电源输入接口16，天空端壳体15内部设有天空端控制器17、第一电压转换模块18和第一无线传输模块19，从所述出线口6引出地面端壳体3的留空电缆14与所述第二电源输入接口16连接，所述第一电压转换模块18和第一无线传输模块19均与所述天空端控制器17电连接，所述第一电压转换模块18还与第二所述电源输入接口16电连接，第一电压转换模块18用于将地面端组接输出的高压直流电转换为适配无人机的低压直流电，第一无线传输模块19用于将天空端组件2获取的无人机型号及状态信息传输给地面端组件1。
40.具体的，排线器12本身属于现有技术，排线器12的工作原理是通过一根光面轴心的旋转带动其自身沿着轴长的方向做往复运动的。通过心轴的转动，使里面的轴承产生一个摩擦力，因而带动轴承内圈转动。其内部的培林心组由三个或四个内圈为锥面的轴承斜向放置固定组成，三个或四个轴承斜向放置时每个轴承内圈会有部分与轴心接触，由于这种规律的排列，使轴承的锥面在轴心上形成了类似于间断的螺纹面，这样轴心的转动就带动了轴承在轴长度方向的前进。改变轴承的偏向角，进而可以改变行驶速度。当轴承垂直于轴心时，就不会前进，在轴承组上加一个撞杆时，当排线器12行到某个位置时撞上撞针挡块，撞杆随即改变培林祖(轴承组)偏向的角度(例如，之前偏左，后偏右)，那么锥面形成的
丝口的方向随即改变，在轴心旋转方向不变的情况下，排线器12的前进会立刻变为返回。通过撞杆往返的改变轴承的偏向角，这样排线器12也就产生了一个往返运动。
41.本实施例中，所述地面端壳体3表面还设有电源开关20，地面端壳体3内部设有第二电压转换模块21和漏电保护器22，所述第二电压转换模块21与所述地面端控制器7电连接，第二电压转换模块21的输入端经所述漏电保护器22与所述电源开关20连接，第二电压转换模块21的输出端与所述留空电缆14电连接。
42.具体的，第二电压转换模块21通过can总线与地面端控制器7通信，第二电压转换模块21向地面端控制器7上报第二电压转换模块21的自身状态，所述第二电压转换模块21的自身状态包括第二电压转换模块21输出电压v1、第二电压转换模块21输出电流i1和第二电压转换模块21内部温度t1，第二电压转换模块21获取地面端控制器7的控制指令实现输出打开和关闭，或调节输出电压值和输出电流值的大小。
43.具体的，第二电压转换模块21的作用在于电压转换，可以将220v交流电转换为高压直流电源并通过留空电缆14输出至天空端组件2，为天空端组件2提供持续电能。第二电压转换模块21具有的交流转直流电路本身属于现有技术，升压原理是现有的，如采用升压变压器，升压变压器有两组线圈，初级线圈和次级线圈，次级线圈在初级线圈外边，当初相线圈通上交流电时，变压器铁芯产生交变磁场，次级线圈就产生感应电动势，变压器的线圈的匝数比等于电压比。通过调节一次绕组和二次绕组的匝数可以得出不同的电压比，即可以进行电压转换。
44.本实施例中，所述地面端壳体3表面还设有散热风扇23，所述散热风扇23连通所述地面端壳体3的内外侧，散热风扇23与所述地面端控制器7电连接，散热风扇23通过所述地面端控制器7控制运行状态。地面端控制器7通过改变一个io量的输出状态，控制散热风扇23转动与停止，以实现地面端组件1的散热功能。
45.本实施例中，所述地面端壳体3表面还设有电源状态指示灯24，所述电源状态指示灯24与所述地面端控制器7电连接，电源状态指示灯24用于对电源输出状态进行指示。地面端控制器7可以通过改变另一个io量的输出状态，控制电源状态指示灯24的点亮或熄灭，实现电源输出状态指示功能。
46.本实施例中，所述地面端壳体3表面还设有故障报警指示灯25，所述故障报警指示灯25与所述地面端控制器7电连接，故障报警指示灯25用于地面端组件1的故障报警。地面端控制器7通过改变另一个io量的输出状态，控制故障报警指示灯25的点亮或熄灭，实现故障报警功能。
47.本实施例中，所述地面端壳体3内部还设有12v电源26，所述12v电源26用于为地面端控制器7、散热风扇23、电源状态指示灯24、故障报警指示灯25、第一舵机9和第二舵机10提供电能。
48.本实施例中，所述地面端壳体3内部还设有第二无线传输模块27，地面端组件1配置有遥控器28，所述地面端控制器7通过所述第二无线传输模块27与所述遥控器28进行数据传输，遥控器28用于和无人机留空供电系统进行人机交互。
49.具体的，触控显示屏5及遥控器28作为控制和显示终端，提供人机交互界面，使用者可通过触控显示屏5和遥控器28下发电源输出打开、电源输出关闭、收线、放线、停留等指令，并可以通过触控显示屏5观察系统运行状态、地面端信息及天空端信息等。
50.具体的，所述天空端控制器17获取的无人机型号及状态信息包括温度信息、电压及电流信息、内存数据以及自身地址及型号。所述地面端控制器7采集第二电压转换模块21输出电压v1、第二电压转换模块21输出电流i1和第二电压转换模块21内部温度t1；地面端控制器7还搜索预定频率无线电信号，并对收到的无线电信号解析；
51.若未识别到对应的天空端组件2发射的信息，则循环搜索；
52.若识别到天空端组件2，则通过数据包解析得出天空端电压v2、天空端电流i2和天空端温度t2，地面端控制器7调整内部参数适配天空端组件2；
53.所述地面端控制器7将第二电压转换模块21输出电压v1、第二电压转换模块21输出电流i1、第二电压转换模块21内部温度t1、天空端电压v2、天空端电流i2和天空端温度t2以数据包形式发送至所述触控显示屏5；
54.所述地面端控制器7实时等待所述触控显示屏5或遥控器28下发的控制指令，若控制指令执行成功则更新触控显示屏5状态，显示最新数据；若控制指令执行出现错误，则更新触控显示屏5错误图标状态或触发声光报警。
55.本实施例中，天空端组件2适配大疆m210无人机，天空端组件2通过m210天空端第二电源输入接口16与留空电缆14连接，为m210天空端组件2提供持续输入的高压直流电源，m210天空端组件2通过内部天空端控制器17将高压直流电转换为适配无人机的低压电源。
56.无人机电池通过m210天空端电池接口与m210天空端组件2对接，并通过m210天空端电池锁紧装置进行位置固定。m210天空端外壳与无人机电池作为一个整体安装与无人机自身电池仓位置，从而实现由地面端组件1到天空端组件2再到无人机的电能传输。m210天空端组件2内部的天空端控制器17，通过对自身数据收集、分析和整理得出天空端电压v2、天空端电流i2、天空端温度t2等数据，并将以上数据通过内部第一无线传输模块19由m210天空端天线发送无线电信号传输至地面端组件1。类似的，空端组件还可适配大疆m300无人机和m600无人机。
57.参见图5和图6，本发明实施例提供一种地面端组件1和一种天空端组件2，以适配大疆m210无人机进行如下说明：
58.其中m210天空端组件2安装于无人机电池仓位置，并通过留空电缆14与地面端组件1连接。将220v交流电源通过地面端第一电源输入接口4接入地面端组件1。
59.步骤一：通过拨动电源开关20对地面端组件1进行上电，地面端控制器7对系统软件及硬件进行初始化。
60.步骤二：地面端控制器7通过获取第二电压转换模块21内部参数，向触控显示屏5发送第二电压转换模块21输出电压v1、第二电压转换模块21输出电流i1和第二电压转换模块21内部温度t1完成地面端装置参数显示。
61.步骤三：通过触控显示屏5中的“电源开”按键，打开对天空端组件2的供电输出。天空端组件2进行初始化后，开启电压转换功能，将高压直流电转换为适配m210无人机的低压直流电，为无人机持续供电，同时将自身的温度信息，电压及电流信息，历史上电系信息进行数据打包，并通过第二无线传输模块27以固定频率向空中发送。
62.步骤四：地面端控制器7自动搜索空中无线电信号，识别天空端组件2。若为搜索到天空端组件2发出的信号，则循环搜索，若搜索到信号并识别为m210天空端组件2，则在触控显示屏5中显示天空端组件2适配无人机型号“m210”，并显示天空端电压v2、天空端电流i2、
天空端温度t2。
63.步骤五：通过遥控器28或触控显示屏5下发“放线指令”，地面端控制器7接收到指令后，控制驱动电机8反转，驱动电机8带动线盘11逆时针转动、排线器12前后往复运动，留空电缆14跟随无人机上升而逐渐放出，并在触控显示屏5中更新设备状态为“放线”。若执行过程中机构出现错误，则触控显示屏5更新系统错误信息，并伴随声光报警，通过蜂鸣器29发出“滴
……
滴”声，故障报警指示灯25以固定频率闪烁。类似的，若通过遥控器28或触控显示屏5下发“放线指令”或“停留指令”地面端组件1将对应执行相关动作以及切换更新相应状态。
64.综上所述，本发明设有地面端组件1和天空端组件2；地面端组件1包括地面端壳体3，地面端壳体3表面设有第一电源输入接口4、触控显示屏5和出线口6，第一电源输入接口4用于接入电源，触控显示屏5用于和无人机留空供电系统进行人机交互；地面端壳体3内部设有地面端控制器7、驱动电机8、第一舵机9、第二舵机10、线盘11和排线器12，驱动电机8、第一舵机9、第二舵机10均与地面端控制器7电连接，驱动电机8的动力轴与排线器12的传动轴连接，排线器12的传动轴通传动皮带与线盘11的中心轴连接；第一舵机9设置在排线器12的一端，第二舵机10设置在排线器12的另外一端，第一舵机9和第二舵机10均连接有限位板13，第一舵机9和第二舵机10均通过限位板13对排线器12进行限位；线盘11上缠绕有留空电缆14，留空电缆14通过排线器12的排线轮从出线口6引出地面端壳体3；天空端组件2包括天空端壳体15，天空端壳体15设有第二电源输入接口16，天空端壳体15内部设有天空端控制器17、第一电压转换模块18和第一无线传输模块19，从出线口6引出地面端壳体3的留空电缆14与第二电源输入接口16连接，第一电压转换模块18和第一无线传输模块19均与天空端控制器17电连接，第一电压转换模块18还与第二电源输入接口16电连接，第一电压转换模块18用于将地面端组接输出的高压直流电转换为适配无人机的低压直流电，第一无线传输模块19用于将天空端组件2获取的无人机型号及状态信息传输给地面端组件1。使用过程过拨动电源开关20对地面端组件1进行上电，地面端控制器7对系统软件及硬件进行初始化。地面端控制器7通过获取第二电压转换模块21内部参数，向触控显示屏5发送第二电压转换模块21输出电压v1、第二电压转换模块21输出电流i1和第二电压转换模块21内部温度t1完成地面端装置参数显示。通过触控显示屏5中的“电源开”按键，打开对天空端组件2的供电输出。天空端组件2进行初始化后，开启电压转换功能，将高压直流电转换为所适配无人机的低压直流电，为无人机持续供电，同时将自身的温度信息，电压及电流信息，历史上电系信息进行数据打包，并通过第二无线传输模块27以固定频率向空中发送。地面端控制器7自动搜索空中无线电信号，识别天空端组件2。若为搜索到天空端组件2发出的信号，则循环搜索，若搜索到信号并识别出天空端组件2的型号，同时在触控显示屏5中显示天空端组件2适配无人机型号，并显示天空端电压v2、天空端电流i2、天空端温度t2。通过遥控器28或触控显示屏5下发“放线指令”，地面端控制器7接收到指令后，控制驱动电机8反转，驱动电机8带动线盘11逆时针转动、排线器12前后往复运动，留空电缆14跟随无人机上升而逐渐放出，并在触控显示屏5中更新设备状态为“放线”。若执行过程中机构出现错误，则触控显示屏5更新系统错误信息，并伴随声光报警，通过蜂鸣器29发出“滴
……
滴”声，故障报警指示灯25以固定频率闪烁。类似的，若通过遥控器28或触控显示屏5下发“放线指令”或“停留指令”地面端组件1将对应执行相关动作以及切换更新相应状态。本发明可在不改变无人机自身结构的
情况下，为飞行过程中的无人机持续供电，大大提高了无人机持续飞行时间；并且可适配不同的天空端装置，为多旋翼无人机长时间续航提供了有效的解决方案。
65.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。