一种用于无人机的车载式无线充电装置

1.本发明涉及无线充电技术领域，具体而言，涉及一种用于无人机的车载式无线充电装置。


背景技术：

2.随着无人机技术的快速发展，无人机的续航时间及充电的便捷性成为影响其使用的关键问题。
3.已知的大型充电装置均采用地面固定方式，该充电方式占用场地面积大，且便捷性较差，例如，当充电装置距离一线战场距离较远时，无人机飞行至充电装置需要耗费较长时间，且充满电的无人机运输到一线，电量也大打折扣，降低续航能力和作战能力。因此，为了提高无人机充电的便捷性，亟需一种无人机充电装置。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种用于无人机的车载式无线充电装置，以提高无人机充电的便捷性。具体的技术方案如下。
5.本发明实施例提供一种用于无人机的车载式无线充电装置，所述装置包括：车辆厢体、车轮、以及控制单元，所述车辆厢体包括至少一充电单元；
6.任一所述充电单元，包括：降落坪、起飞坪、传送带充电坪、起飞传送带、以及位于所述降落坪的第一泊位装置和位于所述起飞坪的第二泊位装置；所述第一泊位装置和所述第二泊位装置均包括：拨叉和一端转子；所述起飞传送带外侧设置有导向护栏；
7.所述传送带充电坪，包括：按预设形状排列的传送带、位于所述传送带上的多个充电坪、以及与各所述充电坪对应设置的充电定位装置；所述充电定位装置包括锁定和解锁两个状态；
8.所述控制单元，用于当接收到无人机发送的充电请求时，根据各所述充电单元的分配策略，以及上一无人机的分配情况，确定待为所述无人机充电的目标充电单元；控制所述目标充电单元的目标降落坪由内收状态变为外展状态，当检测到所述无人机降落至所述目标降落坪后，控制所述目标降落坪的第一泊位装置将所述无人机拨至所述传送带充电坪的任一充电坪；并将该充电坪对应的定位装置设置为锁定状态；接收到所述无人机发送的电量充满信号时，控制所述传送带充电坪转动，当所述无人机转至所述传送带充电坪和所述起飞传送带交叉处时，将所述定位装置变更为解锁状态，所述无人机被送入所述起飞传送带；控制所述目标充电单元的目标起飞坪由内收状态变为外展状态，并控制所述目标起飞坪的第二泊位装置将所述无人机拨至所述目标起飞坪。
9.可选的，所述车辆厢体包括多个充电单元；各所述充电单元沿竖直方向堆叠摆放；
10.各所述充电单元所包括的降落坪沿竖直方向交错摆放，各所述充电单元所包括的起飞坪沿竖直方向交错摆放。
11.可选的，任一所述降落坪均存在内收状态和外展状态，对应该降落坪所在的充电
单元收到无人机的降落请求状态和其他状态；
12.任一所述起飞坪均存在内收状态和外展状态，对应该起飞坪所在的充电单元存在无人机被送入起飞传送带状态和其他状态。
13.可选的，任一所述充电单元的降落坪和充电坪，位于该充电单元中所包括的传送带充电坪和起飞传送带所在区域的对侧。
14.可选的，所述装置还包括：车头挂件；所述车头挂件安装于所述车辆厢体。
15.可选的，任一所述传送带充电坪上的两个相邻充电坪的间距，大于预设距离阈值。
16.可选的，所述控制单元，根据各所述充电单元的分配策略，以及上一无人机的分配情况，确定待为所述无人机充电的目标充电单元时，具体用于：
17.按照预先为各充电单元设置的排列顺序，将为上一无人机分配的充电单元的下一充电单元确定为待为所述无人机充电的目标充电单元。
18.可选的，所述控制单元，接收到所述无人机发送的电量充满信号时，控制所述传送带充电坪转动时，具体用于：
19.接收到所述无人机发送的电量充满信号时，确定所述无人机当前所在位置距离所述起飞传送带的瞬时针距离和逆时针距离；
20.当所述顺时针距离小于所述逆时针距离时，控制所述传送带充电坪顺时针转动；
21.当所述逆时针距离小于所述顺时针距离时，控制所述传送带充电坪逆时针转动。
22.可选的，所述控制单元，确定所述无人机当前所在位置距离所述起飞传送带的瞬时针距离和逆时针距离时，具体用于：
23.确定所述无人机当前所在位置距离所述起飞传送带的瞬时针方向间隔充电坪数量，和逆时针方向间隔充电坪数量，作为顺时针距离和逆时针距离。
24.可选的，所述控制单元，还用于，在检测到所述无人机降落至所述目标降落坪后，控制所述目标降落坪的第一泊位装置将所述无人机拨至所述传送带充电坪的任一充电坪之前，
25.确定所述无人机的当前电量，以及正在充电的各其他无人机的当前电量，将与所述无人机电量最接近的其他无人机所在充电坪的相邻充电坪转动至所述目标降落坪位置；或
26.将当前距离所述目标降落坪最近的空位充电坪转动至所述目标降落坪位置。
27.由上述内容可知，本发明实施例提供的用于无人机的车载式无线充电装置，能够提供一种可移动的充电装置，从而可以根据待充电的无人机位置控制充电装置行驶至适当区域，便捷的为无人机进行充电。并且，通过将充电单元中的降落坪和起飞坪设置为内收和外展两个状态，可以减小充电装置的空间大小，从而方便其行驶。当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
28.本发明实施例的创新点包括：
29.1、提供一种可移动的充电装置，从而可以根据待充电的无人机位置控制充电装置行驶至适当区域，便捷的为无人机进行充电。
30.2、通过将充电单元中的降落坪和起飞坪设置为内收和外展两个状态，可以减小充电装置的空间大小，从而方便其行驶。
31.3、通过设置无人机分配策略，能够保证需要充电的无人机均快速停靠在充电装置
上进行充电，提高充电效率。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。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。
33.图1为本发明实施例的充电单元的一种结构示意图；
34.图2为本发明实施例的充电定位装置的一种结构示意图；
35.图3为本发明实施例的车辆厢体的一种结构示意图；
36.图4为本发明实施例的各层降落坪、起飞坪位置关系示意图；
37.图5为本发明实施例的各层起飞传送带的摆放位置示意图；
38.图6为本发明实施例的传送带旋转路径选择示意图。
具体实施方式
39.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、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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付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。
40.需要说明的是，本发明实施例及附图中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含的一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
41.本发明实施例公开了一种用于无人机的车载式无线充电装置，能够提高无人机充电的便捷性。下面对本发明实施例进行详细说明。
42.本发明实施例提供的用于无人机的车载式无线充电装置，包括：车辆厢体、车轮、以及控制单元，车辆厢体包括至少一充电单元。
43.图1为任一充电单元的结构示意图，如图1所示，充电单元包括：降落坪101、起飞坪102、传送带充电坪103、起飞传送带104、以及位于降落坪的第一泊位装置105和位于起飞坪的第二泊位装置106；其中，起飞传送带104外侧设置有导向护栏107；第一泊位装置105和第二泊位装置106均包括：拨叉和一端转子。
44.降落坪101是指车辆厢体内的充电感知模块接收到无人机充电请求时，可以由内收状态变为外展使无人机降落的停机坪。为保证充电工作的有序进行，降落坪101上只允许有且仅有一架无人机停放。
45.起飞坪102是指停放车辆厢体内的充电反馈判断逻辑识别电量充满的无人机的停机坪。为保证起飞工作的有序进行，起飞坪102上只允许有且仅有一架无人机停放。
46.第一泊位装置105的功能在于：将降落在降落坪101上的需充电无人机，拨入充电区域内的传动带充电坪103的指定位置上，使其能顺利完成后续充电工作。第二泊位装置106的功能在于：将完成充电且进入起飞传送带104的无人机拨入起飞坪102的停机区域，使
其能顺利完成起飞任务。
47.具体的，以第一泊位装置为例说明其工作过程，按图1所示，第一泊位装置105与x轴成0
°
，进行泊位时，一端转子会顺时针旋转180
°
，最终与x轴成反向平行，并等待无人机进入充电定位装置再回转。
48.传送带充电坪103，包括：按预设形状排列的传送带、位于传送带上的多个充电坪1031、以及与各充电坪对应设置的充电定位装置；充电定位装置包括锁定和解锁两个状态。
49.传送带充电坪103是指传送带装置和充电坪的结合体，本发明采用结合体的目的在于：由于无人机的降落与起飞停机坪不在同意位置，如果不采用结合体机构，便会造成降落充电容易而起飞困难的弊端。
50.在同一充电区域内，传送带共有两条。第一条为传送带充电坪包括的传送带，主要功能是指配合降落坪101的第一泊位装置105，使得无人机可以准确对准充电坪1031的发射线圈从而进行无线充电。当没有无人机起飞和降落时，传送带是不进行工作的。一方面减少电能消耗，另一方面防止因急起急停损伤无人机。第二条为起飞传送带104，主要功能是当传动带充电坪上的某个无人机充电完毕后，旋转至快接近起飞传送带104时，充电坪上的充电定位装置失效，将无人机推送至起飞传送带104，并配合第二泊位装置106将充满电的无人机拨到起飞坪102上，确保无人机有序起飞。
51.充电定位装置目的在于将需要充电的无人机固定，保证车辆在行驶过程中，正在进行充电任务的无人机不会发生偏移和损毁。在一种实现方式中，本发明的充电定位装置采用类似相机镜头的旋转固定装置，顺时针旋转时，内圈半径越来越小，实现对无人机锁死。逆时针旋转时，内圈半径越来越大，实现解除锁死功能。示意图如图2所示。
52.在一种实施方式中，任一降落坪101均存在内收状态和外展状态，对应该降落坪101所在的充电单元收到无人机的降落请求状态和其他状态；任一起飞坪102均存在内收状态和外展状态，对应该起飞坪102所在的充电单元存在无人机被送入起飞传送带状态和其他状态。
53.控制单元，用于当接收到无人机发送的充电请求时，根据各充电单元的分配策略，以及上一无人机的分配情况，确定待为无人机充电的目标充电单元；控制目标充电单元的目标降落坪由内收状态变为外展状态，当检测到无人机降落至目标降落坪后，控制目标降落坪的第一泊位装置将无人机拨至传送带充电坪的任一充电坪；并将该充电坪对应的定位装置设置为锁定状态；接收到无人机发送的电量充满信号时，控制传送带充电坪转动，当无人机转至传送带充电坪和起飞传送带交叉处时，将定位装置变更为解锁状态，无人机被送入起飞传送带；控制目标充电单元的目标起飞坪由内收状态变为外展状态，并控制目标起飞坪的第二泊位装置将无人机拨至目标起飞坪。
54.在本发明实施例中，充电逻辑主要是指当无人机从电量低于阈值需要充电的时刻起始，到充电完成起飞停止的过程中，每一步骤的运行流程，具体由控制单元执行。具体而言，当无人机需要充电时，无人机向装置发送请求降落信号，充电单元的降落坪101外展至与地面水平，无人机降落至降落坪101，第一泊位装置105将无人机拨入传送带充电坪103上，旋转固定装置顺时针旋转使得内径缩小实现锁死，进行充电，充电完毕后随着传送带运行，无人机在接近起飞传送带104过程中，旋转固定装置逆时针旋转使得内径增大实现解锁，完成路径切换，第二泊位装置106将无人机拨入起飞坪102中，无人机完成起飞，充电任
务结束。
55.由上述内容可知，本发明实施例提供的用于无人机的车载式无线充电装置，能够提供一种可移动的充电装置，从而可以根据待充电的无人机位置控制充电装置行驶至适当区域，便捷的为无人机进行充电。并且，通过将充电单元中的降落坪和起飞坪设置为内收和外展两个状态，可以减小充电装置的空间大小，从而方便其行驶。
56.在一种实施方式中，本发明装置可以包括两大组成部分：车辆厢体和判断策略。车辆厢体包括多个充电单元；各充电单元沿竖直方向堆叠摆放；各充电单元所包括的降落坪沿竖直方向交错摆放，各充电单元所包括的起飞坪沿竖直方向交错摆放。
57.在一种实施方式中，装置还包括：车头挂件；车头挂件安装于车辆厢体。
58.具体的，车辆厢体由车头挂件、三块降落坪、三块起飞坪、泊位装置、三个充电区、传送带充电坪、充电定位装置和车轮组成。判断策略主要是指降落、充电和起飞三个过程的逻辑判断运算策略。车头挂件的存在是由于本发明自身不具备动力马达装置，运输时需要外挂牵引车头使得本发明所提供的无线充电装置运动。
59.具体的，如图3所示，车辆厢体是由车头挂件、三块降落坪、三块起飞坪、泊位装置、三个充电区、传送带充电坪、充电定位装置和车轮组成的。也就是说，可以包括三个充电单元，分别为a层充电区、b层充电区和c层充电区。如图3所示，示意图中由于角度等原因并未展示出车头挂件、泊位装置和完整的三块起飞坪。
60.充电区是指装载传送带、充电坪和充电定位装置的区域。现实场景中，一般采用平铺式充电区的摆放方式，占地面积大并且机动性能差。本发明采用充电区叠放式，大大减小充电占地面积大的缺点，并且将充电叠放并固定加之车轮，从而提升充电区的可移动性。
61.车头挂件是指安装在车辆厢体上，用于挂装在动力汽车尾部牵引车辆厢体实现移动车载功能的机械结构。
62.对于降落坪而言，较为关键的技术点是，本发明中为减小无人机充电平台过大的面积，因此采用了三层叠放式的布局方式，这就使得降落坪以及起飞坪的位置摆放成为关键技术之一。三层充电区从上至下依次命名为a、b、c充电区，当一次性需要充电的无人机的数目较之单层充电区内总计充电坪数目更小时，不会产生层与层之间的相互影响问题；若一旦一次性需要充电的无人机的数目过大时，就会使得一部分无人机降落至a层充电坪，另一部分无人机降落至b层充电坪，为防止两架无人机同时降落时发生剐蹭等相互影响的现象，将每层降落坪都设置于不同的垂直面上，如图4所示，也就是说a、b、c降落坪和起飞坪均不在同一“z轴”。对于起飞坪而言，为避免两架无人机同时起飞互相干扰，解决办法亦是如此。
63.在一种实施方式中，任一充电单元的降落坪和充电坪，位于该充电单元中所包括的传送带充电坪和起飞传送带所在区域的对侧。
64.在一种实施方式中，任一传送带充电坪上的两个相邻充电坪的间距，大于预设距离阈值。例如，上述预设距离阈值可以根据需要进行充电的无人机大小设定，如可以为大于无人机宽度的任意值，如此，可以允许每个充电坪均可以同时为无人机充电，提高充电效率。
65.在一种实施方式中，控制单元，根据各充电单元的分配策略，以及上一无人机的分配情况，确定待为无人机充电的目标充电单元时，具体用于：按照预先为各充电单元设置的
排列顺序，将为上一无人机分配的充电单元的下一充电单元确定为待为无人机充电的目标充电单元。
66.在本发明实施例中，为保证无人机降落的效率始终保持100％，何谓100％，是指例如两架无人机降落同一台降落坪101，第一泊位装置105每次只能拨一架无人机进入充电区，如果两架无人机必须降落同一降落坪101，那么就必有一架无人机需要等待。
67.因此本发明嵌入无人机分配策略，也称编号策略、排队策略。具体的，充电装置接收到无人机需要充电的信号时，按照先后顺序向无人机中枢发送编号信息，每个编号都会对应相应编号的降落坪，再经过降落坪泊位装置依次拨入充电区进行充电操作。例如：充电装置接收到11架无人机需要充电的信号，编号策略对按照先后顺序赋予编号，分别为1，2，3；1，2，3；1，2，3；1，2。所有编号为1的无人机飞向a层降落坪、所有编号为2的无人机飞向b层降落坪、所有编号为3的无人机飞向c层降落坪。
68.通过设置无人机分配策略，能够保证需要充电的无人机均快速停靠在充电装置上进行充电，提高充电效率。
69.在一种实施方式中，控制单元，接收到无人机发送的电量充满信号时，控制传送带充电坪转动时，具体用于：接收到无人机发送的电量充满信号时，确定无人机当前所在位置距离起飞传送带的瞬时针距离和逆时针距离；当顺时针距离小于逆时针距离时，控制传送带充电坪顺时针转动；当逆时针距离小于顺时针距离时，控制传送带充电坪逆时针转动。
70.在一种实现方式中，控制单元，确定无人机当前所在位置距离起飞传送带的瞬时针距离和逆时针距离时，具体用于：确定无人机当前所在位置距离起飞传送带的瞬时针方向间隔充电坪数量，和逆时针方向间隔充电坪数量，作为顺时针距离和逆时针距离。
71.为了保证已充满的无人机能迅速被传送至起飞坪102，本发明内部嵌入智能运算，以识别充满电的无人机与起飞传送带的位置关系，判断选择传送带是正转还是反转。
72.由于充电区采用三层叠放式组合结构，为保证能一次性满足无人机同时降落或起飞，将降落坪以及起飞坪进行错位设置，因此不同的充电区内部的起飞传送带104的摆放位置是不一样的。如图5所示。
73.具体的判断策略是指无人机在某一位置充电完毕，即达到100％的满电量状态时，判断传送带路径正转反转以实现满电无人机最快到达起飞坪完成起飞任务。具体判断方式是充电坪数目运算法，即无论传送带顺时针转动还是逆时针转动都会使得某一充电坪与起飞传送带产生距离的变化，距离通过间隔充电坪的数目而运算得出的。也就是说，例如a充电区，充电坪的数目是固定的，如图6中左图所示，充电坪数目共有33个，假设右图圆圈内部标示充电完成，从下方看此充电坪距离出口的间隔坪数目为7，则从上方看此充电坪距离出口的间隔坪数目为25，因此对得出的数值进行比较可知：7《25，因此充电坪向下移动，也即逆时针转动使得充满电的无人机快速移动到起飞传送带。
74.在一种实现方式中，控制单元，还用于，在检测到无人机降落至目标降落坪后，控制目标降落坪的第一泊位装置将无人机拨至传送带充电坪的任一充电坪之前，确定无人机的当前电量，以及正在充电的各其他无人机的当前电量，将与无人机电量最接近的其他无人机所在充电坪的相邻充电坪转动至目标降落坪位置；或将当前距离目标降落坪最近的空位充电坪转动至目标降落坪位置。
75.为保证无人机降落后，除排队以外可以立即被第一泊位装置拨入传送带进行充
电，提高充电效率，因此就需要充电区内的空位充电坪时刻保持位于第一泊位装置一旁的情况。因此就有两种解决方式：第一，从拨入角度考虑，第二，从旋转方向角度考虑。
76.第一，从拨入角度考虑，也就是将大部分精力投入无人机降落上。换句话说，让电量近似的无人机停放的位置临近，即可保证满电无人机起飞之后，空位都是挨在一起的。
77.第二，从旋转角度考虑，也就是大部分精力投入传送带旋转上，也就是说，无人机降落时不用完成电量的识别及排序重组过程，只需依次拨入充电区即可，运算压力下，充电效率高，由于要保证空位对准降落坪，就使得传送带频繁远距离转动，影响整体充电装置的寿命。
78.本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
79.本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
80.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。