一种移动式空地协同无人机自主充电系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了一种移动式空地协同无人机自主充电系统，包括无人车平台

【技术实现步骤摘要】
一种移动式空地协同无人机自主充电系统和方法


[0001]本专利技术涉及无人机充电
，具体涉及一种移动式空地协同无人机自主充电系统和方法
。

技术介绍

[0002]针对战时地下空间探测与建图的需求，急需开展一种子母多栖无人
SLAM
系统的转化应用研究，该系统包括无人车
SLAM
平台和多旋翼无人机
SLAM
平台，两个平台都可以进行探测与建图，互为补充
。
但是受限于电池的能量密度，多旋翼无人机续航时间普遍较短，需要人工频繁更换电池，而人工充电费时费力，影响飞行效率，极大地限制了无人机应用范围与工作模式，因此基于上述问题研发了无人机自主充电技术能够很大程度上解决上述问题
。
要想实现对无人机的充电功能，前提是准确地定位充电平台位置，并让无人机能飞达充电平台的正上方，现有的无人机定位导航功能需要依靠
GNSS
系统，但在地下空间这类无
GNSS
信号且光照微弱的区域无法使用
RTK
这种常规定位方法
。
除此之外，现有的无人机自主充电技术可以分为接触式充电和无线充电两类，接触式充电技术在无人机和充电平台上布置了裸露的金属电极，该方案具有效率高
、
成本低的优势，然而裸漏电极存在磨损老化
、
野外环境应用时易短路和断路的问题；无线充电具有安全
、
灵活等优势，但充电效率较低
。
[0003]上述问题是目前亟待解决的
。

技术实现思路

[0004]本专利技术要克服现有技术的上述至少一个缺点，第一方面，提供了一种移动式空地协同无人机自主充电系统，所述系统包括无人车平台
、
无人机平台
、
定位单元和充电单元；所述无人机平台包括多旋翼无人机，所述多旋翼无人机上配置有
SLAM
系统，充电接口和超声波发射装置；所述无人车平台包括配置在无人车上的
SLAM
系统
、
电源装置
、
超声波接收装置
、
机械臂和无人机降落平台；所述定位单元包括粗定位单元
、
精定位单元和引导单元；其中所述粗定位单元用于基于分别配置在无人机和无人车上的
SLAM
系统后端优化定位获得所述无人车和所述无人机的相对位置；所述精定位单元用于基于超声波测距和多普勒测速算法获得所述无人机和无人车的精准相对位置；所述引导单元用于基于所述无人车和无人机的相对位置将所述无人机引导至无人车附近以及基于所述无人机和无人车的精准相对位置使所述无人机精准的降落至所述无人车平台；所述充电单元用于控制所述电源装置对降落至所述无人车平台的无人机进行充电
。
[0005]进一步的，所述多旋翼无人机的支腿上分别配置有金属片，所述
SLAM
系统包括激光雷达
、
摄像头和惯性测量单元
。
[0006]进一步的，所述电源装置包括储能电池
、
充电管理电路
、
放电管理电路，用于为所述无人车平台提供工作电源；所述机械臂包括智能视觉识别系统和照明系统，以及与所述电源装置连接的充电线路和锁定式充电插头，用于将所述充电插头与充电接口连接；所述无人机降落平台置于所述无人车平台的中央，底部配置有压力检测装置和电磁铁阵列
。
[0007]进一步的，所述压力检测装置用于检测所述无人机是否降落至无人机降落平台；所述电磁铁阵列用于固定降落至无人机降落平台的多旋翼无人机
。
[0008]进一步的，所述精定位单元还用于：对所述无人车平台上的超声波接收装置接收到的所述多旋翼无人机上的超声波发射装置周期传输的超声波信号执行定位算法获得所述无人机和无人车的精准相对位置
。
[0009]进一步的，所述精准定位单元还用于：基于超声波测距，通过估算超声波信号到达接收端的时间差，得到声源离接收端的距离；利用多普勒效应获取所述多旋翼无人机移动的速度；利用卡尔曼滤波算法，并结合测得的距离和所述多旋翼无人机移动速度修正测距数据；利用泰勒级数展开的最小二乘法估计所述多旋翼无人机位置，获取所述多旋翼无人机和无人车的精准相对位置
。
[0010]进一步的，所述系统还包括电量识别单元，用于识别所述多旋翼无人机的电量是否小于电量阈值，当所述电量小于电量阈值时对所述多旋翼无人机启动充电程序
。
[0011]第二方面，本专利技术提供了一种移动式空地协同无人机自主充电方法，所述方法包括：获取多旋翼无人机电量信息；当所述多旋翼无人机的电量小于预设电量阈值时启动自主充电程序；通过配置在多旋翼无人机和无人车上的
SLAM
系统后端优化获取所述多旋翼无人机和无人车的相对位置；基于超声波测距和多普勒测速方法获得所述无人机和无人车的精准相对位置；基于精准相对位置将所述多旋翼无人机降落至无人车平台；当置于无人车平台的压力传感装置检测到所述多旋翼无人机已经降落至无人车平台上时启动位于无人车平台上的电磁铁阵列固定所述多旋翼无人机；通过机械臂使无人车平台上的插头与所述多旋翼无人机上的插口连接；对所述多旋翼无人机进行充电；当检测到多旋翼无人机充满电后，通过机械臂使无人车平台上的插头与所述多旋翼无人机上的插口分离
。
[0012]第三方面，本专利技术提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有一个或一个以上的指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述的移动式空地协同无人机自主充电方法
。
[0013]第四方面，本专利技术提供了一种电子设备，包括：存储器和处理器；所述存储器中存储有至少一条程序指令；所述处理器通过加载并执行所述至少一条程序指令以实现上述的移动式空地协同无人机自主充电方法
。
[0014]本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的一种移动式空地协同无人机自主充电系统，包括无人车平台
、
无人机平台
、
定位单元和充电单元；所述无人机平台包括多旋翼无人机，所述多旋翼无人机上配置有
SLAM
系统，充电接口和超声波发射装置；所述无人车平台包括配置在无人车上的
SLAM
系统
、
电源装置
、
超声波接收装置
、
机械臂和无人机降落平台；所述定位单元包括粗定位单元
、
精定位单元和引导单元；其中所述粗定位单元用于基于分别配置在无人机和无人车上的
SLAM
系统后端优化定位获得所述无人车和所述无人机的相对位置；所述精定位单元用于基于超声波测距和多普勒测速算法获得所述无人机和无人车的精准相对位置；所述引导单元用于基于所述无人车和无人机的相对位置将所述无人机引导至无人车附近以及基于所述无人机和无人车的精准相对位置使所述无人机精准的降落至所述无人车平台；所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种移动式空地协同无人机自主充电系统，其特征在于，所述系统包括无人车平台
、
无人机平台
、
定位单元和充电单元；所述无人机平台包括多旋翼无人机，所述多旋翼无人机上配置有
SLAM
系统，充电接口和超声波发射装置；所述无人车平台包括配置在无人车上的
SLAM
系统
、
电源装置
、
超声波接收装置
、
机械臂和无人机降落平台；所述定位单元包括粗定位单元
、
精定位单元和引导单元；其中所述粗定位单元用于基于分别配置在无人机和无人车上的
SLAM
系统后端优化定位获得所述无人车和所述无人机的相对位置；所述精定位单元用于基于超声波测距和多普勒测速算法获得所述无人机和无人车的精准相对位置；所述引导单元用于基于所述无人车和无人机的相对位置将所述无人机引导至无人车附近以及基于所述无人机和无人车的精准相对位置使所述无人机精准的降落至所述无人车平台；所述充电单元用于控制所述电源装置对降落至所述无人车平台的无人机进行充电
。2.
根据权利要求1所述的移动式空地协同无人机自主充电系统，其特征在于，所述多旋翼无人机的支腿上分别配置有金属片，所述
SLAM
系统包括激光雷达
、
摄像头和惯性测量单元
。3.
根据权利要求1所述的移动式空地协同无人机自主充电系统，其特征在于，所述电源装置包括储能电池
、
充电管理电路
、
放电管理电路，用于为所述无人车平台提供工作电源；所述机械臂包括智能视觉识别系统和照明系统，以及与所述电源装置连接的充电线路和锁定式充电插头，用于将所述充电插头与充电接口连接；所述无人机降落平台置于所述无人车平台的中央，底部配置有压力检测装置和电磁铁阵列
。4.
根据权利要求3所述的移动式空地协同无人机自主充电系统，其特征在于，所述压力检测装置用于检测所述无人机是否降落至无人机降落平台；所述电磁铁阵列用于固定降落至无人机降落平台的多旋翼无人机
。5.
根据权利要求1所述的移动式空地协同无人机自主...

【专利技术属性】
技术研发人员：李健，崔昊，杨俊涛，胡庆武，毛庆洲，李焕涛，陶亦文，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：