[发明专利]一种能够野外自动充电的智能飞行器系统及其充电方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够野外自动充电的智能飞行器系统及其充电方法。

背景技术

四轴飞行器是一种常见的多旋翼飞行器，其通过支架支撑前后、左右两组共四个旋翼，每组旋翼旋向相同，两组旋翼分别互为正反旋翼，两组旋翼旋向相反，从而抵消飞行器机体扭力矩，防止自旋，保持机体平衡。四轴飞行器通过改变各旋翼旋转速来改变升力，进而改变四轴飞行器的飞行姿态和位置。由于其结构紧凑、质量轻、动作灵活、抗风能力强，一般适宜在比较狭小的空间或者复杂地形环境中使用，可应用于野外信息/数据采集等任务。

但是，四轴飞行器的飞行距离严重受限于供电能量（电池容量），目前常用的方法是增加电池容量，但电池容量的增加会造成飞行器负重增大、输出功率随之上升，飞行距离无法随着所携带的电池容量增加而线性增加，制作成本与电池技术限制着飞行器的最远飞行距离，因此无法从根本上解决飞行器飞行距离受限的问题。

目前，已有部分组织与人员对飞行器的的充电问题进行了设计，如中国科学院自动化研究所公开号为CN103944236A的中国发明专利”基于自然能蓄电的无线充电平台”。该平台将收集到的太阳能、风能转化为存储于蓄电池中的电能。当智能飞行器停落于该充电平台上时，平台开始对飞行器进行无线充电。但是，此发明专利存在如下问题：

1、对环境条件要求高，不适于大量部署。该充电平台需要安放在日照条件良好或风力充足的环境下，以满足内部蓄电池的蓄电要求，因此前期选址难度较高。然而，过少的充电平台不能有效保证任务区域内所有的飞行器及时得到电能补充。

2、应对恶劣自然条件的能力差。该充电平台中的基础设施包括正在充电的飞行器并不是处在一个完全密封的受保护的环境中，因此并不能有效应对恶劣天气、野生动物等的干扰和破坏。

3、不具备通信能力，同时缺乏与之配套的系统与方法，帮助飞行器自动查找可用充电平台，前往并完成充电过程。因此有可能会造成多台飞行器在一座充电平台周围排队等待充电，同时又有多个充电平台处于空闲状态的现象。

4、充电效率低，充电时间长。为了简化充电过程，该充电平台采用了充电效率较低无线充电方法，但是忽略飞行器在执行野外任务时的连贯性和时效性。较长的充电时间难以保证任务完成质量。

因此，需要一种方便高效的智能飞行器野外自动充电系统和方法，保证飞行器在低电量时能够及时在任务途中得到能量补充，以此提高野外信息/数据采集任务的作业范围。

发明内容

本发明主要解决的问题是提供一种基于智能飞行器的野外自动充电系统与方法，该系统与方法操作简单，耗费成本低廉，实用性强，可以在不返程的条件下自动完成充电工作。

 为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种能够野外自动充电的智能飞行器系统，包括用于执行野外信息和数据采集任务的智能飞行器以及充电仓平台，所述智能飞行器利用预先部署于不同地理位置的多个充电仓平台作为基础充电设施，在智能飞行器电量低于预设值时自动完成对可抵达范围内所有充电仓平台的查找，飞行至可用充电仓平台进行充电，并在充电完成后返回原任务执行地点继续工作。

上述智能飞行器除了作为基本设备载体四轴飞行器主机体外，还包括飞行器主控模块、气压检测传感模块、GPS模块、角速度传感器模块、飞行器无线通信模块、数据存储模块、充电电池模块、脚轮以及压力传感模块；

所述飞行器主控模块，用于控制整个智能飞行器的正常运行，控制各模块的开闭，协调各部分软件硬件模块的工作，处理飞行器所获得的信息，以实现自动充电的高效完成；

所述气压检测传感模块，用于检测当前气压值从而计算并控制当前飞行高度，通过读取任务执行区域最高海拔高度h，从而求得智能飞行器适应维持的飞行高度H，其中H=α*h；α为高度安全系数，其中α> 1，用于确保智能飞行器在水平飞行过程中不被其他障碍物所阻拦；

所述GPS模块，用于检测智能飞行器的地理位置信息，当飞行器监测到当前电量过低的预警后，会自动记录下当前任务执行地点的地理位置信息，智能飞行器在GPS模块导航下，前往指定的充电仓平台完成蓄电，蓄电完成后，智能飞行器返回任务执行中断地点继续完成任务；

所述角速度传感器模块，用于智能飞行器导航、航行过程中的的位置控制和姿态控制，在飞行器进入充电仓平台时，实时调整角度，使机身保持水平状态；