一種無人機(jī)自動充電控制裝置的制作方法

本實(shí)用新型屬于充電控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無人機(jī)自動充電控制裝置。

背景技術(shù)：

近年來，無人機(jī)在民用、警用、軍用等領(lǐng)域的應(yīng)用得到了迅猛發(fā)展。采用電池供電的小型無人機(jī)在市場上占據(jù)主導(dǎo)地位，原因是電池屬于清潔能源，沒有排放污染，易于循環(huán)使用。然而，電池的續(xù)航能力一直是無人機(jī)應(yīng)用的一個重要制約瓶頸，通常無人機(jī)在空中飛行30分鐘后就需要返回地面更換電池，如此才能繼續(xù)執(zhí)行飛行任務(wù)。執(zhí)行關(guān)鍵任務(wù)時，工作人員需攜帶多塊電池，輪流更換無人機(jī)的電池，或者采用多個無人機(jī)交替升空的辦法來保證連續(xù)任務(wù)的執(zhí)行。無論什么情況，都需要對電池頻繁充電。

無人機(jī)電池更換時需要把電池從電池倉移除，再放入已經(jīng)充滿電的電池，一些無人機(jī)為了更換電池方便，干脆不設(shè)電池倉，簡單地用膠帶把電池綁在無人機(jī)上就起飛，可見無人機(jī)電池續(xù)航能力和電池更換不方便的確制約了無人機(jī)的應(yīng)用。在一些需要無人機(jī)長時間升空的關(guān)鍵任務(wù)中，一臺無人機(jī)可能需要配備數(shù)塊電池，通常情況下，電池有專人管理且使用專用充電器對電池充電，晚上集中充電，保證白天使用，即便這樣，也常常會擔(dān)心電池續(xù)航能力不足的問題。由于電池技術(shù)和快充技術(shù)的發(fā)展，發(fā)展在位充電技術(shù)，即不把電池卸下來，在無人機(jī)起降裝置或充電塢上直接完成充電的技術(shù)，是技術(shù)發(fā)展的趨勢之一，特別是有起降裝置的無人機(jī)，在位充電應(yīng)當(dāng)是必須配置的功能，因此無人機(jī)充電控制領(lǐng)域尚有很大的發(fā)展空間和市場。

此外，充電必須保證充電裝置輸出的充電電壓的極性與電池匹配，若不匹配輕則不能充電，重則導(dǎo)致電池短路爆炸，因此，不能自動判別充電極性的充電裝置大大降低了充電的人工效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對無人機(jī)電池續(xù)航能力不足、充電不方便和充電人工效率低的問題，本實(shí)用新型提供一種無人機(jī)自動充電控制裝置，可在無人機(jī)?？繒r自動對電池進(jìn)行在位充電，無需或減少把電池從無人機(jī)卸下來使用專用充電器上充電的頻次。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為：

一種無人機(jī)自動充電控制裝置，包括可充電起落架、充電適配器和電源?？沙潆娖鹇浼艹袚?dān)無人機(jī)起落架原有的停靠功能，作為取代現(xiàn)有起落架的替代品，被安裝在無人機(jī)機(jī)體下方，所述充電適配器和所述電源則安裝在起降裝置或充電塢上。無人機(jī)降落后，所述可充電起落架與充電適配器存在機(jī)械和電氣連接，充電適配器自動對無人機(jī)電池充電；無人機(jī)起飛后，所述可充電起落架與充電適配器的機(jī)械和電氣連接斷開。

所述可充電起落架包括支架、第一機(jī)電連接器、充電附件、充電電纜；所述支架為內(nèi)含中空管道的機(jī)械支撐件，起支撐無人機(jī)的重量和保證機(jī)體著陸穩(wěn)定的作用，空心的內(nèi)部用于走線和結(jié)構(gòu)集成；支架落地部分是豎桿布局或橫桿布局；第一機(jī)電連接器安裝在支架的最下端，該連接器有兩個作用，一個是無人機(jī)降落時的重量支撐和固定，另一個是傳輸充電電流及控制信號，因此機(jī)電連接包括機(jī)械和電氣兩個方面的連接，既是無人機(jī)?？康闹c(diǎn)，也是充電電流的輸入接口；所述充電附件安裝在支架的內(nèi)部或外部，可以與支架進(jìn)行一體化設(shè)計或共形設(shè)計，有線充電時為限流濾波器或電流平衡器，在無線充電時還是能量耦合接收器；所述充電電纜的一端與第一機(jī)電連接器和充電附件相連，另一端在支架內(nèi)部走線，最終與無人機(jī)電池相連，充電電纜的主要作用是把充電電流送往電池，并傳輸控制信號。

所述充電適配器包括第二機(jī)電連接器和充電控制板，第二機(jī)電連接器和充電控制板可做在一個組件內(nèi)，充電適配器的第二機(jī)電連接器與起落架上的第一機(jī)電連接器在降落時存在機(jī)械和電氣互連。充電控制板完成起降事件識別、電池電量監(jiān)測、降落朝向識別、更換充電正負(fù)極性和充電電流控制的任務(wù)。在無線充電時，所述充電控制板還包括無線能量發(fā)射模塊，有線充電時，無線能量發(fā)射模塊可省略。另外，所述充電適配器是充電控制的主控單元。

所述充電適配器的工作原理是：當(dāng)無人機(jī)降落于起降裝置或充電塢時，所述第一機(jī)電連接器(1B)和所述第二機(jī)電連接器(2A)在導(dǎo)向銷或?qū)蚩?101)的輔助下，通過無人機(jī)自重產(chǎn)生的壓力正常連接，充電控制板上CPU按照每10ms的間隔周期性被喚醒，喚醒以后控制電子矩陣開關(guān)向所有可能的發(fā)送觸點(diǎn)發(fā)送電流脈沖，同時對所有可能的接收觸點(diǎn)進(jìn)行檢測，這些發(fā)送觸點(diǎn)和接收觸點(diǎn)都是朝向檢測觸點(diǎn)(102)；當(dāng)無人機(jī)朝向不同時，由于可充電起落架的第一機(jī)電連接器(1B)的朝向檢測觸點(diǎn)(102)存在固定的短接，因此第二機(jī)電連接器(2A)的朝向檢測觸點(diǎn)(102)之間的通斷連接情況存在差異，存在且僅存在一種可預(yù)知的觸點(diǎn)連接狀態(tài)，通過檢測電流存在與否來判斷朝向檢測觸點(diǎn)(102)之間是否連接，當(dāng)檢測到存在任何一種理論上存在的觸點(diǎn)連接時，即發(fā)現(xiàn)降落事件；當(dāng)檢測不到任何可能的觸點(diǎn)的連接狀態(tài)時，說明無人機(jī)不在起降裝置上或者無人機(jī)已經(jīng)起飛；當(dāng)檢測到無人機(jī)降落后，根據(jù)程序預(yù)先設(shè)定的觸點(diǎn)連接邏輯，即第二機(jī)電連接器(2B)哪兩個朝向觸點(diǎn)(102)之間連通的邏輯關(guān)系，可輕松判斷出無人機(jī)的朝向；當(dāng)判斷出無人機(jī)的朝向后，程序控制由繼電器或電流開關(guān)構(gòu)成的極性換向電路，完成充電觸點(diǎn)(103)的正負(fù)極性設(shè)定，隨后電量監(jiān)測的電路被接通，根據(jù)電量監(jiān)測的結(jié)果決定是否進(jìn)行充電，當(dāng)需要充電時通過充電控制、保護(hù)的電路對無人機(jī)電池進(jìn)行充電。另外，第一機(jī)電連接器和第二機(jī)電連接器上存在設(shè)備控制觸點(diǎn)(104)，這些觸點(diǎn)用于傳輸控制無人機(jī)及其所攜帶設(shè)備的控制信號，通過電子開關(guān)能正確切換，不受降落朝向的控制。綜上所述，充電適配器利用了機(jī)電連接器在連接時產(chǎn)生的觸點(diǎn)電連接差異，實(shí)現(xiàn)了無特定朝向降落情況下的充電。

所述第一機(jī)電連接器(1B)和所述第二機(jī)電連接器(2A)在機(jī)械上結(jié)構(gòu)上為陰陽互補(bǔ)型，兩者中心有輔助對準(zhǔn)的機(jī)械導(dǎo)向銷或?qū)蚩?，兩者相?0°及其整數(shù)倍都能進(jìn)行連接；在電氣上是壓力連接型，電氣觸點(diǎn)分四類，第一類是朝向檢測觸點(diǎn)(102)，最少4個，觸點(diǎn)直徑最細(xì)；第二類是充電觸點(diǎn)(103)，最少四個，任何觸點(diǎn)都可能是正極或負(fù)極，觸點(diǎn)直徑較粗；第三類設(shè)備控制觸點(diǎn)(104)，數(shù)量根據(jù)需要設(shè)定，觸點(diǎn)直徑較細(xì)，第四類是電磁耦合觸點(diǎn)，此類觸點(diǎn)不直接連接，但存在互為對應(yīng)的抵近耦合面，為增加感應(yīng)面積，做成大面積的凸凹結(jié)構(gòu)。

當(dāng)產(chǎn)品同時存在有線充電功能和無線充電功能時，第一機(jī)電連接器(1B)和第二機(jī)電連接器(2A)是必須存在的，充電附件(1C)只包括限流濾波器或電流平衡器外，還包括無線能量接收模塊，充電控制板(2B)還包括無線能量發(fā)射模塊；當(dāng)產(chǎn)品只存在有線充電功能時，第一機(jī)電連接器(1B)和第二機(jī)電連接器(2A)是必須存在的，充電附件(1C)只包括限流濾波器或電流平衡器，充電控制板(2B)不含無線能量發(fā)射模塊；當(dāng)產(chǎn)品只存在無線充電功能時，第一機(jī)電連接器(1B)和第二機(jī)電連接器(2A)的機(jī)械部分(101)是必須存在的，電連接部分可省略，充電附件(1C)的無線能量接收器和充電控制板(2B)的無線能量發(fā)射模塊可分別前移至第一機(jī)電連接器(1B)和第二機(jī)電連接器(2A)。

所述電源包括蓄電池和電源變換器，所述電源的能量來自于起降裝置、起降裝置的承載體或充電塢，種類為車輛蓄電池、船電、市電，甚至來是風(fēng)能或太陽能。

本實(shí)用新型的有益效果是：

(1)利用了無人機(jī)起落架充當(dāng)了充電功能設(shè)備，使傳統(tǒng)的無人機(jī)起落架增添了新功能，采用共形設(shè)計后，外觀上與現(xiàn)有起落架差別不大，并不會影響無人機(jī)的整體外觀；

(2)本實(shí)用新型的第一機(jī)電連接器和第二機(jī)電連接器本身不帶極性，僅僅是一個傳輸端口，這樣使得無人機(jī)自動充電與降落朝向無關(guān)，便于用戶使用，避免了無人機(jī)與充電裝置之間的充電正負(fù)極性不匹配可能導(dǎo)致短路的情況，提高了無人機(jī)充電的人工效率；

(3)本實(shí)用新型既能適用于有線充電，也能適用于無線充電；而且充電電纜的部分芯線可用于無人機(jī)及其攜帶設(shè)備的控制；

(4)本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)無人機(jī)在?？科陂g即完成充電，不用把電池從無人機(jī)取出再到有電的地方使用專用充電器充電，將很大程度上提升用戶使用無人機(jī)的舒適感。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的原理示意圖。

圖2(a)為本實(shí)用新型的充電適配器俯視圖。

圖2(b)為本實(shí)用新型的充電適配器功能框圖。

圖3為本實(shí)用新型的實(shí)施例1示意圖。

圖4為本實(shí)用新型的實(shí)施例2示意圖。

圖5為支架的A-A剖面圖。

圖中，1—可充電起落架，1A—支架，1B—第一機(jī)電連接器，1C—充電附件，1D—充電電纜，2—充電適配器，2A—第二機(jī)電連接器，2B—充電控制板，3—電源，4—線纜；

圖2中，101—導(dǎo)向銷或?qū)蚩祝?02—朝向檢測觸點(diǎn)，103—充電觸點(diǎn)，104—設(shè)備控制觸點(diǎn)。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型的附圖，對實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行完整清晰的描述，顯然所描述的實(shí)施例僅為示意性的某具體實(shí)施方式，并非限定本實(shí)用新型的范圍，任何本領(lǐng)域的人員在不脫離本實(shí)用新型的構(gòu)思和原則下做出的等同變化和修改，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。

參見圖1所示，無人機(jī)機(jī)體的下面安裝有可充電起落架作為起降用的起落架，電池附加在無人機(jī)機(jī)體上為無人機(jī)提供續(xù)航電力，無人機(jī)機(jī)體、電池和可充電起落架三者是一個功能整體，為無人機(jī)提供航行功能；充電適配器和電源安裝在起降裝置或充電塢上。在降落時，可充電起落架與充電適配器之間的機(jī)械和電氣連接呈現(xiàn)連接狀態(tài)；起飛后，可充電起落架與充電適配器之間的機(jī)械和電氣連接呈現(xiàn)斷開狀態(tài)；可充電起落架和充電適配器兩者采用的連接器為機(jī)電連接器，實(shí)現(xiàn)機(jī)械式吻合連接和壓接式電氣連接，也可實(shí)現(xiàn)電磁耦合傳輸。

實(shí)施例1

參見圖3，本實(shí)用新型包括可充電起落架(1)、充電適配器(2)和電源(3)，充電適配器(2)和電源(3)之間有線纜(4)實(shí)現(xiàn)電連接。

可充電起落架(1)包括支架(1A)、第一機(jī)電連接器(1B)、充電附件(1C)、充電電纜(1D)；支架(1A)包括4個直立的曲線形支撐件，支架(1A)上端有連接無人機(jī)機(jī)體的螺絲孔，每個支架(1A)下端都有一個第一機(jī)電連接器(1B)；第一機(jī)電連接器(1B)是一個圓形的連接器，連接方式是壓力輕觸連接；充電附件(1C)在無線充電時是能量耦合器，在有線充電時為限流濾波器或電流平衡器。圖5為支架(1A)的A-A剖面圖。本例中充電附件(1C)緊靠安裝在第一機(jī)電連接器(1B)的上方，與支架(1A)構(gòu)成一體化設(shè)計；充電電纜(1D)在支架(1A)內(nèi)部的空心管道中走線，一端與第一機(jī)電連接器(1B)和充電附件(1C)連接，另一端將連到無人機(jī)電池，允許使用充電電纜(1D)的部分芯線用于控制無人機(jī)及其所攜帶設(shè)備，充電電纜(1D)傳輸了充電電流和控制信號。

充電適配器(2)包括第二機(jī)電連接器(2A)和充電控制板(2B)，第二機(jī)電連接器(2A)和充電控制板(2B)在結(jié)構(gòu)上做成了一個組件，充電適配器的第二機(jī)電連接器(2A)與起落架上的第一機(jī)電連接器(1B)可以進(jìn)行機(jī)械和電氣互連，充電控制板(2B)是一個帶有集成電路等電子元件的電路板，本例中，充電控制板(2B)包含了無線能量發(fā)射模塊。

電源(3)包括蓄電池和電源變換器，所述電源的能量輸入端在圖中未示出，能量輸入通常是車輛蓄電池、船電、市電，甚至是風(fēng)能或太陽能。

實(shí)施例2

參見圖4，本實(shí)用新型包括可充電起落架(1)、充電適配器(2)和電源(3)，充電適配器(2)和電源(3)之間有線纜(4)實(shí)現(xiàn)電連接。

可充電起落架(1)包括支架(1A)、第一機(jī)電連接器(1B)、充電附件(1C)、充電電纜(1D)；支架(1A)包括2個橫桿形式的支撐件，支架(1A)上端有連接無人機(jī)機(jī)體的螺絲孔，每個支架(1A)下端的橫桿上都有一個第一機(jī)電連接器(1B)；第一機(jī)電連接器(1B)是一個長方形的電連接器，連接方式是壓力輕觸連接；充電附件(1C)在無線充電時是能量耦合器，在有線充電時為限流濾波器或電流平衡器，圖5為支架(1A)的A-A剖面圖。本例中充電附件(1C)緊靠安裝在第一機(jī)電連接器(1B)的正上方；充電電纜(1D)在支架(1A)內(nèi)部的空心管道中走線，一端與第一機(jī)電連接器(1B)和充電附件(1C)連接，另一端將連到無人機(jī)電池，允許使用充電電纜(1D)的部分芯線用于控制無人機(jī)及其所攜帶設(shè)備，充電電纜(1D)傳輸了充電電流和控制信號。

充電適配器(2)包括第二機(jī)電連接器(2A)和充電控制板(2B)，第二機(jī)電連接器(2A)和充電控制板(2B)在結(jié)構(gòu)上做成了一個組件，充電適配器的第二機(jī)電連接器(2A)與起落架上的第一機(jī)電連接器(1B)可進(jìn)行機(jī)械和電氣互連，由于降落朝向相差90度，故本例中第二機(jī)電連接器(2A)呈現(xiàn)十字槽特征，充電控制板(2B)是一個帶有集成電路等電子元件的電路板，本例中，充電控制板(2B)包含了無線能量發(fā)射模塊。

電源(3)包括蓄電池和電源變換器，所述電源的能量輸入端在圖中未示出，能量輸入通常是車輛蓄電池電源、船電、市電，甚至是風(fēng)能或太陽能。

如圖2(a)和圖2(b)所示，充電適配器的工作原理是：當(dāng)無人機(jī)降落于起降裝置或充電塢時，所述第一機(jī)電連接器(1B)和所述第二機(jī)電連接器(2A)在導(dǎo)向銷或?qū)蚩?101)的輔助下，通過無人機(jī)自重產(chǎn)生的壓力正常連接，充電控制板上CPU按照每10ms的間隔周期性被喚醒，喚醒以后控制電子矩陣開關(guān)向所有可能的發(fā)送觸點(diǎn)發(fā)送電流脈沖，同時對所有可能的接收觸點(diǎn)進(jìn)行檢測，這些發(fā)送觸點(diǎn)和接收觸點(diǎn)都是朝向檢測觸點(diǎn)(102)；當(dāng)無人機(jī)朝向不同時，由于可充電起落架的第一機(jī)電連接器(1B)的朝向檢測觸點(diǎn)(102)存在固定的短接，因此第二機(jī)電連接器(2A)的朝向檢測觸點(diǎn)(102)之間的通斷連接情況存在差異，存在且僅存在一種可預(yù)知的觸點(diǎn)連接狀態(tài)，通過檢測電流存在與否來判斷朝向檢測觸點(diǎn)(102)之間是否連接，當(dāng)檢測到存在任何一種理論上存在的觸點(diǎn)連接時，即發(fā)現(xiàn)降落事件；當(dāng)檢測不到任何可能的觸點(diǎn)的連接狀態(tài)時，說明無人機(jī)不在起降裝置上或者無人機(jī)已經(jīng)起飛；當(dāng)檢測到無人機(jī)降落后，根據(jù)程序預(yù)先設(shè)定的觸點(diǎn)連接邏輯，即第二機(jī)電連接器(2B)哪兩個朝向觸點(diǎn)(102)之間連通的邏輯關(guān)系，可輕松判斷出無人機(jī)的朝向；當(dāng)判斷出無人機(jī)的朝向后，程序控制由繼電器或電流開關(guān)構(gòu)成的極性換向電路，完成充電觸點(diǎn)(103)的正負(fù)極性設(shè)定，隨后電量監(jiān)測的電路被接通，根據(jù)電量監(jiān)測的結(jié)果決定是否進(jìn)行充電，當(dāng)需要充電時通過充電控制、保護(hù)的電路對無人機(jī)電池進(jìn)行充電。另外，第一機(jī)電連接器和第二機(jī)電連接器上存在設(shè)備控制觸點(diǎn)(104)，這些觸點(diǎn)用于傳輸控制無人機(jī)及其所攜帶設(shè)備的控制信號，通過電子開關(guān)能正確切換，不受降落朝向的控制。綜上所述，充電適配器利用了機(jī)電連接器在連接時產(chǎn)生的觸點(diǎn)電連接差異，實(shí)現(xiàn)了無特定朝向降落情況下的充電。

本實(shí)用新型的無人機(jī)自動充電控制方法，包括以下步驟：

步驟1，操作無人機(jī)以任意允許之朝向降落到起降裝置或充電塢；

步驟2，無人機(jī)可充電起落架的第一機(jī)電連接器和充電適配器的第二機(jī)電連接器通過無人機(jī)自身重量產(chǎn)生的壓力，自然地完成機(jī)械和電氣的連接，充電適配器立即感知無人機(jī)的降落事件，識別可充電起落架的降落朝向，隨即自動改變充電正負(fù)極性，充電電流從電源流出，經(jīng)過充電適配器的第二機(jī)電連接器、可充電起落架的第一機(jī)電連接器、起落架支架中空管道的充電電纜，持續(xù)給無人機(jī)電池充電；

步驟3，充電滿后，充電適配器自動停止充電；

步驟4，無人機(jī)起飛時，無人機(jī)可充電起落架的第一機(jī)電連接器與充電適配器的第二機(jī)電連接器自然脫開。