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一种无人机塔及其自主充放电的部署方法

阅读：1039发布：2020-07-06

专利汇可以提供一种无人机塔及其自主充放电的部署方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种无人机塔及其自主充放电的部署方法，可以随时根据战备或作战需要调动不同数量的无人机组群同时作业，机动性和灵活性强。本发明将单个无人机设置成箱体形状，旋翼设置于箱体中部，多个无人机可以重叠堆置成无人机塔的形状，在无人机塔的最上层具有一层配套的无线充电板，在无线充电板上具有充电装置，无人机上具有电阻模块；无人机塔的箱体边缘具有滑道，滑道可以根据后台操控指令升起并向外扩张，无人机对应滑道的部位上设置有滑轮；确定每一种编队形式所对应的网络拓扑结构，得出在任务链中各子任务环境下每簇无人机的预定任务配置与拓扑模型，从整体到局部对无人机群的编队形式采取最优或者次优编队控制策略。，下面是一种无人机塔及其自主充放电的部署方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种无人机塔，其特征在于，包括：连接到电网的基础结构，所述基础结构具有垂直定向的中心杆；
细长的充电机构，从所述中心杆水平伸缩，可绕中心杆旋转，终止于与无人机充电口兼容的充电接口；
基础结构的计算机控制器能够与无人机通信并启动，控制和停止充电电源；
将单个无人机设置成箱体形状，旋翼设置于箱体中部，多个无人机可以重叠堆置成无人机塔的形状，在无人机塔的最上层具有一层配套的无线充电板，在所述无线充电板上具有充电装置，可以自主设置成快慢充的形式，无人机上具有电阻模块，可以根据后台操控的指令自主放电；
无人机塔的箱体边缘具有叶状滑道，所述叶状滑道可以根据后台操控指令升起并向外扩张，无人机对应叶状滑道的部位上设置有滑轮，便于无人机降落是能够通过塔顶部的叶状滑道顺利形成塔形，无人机可以自主设定无人机自主充放电的时间，并自动寻找无人机塔的叶状滑道；
其中当无人机接近充电系统时，计算机控制器将移动无人机引导通过靠近中心杆的充电区域的路径，延伸并旋转细长充电机构以拦截无人机，管理充电接口与充电接口的连接无人机的端口，启动充电功率，沿着通过充电区的路径管理移动无人机的速度和方向，调整充电机构的延伸和方向，以保持充电接口与无人机的充电端口的接触，监视器充电过程和充电完成后，将充电接口从无人机的充电端口断开，使无人机飞离充电系统。
2.根据权利要求1所述的一种无人机塔，其特征在于：将若干个无人机塔放置在移动车辆上，若干个无人机塔中间设置有检修过道。
3.根据权利要求2所述的一种无人机塔，其特征在于：在所述移动车辆上设置有八组无人机塔，其中四组充电，四组放电，且每组十架无人机，充电时间可以设置成0.5-24小时。
4.根据权利要求1所述的一种无人机塔，其特征在于：其中从基座结构延伸的细长充电机构是包括感应充电接口的可伸长杆。
5.根据权利要求4所述的一种无人机塔，其特征在于：还包括具有充电端口的无人机，所述充电端口包括感应充电接口。
6.根据权利要求1所述的一种无人机塔，其特征在于：在无人机的电阻模块上设置有放电保护器。
7.根据权利要求1所述的一种无人机塔自主充放电的部署方法，其特征在于：设定无人机群的初始参数，确定无人机群的任务链中各子任务的任务性质，并根据飞行环境确定无人机群在各子任务中的允许编队形式，初步构成静态优化优先集；对无人机群在各子任务中的允许编队形式进行建模，确定每一种编队形式所对应的网络拓扑结构，得出在任务链中各子任务环境下每簇无人机的预定任务配置与拓扑模型，并从中建立队形转换数学形式，然后从整体到局部对无人机群的编队形式采取最优或者次优编队控制策略；无人机群的队形控制由每簇协调控制，每簇的具体队形受静态优化优先级的解集限制，每簇簇内采用集中式编队方法，簇中心在簇内转移由簇内各无人机按照分配的具体任务共同参与协调确定；当某个子任务出现突发情况时，对静态优化优先集进行重构、扩展或者收缩，并选择其他有效编队形式，从而构成动态优化优先集。无人机上可携带作战用武器，并可根据指令是否返回无人机塔；无人机上还可以携带营救装置，用于搜山或营救用。

说明书全文

一种无人机塔及其自主充放电的部署方法

技术领域

[0001] 本发明涉及无人机应用技术领域，尤其涉及一种无人机塔及其自主充放电的部署方法。

背景技术

[0002] 在多个无人机的协同控制方面，典型的研究主要包括多个无人机协同侦察、协同搜索、协作目标跟踪、协同定位和编队控制问题等。现有最具代表性的有自治编队混合主动控制，是以多个无人机广域搜索和打击任务为主要目的，提出了多个无人机协同控制的分层分布式体系结构，并建立多个无人机协同控制仿真环境。此外，还有一些高校和研究机构对协同任务规划、协同路径规划、分布式信息融合和协作目标跟踪等问题进行了深入研究并开展了实验验证。

[0003] 近年来随着无人化平台技术的日臻成熟，对目标跟踪问题的研究不再局限于对跟踪理论的研究，而将研究重点转向多个无人机协同跟踪的融合和控制，例如采用多种传感器、多机交互、外部辅助定位设备等进行目标跟踪等问题。现有技术大多着眼于利用地面站平台汇总并处理，多个无人机传感器采集的信息，这种方法不适用于复杂条件下的多个无人机自主协同，且现有数量多的无人机、尤其是无人机组群采用锂电池无法完成自主充放电，无法第一时间完成军事部署的问题。

[0004] 技术方案

[0005] 本发明主要解决的技术问题是提供一种无人机塔及其自主充放电的部署方法，包括：连接到电网的基础结构，所述基础结构具有垂直定向的中心杆；细长的充电机构，从所述中心杆水平伸缩，可绕中心杆旋转，终止于与无人机充电口兼容的充电接口；基础结构的计算机控制器能够与无人机通信并启动，控制和停止充电电源；将单个无人机设置成箱体形状，旋翼设置于箱体中部，多个无人机可以重叠堆置成无人机塔的形状，在无人机塔的最上层具有一层配套的无线充电板，在所述无线充电板上具有充电装置，可以自主设置成快慢充的形式，无人机上具有电阻模块，可以根据后台操控的指令自主放电；无人机塔的箱体边缘具有叶状滑道，所述叶状滑道可以根据后台操控指令升起并向外扩张，无人机对应叶状滑道的部位上设置有滑轮，便于无人机降落是能够通过塔顶部的叶状滑道顺利形成塔形，无人机可以自主设定无人机自主充放电的时间，并自动寻找无人机塔的叶状滑道；其中当无人机接近充电系统时，计算机控制器将移动无人机引导通过靠近中心杆的充电区域的路径，延伸并旋转细长充电机构以拦截无人机，管理充电接口与充电接口的连接无人机的端口，启动充电功率，沿着通过充电区的路径管理移动无人机的速度和方向，调整充电机构的延伸和方向，以保持充电接口与无人机的充电端口的接触，监视器充电过程和充电完成后，将充电接口从无人机的充电端口断开，使无人机飞离充电系统。

[0006] 可选的，将若干个无人机塔放置在移动车辆上，若干个无人机塔中间设置有检修过道。

[0007] 可选的，在所述移动车辆上设置有八组无人机塔，其中四组充电，四组放电，且每组十架无人机，充电时间可以设置成0.5-24小时。

[0008] 可选的，其中从基座结构延伸的细长充电机构是包括感应充电接口的可伸长杆。

[0009] 可选的，还包括具有充电端口的无人机，所述充电端口包括感应充电接口。

[0010] 可选的，在无人机的电阻模块上设置有放电保护器。

[0011] 一种无人机塔自主充放电的部署方法，其特征在于：设定无人机群的初始参数，确定无人机群的任务链中各子任务的任务性质，并根据飞行环境确定无人机群在各子任务中的允许编队形式，初步构成静态优化优先集；对无人机群在各子任务中的允许编队形式进行建模，确定每一种编队形式所对应的网络拓扑结构，得出在任务链中各子任务环境下每簇无人机的预定任务配置与拓扑模型，并从中建立队形转换数学形式，然后从整体到局部对无人机群的编队形式采取最优或者次优编队控制策略；无人机群的队形控制由每簇协调控制，每簇的具体队形受静态优化优先级的解集限制，每簇簇内采用集中式编队方法，簇中心在簇内转移由簇内各无人机按照分配的具体任务共同参与协调确定；当某个子任务出现突发情况时，对静态优化优先集进行重构、扩展或者收缩，并选择其他有效编队形式，从而构成动态优化优先集。无人机上可携带作战用武器，并可根据指令是否返回无人机塔；无人机上还可以携带营救装置，用于搜山或营救用。

[0012] 本发明的有益效果是：

[0013] 本发明的一种无人机塔及其自主充放电的部署方法，可以随时根据战备或作战需要调动不同数量的无人机组群同时作业，机动性和灵活性强。

[0014] (1)将单个无人机设置成箱体形状，旋翼设置于箱体中部，多个无人机可以重叠堆置成无人机塔的形状，在无人机塔的最上层具有一层配套的无线充电板，在无线充电板上具有充电装置，无人机上具有电阻模块。

[0015] (2)无人机塔的箱体边缘具有滑道，滑道可以根据后台操控指令升起并向外扩张，无人机对应滑道的部位上设置有滑轮。

[0016] (3)确定每一种编队形式所对应的网络拓扑结构，得出在任务链中各子任务环境下每簇无人机的预定任务配置与拓扑模型，并从中建立队形转换数学形式，然后从整体到局部对无人机群的编队形式采取最优或者次优编队控制策略。附图说明

[0017] 图1是根据本发明的一个实施例的无人机塔工作示意图。

[0018] 图2是适合于在本发明的各种实施例中使用的示例无人机的图。

[0019] 图3是根据本发明的各种实施例的充电站的俯视图。

[0020] 图4是根据本发明的一个实施例的电缆充电示意图。

[0021] 图5是根据本发明的一个实施例的无线充电的示意图。

[0022] 图6是根据本发明的一个实施例的充电轨的示意图。实施例

[0023] 下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

[0024] 图1是根据本发明实施例的无人机塔100工作示意图，图1所示的无人机路径包括四个级别：第一级101被指定为无人机沿箭头105所示向北行进，第二级102被指定为无人机沿箭头106所指示的一般向东行驶，第三级103被指定为无人机通常由箭头107所指示的南向，而第四级104被指定为无人机沿箭头108所指示的大致向西行进。在本实施例中指示的方向仅作为示例使用，并且不是设置标准，每个级别在不同的高度指定，并且级别之间的距离可以根据系统的需要来调整。

[0025] 图2是适于在本发明的各种实施例中使用的示例无人机200的图示，无人机200的载重能力为100公斤，巡航时间为满载23分钟，平均行进速度约为每小时100公里，范围约为40公里。无人机200在易到达的地方具有充电端口201以接收充电机构，为了方便和容易访问，可以在两侧或两侧设置充电端口。无人机200可以具有天线202，或者用于促进无线通信的一些其它手段，对于技术人员来说，天线202是示例性的，并且不同的通信系统可能具有不同的天线。无人机200还可以具有在绘图中未示出的机载计算机来操作无人驾驶飞机200的系统，并使用一些标准通信协议来处理与充电系统、通信塔和其他无人机通信的任务，处理由于天气而导致的航向校正，避免障碍物和障碍物的碰撞传感器，并接收和发送局部和广泛的系统紧急警报。

[0026] 图3是本发明的一个实施例中充电站系统300的开销说明，充电站系统300包括中心极301，其中电子和充电设备可以存在，控制器302。杆可以在地上或安装在建筑物的屋顶上，也可以在一些现有的塔架上实现。控制器302的功能包括但不限于与无人机通信、与其他充电站的通信、与中央计算机的通信、一般通信、紧急警报系统、根据当前充电的需要调节充电功率。本实施例中的充电站系统300使用四个充电位置：用于北方无人机的充电位置306、用于向西行驶的无人机的充电位置307、用于向南行驶的无人机的充电位置308和用于东向无人机的充电位置309。充电位置306,307,308和309的每一个驻留在不同的高度，类似于图1中所建议的环形通路100的布局。应所述理解的是，任何数量的充电位置都可以安全地实现，空间的数量和从电网提供的电力是一个重要的限制。每个充电位置306,307,308和
309包括充电机构303、充电区域304和预先指定的进入区域305。下面描述充电机构303的各种实施例，以实现图中的细节。在一些实施例中，可以对每个充电位置使用不同的充电机制的组合。充电区304被定义为无人机可以连接到充电机构303的区域，并且可以接收充电，在这个实施例中，充电区域从箭头304的方向±45度。在这个例子中，有源充电区304是通过箭头的图示来表示充电无人机可能行进的路径，预先指定的进入区域305是由任何特定的充电区域接收进入无人机的区域。在这个实施例中，进入区从每个有源充电区的入口大约为±45度，参考指南针310根据本实施例提供位置参考，但实际上可以在任何方向上。

[0027] 图4是铰接电缆充电系统400的图示，无人机200通过计算机控制的机械铰接电缆连接到铰接电缆充电站系统400，铰接电缆由多个节段组成，这些节段通过接头连接到相邻节段，电缆内的初级导体必须能够携带足够的充电电流，如果实际上是一根电缆，则其直径将为1厘米。在一些实施例中，初级导体可以是能够在铰接电缆的关节区域中铰接的编织的多股元件，每个关节连接可以包含使用计算机指令(例如小电机)来提供运动的装置。这提供了具有运动程度的铰接电缆的端部的插头，并使其能够完成诸如自动插塞、自动解堵和自动定位等任务。当无人机200到达充电区入口时，铰接式电缆401预计处于待机状态，并自动移动到无人机200的充电端口201并与之连接。铰接式电缆可以通过使用传感器来找到充电端口201，例如通过视频识别或使用激光束或磁吸引或在水平轴和垂直轴上精确对准的一些其他手段。如果无人机电池完全充电，或者当无人驾驶飞机200到达充电区出口时，充电电流被切断，然后铰接电缆401自动断开，并迅速返回充电区入口，并等待下一个进入的无人机充电。在一些实施例中，无人机在任何时候都无需移动穿过充电区域，无人机可以悬停一段时间以接收电荷。

[0028] 图5是无线充电站系统500的图示，无线充电站系统500使用嵌入有无线充电硬件的机械可移动和可扩展杆501作为无线电源，以到达无人机200的充电端口201，所述无线端口适于从可扩展杆501无线接收功率。充电端口201可以具有大面积，其中可以从可扩展杆501无线接收电荷，以解释由外部影响引起的意外运动，例如强风。当无人机200接近无线充电站系统500的充电区域，并且在正确的高度位置时，杆501可以横向移动以与充电端口201对齐，以实现在所述特定实例中可能的最有效的充电速率，并且可延伸杆501延伸到可伸缩杆501与充电端口201之间的距离，但不能进行物理接触。当无人机200以预定速度巡航充电区域时，充电杆501根据需要退回到半途点，然后在半途点之后延伸，以在整个时间内无线地提供充电，而无人机200处于充电区。一旦无人机200到达充电区出口，则关闭充电电源，充电杆501从无人机200退回，并回到充电区入口。此时，充电杆501处于待命状态，准备接住下一个进入的无人机。并且在一些实施例中，无人机可以停止和盘旋一段时间，并且充电杆也可以停止移动。

[0029] 图6是固定轨道充电站系统600的图示，固定轨道充电站系统600配备有正轨603和负轨604，轨道603和604的每一个都远离托架601和602，并且通常垂直于充电杆301。托架601和602可在距充电杆301的距离处保持轨道603和604，以便使它们易于被接合的无人机
200访问，托架601和602也用于将轨道603和604连接到电网中，在本发明的实施例中，在任何给定的集合中，每个托架只与它自己的轨道连接。为了从固定轨道充电站系统接收电荷，接合的无人机200可以具有充电接收器，其具有与轨道603和604接触的固定装置，因为无人机以预定速度巡航通过充电区域，无人机可能不会继续沿着充电轨的长度移动，但在某些情况下，可以沿着充电轨静止，甚至反向。当充电发生时，无人机的接收接口必须与充电轨接触。当无人机接近地面对接时，无人机可以与管理系统的计算机系统配合，传感器能够向计算机系统报告信息，信息可以包括空载充电空间，或者任何传入的无人机可能需要避免的任何紧急事件。无人机可以向计算机系统报告其充电需求，例如充电端口类型、当前电池水平以及无人机停靠的预期时间量。计算机可以向无人驾驶飞机报告符合当前无人机标准的信息，以及到达特定开放空间的任何特殊飞行方向，之后，可以在两者之间进行确认，无人机可以飞到指定的对接空间来充电。

[0030] 以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。

[0031] 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：其依然可以对前述各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各实施例技术方案的精神和范围。

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