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无人机充电站

阅读：209发布：2020-05-17

专利汇可以提供无人机充电站专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种用于无人机的充电系统，具有连接到电网上的基础结构、从该基础结构可延伸并终止于与无人机的充电端口兼容的充电接口的连接器，以及在基础结构上使能够与无人机通信并启动、控制和停止充电电源的计算机控制器。当无人机接近充电系统时，控制器将无人机指向充电位置，管理充电接口与无人机充电端口的连接，启动充电电源，监控充电进度，并且在充电完成时，将充电接口与无人机的充电端口断开。，下面是无人机充电站专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于无人机的充电系统，包括：
连接到电网的基础结构；
从基础结构可延伸并终止于与无人机的充电端口兼容的充电接口的连接器；以及在基础结构上使能够与无人机通信并启动、控制和停止充电电源的计算机控制器；
其中当无人机接近充电系统时，控制器将无人机指向充电位置，管理充电接口与无人机充电端口的连接，启动充电电源，监控充电进度，并且在充电完成时，将充电接口与无人机的充电端口断开。
2.根据权利要求1所述的充电系统，其中，从基础结构可延伸的连接器是铰接式电缆，可由控制器管理以延伸到并插入无人机的充电端口上。
3.根据权利要求1所述的充电系统，其中，从基础结构可延伸的连接器是包括感应充电接口的可延伸杆。
4.根据权利要求3所述的充电系统，还包括具有充电端口的无人机，其包括感应充电接口。
5.根据权利要求1所述的充电系统，其中，从基础结构延伸的连接器呈现一对轨道，一个处于地电位而另一个处于沿着路径定向的电压，其中无人机能够沿着与轨道接触的路径行进以接受充电。
6.根据权利要求1所述的充电系统，其中，计算机控制器控制着无人机向充电位置的接近和无人机从充电位置的离开。
7.根据权利要求1所述的充电系统，其中，所述计算机控制器与无人机交互，以确定无人机是否能够达到下一个目的地，需要多少电量以及充电速率。
8.根据权利要求1所述的充电系统，其中，所述基础结构是垂直定向的柱。
9.根据权利要求7所述的充电系统，还包括多个可单独控制的连接器，所述连接器处于不同的高度并且在不同方向可延伸，能够同时用于多个无人机。
10.根据权利要求1所述的充电系统，其中，所述计算机控制器与其他充电系统通信。
11.根据权利要求1所述的充电系统，还包括管理并聚集来自多个充电站的数据并与多个充电站共享数据的中心计算机系统。
12.一种用于无人机充电的方法，包括：
将基础结构连接到电网上；
从基础结构延伸连接器并与无人机的可兼容充电端口连接；并且
通过基础结构处的计算机控制器与无人机通信，以启动、控制并停止充电电源。
13.根据权利要求12所述的用于无人机充电的方法，其中，从基础结构可延伸的连接器是铰接式电缆，并且控制器管理所述铰接式电缆以延伸到并插入无人机的充电端口上。
14.根据权利要求12所述的用于无人机充电的方法，其中，从基础结构可延伸的连接器是包括感应充电接口的可延伸杆，并且控制器延伸所述杆以将感应充电接口放置在无人机的充电端口附近，所述无人机也包括感应充电接口。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，从基础结构延伸的连接器呈现一对轨道，一个处于地电位而另一个处于沿着路径定向的电压，其中无人机能够沿着与轨道接触的路径行进以接受充电。
16.根据权利要求12所述的用于无人机充电的方法，其中，所述计算机控制器控制着无人机向充电位置的接近和无人机从充电位置的离开。
17.根据权利要求12所述的用于无人机充电的方法，其中，所述计算机控制器与无人机交互，以确定无人机是否能够达到下一个目的地，需要多少电量以及充电速率。
18.根据权利要求12所述的用于无人机充电的方法，其中，所述基础结构是垂直定向的柱。
19.根据权利要求18所述的用于无人机充电的方法，还包括多个可单独控制的连接器，所述连接器处于不同的高度并且在不同方向可延伸，能够同时用于多个无人机。
20.根据权利要求12所述的用于无人机充电的方法，其中，所述计算机控制器与其他充电系统通信。
21.根据权利要求12所述的用于无人机充电的方法，还包括管理并聚集来自多个充电站的数据并与多个充电站共享数据的中心计算机系统。

说明书全文

无人机充电站

技术领域

[0001] 本发明是电动车辆充电领域，并且更具体地涉及客运无人机。

背景技术

[0002] 未来几年，客运无人机将慢慢取代汽车和小型卡车，并能够搭载一名乘客，或多个乘客或货物。它们将是自主的，虽然在网络而不是人类的控制下。大多数无人机将是电池驱动的，因为电池技术正在变得具有成本竞争力并且正在迅速改进，使得电池能够在尺寸和重量下降的同时存储更多的能量。所有无人机都将需要在长途旅行中再充电或补给燃料。

[0003] 除了电池技术以外，目前存在其他新技术使客运无人机非常可行：示例是物联网(IoT)，以实现各种电子设备之间的通信；避免碰撞，其包括使用视频识别；高智能电子产品，其还具有重量轻、价格便宜、体积小的特点；先进的无线电通信，例如最新的WiFi规范和即将推出的5G变体；以及轻量化和强劲的新飞行技术和材料。此外，现在的需求有两个主要原因。首先，三维地上交通运输避免了高峰时段的交通拥堵，世界各地的通勤者每天早晚都会卡在二维表面上浪费宝贵的时间。其次，出于环境原因，由于电池和电动机消除了对化石燃料的需求，现在具有成本竞争力。因此，明确需要的是一种快速有效地为无人机再充电或补给燃料的方法，以允许在长途旅行中行进，而不是维持一次充电。

发明内容

[0004] 在本发明的一个实施例中，提供一种用于无人机的充电系统，包括连接到电网上的基础结构、从该基础结构可延伸并终止于与无人机的充电端口兼容的充电接口的连接器，以及在基础结构上能够与无人机通信并启动、控制和停止充电电源的计算机控制器。当无人机接近充电系统时，控制器将无人机指向充电位置，管理充电接口与无人机充电端口的连接，启动充电电源，监控充电进度，并且在充电完成后，将充电接口从无人机的充电端口断开。

[0005] 在一个实施例中，从基础结构可延伸的连接器是铰接式电缆，可由控制器管理以延伸到并插入无人机的充电端口上。同样在一个实施例中，从基础结构可延伸的连接器是包括感应充电接口的可延伸杆。在一个实施例中，系统还包括具有充电端口的无人机，其包括感应充电接口。并且在一个实施例中，从基础结构延伸的连接器呈现一对轨道，一个处于地电位而另一个处于沿着路径定向的电压，其中无人机能够沿着与轨道接触的路径行进以接受充电。

[0006] 在系统的一个实施例中，计算机控制器控制着无人机向充电位置的接近和无人机从充电位置的离开。同样在一个实施例中，计算机控制器与无人机交互，以确定无人机是否可以达到下一个目的地，需要多少电量以及充电速率。在一个实施例中，基础结构是垂直定向的柱。在一个实施例中，系统还包括多个可单独控制的连接器，这些连接器处于不同的高度并且在不同方向可延伸，能够同时用于多个无人机。在一个实施例中，计算机控制器与其他充电系统通信。并且在一个实施例中，系统还包括中心计算机系统，该中心计算机系统管理并聚集来自多个充电站的数据并与多个充电站共享数据。

[0007] 在本发明的另一方面，提供一种用于无人机充电的方法，包括将基础结构连接到电网上，从基础结构延伸连接器，与无人机的可兼容充电端口连接；并且通过基础结构上的计算机控制器与无人机通信，以启动、控制并停止充电电源。

[0008] 在本方法的一个实施例中，从基础结构可延伸的连接器是铰接式电缆，并且控制器管理该铰接式电缆以延伸到并插入到无人机的充电端口上。同样在一个实施例中，从基础结构可延伸的连接器是包括感应充电接口的可延伸杆，并且控制器延伸杆以将感应充电接口放置在无人机的充电端口附近，该无人机也包括感应充电接口。在一个实施例中，从基础结构延伸的连接器呈现一对轨道，一个处于地电位而另一个处于沿着路径定向的电压，其中无人机能够沿着与轨道接触的路径行进以接受充电。并且在一个实施例中，计算机控制器控制着无人机向充电位置的接近和无人机从充电位置的离开。

[0009] 在本方法的一个实施例中，计算机控制器与无人机交互，以确定无人机是否可以达到下一个目的地，需要多少电量以及充电速率。同样在一个实施例中，基础结构是垂直定向的柱。在一个实施例中，方法还包括多个可单独控制的连接器，这些连接器处于不同的高度并且可在不同方向延伸，能够同时用于多个无人机。在一个实施例中，计算机控制器与其他充电系统通信。并且在一个实施例中，方法还包括中心计算机系统，该中心计算机系统管理并聚集来自多个充电站的数据并与多个充电站共享数据。附图说明

[0010] 图1是根据本发明的一个实施例的提出的无人机航道(droneway)图示。

[0011] 图2是本发明的不同实施例中的适于使用的示例无人机图示。

[0012] 图3是根据本发明的不同实施例的充电站的俯视图图示。

[0013] 图4A是根据本发明的一个实施例的电缆充电实施方式的图示。

[0014] 图4B是根据本发明一个实施例的连接到无人机充电端口的单个电缆充电机构的展开图。

[0015] 图5A是根据本发明的一个实施例的无线充电实施方式的图示。

[0016] 图5B是根据本发明一个实施例对无人机进行无线充电的单个无线充电器的展开图。

[0017] 图6A是根据本发明的一个实施例的充电轨道实施方式的图示。

[0018] 图6B是根据本发明的一个实施例的单个充电轨道的展开图。

[0019] 图7A是根据本发明的一个实施例的进入预先指示的充电区的无人机的图示。

[0020] 图7B是根据本发明的一个实施例的无人机图示，该无人机校正航向以获得从充电站接受充电的正确方向。

[0021] 图7C是根据本发明的一个实施例的无人机图示，该无人机在充电站的充电区的入口点处以正确的方向定位。

[0022] 图7D是根据本发明一个实施例的在接受充电的过程中的无人机的图示。

[0023] 图7E是根据本发明一个实施例的到达充电区的出口点的无人机的图示。

[0024] 图7F是根据本发明的一个实施例的无人机的图示，该无人机离开充电站并在到达其目的地的途中移动到下一个充电站。

[0025] 图8是根据本发明的一个实施例处理使多个接近的无人机到单个站点的示例情况的图示。

[0026] 图9是根据本发明的一个实施例用于无人机接近充电站的示例过程的流程图。

[0027] 图10是根据本发明的一个实施例在充电处理期间的示例过程的流程图。

[0028] 图11是根据本发明一个实施例在充电站和无人机之间立即断开充电的后充电过程的示例的流程图。

[0029] 图12是根据本发明的一个实施例的示例系统的片段的图示。

具体实施方式

[0030] 图1是根据本发明的一个实施例的提出的无人机航道100的图示。对于本文所述的系统，无人机航道是指定仅用于无人机行进的高度范围。例如，在具有四级或更多级别的无人机航道系统中可以保留高于地面100英尺到400英尺(30米到120米)的高度。图1所示的无人机航道包括四个级别：第一级101指定用于无人机大体向北行进，如由箭头105所示，第二级102指定用于无人机大体向东行进，如由箭头106所示，第三级103定用于无人机大体向南行进，如由箭头107所示，并且第四级104指定用于无人机大体向西行进，如由箭头108所示。该实施例中指示的方向仅用作示例，而不是设定标准。每个级别指定在不同的高度处，并且可以根据系统的需要调整级别之间的距离。例如，包含专门用于货物公共运输的级别的无人机航道可能具有更多的顶部空间以容纳更大的无人机。应当理解，即使不使用这个或另一个提出的无人机航道，也可以实施本申请中描述的过程。提供指南针109，用于图1的相对方向的参考。

[0031] 图2是本发明的不同实施例中的适于使用的示例无人机200的图示。在EHANG的无人机，型号名称为EHANG184，于2016年在拉斯维加斯的消费电子展上亮相之后，模仿在此用作示例的无人机。EHANG184无人机的其他显著特点是其载重能力为100千克，完全充电后的巡航时间为23分钟，并且平均行驶速度约为每小时100公里，行程约为40公里。

[0032] 无人机200在容易接近的地方具有充电端口201以接收充电机构。为方便和易于接近，充电接口可以存在于任一侧或两侧。无人机200可以具有天线202，或用于方便无线通信的一些其他装置。对技术人员将显而易见的是，天线202是示例性的，并且不同的通信系统可以具有不同的天线。无人机200还可以具有未在附图中示出的机载计算机以操作无人机200的系统，并且使用一些标准通信协议以处理诸如与充电系统，通信塔和其他无人机通信的任务；处理因天气状况而导致的航向修正；碰撞传感器，以避免障碍物和碍航物；并且以接收并传输本地化和广泛的系统紧急警报。

[0033] 图3是本发明的一个实施例中充电站系统300的俯视图。充电站系统300包括中心柱301和控制器302，其中中心柱301可以存在电子和充电设备。该柱可以在地平面或安装在建筑物的屋顶上，或可以在某些已有的塔上实现。控制器302的功能包括但不限于，与无人机的通信、与其他充电站的通信、与中心计算机、通用通信、紧急报警系统的通信、根据当前充电无人机的需要对充电功率的调节，以及本地化天气数据的收集。在该实施例中的充电站系统300使用四个充电位置：用于向北行进无人机的充电位置306、用于向西行进无人机的充电位置307、用于向南行进无人机的充电位置308，以及用于向东行进无人机的充电位置309。充电位置306、307、308和309中每一个处于不同的高度，类似于图1中提出的无人机航道100的布局。应当理解，可以安全地实现任何数量的充电位置，其中空间量和从电网提供的功率是重要的限制。

[0034] 站点系统300中的充电位置的高度并不旨在建议，由该站点服务的无人机将必须在与充电位置相同的高度从一个站点到另一个站点，该充电位置位于地平面支撑的站点系统或某些其他硬表面上。可以很好地控制无人机以在不同高度飞行，并以改变接近和离开充电站的高度。

[0035] 该示例中的每个充电站306、307、308和309包括充电机构303、充电区304和预先指定的入口区305。下面在图4A至6B中详细描述充电机构303的各种实施例。在某些实施例中，可以使用不同充电机构的结合用于每个充电站。充电区304限定为无人机可以连接到充电机构303的区域，并可以接受充电。在这个实施例中，充电区是从箭头304方向的±45°。在该示例中，有效充电区304由箭头的图示表示，箭头指示充电无人机可以行进的路径。预先指定的入口区305是进入的无人机由任何特定充电区域接收的区域。在该实施例中，入口区大约是从每个有效充电区的入口的±45°处。提供参考罗盘310用于根据该实施例的位置参考，但实际上可以在任何方向上。

[0036] 图4A是铰接式电缆充电系统400的图示，而图4B是根据本发明一个实施例的铰接式电缆充电系统中的单个连接的展开图。在该实施例中，无人机200通过计算机控制的机械铰接式电缆连接到铰接式电缆充电站系统400上。铰接式电缆由多个段组成，这些段通过接头连接到相邻的段上。电缆内的主要导体必须能够承载足够的电流用于充电，并且如果实际上是单根电缆，则其直径大约为1cm量级。在某些实施例中，主要导体可以是编织的多股元件，其能够在铰接式电缆的接头区域中进行铰接。每个接头连接可以包含使用计算机化指令提供运动的装置(例如小型电动机)。这使得铰接式电缆末端的插头具有一定程度的运动，并使其能够完成诸如自动插入，自动拔出和自动定位的任务。当无人机200到达充电区入口时，预期铰接式电缆401处于待机状态，并且自动地移动到无人机200的充电端口201并与其连接。铰接式电缆可以通过使用传感器找到充电端口201，例如通过视频识别或使用激光束或磁吸引力或在水平和垂直轴上精确对准的某些其他的装置。如果无人机电池充满电，或当无人机200达到充电区出口，充电电流关闭并且随后铰接式电缆401自动断开，并迅速返回到充电区入口处，并且处于待机状态，用于下一次进入的无人机充电。在某些实施例中，并不需要总是将无人机移动通过充电区，并且无人机可以悬停一段时间以接受充电。在铰接式电缆的情况下，如图4B所示，电缆可以设置有一定量的松弛，以便能够处理风的影响。

[0037] 图5A是无线充电站系统500的图示，而图5B是根据本发明的一个实施例从无线充电站系统500单个连接的展开图。通常，无线充电通过减小无线电力发射器和无线电力接收器之间的距离而表现出更高的电力效率。在该实施例中，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的和可延伸杆501作为无线电力供应器，以到达适于从可延伸杆501无线地接收电力的无人机200的充电端口201。充电端口201可以具有大的区域，其中它可以从可伸展杆501无线地接受充电，以解决由外部影响(例如强风)引起的非预期的移动。

[0038] 当无人机200接近无线充电站系统500的充电区并且位于正确的高度时，杆501可以横向移动以与充电端口201对齐，以在该特定情况下实现可能的最有效充电速率，并且可伸展杆501延伸以封闭可伸展杆501和充电端口201之间的距离，但是可以不进行物理接触。当无人机200以预定速度巡航通过充电区时，充电杆501根据需要缩回到中途点，然后在中途点之后延伸-在无人机200处于充电区时，在整个持续时间内提供无线充电。一旦无人机
200到达充电区出口，充电电源就关闭，充电杆501从无人机200缩回，并回到充电区入口。此时，充电杆501处于待机状态，准备接合下一个进入的无人机。并且在某些实施例中，无人机可以停止并悬停一段时间，并且充电杆也可以在那段时间停止移动。

[0039] 图6A是固定轨道充电站系统600的图示，而图6B是根据本发明的一个实施例的从固定轨道充电站系统600单个轨道连接的展开图。在该实施例中，固定轨道充电站系统600装备有正轨道603和负轨道604。每个导轨603和604通过支架601和602远离充电杆301并且通常垂直于充电杆301。支架601和602可以将轨道603和604保持在距充电杆301一定距离处，以使它们容易被接合的无人机200接近。支架601和602还用于将轨道603和604连接到电网的目的，每个支架在本发明的该实施例中的任何给定组中仅与其自己的轨道连接。为了从固定轨道充电站系统接受充电，接合的无人机200可以具有带有固定装置的充电接收器，当无人机以预定速度巡航通过充电区直到到达轨道603和604的末端时，该固定装置与轨道603和604接触。在某些实施例中，无人机可以不继续沿充电轨道的长度移动，但是在某些情况下，可以是不运动的，或甚至沿充电轨道的反方向移动。在进行充电时，无人机的接收接口必须与充电轨道接触。

[0040] 除了上面详细的充电站系统描述之外，本文示出的充电机构也可以用在地面停靠实施例中。在本发明的该实施例中，可以存在开放地段，类似于用于汽车的停车场，其中无人机可以使用诸如图4A到图6B中所示的充电机构来停靠以接受充电。类似于停车库的多级结构也可以用于实施本发明的该实施例。

[0041] 当无人机接近地面停靠地段时，无人机可以与管理停靠地段的计算机系统接合。停靠地段可以具有传感器，其可以向计算机系统报告信息，该信息可以包括空闲用于充电的空间，或者任何进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，当前电池电量以及无人机可能停靠的预期时间量。计算机可以向无人机报告诸如当前满足无人机标准的开放空间以及到达特定开放空间的任何特殊飞行方向的信息。之后，可以在两者之间进行确认，并且无人机可以飞到指定的停靠空间进行充电。

[0042] 图7的系列是对应于接近并在从充电站系统接受充电的过程中的各个阶段的快照的一组图示。应理解，这些附图作为示例示出，并且将仅示出一个连接。这并不表示对本发明的任何限制。

[0043] 图7A至7F示出进入的无人机200接近充电站系统700的入口区305用于充电的步骤。充电站系统700包括充电杆301、控制器302、充电机构303和充电区304。在该图示中，无人机200与充电站系统700无线通信，并且已经从充电站系统700接收到接近以充电的去信号连同由控制器302完成的计算确定的充电速度，以便使无人机200收到足够的电量以保证安全行进到下一个目的地。根据以下图9的描述展开了该过程。

[0044] 图7B示出无人机200减速以获得预定充电速度的步骤。当无人机200行进穿过入口区305，并在其到达充电区304入口之前，无人机200调整期方向和高度在考虑充电站系统700周围的天气状况下与充电机构303交互，其可以通过无线通信向无人机200报告。注意，当无人机在充电站充电时，风对无人机的降低的速度的影响更大。将需要改变无人机的方向以维持在箭头的方向行进。最糟糕的情况是，当风速与无人机的速度相同，并且垂直于箭头时。在这种情况下，无人机需要旋转至箭头的45°角方向以维持箭头的方向。这意味着无人机的插座必须能够在相对于无人机+/-90°的范围内接合充电实体。

[0045] 图7C示出无人机200到达充电区304入口并与充电机构303对准并连接的步骤。在该步骤中，无人机200已经减速到预定的充电速度，充电功率施加到无人机上，然后无人机在连接到充电机构303的同时继续巡航通过充电区304。如图所示，当无人机穿过充电区时，机构303相对于支撑杆旋转并缩回。

[0046] 图7D示出无人机已达到充电区304的中点的步骤。无人机200继续巡航通过充电区304，同时不断地检查并在无人机200与控制器302之间报告电池电量。如果电池被报告为完全充电，则充电系统可以在过程中的任何点停止充电，并且如果没有已经完全充完，无人机
200继续到移除充电电源的充电区304出口。

[0047] 图7E示出无人机到达充电区304出口的步骤。此时，无人机200根据需要与充电机构303断开连接，并进行安全检查，并报告所执行的充电是否为无人机200提供足够的能量以安全地到达下一个目的地。一旦确认所有系统都是正确的，并且可以安全地继续，充电站系统700可以向下一个充电站系统报告以期望无人机200，可能在特定时间窗口中。

[0048] 图7E示出无人机200离开充电站系统700的步骤。这可能在充电站系统700已经从下一个充电站系统接收到接受确认之后发生，该接收确认已将无人机200添加到用于下一站点进入的无人机队列中。替代方案可以是无人机200在其储备中具有足够的电力以到达最终目的地并且可能不需要由另一个充电站系统停止。无人机200返回到正确的高度、方向和速度，并继续其旅程。

[0049] 图8是排队系统800的图示，其中目的地充电站系统804与多个进入的无人机交互：第一无人机811、第二无人机812和第三无人机813。在上面的图3的描述中更详细地解释了充电站系统801、802、803和804中的每一个。本发明的系统能够处理更多的无人机，但在这种情况下使用三个无人机作为示例。在该特定时刻，第一无人机811已离开第一充电站系统
801，第二无人机812已离开第二充电站系统802，并且第三无人机813已离开第三充电站系统803。在无人机811、812和813中每一个离开它们各自的充电站系统之前，它们各自从各个充电站系统接收预先计算的行进速度，并且添加到由下一个目的地充电站系统804保持的队列中。根据各种决定因素(例如天气状况和它们与目的地充电站系统804的距离)，每个无人机的行进速度可以不同，以允许每个无人机811、812和813以尽可能恒定的速度行进，并到达目的地充电站系统804，正如先前无人机完成其充电周期一样，目的地充电站系统804的充电机构准备好开始为下一个无人机充电。

[0050] 排队系统800的一个重要目的是保持进入的无人机的平稳流动，而不需要使无人机在任何特定的充电站系统周围悬停太长时间。如果太多无人机在离开前正悬停并等待转弯充电，则悬停也可能产生危险情况。但是，如果出现无人机比预期更早或更晚到达的情况，例如在意外风或无人机故障的情况下，排队和悬停的变化可能在飞行中发生而没有完全的系统故障。充电站系统和无人机之间的通信可以调整充电站系统之间的行进速度以解决任何意外的事件转变，以允许系统正常化。

[0051] 图9是示出本发明的实施例中的无人机接近的步骤的流程图900。在步骤901中，无人机接近充电站系统，但距离进入充电站系统的充电区仍然有一段距离。无人机的到达可以以各种方式确定，例如通过全球定位系统或通过无线电三角测量系统和/或通过其他手段。在步骤902中，无人机将其能量量级与无人机的预定目的地一起报告给充电站系统。在步骤903中，充电站系统的控制器确定沿无人机路线的下一个充电站系统到达其预期目的地。结合当前和下一个充电站周围的天气报告以及电池电量，控制器可以确定无人机是否能够在不需要充电的情况下到达下一个充电站系统。在步骤904中，如果无人机可以到达下一个充电站系统，则到达步骤905，并且为无人机中的乘客或无人机中的智能者提供在当前充电站系统处充电或绕过当前充电站系统的选项。如果决定绕过当前充电战系统，则到达步骤906，并且无人机接收关于下一个充电站系统的信息，并且绕过当前充电站系统。关于下一个充电站系统的信息可以包括，但不限于位置信息、天气信息和在最佳时间进行达到下一个充电站系统的速度。返回到步骤904，如果无人机无法达到下一个充电站系统，或在步骤905中决定在当前充电站系统接受充电，则到达步骤907。当前充电站系统可以向无人机传送报告以传达诸如天气状况或围绕当前充电站系统的任何紧急情况的信息。在步骤908中，至少部分地基于所接收的天气报告确定充电区接近速度和方向。在步骤909中，基于无人机的当前电池电量以及天气状况确定对无人机充电的特定需求，这可以包括充电所需的时间量，以及在接受充电时保持的充电速度，以确保接收到足够的电量。在步骤910中，向无人机报告充电速度，并且无人机减速到必要的速度并在到达充电区之前下降。在步骤911中，无人机确定接合的当前充电站系统的充电机构。一旦充电机构与无人机接合，则开始充电，这在图10中进行详细描述。

[0052] 图10示出在充电过程中可能发生的情况的流程图1000。在紧随步骤911其后的步骤1001中，无人机连接到充电站系统的充电机构上。在步骤902中，充电站系统以在参考图9描述的接近阶段期间预定的受控速率提供充电。在步骤1003中，无人机以预定的充电速度巡航充通过充电站系统的充电区，同时从充电站系统接受充电。在步骤1004中，在充电过程中检查电荷容量和状态。在无人机完全充电的情况下，到达步骤1005。在步骤1005中，无人机停止充电，并且当无人机继续朝充电区出口巡航时可以断开充电机构，并且然后是步骤1007。返回步骤1004，如果无人机在充电区域内的同时在整个持续时间内没有达到最大电池电量，则到达步骤1006。在步骤1006中，无人机到达出口，完成其充电周期，并且然后是步骤1007。在步骤1007中，无人机与充电站系统脱离。在步骤1008中，充电机构定位回充电区入口，并且准备接收下一个无人机，用于充电。

[0053] 图11是无人机离开当前充电站系统并朝向下一个充电站系统或最终目的地之前的后充电过程的流程图1100。在步骤1101中，启动后充电检查。可能执行的检查可以包括但不限于后充电电池电量检查，以及发生维护问题时的无人机状态更新。在步骤1102中，当前充电站系统的控制器基于天气状况和无人机的充电后状态执行计算，以确保无人机可安全地到达下一目的地。在步骤1103中，如果已经确定无人机无法到达下一个目的地，则到达步骤1104，并且可以将无人机重新添加到队列中以进一步充电。待再充电的无人机的队列位置可以在尚未到达当前充电站系统的无人机前面。当无人机重新进入队列时，可以通过控制器控制的无线通信在飞行中调整其他进入无人机的速度，以防止无人机在当前充电站系统周围盘旋。返回到步骤1103，如果已经确定无人机能够到达下一个目的地，则到达步骤1105，并且当前充电站系统可以警告下一个充电站系统，无人机正在离开并且预期到达。在步骤1106中，确定方向和行进速度，其至少等于队列上的第二无人机，该无人机安排在紧接当前无人机之前到达下一个充电站系统。在步骤1107中，至少基于与天气状况有关的信息和确定的行进速度，计算到达下一个充电站系统的估计时间。在步骤1108中，当前充电站系统向下一个充电站系统报告收集的信息。在步骤1109中，下一个充电站系统接收无人机的到达，并且将向当前充电站系统发送确认信息。在步骤1110中，无人机从当前充电站系统退出，并开始以预定的速度向下一个充电站系统飞行。

[0054] 图11中的场景是用于从一个充电站系统行进到下一个充电站系统的无人机。在下一个目的地是最终目的地的情况下，该过程可以早在步骤1102结束。对于本领域技术人员来说显而易见的是，上述实施例是单个更广泛发明的具体示例，其可以具有比任何所教导的单个描述更大的范围。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在描述中进行许多改变。

[0055] 图12是根据本发明的一个实施例的示例系统的片段1200的图示。片段1200包括多个充电站系统1201、1202、1203、1204、1205和1206。每个充电站系统可以通过预先指定的通信路径链接到多个其他充电站系统，该预先指定的通信路径可以是无线或陆线路径。例如，图12中充电站系统1201示为链接到充电站系统1202和1203。已经完成其充电周期并且报告向东行驶的任何无人机可以引向充电站系统1203，而向南行进的任何无人机可以引导到充电站系统1202中。应理解，在图12覆盖的边界之外可以存在其他充电站系统。

[0056] 发明人可以理解，在使用和操作中无人机有时可能存在维护和修理问题，并且在本申请中详细描述的提出和描述的充电站系统将提供解决这些问题的机会。例如，可能在各个充电站或每个无人机充电站系统上添加设施，以允许无人机着陆，断电，并由可能与主持此类充电站系统的企业相关联的人员进行服务。中央计算机方面和通信方面也可用于提供这样的服务。例如，可以在充电站处添加控制程序以引导无人机着陆以进行服务并再次起飞，以及记录服务实例。

[0057] 片段1200还可以具有中央计算机1207，其可以在指定范围内接收来自充电站系统的传输。可以接收的传输可以包括但不限于系统警报、天气警报、维护请求以及围绕充电站系统的各种无人机的跟踪和定位。中央计算机1207可以连接到广域网上，其中它可以与其他系统片段的其他中央计算机连接以覆盖更全面的区域。

[0058] 在本发明的各种实施例中，无人机再充电中的重要问题是再充电站的间隔，这是无人机范围和充电时间的函数。以下表1示出不同参数如何影响柱间距。计算基于这样的假设：无人机在每个站点获得足够的电量以释放出大致相等的量以到达下一个充电站。在旅程的最后一段，无人机可能需要比标准车站间距行进得更远，例如到某人的远程房屋处，因此无人机将需要足够的电量，以便它能够一直放电到再充电目的地。更长的充电时间使得站点与站点之间的距离能够更远。在充电系统的开发中，电池充电速率能力可以增加到60kWh/min。这对于允许无人机更快地通过站点飞行以最小化排队或允许无人机之间的较短间距而言可能是至关重要的。而且，机械接合和脱离时间越快，充电时间可以越长。最快的充电时间是如果无人机可以以巡航速度Vc飞行，但这需要无人机在不到一秒的时间内飞行(这可能是将来的某个时间)。

[0059] 表1：

[0060]放电电池
总电机功率 kW 30* 30* 30* 30* 30* 15* 15* 15*
无人机巡航速度 km/h 45* 90* 90* 90* 90* 90* 90* 90*
无人机巡航速度 m/s 12.5 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0
放电距离 m 1000* 1000* 2000* 1000* 1000* 1000* 1000* 1000*
站点之间的最大距离 m 1000.0 1000.0 2000# 1000.0 1000.0 1000.0 1000.0 1000.0站点之间的无人机时间 s 80.0 40.0 80.0 40.0 40.0 40.0 40.0 40.0
无人机放电 Wh 666.7 333.3 666.7 333.3 333.3 166.7 166.7 16.7
充电电池
充电电压 V 1000* 1000* 1000* 1000* 1000* 1000* 1000* 1000*
充电电流 A 100* 100* 200* 400* 1000* 400* 1000* 1500*
充电时间 s 24** 12** 12** 3# 1.2# 1.5# .6** .4**
柱充电距离 m 10* 10* 10* 10* 10* 10* 10* 10*
最小电缆长度 m 7.1 7.1 7.1 7.1 7.1 7.1 7.1 7.1
站点处的无人机速度m/s m/s 0.4** 0.8** 0.8** 3.3# 8.3# 6.7# 16.7 25.0站点处的无人机速度km/hr km/h 1.5** 3.0** 3.0** 12# 30# 24# 60.0 90.0无人机充电(＝放电) Wh 666.7 333.3 666.7 333.3 333.3 166.7 166.7 16.7无人机之间的最小时间 s 28.8 14.4 14.4 3.6 1.4 1.8 .7** .5**
无人机之间的最小间距 m 360.0 360.0 360.0 90.0 36.0 45.0 18.0 12.0每小时的最大无人机数 D/h 125.0 250.0 250.0 1000# 2500# 2000# 5000.0 7500.0放电速率 Kwh/m 1.7 1.7 3.3 6.7 16.7** 6.7 16.7** 25.0**

[0061] *(单星号)＝人工送入

[0062] **(双星号)＝不理想的

[0063] #(井号)理想的

[0064] 在表1中，所有组合使用10m充电长度，全部使用7.1m最小电缆长度，除了选项6-8假设增加15kW的巡航效率外，全部使用总共30KW电机功率，全部使用1000V充电电压，除#1外全部的巡航速度为90km/h，除#3外，所有柱间距均为1km。

[0065] 选项总览

[0066] 1.充电100A，巡航速度45km/h，柱速度1.5km/h，柱处的充电时间24s，可处理125个无人机/小时

[0067] 2.充电100A，柱速度3km/h，柱处的充电时间14s，可处理250个无人机/小时[0068] 3.充电200A，柱速度3km/h，柱处的充电时间14s，可处理250个无人机/小时[0069] 4.充电400A，柱速度12km/h，柱处的充电时间3.6s，可处理多达1000个无人机/小时

[0070] 5.充电1000A，柱速度30km/h，柱处的充电时间1.4s，可处理2500个无人机/小时[0071] 6.充电400A，柱速度24km/h，柱处的充电时间1.8s，可处理2000个无人机/小时[0072] 7.充电1000A，柱速度60km/h，柱处的充电时间0.7s，可处理多达5000个无人机/小时

[0073] 8.充电1000A，巡航和柱速度90km/h，柱处的充电时间0.5s，可处理7500个无人机/小时

[0074] 选项6是最好的。选项7和8是理想的，但最初可能难以实施

[0075] 存在许多其他因素可能影响与间隔和充电操作有关的各种参数的计算。一个这样的因素是电力。将需要向充电站提供电力。从表1可以看出，每次可以容易地充电400Wh，用于每小时5000次或每小时2MWh或每站点2MW。如果站点上的所有四个(或更多个)位置相当有效，这可能甚至更高。因此将需要高压电缆，例如110kVAC，每个电站都配有变压器，整流器和DC-DC转换器。但是优选地，将存在专用的高压DC电缆的、可能更便宜的馈线，因为仅需要DC-DC转换器。对于无人机飞来飞去的地上高压电缆可能是危险的，因此建议使用地下电缆。

[0076] 电缆布线的直径可能非常大，例如200A需要约0AWG规格铜线或约1cm直径，并且400A将需要其中的两个，而800A将需要四个。因此，这种电缆可能难以弯曲，例如当接近中点时，将电缆拉回线圈可能更好。并且其中有两个将是正的和负的。两根电缆中的电阻损耗也很大，例如，对于7m长的0AWG，2电阻*2*200A＝160W或400A时为320W，并且800A时为640W。
这不包括柱上的布线电缆损耗。如果比1000V的更高电压可以将柱吸收到DC-DC转换器中，这将节省功率损耗，但需要反相器靠近柱上的充电电缆。这将需要高达1MW的反相器，这可能太大而无法安装在柱上方。增加无人机的电压以避免DC-DC转换器是合乎逻辑的，因此将存在从地下电力到无人机的直接连接。这意味着更加精心设计的电缆和插座。此外，无人机电池技术将不得不从目前的eHang184无人机所需的2-4小时充电时间中获得很大的改进，但这对于通过无人机航道引入应该可用的大型超级电容器充电是可行的。

[0077] 行进的无人机的负载重量也是一个因素。无人机必须能够测量人员或货物的重量，因为这会影响使用的功率和距离。较重的负载将需要更多电量以到达柱或目的地。可以通过调节充电电流I来补偿这种重量变化。并且这将随风速而变化。如果超过最大负载，无人机将拒绝起飞。

[0078] 天气也将是设计和控制的一个因素。天气也会影响无人机的运行。例如，如果无人机正从南向北行进，并且从北到南的盛行风风速为10米/秒，无人机将以这个量减慢。因此，虽然空速仍为VC，但地速为VC-10m/s，则无人机将需要更长时间才能到达下一站点，否则它将需要飞行得更快以维持VC地速。如果存在横风，则无人机将必须以与预期方向成一定角度飞行，以维持GPS数据所需的路径。由于柱的充电速度VP通常远小于巡航速度VC，当无人机在充电站时，风速会产生更大的影响。在充电站，无人机将必须根据风向加速或减速，以维持VPm/s的地速。或者在侧风时，无人机将不会与站点的相关充电区平行，使得电缆插座与无人机成一定角度。插座设计将必须允许方向错位。在这种情况下，无人机需要抵消风速和风向，并且将必须稍微旋转并加速或减速以维持方向的GPS计算。

[0079] 在优选实施例中，每个站点可以检测风速和风向，并将该信息或用于导航的导出信息馈送到接近该站点的无人机。对于以速度VC在站点之间行进的无人机，当无人机离开站点时，良好的方法是使用该柱的风信息，然后当它越来越靠近目标站点时，使用越来越多的目标站点的的风速信息并少于第一站点。显然，对于真正的强风，不飞行可能更安全，但随着时间的推移和技术的进步，这将变得越来越不可能。

[0080] 并且，柱和无人机插座将必须设计成允许下雨、下雪等，以确保在预期的高电压下不会发生短路。在两个插座接合之前，需要打开一些高速挡板盖机构，可能是在无人机插座内已经有柱插座。

[0081] 关于风，以及可能需要相对于充电站对无人机导航进行的调整，对逆风、顺风等的计算是本领域公知的，并且可以在这种情况下应用以确定在某些情况下可能需要的额外电量。例如，在某些情况下，可能需要额外的电量(比如20％)以解决逆风。

[0082] 该专利申请教导了一种使用新技术的替代运输方法，该新技术很快将使客运和货运无人机飞行比基于道路的运输更快且碳排放更低。在繁忙的交通中尤其如此，例如在高峰时段，大多数汽车仅以每小时几公里的速度行驶。这里教导的无人机方法允许更高的速度，其中尽管比在充电站要慢20m以下，无人机在充电站之间约以90km/h的全速行驶1km。这包括在飞越区中10米的充电距离，并且减速到飞越速度并且之后加速到巡航速度。因此，对于大约2％的旅程，无人机处于较低的速度，但这仍然比通勤车辆交通速度快。因此平均无人机速度可以很容易地达到约90km/h，并且随着时间的推移和技术的提高速度要快得多。

[0083] 在某些时候，问题变成：一个人的家和工作地或其他地方离无人机有多近是可行的。现在这涉及乘坐呼叫和共享的新技术。如果乘客打电话给乘坐共享公司并请求乘车，如果这次乘坐是来自接走此人的无人机，那么无人机将来自附近的某个位置，希望已充满电，可能离开无人机航道，并找到自己的道路通往此人。人员进入无人机，无人机询问此人员他们是否准备起飞，如果是，则自动起飞并前往最近的无人机航道并按照描述并入。在最终目的地之前的最后一站，无人机离开无人机航道并飞往目的地附近的着陆点。这是一种非常可能的情况，因为乘坐呼叫将是不久的将来旅行的标准方式，目前仅适用于汽车。用户将像优步(Uber)一样仅为所请求的旅程预付费用。

[0084] 这种新技术无处不在的可能情况将需要无人机航道的大规模的基础设施开发，其中每1公里左右有基于柱的充电站，以及可能用作休息区的用于长途旅行的地面充电站。从安全的角度，理论上，一旦接收用于自主无人机和控制它们的网络的标准，无人机应该比公路运输更安全。但是，基于柱的高架充电需要新的想法，在乘客可以在无人机航道中行进之前需要进行调试并使其非常可靠。无人机将可能首先运载小物品以消除可靠性问题。

[0085] 从成本的角度，为地面站购买土地和建造充电站将是昂贵的。对于用于柱的土地，像高速公路(freeway/motorway)管理和地方议会等地方运输实体可能会为建造柱提供空间。应该有最小的噪音，因为没有人会吹喇叭或转动发动机，无人机电机将是安静的，因此电缆的接合和脱离等应该在柱上。

[0086] 另一个问题可能是每小时有多少无人机可以使用无人机航道，特别是在高峰时段。表1中的选项6是每小时2000个无人机，而选项8每小时可达7500个无人机。在较小道路的通勤交通将能够管理这种使用，但对于较大的高速公路，每个无人机将需要更多人或将需要更多的平行无人机航道或二者都需要。但是在引进该技术的同时，每小时可能只有2000个无人机。随着技术的改进，每小时将引进更多的无人机。

[0087] 本领域技术人员将理解，本文提供的本发明的实施例完全是示例性的，并不限制本发明的范围。在示例所指示的范围内，可以存在可以提供设备的其他方式以及协调的方法。本领域技术人员还将理解，本发明范围内的装置和方法可以包含不同的描述和示例。仅通过以下权利要求限制该范围。

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