[发明专利]用于无人机充电的磁悬浮定位装置及无人机和充电方法

说明书

本发明涉及一种用于无人机充电的磁悬浮定位装置及无人机和充电方法，磁悬浮定位装置包括无人机底板、立柱、两根梁滑块，竖直穿过滑块活动设置末端执行机构，无人机底板、立柱、梁、滑块以及末端执行机构内均设有线圈组，组合形成三自由度磁悬浮定位机构，末端执行机构的上、下端分别设有末端基座和无线充电接头，末端基座中心设置上双目摄像头，无线充电接头中心设置下双目摄像头，上双目摄像头与下双目摄像头处于同一竖直线上，无线充电接头与充电基座对接，实现无线充电。本发明实现了无人机自主高效无线充电，并具有高稳定性、快速性、高精度、耐腐蚀、耐恶劣环境、寿命长等优点。

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种用于无人机无线充电的三自由度磁悬浮定位装置及无人机和充电方法。

背景技术

多旋翼无人机正在广泛研究并制造中，可以用于高危险环境完成指定任务，比如森林灭火或者人员救援，也可代替人工更高效地实现运输或者监测任务。但是，为了实现更加精准地搬运或者对接任务，目前的多旋翼无人机均无法实现超高精度，虽然基于GPS，无人机可以行驶到远距离以外的指定地点，但是精度只能达到数米级，最后几米以内的精准定位却无法很好的实现，尤其在多旋翼无人机贴近地面的时候，由于本身结构的不对称加上空气的扰动，机身很难保持绝对平稳，于是无法单靠GPS实现最后几十厘米以内的精准定位，因此，在多旋翼无人机上，需要一种精度补偿装置来实现最后几十厘米内的精准定位。

目前广泛研制的多旋翼无人机，其存在一个仍未解决的重大难题，就是其续航问题。较为前沿的使用燃油的无人机满速续航一般不超过2小时，较为前沿的电驱动的无人机满速续航一般不超过1小时，所以在反复的巡航任务中，需要反复的充电操作，因此，为了更高效得实现无人机的作业任务，需要一种可靠的充电模式。

无线充电技术正在得到广泛的应用，如用于手机充电，只需将手机放置在无线充电平台中即可充电。部分专利也公开了无线充电技术应用于无人机中，如中国专利CN105471032A公开了一种无人机的无线充电系统，包括无人机和充电平台，所述充电平台上设置有无线充电传输装置，所述无人机包括电源、控制处理模块和无线充电接受装置，所述控制处理模块分别与电源和无线充电接受装置相连接，所述无线充电接受装置与电源电性连接，所述无线充电接受装置接受无线充电传输装置并给电源进行充电，能够当无人机电量不足时自动降落并进行无线充电。中国专利CN105226836B公开了一种能够自动充电的无人机、无人机充电系统和充电方法，包括数据收发模块、控制模块和电源；其中，所述控制模块在解析所接收的控制指令为待机指令后，控制所述无人机进入待机模式并自动选定合适的充电站点以进行降落和充电；且所述控制模块在解析所接收的控制指令为唤醒指令后，控制所述无人机从所述待机模式转换为任务执行模式。

但基于电磁感应的无线充电技术，其充电效率受接收线圈与发射线圈之间的耦合系数的影响，耦合系数又取决于两线圈之间的距离以及偏移量。拿两个直径为100mm的线圈举例，当距离从0mm到5mm的时候，耦合系数从0.9变化到了0.5，当距离为10mm的时候，耦合系数下降到了0.2；当两线圈偏移量从0mm到10mm时，耦合系数下降到了0.4，当偏移量到达20mm的时候，耦合系数已将下降到0；当偏移量和距离同时作用的时候，耦合系数下降的更为明显。由此看出，无线充电效率受到线圈之间距离以及偏移量很大的影响，看似不起眼的偏离，最后可能导致充电时间是精准放置时充电时间的几十倍甚至几百倍，因此，为了高效充电，需要两线圈之间的精准对接，然而其在日常无人机无线充电中难以实现。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种用于无人机充电的磁悬浮定位装置及无人机和充电方法，实现无人机在飞行过程中自动靠近无线充电基座并停靠于其上，随后精准对接，实现全自动高效无线充电。

本发明的目的通过以下技术方案实现：