一种车载式无人机自主充电平台.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113602516A(43)申请公布日2021.11.05(21)申请号202110913432.1B64C27/08(2006.01)(22)申请日2021.08.10G05D1/10(2006.01)(71)申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号(72)发明人张毅超张真睿汪菊南尹一凡诸兵(74)专利代理机构北京永创新实专利事务所11121代理人易卜(51)Int.Cl.B64F1/00(2006.01)B60L53/53(2019.01)B60L53/30(2019.01)B60L53/16(2019.01)B60L53/60(2019.01)权利要求书2页说明书8页附图6页(54)发明名称一种车载式无人机自主充电平台(57)摘要本发明公开了一种车载式无人机自主充电平台，属于无人机技术领域；包括车顶机库，在其内安装的起降凸台和四旋翼无人机，以及无人机和起降凸台配套的充电接口装置，且起降凸台底部设有电磁铁阵列，用于紧紧吸附无人机支腿；所述无人机包括控制器，控制器分为位置控制器和姿态控制器，通过计算无人机产生的合外力大小和合外力矩分别控制无人机的位置镇定和姿态稳定；在该自主充电平台还搭有电路系统，无人机充电时，控制器每隔0.1s测量电压，间接获得充电电路的通断信息，如果充电电路断开，控制器控制无人机重新调整位姿，直至充电线路重新闭合继续充电。本发明降低了对无人机位姿精准度的要求，提高了自主降落的鲁棒性和成功率。CN113602516ACN113602516A权利要求书1/2页1.一种车载式无人机自主充电平台，其特征在于，具体包括车顶机库及其内安装的起降凸台、四旋翼无人机以及充电接口装置；起降凸台顶部和无人机底部分别布置充电接口装置的公头和母头，当四旋翼无人机停靠在起降凸台上进行自主充电；同时，充电接口还采取了分区导电设计；正极区和负极区对称分布，且各自有导电和绝缘区域；其中母头的正极区有135°导电、45°绝缘，公头的导电区域与之互补；反之亦然；起降凸台顶部具有图像识别的特征标志物，用于四旋翼无人机末端的视觉定位；底部设有环形凹槽，用于固定四旋翼无人机支腿的位置；环形凹槽中布置有电磁铁阵列，用于吸附带有铁片的无人机支腿，使得充电装置的公母头充分接触，保证充电效率；所述四旋翼无人机包括控制器，控制器分为位置控制器和姿态控制器；位置控制器为：f为四旋翼无人机产生的合外力大小；kx为位置跟踪误差的反馈系数；ex为位置跟踪误差；kv为速度跟踪误差的反馈系数；ev为速度跟踪误差；ki为跟踪误差的反馈系数；ei为跟踪误差的积分项；satσ为饱和函数；为地面惯性坐标系中的第三条轴；为理想位置信号的二次导数；R为四旋翼无人机的旋转矩阵，是单位正交矩阵；姿态控制器为：M为四旋翼无人机产生的合外力矩；kR为姿态跟踪误差的反馈系数；eR为姿态跟踪误差；kΩ为角速度跟踪误差的反馈系数；eΩ为角速度跟踪误差；kI为姿态跟踪误差的反馈系数；eI为姿态跟踪误差的积分项；Rc为期望的姿态矩阵；Ωc为期望的角速度；J为四旋翼无人机的转动惯量矩阵；四旋翼无人机充电时，控制器每隔0.1s测量电压，间接获得充电电路的通断信息，如果充电电路断开，控制器控制无人机重新调整位姿，直至充电线路重新闭合继续充电。2.如权利要求1所述的一种车载式无人机自主充电平台，其特征在于，所述的车顶机库内部还安有蓄电池，为起降凸台提供电源。3.如权利要求1所述的一种车载式无人机自主充电平台，其特征在于，所述的充电接口装置采取倒锥形，锥尖处安装有橡胶缓冲垫。4.如权利要求1所述的一种车载式无人机自主充电平台，其特征在于，所述的起降凸台的外形与四旋翼无人机支腿的内轮廓一致，没有缝隙，保证无人机能牢固停靠在凸台上。5.如权利要求1所述的一种车载式无人机自主充电平台，其特征在于，该自主充电平台的电路系统包括电源模块、通信模块、电磁铁阵列模块、控制模块和无人机‑锂电池负载；通信模块是控制模块和四旋翼无人机的通信中介；控制模块根据四旋翼无人机的充电情况，控制电磁铁阵列模块的通断；所述控制模块以ArduinoUNO为主控板，UNO的引脚GND接电源模块5v直流电压的负极、引脚Vin接5v直流电压的正极；模拟引脚A0和A1分别接在小电阻R1的两端；数字引脚D0接电磁铁阵列模块的输入正极，引脚D1接通信模块的输入端口，引脚D2接通信模块的输出端口，且UNO与电磁铁阵列模块和通信模块共地。6.如权利要求5所述的一种车载式无人机自主充电平台，其特征在于，所述的电路系统2CN113602516A权利要求书2/2页为四旋翼无人机充电的具体过程为：首先，当四旋翼无人机停靠在起降凸台上进行自主充电时，通信模块输出“请求