本发明涉及无人机充电技术领域，尤其涉及一种船载无人机充电平台及充电方法。
背景技术：
无人机虽然已经在陆上天空日益普及，但是在海洋范围之内，还有着巨大的应用可能。随着无人机技术的发展，以及与人工智能等前沿科技的融合，在未来的海洋经济与活动中，无人机有望担任更多角色，创造更大可能，发挥更为积极的作用。例如无人机依靠人工智能技术可以快速识别鲨鱼，通过在近海以及重要的海洋区域部署监测无人机，可以有效监控台风、海浪的实时状况，从而做出提前预警。在海上发生紧急情况时，及时的救援是难得且珍贵的。而无人机可以通过多点部署、快速出动等方式，携带必备的物资或是装备，对相关海域与紧急事件进行前期探查或协助探查，对需要救援的人员进行前期紧急救助。
然而，目前无人机的续航一直是制约无人机发展的重要因素，一方面需要推动电池技术的发展，另一方面，无人机在海洋监测或搜救时，如何能方便快速的对无人机进行充电，也是推动无人机海上应用的重要一环。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种船载无人机充电平台及充电方法，以实现无人机在海上监测或搜救时对无人机方便快速地充电。
本发明通过以下方案实施，本发明提供了一种船载无人机充电平台，所述充电平台包括降落平台、充电模块以及控制器；其特征在于，所述降落平台设置在充电模块的上方，用于无人机在需要充电时降落并在充电完成后起飞；所述充电模块包括外筒以及设置在外筒内部的无线充电组件，所述外筒上设置有用于引导内部无线充电组件升降的引导槽，所述引导槽沿外筒周向均布有多个，每个所述引导槽倾斜于外筒的轴向设置；在每个引导槽靠近外筒下端面的一端还连接有锁紧槽，所述锁紧槽用于将内部的所述无线充电组件在不充电的状态下限制在外筒的内部；所述无线充电组件大致呈圆柱形，在所述无线充电组件的外侧面上靠近底端的位置均布有多个凸起，所述凸起的数量与所述引导槽的数量一致，并与所述引导槽和所述锁紧槽滑动配合使用；所述无线充电组件通过所述多个凸起与外筒壁上的所述引导槽和锁紧槽配合而设置在所述外筒的内部；所述充电模块还包括驱动组件，用于在所述引导槽的引导下驱动所述无线充电组件升至外筒外部或者回缩至外筒内；当所述无线充电组件升至外筒外部时，所述无线充电组件与无人机的电池对接，实现对无人机电池的充电；所述控制器与无人机以及所述充电平台无线连通，用于控制所述充电平台的工作并通过通信组件与无人机通讯。
进一步的，所述引导槽的数量为3个。
进一步的，所述引导槽包括相连的第一引导槽和第二引导槽，所述第一引导槽和所述第二引导槽平滑过渡，所述第一引导槽的倾斜角度大于所述第二引导槽的倾斜角度。
进一步的，所述第一引导槽的倾斜角度为45°，所述第二引导槽的倾斜角度为30°。
进一步的，所述引导槽还包括平滑连接在所述第二引导槽上端的第三引导槽，所述第三引导槽沿外筒的轴向向上方向倾斜角度逐渐减小，在所述第三引导槽的最上端，其倾斜角度接近于0°。
进一步的，所述驱动组件包括电机，与电机输出轴固定连接的小齿轮，以及设置在所述外筒的外侧壁靠近上端位置的齿轮结构，所述齿轮结构与小齿轮啮合，从而通过所述电机能够驱动外筒转动。
进一步的，所述起降平台上设置有脚架降落区域、防护门以及用于在所述防护门开闭时引导所述防护门滑动的滑轨；所述防护门的开合通过致动器致动并受所述控制器的控制。
进一步的，所述起降平台上还设置有信号收发器，所述信号收发器与所述无人机通信对接，将所述无人机降落的信号发送给所述控制器。
进一步的，所述充电平台设置在船舶或海上平台上并设置有多个，每个所述充电平台通过无线通讯链路与所述控制器连接。
本发明还提供一种利用上述的无人机充电平台对无人机进行充电方法，所述方法包括以下步骤：
1)当处于飞行状态的无人机检测到电量不足时，无人机返航飞行并在飞行过程中与控制器对接并发送返航信号与充电请求，控制器接收到充电请求后检测处于空闲状态的充电平台，并发送给无人机；
2)无人机接收到控制器发送的平台信息，并向该平台飞行，做好降落准备；在降落过程中，无人机与该平台上的信号收发器连通，并通过无人机上的视觉识别系统识别该降落平台上的脚架降落区域，使无人机的脚架准确降落在所述脚架降落区域内；
3)降落完成后，该起降平台上的信号收发器将无人机降落的信息发送给控制器，控制器控制该起降平台上的防护门打开，同时控制电机运转，通过齿轮的传动，并且在充电模块外筒引导槽的引导下，使外筒内部的无线充电组件上升，最终与无人机机体内的电池对接，实现对无人机的充电。
4)待无人机充电完成后，根据任务需要，无人机再次起飞，此时控制器监测到该充电平台处于空闲状态，为下一次充电做好准备。
采用本发明的船载无人机充电平台及充电方法，具有如下有益效果：
(1)无人机在海上监测或搜救时，在无人机检测到电量不足时，能够及时返回到海上平台或船舶上的无人机充电平台进行充电，待充电完成后可继续飞行任务，并且在无人机充电期间，可通过其他的无人机接力执行飞行任务，大大提高了无人机在海上监测或搜救的可适用性。
(2)通过充电模块的外筒以及内部无线充电组件的套筒式设置，在不使用时，外筒对内部的充电线路进行有效防护，并且依靠外筒上锁紧槽的限位作用将无线充电组件牢牢限制在外筒内，提高无线充电组件的使用寿命；在使用时，通过外筒上引导槽的设置使无线充电组件升至外筒外部，对无人机进行充电，操作简单；并且通过设置多段不同倾斜角度的引导槽，有效控制充电组件的上升速度，减小对无人机的冲击。
(3)通过在起降平台上设置脚架降落区域，使无人机能够准确降落在该区域内，实现无人机的准确降落，从而使充电组件与无人机电池准确对接，并且通过防护门的设置，进一步起到了对无线充电组件的防护作用。
(4)多个无人机充电平台构成一个充电网络，各个充电平台的状态受控制器监控，最大程度的提高了充电平台的利用率，并提高了整个充电网络的可维护性。
附图说明
附图1为船载无人机充电平台的整体结构示意图。
附图2为本发明充电模块外筒的结构示意图。
附图3为本发明充电模块无线充电组件的结构示意图。
附图4为本发明降落平台的结构示意图。
附图5为本发明充电方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1-3，本发明提供一种船载无人机充电平台，所述充电平台包括降落平台1、充电模块2以及控制器；所述降落平台1设置在充电模块2的上方，用于无人机在充电时降落并在充电完成后起飞；所述充电模块2包括外筒3以及设置在外筒内部的无线充电组件4，所述外筒3上设置用于引导内部无线充电组件4升降的引导槽5，所述引导槽5沿外筒周向均布有多个，优选的，所述引导槽的数量为3个，每个所述引导槽倾斜于外筒的轴向设置；优选的，所述引导槽5包括相连的第一引导槽5-1和第二引导槽5-2，第一引导槽5-1和第二引导槽5-2平滑过渡，所述第一引导槽的倾斜角度大于所述第二引导槽的倾斜角度，优选的，所述第一引导槽的倾斜角度为45°，第二引导槽的倾斜角度为30°，其中倾斜角度指引导槽与水平面的夹角。在优选的实施例中，所述引导槽5还包括平滑连接在第二引导槽5-2上端的第三引导槽(图中未示出)，并且第三引导槽沿外筒的轴向向上方向倾斜角度逐渐减小，在第三引导槽的最上端，其倾斜角度接近于0°。
在每个引导槽5靠近外筒下端面的一端还连接有锁紧槽6，所述锁紧槽6用于将内部的所述无线充电组件4在不充电的状态下限定在外筒3的内部；所述无线充电组件4大致呈圆柱形，在所述无线充电组件的外侧面上靠近底端的位置均布设置有多个凸起7，所述凸起7的数量与所述引导槽5的数量一致，并与所述引导槽5和锁紧槽6滑动配合使用；在所述无线充电组件内部设置有无线充电电路。装配时，所述无线充电组件4通过所述多个凸起7与外筒壁上的引导槽5和锁紧槽6配合而设置在所述外筒3的内部。
继续参见图1，所述充电模块2还包括驱动组件，所述驱动组件包括电机8，与电机输出轴固定连接的小齿轮9，以及设置在所述外筒3的外侧壁靠近上端位置处的齿轮结构10，所述齿轮结构10与小齿轮9啮合，从而通过所述电机能够驱动外筒转动；所述外筒可通过轴承结构安装在海上平台或船舶的甲板上。在具体使用时，所述电机8工作，进而带动外筒3转动，外筒上的锁紧槽6相对于无线充电组件上的凸起7运动，当凸起处于锁紧槽内时，无线充电组件不运动，此过程为解除限制阶段；外筒5继续在电机8的驱动下转动，当无线充电组件4上的凸起7从水平的锁紧槽6进入斜向上的引导槽5时，所述无线充电组件在引导槽的引导下上升至外筒外部，进而可对降落在起降平台1上的无人机进行充电，为利于无线充电组件与无人机上的电池20对接，所述无人机的电池设置在无人机机体内部的下端面处。由于引导槽设置有倾斜程度不同的多段，本实施例有3段，先经过倾斜角度较大的第一引导槽，使无线充电组件快速上升，再经过倾斜角度较小的第二引导槽、第三引导槽，在电机转速不变的情况下，无线充电组件的上升速度减慢，从而在对接无人机的电池时减小对无人机的冲击。
参见图4，所述起降平台1上设置有脚架降落区域11、防护门12以及用于在所述防护门开闭时引导所述防护门滑动的滑轨13。作为一种优选实施例，所述防护门12包括对称的左右两个。所述防护门的开合通过致动器致动并受控制器的控制。
为实现无人机的准确降落，所述起降平台上还设置有信号收发器14，所述信号收发器14与无人机通信对接，将无人机降落的信号发送给控制器。所述无人机上设置还有视觉识别系统，用于识别降落平台上的脚架降落区域11，从而使无人机的脚架能够准确的降落在脚架降落区域11内，从而当防护门12打开后，所述无线充电组件4能够与无人机内的电池20准确对接，完成无人机电池的充电工作。
所述控制器用于控制所述充电平台的工作并通过通信组件与无人机通讯，用于接收无人机的信号或向无人机发送信号。
所述充电平台设置在船舶或海上平台上并可设置有多个，每个充电平台通过无线通讯链路与控制器连接，从而控制器能够监控每个充电平台的状态，为空闲状态或充电状态。
基于本发明的上述充电平台，本发明还提供一种无人机充电方法，所述方法包括以下步骤：
当处于飞行状态的无人机检测到电量不足时，无人机返航飞行并在飞行过程中与控制器对接并发送返航信号与充电请求，控制器接收到充电请求后检测空闲的充电平台，并发送给无人机；
无人机接收到控制器发送的平台信息，从而向该平台飞行，并做好降落准备；在降落过程中，无人机与该平台上的信号收发器连通，并通过视觉识别系统识别该降落平台上的脚架降落区域，使无人机的脚架准确降落在所述脚架降落区域内；
降落完成后，该起降平台上的信号收发器将无人机降落的信息发送给控制器，控制器控制该起降平台上的防护门打开，同时控制电机运转，通过齿轮的传动，并且在充电模块外筒引导槽的引导下，使外筒内部的无线充电组件上升，最终与无人机机体内的电池对接，实现对无人机的充电。
待无人机充电完成后，根据任务需要，无人机再次起飞，此时控制器监测到该充电平台处于空闲状态，为下一次充电做好准备。
作为优选实施例，在某个无人机在充电平台上进行充电时，控制器可控制其他平台上已经充电完成的无人机起飞继续执行飞行任务，从而最大程度的发挥无人机在海上监测领域的作用。此外根据任务需要，也可以控制多架无人机同时执行飞行任务。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
1.一种船载无人机充电平台，所述充电平台包括降落平台、充电模块以及控制器；其特征在于，所述降落平台设置在充电模块的上方，用于无人机在需要充电时降落并在充电完成后起飞；所述充电模块包括外筒以及设置在外筒内部的无线充电组件，所述外筒上设置有用于引导内部无线充电组件升降的引导槽，所述引导槽沿外筒周向均布有多个，每个所述引导槽倾斜于外筒的轴向设置；在每个引导槽靠近外筒下端面的一端还连接有锁紧槽，所述锁紧槽用于将内部的所述无线充电组件在不充电的状态下限制在外筒的内部；所述无线充电组件大致呈圆柱形，在所述无线充电组件的外侧面上靠近底端的位置均布有多个凸起，所述凸起的数量与所述引导槽的数量一致，并与所述引导槽和所述锁紧槽滑动配合使用；所述无线充电组件通过所述多个凸起与外筒壁上的所述引导槽和锁紧槽配合而设置在所述外筒的内部；所述充电模块还包括驱动组件，用于在所述引导槽的引导下驱动所述无线充电组件升至外筒外部或者回缩至外筒内；当所述无线充电组件升至外筒外部时，所述无线充电组件与无人机的电池对接，实现对无人机电池的充电；所述控制器与无人机以及所述充电平台无线连通，用于控制所述充电平台的工作并通过通信组件与无人机通讯。
2.如权利要求1所述的无人机充电平台，其特征在于，所述引导槽的数量为3个。
3.如权利要求1所述的无人机充电平台，其特征在于，所述引导槽包括相连的第一引导槽和第二引导槽，所述第一引导槽和所述第二引导槽平滑过渡，所述第一引导槽的倾斜角度大于所述第二引导槽的倾斜角度。
4.如权利要求3所述的无人机充电平台，其特征在于，所述第一引导槽的倾斜角度为45°，所述第二引导槽的倾斜角度为30°。
5.如权利要求4所述的无人机充电平台，其特征在于，所述引导槽还包括平滑连接在所述第二引导槽上端的第三引导槽，所述第三引导槽沿外筒的轴向向上方向倾斜角度逐渐减小，在所述第三引导槽的最上端，其倾斜角度接近于0°。
6.如权利要求1所述的无人机充电平台，其特征在于，所述驱动组件包括电机，与电机输出轴固定连接的小齿轮，以及设置在所述外筒的外侧壁靠近上端位置的齿轮结构，所述齿轮结构与小齿轮啮合，从而通过所述电机能够驱动外筒转动。
7.如权利要求1所述的无人机充电平台，其特征在于，所述起降平台上设置有脚架降落区域、防护门以及用于在所述防护门开闭时引导所述防护门滑动的滑轨；所述防护门的开合通过致动器致动并受所述控制器的控制。
8.如权利要求7所述的无人机充电平台，其特征在于，所述起降平台上还设置有信号收发器，所述信号收发器与所述无人机通信对接，将所述无人机降落的信号发送给所述控制器。
9.如权利要求1所述的无人机充电平台，其特征在于，所述充电平台设置在船舶或海上平台上并设置有多个，每个所述充电平台通过无线通讯链路与所述控制器连接。
10.一种利用如权利要求1-9中任一项所述的无人机充电平台对无人机进行充电方法，所述方法包括以下步骤：
1)当处于飞行状态的无人机检测到电量不足时，无人机返航飞行并在飞行过程中与控制器对接并发送返航信号与充电请求，控制器接收到充电请求后检测处于空闲状态的充电平台，并发送给无人机；
2)无人机接收到控制器发送的平台信息，并向该平台飞行，做好降落准备；在降落过程中，无人机与该平台上的信号收发器连通，并通过无人机上的视觉识别系统识别该降落平台上的脚架降落区域，使无人机的脚架准确降落在所述脚架降落区域内；
3)降落完成后，该起降平台上的信号收发器将无人机降落的信息发送给控制器，控制器控制该起降平台上的防护门打开，同时控制电机运转，通过齿轮的传动，并且在充电模块外筒引导槽的引导下，使外筒内部的无线充电组件上升，最终与无人机机体内的电池对接，实现对无人机的充电。
4)待无人机充电完成后，根据任务需要，无人机再次起飞，此时控制器监测到该充电平台处于空闲状态，为下一次充电做好准备。
技术总结