一种无人机的自动加电系统及方法技术领域
本发明涉及一种无人机自动加电系统及方法。
背景技术
无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵
的不载人飞机，机上无驾驶舱，但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备；广泛用于空中
侦察、监视、通信、反潜、电子干扰等。
随着科学技术的不断发展，无人机有着越来越广泛的应用，例如植保无人机，顾名
思义是用于农林植物保护作业的无人驾驶飞机，该型无人飞机有飞行平台(固定翼、单旋
翼、多旋翼)、GPS飞控、喷洒机构三部分组成，通过地面遥控或GPS飞控，来实现喷洒作业，可
以喷洒药剂、种子、粉剂等，为生活和工作带来了极大方便。
无人机在自动作业时，需要考虑电量使用问题，如果电量消耗过大，就会导致无人
机无法返航，因此，在无人机作业过程中对其进行电量检测和自动加电非常重要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种无人机自动加电系统及方法，
能够在无人机作业过程中对无人机中的蓄电池进行实时电量检测，并在电量低于阈值时，
控制无人机返航进行自动加电，在保障无人机正常工作的情况下，提高了无人机作业系统
的自动化水平。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种无人机的自动加电系统，包括
机载子系统和地面基站；机载子系统用于实时监测无人机的蓄电池电量，并控制无人机在
电量不足时返回地面基站；地面基站用于对返航的无人机进行加电；
所述的机载子系统包括电量检测模块和加电控制模块，电量检测模块的输出端与加电
控制模块连接；所述电量检测模块用于在无人机作业过程中实时检测无人机载蓄电池的剩
余电量，加电控制模块用于在检测到的电量过低时，控制无人机返回地面基站进行加电；
所述地面基站包括无人机停靠探测装置、基站控制中心和加电装置；所述无人机停靠
探测装置的输出端与基站控制中心连接，基站控制中心的输出端与加电装置连接。
在探测到无人机停靠时，触发基站控制中心对加电装置的控制，使得地面基站能
够自动对无人机进行加电。
所述的加电控制模块包括：
阈值设定子模块，用于预先设定无人机返航充电的电量阈值；
阈值比较子模块，用于将电量检测模块实时检测到的蓄电池剩余电量与预设阈值比
较；
返航控制子模块，用于在蓄电池剩余电量小于预设阈值时，控制无人机返航降落到地
面基站；
定位子模块，用于在无人机返航过程中进行定位，使无人机精确降落到地面基站进行
加电。
所述的电量检测模块包括电量传感器。
所述无人机停靠探测装置为包括但不限于设置于无人机停靠点下方的压力传感
器。
所述的加电装置为充电设备或电池更换设备。
所述的定位子模块包括GPS定位单元和红外视觉识别定位单元，所述GPS定位单元
用于提供无人机飞回地面基站附近提供依据；所述红外视觉识别定位单元用于为无人机在
GPS地面基站停靠点的准确降落提供依据。
所述的一种无人机的自动加电系统的自动加电方法，包括以下步骤：
S1.在无人机作业过程中，机载子系统中的电量检测模块实时检测无人机蓄电池的剩
余电量；
S2.机载子系统将实时检测到的蓄电池电量与预设阈值比较：
（1）如果蓄电池的实时电量不小于预设阈值，返回步骤S1继续进行电量实时检测；
（2）如果蓄电池实时电量小于预设阈值，进入步骤S3；
S3.机载子系统控制无人机返航降落到地面基站；
S4.地面基站探测到无人机停靠后，对停靠的无人机进行加电操作。
所述的步骤S3中，机载子系统结合GPS定位和红外视觉定位使无人机精确降落到
地面基站。
本发明的有益效果是：提供一种无人机自动加电系统及方法，能够在无人机作业
过程中对无人机中的蓄电池进行实时电量检测，并在电量低于阈值时，控制无人机返航进
行自动加电，保障无人机正常工作，避免出现电量不足无法返航的情况；结合GPS定位和红
外视觉定位，能够使无人机精确降落到地面基站；所述地面基站包括无人机停靠探测装置、
基站控制中心和加电装置；所述无人机停靠探测装置的输出端与基站控制中心连接，基站
控制中心的输出端与加电装置连接；在探测到无人机停靠时，能够触发基站控制中心对加
电装置的控制，进而使得地面基站能够自动对无人机进行加电。
附图说明
图1为本发明的系统原理框图；
图2为红外视觉定位原理图；
图3为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于
以下所述。
如图1所示，一种无人机的自动加电系统，包括机载子系统和地面基站；机载子系
统用于实时监测无人机的蓄电池电量，并控制无人机在电量不足时返回地面基站；地面基
站用于对返航的无人机进行加电；
所述的机载子系统包括电量检测模块和加电控制模块，电量检测模块的输出端与加电
控制模块连接；所述电量检测模块用于在无人机作业过程中实时检测无人机载蓄电池的剩
余电量，加电控制模块用于在检测到的电量过低时，控制无人机返回地面基站进行加电；
所述地面基站包括无人机停靠探测装置、基站控制中心和加电装置；所述无人机停靠
探测装置的输出端与基站控制中心连接，基站控制中心的输出端与加电装置连接。
在探测到无人机停靠时，触发基站控制中心对加电装置的控制，使得地面基站能
够自动对无人机进行加电。
所述的加电控制模块包括：
阈值设定子模块，用于预先设定无人机返航充电的电量阈值；
阈值比较子模块，用于将电量检测模块实时检测到的蓄电池剩余电量与预设阈值比
较；
返航控制子模块，用于在蓄电池剩余电量小于预设阈值时，控制无人机返航降落到地
面基站；
定位子模块，用于在无人机返航过程中进行定位，使无人机精确降落到地面基站进行
加电。
所述的电量检测模块包括电量传感器。
所述无人机停靠探测装置为包括但不限于设置于无人机停靠点下方的压力传感
器。
在本申请的一个实施例中，所述的加电装置为充电设备；该充电设备包括充电线
缆，与充电线缆连接的充电插头和机械手，当无人机停靠探测装置探测到无人机停靠后，基
站控制中心控制控制机械手将充电插头插入无人机电池的充电接口中，对无人机进行充
电；
在本申请的另一个实施例中，所述的加电装置也可以是电池更换设备，例如，该电池更
换设备包括机械手和旋转平台，当无人机停靠探测装置探测到无人机停靠后，基站控制中
心控制搭载有满电蓄电池的旋转平台移动（旋转）到无人机停靠点附近，并控制机械手将无
人机电池仓中的电池取出放在旋转平台上，将满电蓄电池安装在无人机电池仓中，以实现
无人机加电。
所述的定位子模块包括GPS定位单元和红外视觉识别定位单元，所述GPS定位单元
用于提供无人机飞回地面基站附近提供依据；所述红外视觉识别定位单元用于为无人机在
GPS地面基站停靠点的准确降落提供依据。
在本申请的实施例中，所述的视觉识别定位单元由红外成像设备、水平偏移计算
设备和高度传感器组成，另外还需要在地面基站的无人机停靠点安装一个红外发射点以配
合红外视觉定位，如图2所示：
所述的红外成像设备包括镜头组与感光元件，水平偏移计算设备根据镜头组中心C与
感光元件的垂直距离h，以及镜头组中心C与感光元件上红外成像点A1的水平距离l；计算镜
头组中心C与红外成像点A1的偏移角度a = arctan(l/h)；该角度等于镜头组中心C与红外
发射点的偏移角度，也就是说偏移角度a即无人机与红外发射点的偏移角度；根据偏移角度
a和高度H（由视觉识别定位单元的高度传感器确定），能够计算出无人机到红外发射点A的
水平偏移：L = Htana，从而为无人机的精确定位停靠提供依据。
如图3所示，所述的一种无人机的自动加电系统的自动加电方法，包括以下步骤：
S1.在无人机作业过程中，机载子系统中的电量检测模块实时检测无人机蓄电池的剩
余电量；
S2.机载子系统将实时检测到的蓄电池电量与预设阈值比较：
（1）如果蓄电池的实时电量不小于预设阈值，返回步骤S1继续进行电量实时检测；
（2）如果蓄电池实时电量小于预设阈值，进入步骤S3；
S3.机载子系统控制无人机返航降落到地面基站；
S4.地面基站探测到无人机停靠后，对停靠的无人机进行加电操作。
所述的步骤S3中，机载子系统结合GPS定位和红外视觉定位使无人机精确降落到
地面基站，无人机线通过GPS定位飞行到地面基站附近，再通过红外视觉定位调整（纠正）与
停靠点的水平偏移，实现准确停靠，进而能够实现地面基站的自动充电。