[0037] 通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。
[0038] 在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。
[0039] 图1和图2示意性示出了本发明一种基于路灯的旋翼无人机充电系统，该旋翼无人机充电系统主要由充电装置1、路灯单元2、与充电装置1功能相匹配的旋翼无人机8以及定位导航模块3，本发明的旋翼无人机充电系统具有设计巧妙、结构简单、充电定位精准、适用范围广等诸多优点。
[0040] 旋翼无人机8，包括支腿81、与支腿81连接的落地架82、位于落地架82两端的滚轮83、机身84、位于机身84四周的飞行控制与动力单元85、位于机身84上部的GPS模块86、位于机身84正下方的红外相机87以及电池单元88。
[0041] 如图5所示，落地架82一共两根且水平平行布置，其端部与滚轮83连接，从而实现旋翼无人机8的滚动功能；同时在落地架82的中部还缠绕有接触线圈891，接触线圈891通过导线892与电池单元88相连接，进一步通过接触线圈891与充电装置1接触连接来实现向电池单元88充电。
[0042] 飞行控制与动力单元85用于旋翼无人机8根据传感器的数据来调整控制飞行姿态以及动力输出；GPS模块86则实现旋翼无人机8的GPS定位功能；红外相机87则起到红外识别导航的功能，使用时会向周围发射红外光线并捕获红外反射光，其摄像头对外界光线强度要求较低，且可应用于光线暗或者夜间导航，主要用于白天或黑夜拍摄图像并识别出特定符号标识或障碍物的功能。
[0043] 充电装置1，包括凹形弧面体11、位于凹形弧面体11内侧且沿弧面平行方向上水平对称布置的两条凹槽12以及位于凹形弧面体11下方且透明的支撑体13。图2所示，旋翼无人机8可依靠自身重力在凹形弧面体11上通过滚轮83自由滑动并最终停留在凹形弧面体11中心处，此外两根凹槽12间的水平距离与两根落地架82间的水平距离相等且凹槽12的开口要大于落地架82的直径，从而保证两根落地架82能够很容易地同时滑入凹槽12中。
[0044] 凹槽12位于凹形弧面体11的内表面下方且与凹形弧面体11之间平滑过渡，凹形弧面体11和凹槽12的表面均优选采用绝缘光滑的陶瓷材料制成。更加优选地，凹形弧面体11表面为光滑的柔性太阳能电池板，从而实现利用太阳能发电的目的。
[0045] 在凹形弧面体11内侧中心处还设置有沿弧面平行的“H”形状的落地标识14，该落地标识14优选采用红外反光材料制成，该红外反光材料具有对红外光高反射的属性，例如含金属粉的热熔涂料，从而更容易被红外相机87拍摄到含有落地标识14的清晰图像。
[0046] 如图4所示，在凹槽12的中心处还设置有充电座15，该充电座15包括壳体151、穿过凹槽12的充电接触体153以及两端分别与壳体151底部和充电接触体153相连接的弹簧152。充电接触体153表面为圆弧形且与接触线圈891相互匹配连通后即可实现充电功能。
[0047] 在壳体151底部与弹簧152之间优选设置有压力传感器154，当压力传感器154捕获到落地架82滑入至凹槽12中产生的压力时(即落地架82滑入凹槽12时)，则自动接通外部电源(例如市政路灯供电)并经充电接触体153、接触线圈891以及导线892向旋翼无人机8中的电池单元88进行充电；当压力传感器154没有捕获到压力(即旋翼无人机离开凹槽12时)或旋翼无人机8充电结束时，则自动断开外部电源停止充电。
[0048] 如图3所示，充电装置1还包括有用于遮挡风雨雪的遮罩4，该遮罩4包括位于凹形弧面体11两侧的固定挡板41、位于凹形弧面体11上方且沿凹形弧面体11对称线布置的一对移动圆弧形挡板42以及驱动一对圆弧形挡板42开合的驱动机构43，该驱动机构43优选采用小型电机驱动的齿轮传动机构，进一步固定挡板41、圆弧形挡板42和凹形弧面体11构成了一个相对的密封空间，遮罩4优选采用透明材料制成。遮罩4在打开和遮盖的过程中优先采用滑动或滚动的传动形式，例如齿轮传动和滚珠传动，从而起到减少阻力和起到省力的效果。
[0049] 路灯单元2，包括灯杆21、一端与灯杆21上端部连接且另一端与支撑体13连接的支架22以及位于凹形弧面体11与支撑体13之间且均匀设置的LED灯。城市路灯设施具有通电便利、富裕空间大、上空无遮挡以及维护方便等特性，可以实现最大程度的减少无人机充电设施的成本投入和道路空间的占用。
[0050] 定位导航模块3，包括位于旋翼无人机下方的UWB定位标签31、位于路灯灯杆21上部的UWB定位基站32和位于远端的定位服务器33，多个路灯灯杆21均设置有多个UWB定位基站32，进一步道路区域内会存在多个UWB定位基站32，从而实现更加精准的定位效果。UWB定位标签31、UWB定位基站32以及定位服务器33共同构成了用于短距离定位的UWB定位系统，UWB(Ultra Wide band)是一种无载波通信技术，利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，同时具备高动态、高容量、低功耗的优点。
[0051] GPS定位、UWB定位和红外识别定位三者之间的定位功能互相弥补、定位精度依次加强。其中GPS民用定位可实现10m左右的大范围的定位，用于导航旋翼无人机8远距离飞行至充电装置1附近；UWB定位精度在10-30cm，进一步将旋翼无人机8导航至目标充电装置1(即系统自动分配的当前空闲的充电装置)的上方；红外相机87的红外识别定位则可实现10cm以内的近距离降落定位功能，最终将旋翼无人机8降落在目标充电装置1上落地标识14的附近。
[0052] 同时本申请还公开了一种旋翼无人机充电系统的定位方法，该方法包括以下步骤：
[0053] a)旋翼无人机8电量不足时则会在GPS模块86的导航下开始飞向最近的充电装置1；
[0054] b)旋翼无人机8快要接近充电装置1时则开启UWB定位标签31发送UWB脉冲，同时UWB定位基站32开始捕获并接收到UWB脉冲；
[0055] c)当UWB定位基站32接收到UWB脉冲时，则停止GPS模块86导航并改由UWB定位导航，同时再将多个UWB定位基站32所捕获的数据实时发送至远端的定位服务器33；
[0056] d)进一步定位服务器33对获取的数据进行校准，确定UWB定位标签31达到不同UWB定位基站32之间的时间差，并利用TDOA算法计算出UWB定位标签31或旋翼无人机8的位置，并将位置数据实时回传至飞行控制与动力单元85；
[0057] e)飞行控制与动力单元85根据回传的位置数据调整姿态和方向并将旋翼无人机8导航至指定空闲的充电位置正上方附近，然后停止UWB定位导航并改由红外识别导航；
[0058] f)开启红外相机87并向下拍摄位于充电装置1上的落地标识14，且始终保持落地标识14位于拍摄图像的中心附近，从而确保旋翼无人机8停止在落地标识14附近；
[0059] g)最后旋翼无人机8由于自身的重力并依托滚轮83在凹形弧面体11上滚动作用，进一步实现落地架82落入凹槽12之中，从而触发压力传感器154，然后充电座15接通外部电源并通过接触线圈891和导线892向电池单元88充电。
[0060] 通过上述充电方法可实现旋翼无人机8精准降落在目标充电装置1上，且无需人员值守，可广泛应用于快递业、农业、航拍以及监控等行业领域，具备较强的实用性和大规模使用的优势。
[0061] 综上所述，本发明一种旋翼无人机充电系统和充电装置创造性地采用了圆弧面落地的方式，相对于平面落地方式具有自动纠偏的功能，所谓自动纠偏是指落地架82落地产生少许偏差时可利用滚轮在圆弧面上的滚动来自动纠正偏差，从而确保了落地充电万无一失；同时还充分利用了城市路灯的通电便利、上空无遮挡、富裕空间大以及维护方便等特性，具有较强的可实施性和应用价值。
[0062] 另外本发明一种充电装置1的充电方法创造性地采用了三种互补的定位方式，有效解决了常规方式存在的定位精度问题，确保了旋翼无人机8的定位精准率；所以本发明具有结构简单、使用方便、定位精准、可靠性高、自动化程度高、灵活组合以及易于大规模布置使用等诸多优点，从而满足城市管理和城市生活对无人机的极大需求。
[0063] 所述附图仅为示意性的并且未按比例画出。虽然已经结合优选实施例对本发明进行了描述，但应当理解本发明的保护范围并不局限于这里所描述的实施例。
[0064] 结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。
