CN110733663B - 一种无人机自动换电池装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于无人机自动换电池操作技术领域，涉及一种无人机自动换电池装置及方法，包括电池夹紧机构1，电池按键机构2，换电旋转机构3，电池移动机构4，换电定位机构5；所述电池夹紧机构1与电池移动机构4连接，电池按键机构2通过连接件与电池移动机构4连接，换电旋转机构3与无人机夹持机构连接，用于将换电机构旋转到取准确位置；电池移动机构4通过连接板与旋转机构3连接，换电定位机构5固定于电池移动机构4上，应用本发明填补了无人机电池智能更换技术方面的空白，减少繁琐的人工操作，有效地节省时间和人力。

Description

一种无人机自动换电池装置及方法

技术领域

本发明属于无人机自动换电池操作技术领域，涉及一种无人机自动换电池装置及方法。

背景技术

目前无人机在各个领域应用越来越广泛，也带动了无人机配套设备及服务行业的迅速发展。随着科学技术的进步与发展，人们的生活越来越智能化，无人机便是这一智能生活时代背景下的产物。近年来，无人机技术发展势不可挡，凭借着其体积轻便、携带方便和易于使用等优点，无人机在工业生产和日常生活中的应用越来越广泛。在无人机技术日趋发展的同时，其应用却一直受到续航能力的限制。由于电池电量的有限性，无人机无法实现远距离飞行和超长待机飞行，这就使得无人机电池的及时更换问题成为了相关技术领域所需要面对的首要问题。目前，对于无人机电池的更换都是手动进行，需要人工拆卸电池，再将电量充满的电池替换电量不足的电池以持续使用，而这种人工方式费时费力、操作繁琐。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种无人机电池自动更换装置及方法，目的在于填补无人机电池智能更换技术方面的空白，减少繁琐的人工操作，有效地节省时间和人力。

一种无人机自动换电池装置，包括电池夹紧机构1，电池按键机构2，换电旋转机构3，电池移动机构4，换电定位机构5；所述电池夹紧机构1与电池移动机构4连接，电池按键机构2通过连接件与电池移动机构4连接，换电旋转机构3与无人机夹持机构连接，用于将换电机构旋转到取准确位置；电池移动机构4通过连接板与旋转机构3连接，换电定位机构5固定于电池移动机构4上，上述机构可同时工作。

进一步地，电池加紧机构上设有夹紧固定支架11、两个侧向电机钩爪机构12，两个推力块13，两个辅助限位块14，上端电机钩爪机构15，所述两个侧向电机钩爪机构12和上端电机钩爪机构15通过连接板固定到夹紧固定支架11上，所述两个推力块13也固定在夹紧固定支架11上。

进一步地，电池按键机构2设有电磁铁21、按键杆导向块22、复位弹簧23、按键杆24、导向机构25；所述电磁铁21和按键杆导向块22通过连接件固定于导向机构25上；复位弹簧23固定于按键导向块22里，按键杆24置于按键导向块22内部与电磁体21输出端接触。

进一步地，换电旋转机构3包括电机连接板31、伺服电机32、谐波减速机33、位置调节机构34，所述电机连接板31固定在位置调节机构34上，伺服电机32及谐波减速机33旋转运动驱动机构，位置调节机构34固定于无人机夹持机构上，用于调节旋转机构3在夹持机构上位置。

进一步地，电池移动机构4包括伺服电机41、线性模组42；所述夹紧固定支架11固定在线性模组42上，所述两个辅助限位块14固定于线性模组42上，用于飞机的辅助定位。

进一步地，换电定位机构5设有丝杠电机51、连接件52和定位块53。

一种无人机自动换电池方法，包括如下两个工作流程：首先取出无人机上电池送入电池仓内充电；第二个过程是取出电池仓内的电池送入无人机内。

取出无人机上电池送入电池仓内充电，具体包括如下步骤：

(1)整个装置通过位置调节机构34固定在自动夹持机构上，夹持机构将无人机夹紧并推送到指定的位置；

(2)换电旋转机构3驱动整个换电池装置旋转到换电池角度，换电池装置移动到指定工作位置，各个机构调整到工作位置；

(3)换电定位机构5开始工作，通过定位块53的升起将无人机前端顶住，电池移动机构4通过导向机构25及辅助限位块14将电池夹紧机构1移动到无人机取电池工作位置；

(4)电磁铁21通电推动按键杆24按动无人机电源开关，在夹紧电池的状态下进行关机操作，等到无人机完全关闭后，电磁铁21断电，按键杆24利用复位弹簧23进行复位；

(5)上端电机钩爪机构15按压电池卡扣机构开关，电池脱离卡扣，接着侧向电机钩爪机构12将电池扣出并保持位置，将电池固定到电池夹紧机构1上；

(6)电池移动机构4将电池夹紧机构1移动到指定位置，后夹持机构松开到指定的位置，换电旋转机构3旋转到与电池仓配合位置，电池夹紧机构1移动到送电池位置，侧向电机钩爪机构12和上端电机钩爪机构15松开电池，恢复到初始位置，继续向前移动电池夹紧机构1依靠两个推力块13将电池推入电池仓充电座内进行充电，此时电池仓正在充电的指示灯会亮起，至此，完成第一个工作过程；

取出电池仓内的电池送入无人机内，与第一个过程动作顺序一致。

本发明的有益效果：

本发明解决了人工换电时操作费时，费力，操作繁琐等问题，本装置体积小，重量轻，结构合理，夹持稳定，定位精度高，可以一键进行换电池操作的整个流程，在进行换电操作的过程中，模拟人工操作的步骤，用机械机构代替来实现自动换电池操作，机械机构可以精准的定位，到达指定的位置移动指定的距离。保证对无人机进行换电池操作时可以精准的掌握需要移动的距离。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一种无人机自动换电池装置的整体结构示意图；

图2为本发明一种无人机自动换电池装置的侧视结构示意图；

图3为本发明一种无人机自动换电池装置的正视结构示意图；

图4为本发明所述电池按键机构的结构示意图；

图5为本发明所述电池仓机构的结构示意图；

图6是本发明无人机自动夹持机构透视结构示意图；

图7是本发明无人机自动夹持机构俯视结构示意图；

图8为本发明无人机自动夹持机构俯视结构透视示意图；

图9为本发明无人机自动夹持机构的加紧结构局部示意图。

具体实施方式

如图1-4所示，本发明提供了一种无人机电池自动更换装置；包括电池夹紧机构1，电池按键机构2，换电旋转机构3，电池移动机构4，换电定位机构5。所述电池夹紧机构1与电池移动机构4连接，用于电池的夹紧定位及电池的推送。电池夹紧机构1设置有夹紧固定支架11、两个推力块13、两个辅助限位块14、上端电机钩爪机构15，固定在线性模组42上，用于无人机电池夹紧定位；还设置有两个侧向电机钩爪机构12，通过连接板固定到夹紧固定支架11上，用于换电池过程中对电池的抓取及固定；两个推力块13固定在夹紧固定支架11上，用于保证推电池过程中力的平衡，两个辅助限位块14固定于线性模组42上，用于飞机的辅助定位；上端电机钩爪机构15通过连接板固定在夹紧固定支架11上，用于无人机电池卡扣机构开关按压。电池按键机构2通过连接件与电池移动机构4连接，用于无人机电源开关的启动关闭。电池按键机构2设置电磁铁21，通过连接件固定于导向机构25上，为按键杆24提供动力；还设置按键杆导向块22，其通过连接件固定于导向机构25上，为按键杆24运动起到导向作用；复位弹簧23，固定于按键导向块22里，用于按键完成后按键杆的复位，按键杆24置于按键导向块22内部与电磁体21输出端接触，用于无人机电源开关按压。导向机构25通过连接件固定于线性模组42上，换电过程中对电池起到定位导向作用，同时用于换电过程中电池的停放。换电旋转机构3与无人机夹持机构连接，用于将换电机构旋转到取准确位置。换电旋转机构3设置有电机连接板31固定在位置调节机构34上，用于固定电机及谐波减速机33；伺服电机32及谐波减速机33旋转运动驱动机构；位置调节机构34固定于无人机加持机构上，用于调节旋转机构3在夹持机构上位置。电池移动机构4通过连接板与旋转机构3连接，用于电池的移动，电池移动机构4设置有伺服电机41，线性模组42；换电定位机构5固定于电池移动机构4上，设置丝杠电机51、连接件52和定位块53。

自动换电池装置工作时需要各个机构之间的依次配合才能完成整个自动换电池的流程，在进行换电的过程中需要各个机构之间合理的运行，为了减少自动换电池流程的时间，在满足安全的运动条件下需要各个运动机构同时工作。当无人机平稳落在无人机自动夹持的平台上后，自动夹持机构会将无人机移动到指定位置并夹紧，然后平台下降到换电池所需的位置，接下来自动换电池机构开始工作，首先把无人机电源关闭，然后取下电池，送到空的电池仓的位置进行充电，之后电池仓机构移动到满电电池相应的位置，取下电池安装到无人机上，然后开机，这时需要再次把无人机进行夹紧固定，然后平台上升到最上端夹持松开，等待无人机起飞。到这里所有的操作流程结束。

无人机进行自动换电池操作主要包括两个过程，首先是取出无人机上电池送入电池仓内充电，自动换电整体装置通过位置调节机构34固定在自动夹持机构上，夹持机构将无人机夹紧并推送到指定的位置，这时旋转机构3驱动整个换电机构旋转到换电池角度，换电机构移动到指定工作位置，各个机构调整到工作位置，此时换电定位机构5开始工作，通过定位块53升起将无人机前端顶住，电池移动机构4通过设置的导向机构25及辅助限位块14将电池夹紧机构1移动到无人机取电池工作位置，电磁铁21通电推动按键杆24按动无人机电源开关，在夹紧电池的状态下进行关机操作，等到无人机完全关闭后，电磁铁21断电，按键杆24利用复位弹簧23进行复位，上端电机钩爪机构15按压电池卡扣机构开关，电池脱离卡扣，接着侧向电机钩爪机构12将电池扣出并保持位置，将电池固定到电池夹紧机构1上，电池移动机构4将电池夹紧机构1(包括电池)移动到指定位置，后夹持机构松开指定的位置，换电旋转机构3旋转到与电池仓配合位置，即电池仓6中移动机构62驱动充电座61移动到配合位置，然后电池夹紧机构1(包括电池)移动到送电池位置，侧向电机钩爪机构12和上端电机钩爪机构15松开电池，恢复到初始位置，继续向前移动电池夹紧机构1(包括电池)依靠两个推力块13将电池推入电池仓充电座内进行充电，此时电池仓正在充电的指示灯会亮起，至此，完成第一个工作过程。第二个过程是取出电池仓内的电池送入无人机内，与第一个过程动作顺序一致。

上述无人机夹持机构采用申请号201921124093.3的专利内容。

上述无人机自动夹持机构，包括支撑平台71、停靠板72、防尘板73、长推杆74、短推杆75，夹紧机构。所述夹紧机构包括线性模组76、推杆连接件77、步进电机78、连接轴79、联轴器710；所述支撑平台71固定在停机坪底架上，停靠板72根据滑轨位置被切成75块，并通过T型螺栓固定在支撑平台71上，所述防尘板73固定在支撑平台71上，所述线性模组76固定在支撑平台71上，所述夹紧结构在短推杆75方向各设置一个线性模组76，通过步进电机78驱动。在长推杆74方向各设置两个线性模组76，以保持长推杆74的刚性和推力，所述两个线性模组76通过连接轴79和联轴器710连接，通过步进电机78驱动实现两个线性模组联动，线性模组76通过连接件77与长短推杆连接。

当无人机降落到停靠平台后，线性模组76带动长推杆74推动飞机到指定位置，后线性模组76带动短推杆75实现对无人机精准定位及夹紧，提高了无人机起飞的可靠性，同时保障了无人机自动换电池的精确度。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (4)

1.一种无人机自动换电池装置，其特征在于，包括电池夹紧机构(1)，电池按键机构(2)，换电旋转机构(3)，电池移动机构(4)，换电定位机构(5)；所述电池夹紧机构(1)与电池移动机构(4)连接，电池按键机构(2)通过连接件与电池移动机构(4)连接，换电旋转机构(3)与无人机夹持机构连接，用于将换电机构旋转到准确位置；电池移动机构(4)通过连接板与旋转机构(3)连接，换电定位机构(5)固定于电池移动机构(4)上，上述机构可同时工作；

所述电池夹紧机构上设有夹紧固定支架(11)、两个侧向电机钩爪机构(12)，两个推力块(13)，两个辅助限位块(14)，上端电机钩爪机构(15)，所述两个侧向电机钩爪机构(12)和上端电机钩爪机构(15)通过连接板固定到夹紧固定支架(11)上，所述两个推力块(13)也固定在夹紧固定支架(11)上；

所述电池按键机构(2)设有电磁铁(21)、按键杆导向块(22)、复位弹簧(23)、按键杆(24)、导向机构(25)；所述电磁铁(21)和按键杆导向块(22)通过连接件固定于导向机构(25)上；复位弹簧(23)固定于按键杆导向块(22)里，按键杆(24)置于按键杆导向块(22)内部与电磁铁(21)输出端接触；

所述换电旋转机构(3)包括电机连接板(31)、第一伺服电机(32)、谐波减速机(33)、位置调节机构(34)，所述电机连接板(31)固定在位置调节机构(34)上，第一伺服电机(32)及谐波减速机(33)旋转运动驱动机构，位置调节机构(34)固定于无人机夹持机构上，用于调节旋转机构(3)在夹持机构上位置；

所述换电定位机构(5)设有丝杠电机(51)、连接件(52)和定位块(53)。

2.根据权利要求1所述的一种无人机自动换电池装置，其特征在于，电池移动机构(4)包括第二伺服电机(41)、线性模组(42)；所述夹紧固定支架(11)固定在线性模组(42)上，所述两个辅助限位块(14)固定于线性模组(42)上，用于飞机的辅助定位。

3.应用如权利要求1-2任一所述装置自动换电池的方法，其特征在于，包括如下两个工作流程：首先取出无人机上电池送入电池仓内充电；第二个过程是取出电池仓内的电池送入无人机内。

4.根据权利要求3所述无人机自动换电池的方法，其特征在于，取出无人机上电池送入电池仓内充电，具体包括如下步骤：

1)整个装置通过位置调节机构(34)固定在自动夹持机构上，夹持机构将无人机夹紧并推送到指定的位置；

2)换电旋转机构3驱动整个换电池装置旋转到换电池角度，换电池装置移动到指定工作位置，各个机构调整到工作位置；

3)换电定位机构(5)开始工作，通过定位块(53)的升起将无人机前端顶住，电池移动机构(4)通过导向机构(25)及辅助限位块(14)将电池夹紧机构(1)移动到无人机取电池工作位置；

4)电磁铁(21)通电推动按键杆(24)按动无人机电源开关，在夹紧电池的状态下进行关机操作，等到无人机完全关闭后，电磁铁(21)断电，按键杆(24)利用复位弹簧(23)进行复位；

5)上端电机钩爪机构(15)按压电池卡扣机构开关，电池脱离卡扣，接着侧向电机钩爪机构(12)将电池扣出并保持位置，将电池固定到电池夹紧机构(1)上；

6)电池移动机构(4)将电池夹紧机构(1)移动到指定位置，后夹持机构松开到指定的位置，换电旋转机构(3)旋转到与电池仓配合位置，电池夹紧机构(1)移动到送电池位置，侧向电机钩爪机构(12)和上端电机钩爪机构(15)松开电池，恢复到初始位置，继续向前移动电池夹紧机构(1)依靠两个推力块(13)将电池推入电池仓充电座内进行充电，此时电池仓正在充电的指示灯会亮起，至此，完成第一个工作过程；

取出电池仓内的电池送入无人机内，与第一个过程动作顺序一致。