CN106516138B - 一种四旋翼飞行器电池自动更换装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四旋翼飞行器电池自动更换装置，属于无人机技术领域。更换装置，包括电池吊舱单元及电池更换充电平台单元，电池吊舱单元安装在四旋翼飞行器底部，所述电池吊舱单元包括电池吊舱、电池盒、电池吊舱锁，电池盒安装在电池吊舱内，电池吊舱锁设置在电池吊舱底部，所述电池更换充电平台单元包括底板、电池盒放置及充电模块，电池运输平台、运输模块、环形降落台。本发明的四旋翼飞行器电池自动更换装置，通过充电平台结构上的改进，实现了飞行器电池仓的直接更换，相比于在线充电的方式，更适合于飞行器的持续工作。

Description

一种四旋翼飞行器电池自动更换装置

技术领域

本发明具体涉及一种四旋翼飞行器电池自动更换装置，属于无人机技术领域。

背景技术

随着无人飞行器的兴起，四轴飞行器作为其中之一也大受欢迎，被应用到各行各业之中，承担各种工作。四轴飞行器有一个严重的短板，就是续航能力。让四轴飞行器迅速的自动更换电池(这比现场充电快)，并回到原来的工作中，一直是一个需要解决的问题。

如中国发明专利，授权公告号CN104494833，公开了一种智能飞行器充电方法，虽然可以实现飞行器的野外充电，但是同大多数现有技术一样，不能实现电池的更换，使得飞行器不能够迅速的回到持续的工作中。

发明内容

因此，本发明的目的解决现有技术飞行器不能自动更换电池，不能持续工作的问题。

具体的，本发明的四旋翼飞行器电池自动更换装置，包括电池吊舱单元及电池更换充电平台单元，电池吊舱单元安装在四旋翼飞行器底部，所述电池吊舱单元包括电池吊舱、电池盒、电池吊舱锁，电池盒安装在电池吊舱内，电池吊舱锁设置在电池吊舱底部，所述电池更换充电平台单元包括底板、电池盒放置及充电模块，电池运输平台、运输模块、环形降落台，所述运输模块包括两根并列设置的由同步带驱动的光杆，电池运输平台安装在光杆上，电池运输平台上设有电池吊舱锁触发装置，电池盒放置及充电模块包括支撑架及安装在支撑架上的充电仓，充电仓的位置位于光杆上方且电池运输平台上的电池盒可插入充电仓内，所述环形降落台包括安装在光杆两侧的两个扇环形降落台，电池运输平台及电池盒可从两个扇环形降落台之间的空隙穿过。

进一步的，所述电池盒与电池运输平台之间设有相互对应的凹槽及凸块。

进一步的，所述电池运输平台数量为两个，所述电池盒放置及充电模块数量为两个，分别设置在光杆两端的位置。

进一步的，所述电池盒为T型结构。

进一步的，所述扇环形降落台的扇环部分向内倾斜。

进一步的，所述充电仓数量为两个以上，所述支撑架底部还设有横移装置，所述横移装置包括步进电机、联轴器、滑动丝杆、驱动丝杆，滑动丝杆连接支撑架。

本发明的有益效果在于：本发明的四旋翼飞行器电池自动更换装置，通过充电平台结构上的改进，实现了飞行器电池仓的直接更换，相比于在线充电的方式，更适合于飞行器的持续工作。

附图说明

图1为本发明的一种四旋翼飞行器电池自动更换装置电池更换充电平台单元的结构示意图；

图2为本发明的一种四旋翼飞行器电池自动更换装置电池吊舱单元的结构示意图；

图3为图1中环形降落台的结构示意图；

图4为图1中取下环形降落台后的结构示意图；

图5为电池盒的结构示意图；

图6为图4中电池盒放置及充电模块的结构示意图；

图7为电池仓上下活动的原理和结构图；

图8为电池吊舱锁的原理和结构图；

图9为同步带的调节的原理和结构图；

图10为图9中一套调节片的结构示意图；

图11为运输模块的结构示意图；

图12、图13为运输平台的结构示意图；

图14为图13中同步带夹的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明：

如图1、图2、图3、图4所示，一种四旋翼飞行器电池自动更换装置，本发明的装置包括飞行器上的电池吊舱单元的改进，以及电池更换充电平台单元的改进两部分。

电池更换充电平台单元的结构如图1所示，包括底板1、电池盒放置及充电模块2，电池运输平台3、运输模块4、环形降落台。

电池吊舱单元如图2所示，安装在四旋翼飞行器底部，所述电池吊舱单元包括电池吊舱5、电池盒9、电池吊舱锁6，电池盒9安装在电池吊舱内，电池吊舱锁6设置在电池吊舱5底部。

环形降落台的结构如图3所示，环形降落台包括安装在光杆两侧的两个扇环形降落台7，电池运输平台及电池盒9可从两个扇环形降落台7之间的空隙穿过。飞行器降落在环模块上，在环的斜面的作用下滑落到正确的位置，然后开始更换电池。为方便准确降落，扇环形降落台7的扇环部分优选向内倾斜。环的支柱8与环不是固定连接，只是托着环。在所有支柱8上加减垫片即可调节环的高度，给某一侧的支柱8上加垫片就可以调节环与水平面的夹角角度。

如图4所示，运输模块4包括两根并列设置的由同步带驱动的光杆10，电池运输平台3安装在光杆10上，电池运输平台3上设有电池吊舱锁触发装置11。

电池盒9的结构如图5所示，电池盒放置及充电模块2的结构如图6所示，电池盒放置及充电模块2包括支撑架12及安装在支撑架12上的充电仓13，充电仓13的位置位于光杆10上方且电池运输平台3上的电池盒9可插入充电仓13内。支撑架12底部还设有横移装置，横移装置包括步进电机14、联轴器15、滑动丝杆16、驱动丝杆17，滑动丝杆16连接支撑架12。

充电部分原理为：当同步带带动电池运输平台3将电池盒9送入其中一个电池充电仓13后，步进电机14带动滑动丝杆16、驱动丝杆17转动，让整个充电平台沿光杆10方向左右移动，使另一块充满电的电池盒9移动到电池载板上，然后电池运输平台3就可以沿着垂直于光杆10的方向将已经充满电的电池盒9抽出运回飞行器上。

优选的，电池盒9与电池运输平台3之间设有相互对应的凹槽及凸块。飞行器降落在环模块之后电池吊仓锁触发平台11触发电池吊仓锁6打开，电池运输平台3上的凹/凸槽与电池盒9底部的凸/凹槽对应结合，电池运输平台3在同步带的带动下沿光杆10把电池盒9送进充电模块充电，同时为飞行器装上一个已经充好电的电池盒9。电池盒9为T型结构。电池装在电池盒9中，用电线和铜片与外界连接，T型的电池盒9用于让电池盒9吊挂在飞行器底部的电池吊舱5。

电池盒9吊挂在电池吊舱5，当飞行器降落后触发电池吊舱锁6打开，让电池盒9移出或进入电池吊舱5。

电池吊舱5上下活动的原理和结构如图7所示：

电池盖板101和飞行器的中心板102之间的空间的高度就是电池吊舱5的可以上下活动的范围。电池吊舱5的上下活动机构，由一个带方孔的支撑板，和一个上端较宽、中部较细刚好能通过支撑板上的方孔的矮方柱构成。当飞行器的电池吊舱5没有支撑时，整个电池吊舱5的力由支撑板提供，当飞行器降落后，降落平台上的支撑杆会将电池吊舱5顶到固定的高度，方便电池的拆装。

电池吊舱锁6的原理和结构如图8所示：

挡块结构103挡住电池盒9，把电池盒9固定在电池仓的锁扣，突出物104让T型的电池盒9挂在电池吊舱5内，拉簧105将触发杆106离开触发平台后让锁扣自动复位，触发杆106底部被底板上的触发平台顶起来，锁扣整个向上运动，使挡块结构103不再挡住电池盒9。

图4中光杆10引导导轨作用，由同步带驱动。

同步带的调节的原理和结构如图9所示：

同步带轮固定座107，齿轮轴承同步带轮108，光面轴承同步带轮109，8mm螺纹杆110，用于固定同步带轮，调节片111，用来调节光面同步带轮的位置，进而调节同步带的松紧，倾斜角度等。

原理：该机构的两端各配备一套调节片111(每端选两片)，通过两端装不同组合的调节片111便可调节同步带倾斜，松紧等。

一套调节片111如图10所示：

不同的组合可以把同步带轮固定在6个不同的位置，也就是同步带有6种不同的松紧状态。

运输模块4如图11所示：

连接杆112，装在两个电池运输平台3之间，用于固定两个电池运输平台3之间的距离，齿轮轴承113同步带轮，驱动端114的光面轴承同步带轮，步进电机115，电池运输平台3。

运输模块的原理及结构：同步带由步进电机115驱动，绕过轮，两端分别接在两个电池运输平台3下面，拉动电池运输平台3来回运动，电池运输平台3装在两条平行的光杆10上，光杆10起到支撑和导轨的作用。

电池运输平台3如图12及图13所示：

运输平台的上部分116，有凹/凸槽与电池盒9底部的凸/凹槽对应，上下两部分之间的空隙117用于加减垫片进行微调电池运输平台3上表面高度的微调，运输平台下部分118，用于装在光杆10上和连接同步带，通过同步带夹120，安装在运输平台的下表面，用于让光杆穿过的孔119，同步带夹120自行设计。

同步带夹120的结构如图14所示。

整个装置的工作过程为：飞行器在机器视觉等其他引导下大概降落在环上，环的曲面会引导飞行器降落在正确的位置上，然后底板上的触发平台打开电池吊仓锁6，同时飞行器脚架下的球触发霍尔传感器，驱动步进电机带动同步带，两个电池运输平台3从一边带出旧电池的同时在另一端带进新电池，完成后飞行器即可起飞，离地后锁扣自动合上。飞行器离开后，刚刚装上没电电池一边的电池仓由步进电机左右控制，将旁边的充满电的电池运送到中间位置，等待下一次换电池。而另一边刚被取出电池的电池仓不动，保存一个空的位置给下一次没电的电池装上。

电池充电仓13的充电功能具体设计为：在硬件上，电池充电仓13和电池之间由两片铜片连接，在电池充电仓13上有电压传感器，当电池与充电仓13成功连接并且被检测到电压低于12.6V的时候，上位机会自动将连接在两铜片上的锂电池充电器开启到充电状态，对电压低于12.6V的电池进行充电。充电器的功能有充满自动停止，因此不需要担心过充问题。

与现有技术相比，本发明还存在以下优点：

1、环模块让飞行器自动对位到正确位置而不需要额外引导。

2、移出旧电池和移进新电池同时进行，节省时间。

3、充电模块自己给电池进行充电，飞行器换电池就行，不用等待充电，节省时间。

4、机构尽量多使用可活动可调节的办法，应对尽量多的无法意料的现实中的问题或需求。

5、环两端的缺口除了用于让运输平台和电池通过，本身也起到对位的作用。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种四旋翼飞行器电池自动更换装置，包括电池吊舱单元及电池更换充电平台单元，电池吊舱单元安装在四旋翼飞行器底部，其特征在于，所述电池吊舱单元包括电池吊舱、电池盒、电池吊舱锁，电池盒安装在电池吊舱内，电池吊舱锁设置在电池吊舱底部，所述电池更换充电平台单元包括底板、电池盒放置及充电模块，电池运输平台、运输模块、环形降落台，所述运输模块包括两根并列设置的由同步带驱动的光杆，电池运输平台安装在光杆上，电池运输平台上设有电池吊舱锁触发装置，电池盒放置及充电模块包括支撑架及安装在支撑架上的充电仓，充电仓的位置位于光杆上方且电池运输平台上的电池盒可插入充电仓内，所述环形降落台包括安装在光杆两侧的两个扇环形降落台，电池运输平台及电池盒可从两个扇环形降落台之间的空隙穿过。

2.如权利要求1所述的四旋翼飞行器电池自动更换装置，其特征在于，所述电池盒与电池运输平台之间设有相互对应的凹槽及凸块。

3.如权利要求2所述的四旋翼飞行器电池自动更换装置，其特征在于，所述电池运输平台数量为两个，所述电池盒放置及充电模块数量为两个，分别设置在光杆两端的位置。

4.如权利要求1所述的四旋翼飞行器电池自动更换装置，其特征在于，所述电池盒为T型结构。

5.如权利要求1所述的四旋翼飞行器电池自动更换装置，其特征在于，所述扇环形降落台的扇环部分向内倾斜。

6.如权利要求1所述的四旋翼飞行器电池自动更换装置，其特征在于，所述充电仓数量为两个以上，所述支撑架底部还设有横移装置，所述横移装置包括步进电机、联轴器、滑动丝杆、驱动丝杆，滑动丝杆连接支撑架。