CN106685001B - 用于多旋翼无人机的挂靠充电系统 - Google Patents

用于多旋翼无人机的挂靠充电系统 Download PDF

Info

Publication number
CN106685001B
CN106685001B CN201710029095.3A CN201710029095A CN106685001B CN 106685001 B CN106685001 B CN 106685001B CN 201710029095 A CN201710029095 A CN 201710029095A CN 106685001 B CN106685001 B CN 106685001B
Authority
CN
China
Prior art keywords
affiliated
aerial vehicle
unmanned aerial
rotor unmanned
charging
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201710029095.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106685001A (zh
Inventor
赵翔
孟鑫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Jiaotong University
Original Assignee
Beijing Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Jiaotong University filed Critical Beijing Jiaotong University
Priority to CN201710029095.3A priority Critical patent/CN106685001B/zh
Publication of CN106685001A publication Critical patent/CN106685001A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106685001B publication Critical patent/CN106685001B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0042—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by the mechanical construction
    • H02J7/0044—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by the mechanical construction specially adapted for holding portable devices containing batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U10/00—Type of UAV
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U10/00—Type of UAV
    • B64U10/10—Rotorcrafts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U50/00—Propulsion; Power supply
    • B64U50/10—Propulsion
    • B64U50/19—Propulsion using electrically powered motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0042—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by the mechanical construction
    • H02J7/0045—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by the mechanical construction concerning the insertion or the connection of the batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S10/00—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power
    • H02S10/10—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power including a supplementary source of electric power, e.g. hybrid diesel-PV energy systems
    • H02S10/12—Hybrid wind-PV energy systems
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于多旋翼无人机的挂靠充电系统，所述挂靠充电系统包括一种可安装在多旋翼无人机顶部的挂靠机械臂及可供该挂靠机械臂进行挂靠并对无人机充电的充电桩，所述挂靠机械臂的第一弧形部和第二弧形部上均设有充电接触装置，所述充电桩包括两接触导体片，所述挂靠机械臂挂靠在所述充电桩，以使所述充电接触装置与所述接触导体片接触从而对多旋翼无人机进行充电。本发明通过在多旋翼无人机顶部安装一挂靠机械臂，配合一可供该挂靠机械臂挂靠的充电桩，实现多旋翼无人机的挂靠和充电同时进行，延长续航时间，减小人力物力的投入，节约成本，节省资源，同时避免无人机长时间工作导致设备出现负载过大的情况，延长无人机的工作寿命。

Description

用于多旋翼无人机的挂靠充电系统
技术领域
本发明涉及无人机挂靠充电领域，尤其涉及一种供多旋翼无人机挂靠充电的系统。
背景技术
目前，多旋翼无人机应用广泛，应用场景丰富。但是多旋翼无人机的航时短，导致多旋翼无人机在许多场景中的应用和发展都受到限制。由于现有的多旋翼无人机航程短，导致每工作一段距离，就需要进行一次降落，供地面人员为其更换电池，然后继续起飞执行任务，减低了多旋翼无人机的工作效率。
在多旋翼无人机的实际应用中，有些应用场景无需移动，只需在空中定点执行拍摄和观察任务。目前，多旋翼无人机的空中定点拍摄主要为悬停拍摄，但现有的多旋翼无人机的悬停状态需要通过自身螺旋桨的旋转提供升力，浪费大量的电能，使得续航时间更为短暂，缩短多旋翼无人机在空中工作的时间。
对此，国内外学者进行了关于多旋翼无人机停靠的研究，其中，最基本的停靠方式为直接落在地面或平台上，此外，目前国内外已有课题主要研究无人机在墙壁上的停靠。国外有研究机构研究出一种爬墙无人机，这种无人机可以在飞行中停靠在墙壁上且可以在墙壁上进行移动；国内也有大学团队研究出一种利用真空吸盘使得无人机在墙壁上停靠、移动的无人机。但是这些利用真空吸盘使得无人机可在墙壁上停靠的方法需要消耗电能来制造真空条件，不利于多旋翼无人机的续航。
目前，有一些使得多旋翼无人机可进行停靠的机械结构，但这些机械结构大部分是机械爪结构，要维持多旋翼无人机的停靠，则机械爪在工作时需要不断消耗电能来保持抓握状态，导致停靠时间受到多旋翼无人机电量的限制，不利于多旋翼无人机的续航工作。
为了进一步延长多旋翼无人机的飞行工作时间，目前有国内外学者进行关于多旋翼无人机空中充电的研究，国外有公司研发出一种无人机的充电箱，充电箱用氢燃料电池供电，多旋翼无人机电量不足时可降落至充电箱的平台上，然后多旋翼无人机被收入充电箱中进行无线充电，充电箱可被放置在野外，作为一个移动的无人机机场和机库；此外，波音公司研发出一种配备了栓绳的无人机，可在空中悬停时与地面上的电源供应站进行连接和充电；国内也有许多利用平台降落方式为无人机充电的无人机充电平台，但是建造充电平台的成本高。
目前，多旋翼无人机主流的充电方式分为直接接触式充电和无线充电两种方式，现有的无线充电技术最高充电效率可达到70％至80％，但是技术还不够完善，因此，直接接触式充电更具优势。而多旋翼无人机的停靠充电方式主要有降落在平台上充电和悬停在空中进行充电两种方式。其中，对于平台充电，建设平台成本高，而且平台面积有限，对多旋翼无人机的降落精度要求较高，挂靠难度和风险高，一旦降落失败，多旋翼无人机从平台下落，成本损失严重，而且充电平台容易积灰，影响充电接触，从而影响充电效率，同时，多旋翼无人机降落到平台会受到地效的影响，使得多旋翼无人机的降落难度加大。此外，就目前的技术条件而言，多旋翼无人机在悬停时本身需要消耗大量电能，因此悬停充电效率最低。
鉴于此，有必要提供一种可解决上述缺陷的适用范围广、充电效率高、挂靠风险低且成本低的用于多旋翼无人机的挂靠充电系统以实现多旋翼无人机挂靠时无需消耗电能，延长续航时间，直接接触式充电，而且无需频繁更换电池，节省人力资源。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可解决上述缺陷的适用范围广、充电效率高、挂靠风险低且成本低的用于多旋翼无人机的挂靠充电系统以实现多旋翼无人机挂靠时无需消耗电能，延长续航时间，直接接触式充电，而且无需频繁更换电池，节省人力资源。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于多旋翼无人机的挂靠充电系统，所述挂靠充电系统包括一可安装在多旋翼无人机顶部的挂靠机械臂及可供该挂靠机械臂进行挂靠并对多旋翼无人机充电的充电桩，其中，
所述挂靠机械臂包括一挂靠组件、一直臂以及一第二可伸缩机构，其中，
所述挂靠组件包括一U型臂以及一连接臂，所述U型臂包括一第一弧形部、一第二弧形部以及一第一可伸缩机构，所述第一可伸缩机构连接在所述第一弧形部和第二弧形部之间以调节所述U型臂的开口大小，所述连接臂固定于所述第二弧形部的外侧；
所述直臂的上端部通过一舵机与所述挂靠组件的连接臂相连，所述直臂的底部用于铰接于多旋翼无人机上；以及
所述第二可伸缩机构一端连接于所述直臂的中部，另一端用于铰接于多旋翼无人机上，从而驱动所述直臂折叠于所述多旋翼无人机上；
所述充电桩包括一充电桩桩体，所述充电桩桩体的上端部设有一发电装置，所述充电桩桩体的中部两相对侧设有用于供多旋翼无人机充电的接触导体片，所述充电桩桩体的下端部设有一配电箱，所述发电装置和所述接触导体片均与所述配电箱电连接；
其中，所述挂靠机械臂的第一弧形部和第二弧形部上均设有充电接触装置，所述挂靠机械臂的U型臂可挂靠在所述充电桩，以使所述充电接触装置与所述充电桩上的接触导体片进行接触从而进行充电。
其中，利用所述挂靠机械臂的挂靠组件的自锁原理，多旋翼无人机可靠自身重量停靠在所述充电桩上，无需消耗电能，从而延长多旋翼无人机的工作时间；同时，通过所述舵机连接所述挂靠组件和直臂，所述舵机可控制所述挂靠组件的连接臂转动，从而带动U型臂转动，实现挂靠组件在直臂上折叠和展开；通过所述第二可伸缩机构可驱动所述直臂折叠于所述多旋翼无人机上，因此，通过舵机和第二可伸缩机构的配合可实现整个挂靠机械臂的折叠与展开；此外，由于舵机及其它驱动部件只有在所述挂靠机械臂一开始的挂靠动作和结束挂靠进行折叠时需要消耗电能，而在顺利挂靠于充电桩之后的整个挂靠过程中无需消耗电能，可使得多旋翼无人机实现零电耗，从而延长多旋翼无人机的续航时间，增强所述挂靠机械臂的实用性。
所述充电桩为多旋翼无人机提供挂靠和空中充电的场所，基于上述设计，多旋翼无人机的充电模块安装在充电桩上，无需将充电模块放置在多旋翼无人机上，减少了多旋翼无人机的负载，避免增加负载对多旋翼无人机续航时间的影响。同时，所述充电桩为柱状结构，使得所述多旋翼无人机的挂靠不受地效影响，降低多旋翼无人机的挂靠难度和风险，而且不会因积灰而影响充电效果。
所述挂靠机械臂的第一弧形部和第二弧形部上均设有充电接触装置，配合所述充电桩桩体上设置的接触导体片，所述挂靠机械臂的U型臂挂靠在所述充电桩的接触导体片上，以使所述充电接触装置与所述接触导体片的对接，进行充电，实现多旋翼无人机的挂靠与充电同时进行，有效延长多旋翼无人机的飞行时间，同时可避免多旋翼无人机长时间工作导致的电机过热，延长多旋翼无人机的使用寿命和维护周期；此外，直接接触式充电，有利于提高充电效率，缩短充电时间，可最大程度地减少多旋翼无人机因挂靠充电而耽误的飞行任务时间。
其进一步技术方案为：所述充电接触装置可分别设于所述第一弧形部及第二弧形部的侧边或者是分别设于所述第一弧形部及第二弧形部的内弧表面，且朝向所述充电桩上相应的接触导体片以与相应的接触导体片形成电连接。
其进一步技术方案为：所述充电接触装置包括一可产生形变或者可伸缩的弧形导体片或者是包括至少一弹簧顶针。其中，利用可产生形变或可伸缩的弧形导体片及弹簧顶针的特性，可确保充电接触装置与所述接触导体片充分接触，有利于获得更优的充电效果。
其进一步技术方案为：所述第二可伸缩机构包括一第二丝杆传动机构以及设于所述直臂的一铰接支座，其中，所述第二丝杆传动机构包括第二丝杆螺母、第二丝杆以及第二减速电机，所述第二丝杆螺母固定于所述铰接支座上，所述第二丝杠的上端穿过所述第二丝杆螺母，其下端通过一联轴器与所述第二减速电机相连。
其中，通过所述铰接支座连接直臂和第二丝杆传动机构，通过控制所述第二减速电机的正转和反转来控制第二丝杆的转动，利用丝杆的传动作用，使得第二丝杆螺母沿第二丝杆上下移动，同时带动所述直臂沿第二丝杆上下移动，由于所述直臂的底部及所述第二可伸缩机构的一端铰接于多旋翼无人机上，则所述直臂可在多旋翼无人机上折叠和展开，则整个挂靠机械臂可折叠于多旋翼无人机上。
其进一步技术方案为：所述第一可伸缩机构包括连接于所述第一弧形部和第二弧形部之间的导轨以及用于驱动所述导轨伸缩运动的传动机构；所述第一弧形部的一端设有一第一连接座，所述第二弧形部的一端设有一第二连接座，所述传动机构及两所述导轨均连接于所述第一连接座和第二连接座之间。其中，多旋翼无人机挂靠时，通过控制所述传动机构驱动所述导轨伸缩运动，以根据所述充电桩的直径调节所述U型臂的开口大小，使得所述挂靠机械臂可挂靠于不同直径的充电桩，适用范围广。
其进一步技术方案为：所述第一弧形部的一端与所述第一可伸缩机构相连，另一端安装有一引导杆。其中，利用引导杆的引导作用，有利于扩大U型臂的捕获范围，提高所述挂靠机械臂的捕捉能力。
其进一步技术方案为：所述第一弧形部和第二弧形部的内弧表面均设有防滑胶垫。其中，防滑胶垫起防滑作用，使得挂靠机械臂的挂靠效果更加稳固。
其进一步技术方案为：所述充电桩桩体的中部还套设有一防滑落圆环，所述防滑落圆环位于所述接触导体片的下方。其中，设置防滑落圆环可防止带挂靠机械臂的多旋翼无人机挂靠不紧而导致多旋翼无人机顺着所述充电桩下落至地面造成的损坏，以确保多旋翼无人机挂靠的安全。
其进一步技术方案为：两所述接触导体片上下错位地平贴在所述充电桩桩体的表面。其中，根据挂靠机械臂的挂靠方式和充电接触装置的安装位置，对应上下设置接触导体片有利于挂靠机械臂的充电接触装置与充电桩的接触导体片的充分接触，从而有利于多旋翼无人机的充电，避免接触不充分降低充电效率。
其进一步技术方案为：所述发电装置包括一风力发电机及至少一太阳能电池板；所述配电箱包括一箱体以及设于箱体内的一风光互补控制器、一蓄电池、一逆变器及一可调输出电压电源适配器；所述风力发电机和太阳能电池板均通过所述风光互补控制器与所述蓄电池连接，所述逆变器电连接于所述蓄电池和所述可调输出电压电源适配器之间，所述可调输出电压电源适配器的正负极分别与两所述接触导体片电连接。
其中，多旋翼无人机的充电模块安装在充电桩上，充电模块由所述发电装置结合配电箱的蓄电池进行供电，避免了利用电网供电而线缆铺设投资巨大的问题；同时，充电桩整体设计为封闭式，所有充电模块的线缆均全部铺设在充电桩桩体或配电箱中，有利于充电桩防水、防尘，延长充电桩的使用寿命和维护周期。所述发电装置包括风力发电机与太阳能电池板，并采用所述风光互补控制器控制，将电能储存在蓄电池中，避免单独太阳能电池板供电或单独风力发电机供电导致电能供给不足的缺陷，充分利用风能和光能资源，节能环保，符合未来的发展趋势；当多旋翼无人机充电时，蓄电池的直流电通过逆变器转变成交流电，再经由所述可调电压电源适配器将电压匹配成多旋翼无人机所需充电电压并对多旋翼无人机进行充电。
本发明与现有技术相比的有益效果在于：本发明的用于多旋翼无人机的挂靠充电系统包括一可安装于多旋翼无人机顶部的挂靠机械臂及可供该挂靠机械臂进行挂靠并对多旋翼无人机充电的充电桩，在所述挂靠机械臂与充电桩的挂靠处分别设置可采用直接接触式充电的充电接触装置和接触导体片，实现多旋翼无人机的挂靠和充电同时进行，且挂靠时无需消耗电能，可延长多旋翼无人机的工作时间，无需频繁更换电池，节省人力资源，节约成本；同时避免多旋翼无人机因长时间工作导致的电机过热问题，延长多旋翼无人机的工作寿命和维护周期；通过在所述挂靠机械臂设置一挂靠组件、一直臂及一第二可伸缩机构，而所述挂靠组件设有第一可伸缩机构，实现对挂靠机械臂开口的调节，供多旋翼无人机在不同场景中进行挂靠，适用范围广；采用直接接触式充电，充电效率高，充电时间短；而且所述充电桩为柱状结构，降低多旋翼无人机的挂靠难度和风险，且可避免积灰对充电接触的影响；同时，相关充电设备及线缆均设于所述充电桩桩体上或配电箱内，避免利用电网供电而线缆铺设投资巨大的问题。
通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。
附图说明
图1为本发明用于多旋翼无人机的挂靠充电系统的第一实施例的使用状态示意图。
图2为图1中A部分的放大示意图。
图3为图1所示实施例的挂靠机械臂的结构示意图。
图4为图3所示挂靠机械臂应用于多旋翼无人机的结构示意图。
图5为图3所示挂靠机械臂的侧视图。
图6展示了图3所示挂靠机械臂配合充电桩进行挂靠充电的状态。
图7为图6中B部分的放大示意图。
图8展示了图4所示多旋翼无人机配合横向设置的充电桩进行挂靠充电的状态。
图9为本发明用于多旋翼无人机的挂靠充电系统的挂靠机械臂的第二实施例的挂靠组件结构示意图。
图10为图9中C部分的放大示意图。
图11为图9所示第二实施例配合充电桩进行挂靠充电的示意图。
图12为图11中D部分的放大示意图。
图13为本发明用于多旋翼无人机的挂靠充电系统的挂靠机械臂的第三实施例的挂靠组件结构示意图。
图14为图13中E部分的放大示意图。
图15为本发明用于多旋翼无人机的挂靠充电系统的挂靠机械臂的第四实施例的挂靠组件结构示意图。
图16为图15中F部分的放大示意图。
图17为本发明用于多旋翼无人机的挂靠充电系统的挂靠机械臂的第五实施例的挂靠组件结构示意图。
图18为图17中G部分的放大示意图。
图19为本发明用于多旋翼无人机的挂靠充电系统的挂靠机械臂的第六实施例的挂靠组件结构示意图。
图20为图19中H部分的放大示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，附图中类似的组件标号代表类似的组件。显然，以下将描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1至图7展示了本发明的第一实施例。
首先，参照图1至图3，在本实施例中，本发明用于多旋翼无人机的挂靠充电系统10包括一可安装在多旋翼无人机300顶部的挂靠机械臂100及可供该挂靠机械臂100进行挂靠并对多旋翼无人机300充电的充电桩200。
其中，所述挂靠机械臂100包括一挂靠组件110、一直臂120以及一第二可伸缩机构130。
所述挂靠组件110包括一U型臂111以及一连接臂112，所述U型臂111包括一第一弧形部113、一第二弧形部114以及一第一可伸缩机构115，所述第一可伸缩机构115连接在所述第一弧形部113和第二弧形部114之间以调节所述U型臂111的开口大小，所述连接臂112固定于所述第二弧形部114的外侧；所述直臂120的上端部通过一舵机121与所述挂靠组件110的连接臂112相连，所述直臂120的底部用于铰接于多旋翼无人机300上；所述第二可伸缩机构130的一端连接于所述直臂120的中部，另一端用于铰接于多旋翼无人机300上，从而驱动所述直臂120折叠于所述多旋翼无人机300上。
所述充电桩200包括一充电桩桩体210，所述充电桩桩体210的上端部设有一发电装置220，所述充电桩桩体210的中部两相对侧设有用于供多旋翼无人机充电的接触导体片230，所述充电桩桩体210的下端部设有一配电箱240，所述发电装置220和所述接触导体片230均与所述配电箱240电连接。
所述挂靠机械臂100的第一弧形部113和第二弧形部114上均设有充电接触装置116，所述挂靠机械臂100的U型臂111可挂靠在所述充电桩200，以使所述充电接触装置116与所述充电桩200上的接触导体片230进行接触从而进行充电。
参照图3和图4，在本实施例中，所述直臂120的底部通过一销钉122安装于一第一固定铰支座123，所述第一固定铰支座123固定安装于所述多旋翼无人机300的中心板上板301，且安装位置与多旋翼无人机300的重心连线与所述中心板上板301垂直，使得所述多旋翼无人机300挂靠时可保持平衡状态。所述第二可伸缩机构130的底部通过一第二固定铰支座137安装于多旋翼无人机300的中心板前板302上，停靠时所述第二可伸缩机构130正常情况下不受力，因此，对所述第二可伸缩机构130的强度要求不高，有利于降低所述第二可伸缩结构130的重量，从而降低整个挂靠机械臂100的重量，进而降低多旋翼无人机300的负载，减少负载对多旋翼无人机300续航时间的影响；而且通过所述第二可伸缩机构130可驱动所述直臂120折叠于所述多旋翼无人机300上。
同时，利用所述挂靠机械臂100的挂靠组件110的自锁原理，多旋翼无人机300可靠自身重量停靠在所述充电桩200上，无需消耗电能，可延长多旋翼无人机300的工作时间；同时，通过所述舵机121连接挂靠组件110和直臂120，所述舵机121可控制所述挂靠组件110的连接臂112转动，从而带动U型臂111转动，实现挂靠组件110在直臂120上折叠和展开。因此，通过舵机121和第二可伸缩机构130的配合可实现整个挂靠机械臂100的折叠与展开。此外，由于舵机121及其它驱动部件只有在所述挂靠机械臂100一开始的挂靠动作和结束挂靠进行折叠时需要消耗电能，而在顺利挂靠于充电桩200后的整个挂靠过程中无需消耗电能，可使得多旋翼无人机300实现零电耗，从而延长多旋翼无人机300的续航时间，增强所述挂靠机械臂100的实用性。
所述充电桩200为多旋翼无人机300提供挂靠和空中充电的场所，基于上述设计，多旋翼无人机300的充电模块安装在充电桩200上，无需将充电模块放置在多旋翼无人机300上，减少了多旋翼无人机300的负载，避免增加负载对多旋翼无人机300续航时间的影响。同时，所述充电桩200为柱状结构，使得所述多旋翼无人机300的挂靠不受地效影响，降低多旋翼无人机300的挂靠难度和风险，而且不会因积灰而影响充电效果。
参照图1至图3，所述挂靠机械臂100的第一弧形部113和第二弧形部114上均设有充电接触装置116，配合所述充电桩桩体210上设置的接触导体片230，所述挂靠机械臂100的U型臂111挂靠在所述充电桩200的接触导体片230上，以使所述充电接触装置116与所述接触导体片230的对接，进行充电，实现多旋翼无人机300的挂靠与充电同时进行，有效延长多旋翼无人机300的飞行时间，同时可避免多旋翼无人机300长时间工作导致的电机过热，延长多旋翼无人机300的使用寿命和维护周期；此外，直接接触式充电，有利于提高充电效率，缩短充电时间，可最大程度地减少多旋翼无人机300因挂靠充电而耽误的飞行任务时间。
参照图3至图7，在某些实施例，例如本实施例中，所述充电接触装置116分别设于所述第一弧形部113及第二弧形部114的内弧表面，且朝向所述充电桩200上相应的接触导体片230以与所述接触导体片230形成电连接。
如附图所示的实施例中，所述充电接触装置116包括一可伸缩的弧形导体片1161，所述弧形导体片1161的底部通过三根弹簧1163固定安装于相应的弹簧固定座1162，所述弹簧固定座1162固定在所述第一弧形部113或第二弧形部114的内弧表面中。其中，通过三根弹簧1163可将所述弹簧导体片1161更好地固定在所述第一弧形部113和第二弧形部114上；此外，利用弹簧1163的特性，可保证充电接触装置116与所述充电桩200的接触导体片230充分接触，有利于获得更优的充电效果。
继续参照图3，在某些实施例，例如本实施例中，所述第二可伸缩机构130包括一第二丝杆传动机构131以及设于所述直臂120的一铰接支座132，其中，所述第二丝杆传动机构131包括第二丝杆螺母133、第二丝杆134以及第二减速电机135，所述第二丝杆螺母133固定于所述铰接支座132上，所述第二丝杆134的上端穿过所述第二丝杆螺母133，其下端通过一联轴器136与所述第二减速电机135相连。
其中，通过所述铰接支座132连接直臂120和第二丝杆传动机构131；所述第二固定铰支座137内设有用于固定所述第二传动机构131的第二减速电机135的电机固定座138；控制所述第二减速电机135的正转和反转可控制第二丝杆134的转动，使得第二丝杆螺母133沿第二丝杆134上下移动，同时带动所述直臂120沿第二丝杆134上下移动，由于所述直臂120的底部及所述第二可伸缩机构130的一端铰接于多旋翼无人机300上，则所述直臂120可在多旋翼无人机300上折叠和展开。
参照图5，在某些实施例，例如本实施例中，所述第一可伸缩机构115包括连接于所述第一弧形部113和第二弧形部114之间的导轨1151以及用于驱动所述导轨1151伸缩运动的传动机构1152；所述第一弧形部113的一端设有一第一连接座1131，所述第二弧形部114的一端设有一第二连接座1141，所述传动机构1152及两所述导轨1151均连接于所述第一连接座1131和第二连接座1141之间。其中，多旋翼无人机300挂靠时，通过控制所述传动机构1152驱动所述导轨1151伸缩运动，以根据所述充电桩200的直径调节所述U型臂111的开口大小，使得所述挂靠机械臂100可挂靠于不同直径的充电桩200，适用范围广。
在某些实施例，例如本实施例中，所述第一弧形部113的一端与所述第一可伸缩机构115相连，另一端安装有一引导杆117。其中，利用引导杆117的引导作用，有利于扩大U型臂111的捕获范围，提高所述挂靠机械臂100的捕捉能力。
继续参照图5，在某些实施例，例如本实施例中，所述第一弧形部113和第二弧形部114的内弧表面均设有防滑胶垫118。其中，防滑脚垫118起防滑作用，使得挂靠机械臂100的挂靠效果更加稳固。
参照图1，在某些实施例，例如本实施例中，所述充电桩桩体200的中部还套设有一防滑落圆环250，所述防滑落圆环250位于所述接触导体片230的下方。其中，设置防滑落圆环250可防止带有挂靠机械臂100的多旋翼无人机300挂靠不紧而导致多旋翼无人机300顺着所述充电桩200下落至地面造成的损坏，以确保多旋翼无人机300挂靠的安全。
在某些实施例，例如本实施例中，两所述接触导体片230上下错位地平贴在所述充电桩桩体210的表面。其中，根据挂靠机械臂100的挂靠方式和充电接触装置116的安装位置，对应上下设置接触导体片230有利于挂靠机械臂100的充电接触装置116与充电桩200的接触导体片230的充分接触，从而有利于多旋翼无人机300的充电，避免接触不完全降低充电效率。
参照图1和图2，在某些实施例，例如本市实施例中，所述发电装置220包括一风力发电机221及两太阳能电池板222，两所述太阳能电池板222分别位于所述充电桩桩体210的两侧；所述配电箱240包括一箱体245以及设于箱体245内的一风光互补控制器244、一蓄电池241、一逆变器242及一可调输出电压电源适配器243；所述风力发电机221和太阳能电池板222均通过所述风光互补控制器244与所述蓄电池241电连接，所述逆变器242电连接于所述蓄电池241和所述可调输出电压电源适配器243之间，所述可调输出电压电源适配器243的正负极分别与两所述接触导体片230电连接。
其中，多旋翼无人机300的充电模块安装在充电桩200上，充电模块由所述发电装置220结合配电箱240的蓄电池241进行供电，避免了利用电网供电而线缆铺设投资巨大的问题；同时，充电桩200整体设计为封闭式，所有充电模块的线缆均全部铺设在充电桩桩体210或配电箱240中，有利于充电桩200防水、防尘，延长充电桩200的使用寿命和维护周期。所述发电装置220包括风力发电机221与太阳能电池板222，并采用所述风光互补控制器244控制，将电能储存在蓄电池241中，避免单独太阳能电池板222供电或单独风力发电机221供电导致电能供给不足的缺陷，充分利用风能和光能资源，节能环保，符合未来的发展趋势；当多旋翼无人机300充电时，蓄电池241的直流电通过逆变器242转变成交流电，再经由所述可调电压电源适配器243将电压匹配成多旋翼无人机300所需充电电压并对多旋翼无人300机进行充电。
参照图1，所述充电桩200还包括一底座260，所述充电桩桩体210的底部固定安装于所述底座260上，以使充电桩200可置于平地中，供多旋翼无人机300挂靠充电。
参照图8，本发明的挂靠充电系统10的充电桩200可横向设置，相应地，两所述接触导体片230相对设于所述充电桩桩体210上；由于所述挂靠机械臂100的结构设计且该挂靠机械臂100安装于多旋翼无人机300的中心板上板301上，安装位置与多旋翼无人机300的重心连线垂直于所述中心板上板301，则所述挂靠机械臂100可平衡挂靠于所述充电桩200上。综上所述，所述挂靠充电系统10可在不同应用场景中实现多旋翼无人机300的挂靠与充电，实用性强。
图9至图12展示了本发明挂靠充电系统10的挂靠机械臂100的第二实施例，参照图9至图12，本实施例与第一实施例的不同之处在于所述充电接触装置116的结构设计不同，其余结构和功能均与第一实施例相同。在本实施例中，所述充电接触装置116包括一可产生形变的弧形导体片1164，所述弧形导体片1164为弹簧导体片，且该弧形导体片1164的两端分别通过螺丝固定于导体片固定件1165中，所述导体片固定座1165固定在所述第一弧形部113或第二弧形部114的内弧表面内。其中，利用弹簧导体片的特性，可保证充电接触装置116与所述充电桩200充分接触，有利于获得更优的充电效果。
图13和图14展示了本发明挂靠充电系统10的挂靠机械臂100的第三实施例，参照图13和图14，本实施例与第一实施例或第二实施例的不同之处在于所述充电接触装置116的结构设计不同，其余结构和功能均与第一实施例相同。在本实施例中，所述充电接触装置包括三根弹簧顶针1166。其中，三根弹簧顶针1166并排设置，结合弹簧顶针1166的特性，可保证所述充电接触装置116与充电桩200的接触导体片230充分接触，获得更优的充电效果。
图15和图16展示了本发明挂靠充电系统10的挂靠机械臂100的第四实施例，参照图15和图16，本实施例与第二实施例的不同之处在于所述充电接触装置116的安装位置不同，其余结构和功能均与第二实施例相同。在本实施例中，所述充电接触装置116分别设于所述第一弧形部113及第二弧形部114的侧边，且朝向所述充电桩200上相应的接触导体片230以与相应的接触导体片230形成电连接。
图17和图18展示了本发明挂靠充电系统10的挂靠机械臂100的第五实施例，参照图17和图18，本实施例与第四实施例的不同之处在于所述充电接触装置116的结构设计不同，其余结构和功能均与第四实施例相同。在本实施例中，所述充电接触装置116包括一可产生形变的弧形导体片1167，所述弧形导体片1167呈冂型且其一侧直接固定安装于所述第一弧形部113或第二弧形部114的侧边上。
图19和图20展示了本发明挂靠充电系统10的挂靠机械臂100的第六实施例，参照图19和图20，本实施例与第四实施例的不同之处在于所述充电接触装置116的结构设计不同，其余结构和功能均与第四实施例相同。在本实施例中，所述充电接触装置116包括一可产生形变的弧形导体片1168，所述弧形导体片1168的底部设计为铰接结构，所述弧形导体片1168的底部与一直杆1169的一端铰接，该直杆1169的另一端通过一带扭簧1170的销钉1171固定于一铰接固定座1172中，所述铰接固定座1172设于所述第一弧形部113或第二弧形部114的侧边上。其中，所述弧形导体片1168底部的铰接结构内可设计相应的限位结构，以限定直杆1169在弧形导体片1168中的旋转角范围为±45°，以实现充电接触装置116与充电桩200充分接触，获得更优的充电效果。
当然，在本发明的某些实施例中，本发明可包括用于观察所述挂靠机械臂100的U型臂111与充电桩200的挂靠对接情况的广角摄像头，所述广角摄像头设于所述U型臂111上，该广角摄像头的观察方向对应于U型臂111开口处，通过该广角摄像头实现对多旋翼无人机300挂靠对接情况的观察，可更好地实现多旋翼无人机300的挂靠，提高挂靠成功率。
综上所述，本发明所提供的用于多旋翼无人机的挂靠充电系统包括一可安装于多旋翼无人机顶部的挂靠机械臂及可供该挂靠机械臂进行挂靠并对多旋翼无人机充电的充电桩，在所述挂靠机械臂与充电桩的挂靠处分别设置可采用直接接触式充电的充电接触装置和接触导体片，实现挂靠和充电同时进行，且挂靠时无需消耗电能，可延长多旋翼无人机的工作时间，无需频繁更换电池，节省人力资源，节约成本；同时避免多旋翼无人机因长时间工作导致的电机过热问题，延长多旋翼无人机的工作寿命和维护周期；通过在所述挂靠机械臂设置一挂靠组件、一直臂及一第二可伸缩机构，所述挂靠组件内设有第一可伸缩机构，实现对挂靠机械臂开口的调节，以供多旋翼无人机在不同场景中进行挂靠，适用范围广；采用直接接触式充电，充电效率高，充电时间短；而且所述充电桩为柱状结构，降低多旋翼无人机的挂靠难度和风险，且可避免积灰对充电接触的影响；同时，相关充电设备及线缆均设于所述充电桩桩体上或配电箱内，避免利用电网供电而线缆铺设投资巨大的问题。
以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (10)

1.一种用于多旋翼无人机的挂靠充电系统，其特征在于，所述挂靠充电系统包括一可安装在多旋翼无人机顶部的挂靠机械臂及可供该挂靠机械臂进行挂靠并对多旋翼无人机充电的充电桩，其中，
所述挂靠机械臂包括一挂靠组件、一直臂以及一第二可伸缩机构，其中，
所述挂靠组件包括一U型臂以及一连接臂，所述U型臂包括一第一弧形部、一第二弧形部以及一第一可伸缩机构，所述第一可伸缩机构连接在所述第一弧形部和第二弧形部之间以调节所述U型臂的开口大小，所述连接臂固定于所述第二弧形部的外侧；
所述直臂的上端部通过一舵机与所述挂靠组件的连接臂相连，所述直臂的底部用于铰接于多旋翼无人机上；以及
所述第二可伸缩机构一端连接于所述直臂的中部，另一端用于铰接于多旋翼无人机上，从而驱动所述直臂折叠于所述多旋翼无人机上；
所述充电桩包括一充电桩桩体，所述充电桩桩体的上端部设有一发电装置，所述充电桩桩体的中部两相对侧设有用于供多旋翼无人机充电的接触导体片，所述充电桩桩体的下端部设有一配电箱，所述发电装置和所述接触导体片均与所述配电箱电连接；
其中，所述挂靠机械臂的第一弧形部和第二弧形部上均设有充电接触装置，所述挂靠机械臂的U型臂可挂靠在所述充电桩，以使所述充电接触装置与所述充电桩上的接触导体片进行接触从而进行充电。
2.如权利要求1所述的用于多旋翼无人机的挂靠充电系统，其特征在于，所述充电接触装置可分别设于所述第一弧形部及第二弧形部的侧边或者是分别设于所述第一弧形部及第二弧形部的内弧表面，且朝向所述充电桩上相应的接触导体片以与相应的接触导体片形成电连接。
3.如权利要求1所述的用于多旋翼无人机的挂靠充电系统，其特征在于，所述充电接触装置包括一可产生形变或可伸缩的弧形导体片或者是包括至少一弹簧顶针。
4.如权利要求1所述的用于多旋翼无人机的挂靠充电系统，其特征在于，所述第二可伸缩机构包括一第二丝杆传动机构以及设于所述直臂的一铰接支座，其中，所述第二丝杆传动机构包括第二丝杆螺母、第二丝杆以及第二减速电机，所述第二丝杆螺母固定于所述铰接支座上，所述第二丝杠的上端穿过所述第二丝杆螺母，其下端通过一联轴器与所述第二减速电机相连。
5.如权利要求1所述的用于多旋翼无人机的挂靠充电系统，其特征在于，所述第一可伸缩机构包括连接于所述第一弧形部和第二弧形部之间的导轨以及用于驱动所述导轨伸缩运动的传动机构；所述第一弧形部的一端设有一第一连接座，所述第二弧形部的一端设有一第二连接座，所述传动机构及两所述导轨均连接于所述第一连接座和第二连接座之间。
6.如权利要求1所述的用于多旋翼无人机的挂靠充电系统，其特征在于，所述第一弧形部的一端与所述第一可伸缩机构相连，另一端安装有一引导杆。
7.如权利要求1所述的用于多旋翼无人机的挂靠充电系统，其特征在于，所述第一弧形部和第二弧形部的内弧表面均设有防滑胶垫。
8.如权利要求1所述的用于多旋翼无人机的挂靠充电系统，其特征在于，所述充电桩桩体的中部还套设有一防滑落圆环，所述防滑落圆环位于所述接触导体片的下方。
9.如权利要求1所述的用于多旋翼无人机的挂靠充电系统，其特征在于，两所述接触导体片上下错位地平贴在所述充电桩桩体的表面。
10.如权利要求1所述的用于多旋翼无人机的挂靠充电系统，其特征在于，所述发电装置包括一风力发电机及至少一太阳能电池板；所述配电箱包括一箱体以及设于箱体内的一风光互补控制器、一蓄电池、一逆变器及一可调输出电压电源适配器；所述风力发电机和太阳能电池板均通过所述风光互补控制器与所述蓄电池电连接，所述逆变器电连接于所述蓄电池和所述可调输出电压电源适配器之间，所述可调输出电压电源适配器的正负极分别与两所述接触导体片电连接。
CN201710029095.3A 2017-01-16 2017-01-16 用于多旋翼无人机的挂靠充电系统 Expired - Fee Related CN106685001B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710029095.3A CN106685001B (zh) 2017-01-16 2017-01-16 用于多旋翼无人机的挂靠充电系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710029095.3A CN106685001B (zh) 2017-01-16 2017-01-16 用于多旋翼无人机的挂靠充电系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106685001A CN106685001A (zh) 2017-05-17
CN106685001B true CN106685001B (zh) 2019-06-21

Family

ID=58860525

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710029095.3A Expired - Fee Related CN106685001B (zh) 2017-01-16 2017-01-16 用于多旋翼无人机的挂靠充电系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106685001B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107696882B (zh) * 2017-07-24 2020-03-24 国网浙江海宁市供电公司 无人机空中充电装置
CN108128208A (zh) * 2018-02-08 2018-06-08 张健 一种悬挂式无人机捕获充电装置及方法
CN111161916A (zh) * 2018-11-07 2020-05-15 杨峰 接触线、接触网、无人机和充电杆
CN110194277B (zh) * 2019-06-28 2020-12-22 上海大学 一种基于伸展机构和并联机构的无人机回收充电装置
CN113071337B (zh) * 2021-02-20 2022-10-21 浙江图盛输变电工程有限公司温州科技分公司 野外风光互补供电的无人智能机巢
CN113276709B (zh) * 2021-02-25 2022-10-11 江西瑞华智能科技有限公司 一种多旋翼无人机及供其使用的充电桩

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105882990A (zh) * 2016-05-12 2016-08-24 北京航空航天大学 一种适用于微小型无人机的感应取电挂钩
CN106160134A (zh) * 2016-09-30 2016-11-23 安徽翼讯飞行安全技术有限公司 一种无人机空中充电装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9902504B2 (en) * 2015-02-04 2018-02-27 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Systems and methods for docking and charging unmanned aerial vehicles

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105882990A (zh) * 2016-05-12 2016-08-24 北京航空航天大学 一种适用于微小型无人机的感应取电挂钩
CN106160134A (zh) * 2016-09-30 2016-11-23 安徽翼讯飞行安全技术有限公司 一种无人机空中充电装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN106685001A (zh) 2017-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106685001B (zh) 用于多旋翼无人机的挂靠充电系统
WO2018137290A1 (zh) 风光发电系统
CN106655400A (zh) 供多旋翼无人机使用的充电桩
CN106160197A (zh) 一种可自动追光的光伏电源车
CN104118345A (zh) 一种发电车辆
CN108162795A (zh) 一种空中飞行器用配套太阳能空中供电设备
CN105099353A (zh) 一种太阳能发电装置
CN107585297A (zh) 一种多旋翼并联式混合动力无人机
CN206436271U (zh) 用于多旋翼无人机的挂靠机械臂
CN204956916U (zh) 一种混合动力长航时多轴飞行器
CN201255349Y (zh) 风光互补跟踪式路灯
CN205407707U (zh) 一种高效率的光伏分布式发电系统
CN104113277A (zh) 太阳能折叠棚
CN207374652U (zh) 无人机
CN208384425U (zh) 一种可移动的太阳能光伏车棚
CN206920941U (zh) 一种混合供电系统
CN204013370U (zh) 太阳能折叠棚
CN209001275U (zh) 一种高压架空线路防水充电对接装置
CN111313804A (zh) 一种舟车式太阳能和市电互补型多功能应急照明装置
CN106481509B (zh) 风光联合发电方法
CN201843728U (zh) 便携式风光互补移动电源
CN207389530U (zh) 太阳能无人机
CN206283452U (zh) 太阳能电池板装置及太阳能发电系统
CN218733387U (zh) 一种清洁能源蓄能功能装置
CN205423071U (zh) 圆柱型垂直轴风力发电机航标

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20190621