CN107357247A - 用于电力巡检的无人机自动更换电池装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无人机电力巡检领域，尤其涉及用于电力巡检的无人机自动更换电池装置及其控制方法；本发明包括设于无人机底部的电池仓、位于电池仓两侧的起落架以及用于无人机电池更换的电池座；本发明提供的用于电力巡检的无人机自动更换电池装置可实现无人机在自动巡检过程中的自动更换电池，节省了无人机巡检过程中充电的时间花费，本发明内设导电槽，可实现无人机在不断电的情况实现电池更换，避免无人机因停电重启造成数据和程序丢失等问题。本发明在无人机自动更换电池装置的基础上还提供一种控制方法，用于实现本装置的自动化控制。

Description

用于电力巡检的无人机自动更换电池装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及无人机电力巡检领域，尤其涉及用于电力巡检的无人机自动更换电池装置及其控制方法。

背景技术

如今无人机被广泛应用于电力巡检领域，利用无人机进行自动化巡检更是一种趋势，但是无人机因电池电量原因，其工作的持续时间一直受到限制，常用的无人机一般只能工作半个小时左右；目前在无人机自动巡检的过程中，解决该问题的方法，是在电塔塔杆上设置供无人机充电的停机坪，当无人机电量不足时，则停在停机坪上自动充电。

但是以现有的技术，即便使用快冲，充电也需要一定时间，这段充电时间会大幅度影响无人机自动巡检的效率。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提供用于电力巡检的无人机自动更换电池装置及其控制方法，能有效解决因充电费时造成的工作效率底下问题。

本发明提供用于电力巡检的无人机自动更换电池装置，包括设于无人机底部的电池仓、位于电池仓两侧的起落架以及用于无人机电池更换的电池座，其特征在于，所述电池仓底部设有外开的对开门，对开门为绝缘材质，对开门的内侧中部设有导电触头，导电触头和对开门的转轴之间设有铰接部；所述电池仓内中部设有丝杠和两根推杆，丝杠的上端与两根推杆的一端铰接，丝杠的下端设有吸盘，吸盘的端面吸附着蓄电池，当对开门完全关闭时，蓄电池的两极分别与对开门的一对导电触头接触，两根推杆的另一端分别与对开门的一对铰接部铰接；所述吸盘的正上方设有丝杠驱动，丝杠驱动用于驱动丝杠做上下往复运动；所述电池仓两侧壁设有导电槽，导电槽的内壁上侧和内壁下侧为导电材质；所述内壁下侧与导电触头通过导线连接，内壁上侧及导电触头分别与无人机供电总线通过导线连接。

作为本发明的进一步优化，所述电池座底部设有基座，基座两侧设有耳板，耳板端头外侧设有气缸，气缸活塞杆的端头设有导电插头，导电插头与基座内设的电源通过导线连接；基座的正中间设有绝缘材质的第一电池槽，第一电池槽两端设有电池槽导电触头；第一电池槽底部设有基座丝杠，基座丝杠的一端设有基座电机，基座电机的另一端设有绝缘材质的第二电池槽，第二电池槽与第一电池槽平行并列分布，第二电池槽两端设有电池槽导电触头；第一电池槽与耳板之间设有起落架停靠槽。

作为本发明的进一步优化，所述导电槽槽口设有喇叭口。

作为本发明的进一步优化，所述第一电池槽槽口设有喇叭口；所述第二电池槽与第一电池槽形状相同、尺寸相等；所述起落架停靠槽槽口设有喇叭口。

作为本发明的进一步优化，所述第二电池槽内放置有备用蓄电池。

本发明还提供用于电力巡检的无人机自动更换电池装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

A1：无人机的起落架停靠在起落架停靠槽后，触发起落架停靠槽底部的第一压力传感器；

A2：第一压力传感器被触发后，电池座上的控制模块驱动两侧气缸伸出，使导电插头插入电池仓两侧的导电槽；

A3；气缸上的磁性开关检测到活塞杆伸出后，控制模块利用无线装置向无人机发送第一指令；

A4：无人机接收第一指令后，驱动丝杠下降，在推杆的作用下，对开门打开，同时，蓄电池被推进第一电池槽；

A5：第一电池槽上的第二压力传感器检测到蓄电池正确入槽之后，控制模块向无人机发送第二指令；

A6：无人机接收到第二指令后，控制吸盘松开蓄电池；

A7：与吸盘连通的磁阀检测到吸盘松开后，丝杠驱动控制丝杠上升，同时关闭对开门；

A8：对开门设有的微动开关检测到对开门闭合之后，向电池座发送无线指令；

A9：电池座接收到无线指令后，驱动基座丝杠转动，使第二电池槽移动至第一电池槽位置；

A10：电池座设有的接近开关检测到第二电池槽到位之后，控制模块给无人机发送第三指令；

A11：无人机接收第三指令后，再次控制丝杠下降，使吸盘抵住第二电池槽上的备用电池；

A12：第二电池槽底部的第三压力传感器检测到丝杠的下压力之后，控制模块给无人机发送第四指令；

A13：无人机接收到第四指令后，驱动吸盘吸附备用蓄电池；

A14；与吸盘连通的磁阀检测到吸盘吸附后，丝杠驱动控制丝杠再次上升，同时对开门关闭；

A15：对开门上的微动开关再次检测到对开门闭合后，向电池座再次发送无线指令；

A16：电池座再次接收指令后，控制模块驱动气缸收缩，使导电插头脱离导电槽，同时控制电池座内设电源给第二电池槽的电池槽触头送电，给换下来的电池充电；

A17：气缸上的磁性开关检测到气缸完全收缩后，给无人机发第四指令；

A18：无人机接收到第四指令后，控制无人机起飞，电池更换完毕。

本发明的有益效果是：

本发明提供的用于电力巡检的无人机自动更换电池装置，可让无人机在自动巡检过程中自动更换电池，节省了无人机在巡检过程中充电的时间花费，本发明设有的导电槽，导电插头插入导电槽，使导电槽内壁上侧和内壁下侧导通，实现无人机不断电更换电池的功能，避免无人机因断电重启造成数据和程序丢失等问题，同时，导电插头还能固定无人机，避免无人机在完成更换电池动作时发生移位，影响电池更换；本发明的无人机开门机构，利用一个驱动动作，同时实现推出电池和打开电池仓对开门两个动作，而且，本结构的对开门还能起到固定电池的作用，省去了卡紧电池的装置，因此本发明具有结构巧妙、简单，更换电池动作简单、流畅、节拍短的特点。本发明在无人机自动更换电池装置的基础上还提供一种控制方法，用于实现本装置的自动化控制。

附图说明

图1是本发明用于电力巡检的无人机自动更换电池装置及其控制方法的结构示意图；

图2是图1所示装置更换电池时结构示意图；

图3是图1或图2所示装置充电座结构示意图；

其中，无人机1，丝杠驱动2，对开门3，导电触头4，铰接部5，起落架6，丝杠7，供电总线8，推杆9，吸盘10，蓄电池11，内壁上侧12，内壁下侧13，导电插头14，气缸15，耳板16，基座17，电池槽导电触头18，第一电池槽19，起落架停靠槽20，基座丝杠21，基座电机22，第二电池槽23。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作详细说明。

如图1实施例所示，本发明提供用于电力巡检的无人机自动更换电池装置，包括设于无人机1底部的电池仓、位于电池仓两侧的起落架6以及用于无人机1电池更换的电池座，起落架6的位置也可以位于电池仓底部，如图1所示一样，只要起落架不干涉对开门3的开合即可。所述电池仓底部设有外开的对开门3，对开门3为绝缘材质，对开门3的内侧中部设有导电触4头，导电触头4和对开门3的转轴之间设有铰接部5；所述电池仓内中部设有丝杠7和两根推杆9，丝杠7的上端与两根推杆9的一端铰接，丝杠7的下端设有吸盘10，吸盘10的端面吸附着蓄电池11，当对开门3完全关闭时，蓄电池11的两极分别与对开门3的一对导电触头4接触，如果有必要可以在导电触头4处设置弹性部件，例如金属弹片、金属弹簧之类的，使导电触头4对蓄电池11的电极产生压紧力，使接触效果更稳定，利于导电；两根推杆9的另一端分别与对开门3的一对铰接部5铰接。

所述吸盘10的正上方设有丝杠驱动2，丝杠驱动2用于驱动丝杠7做上下往复运动，此处结构也可以用其它机构做等同替换，例如曲柄滑块机构、齿轮齿条机构，甚至可以是气缸、液压缸、电动推杆等等，只要是动力驱动来实现直线往复运动的任何机械结构都可以视为本结构的等同替换；本机械结构同时完成对开门3的开启闭合，使一个驱动完成两个动作，减少了驱动设备，简化了结构。

当然，上述驱动结构只是本实施例中的优选方案，本领域技术人员应该理解，上述结构的技术方案也包括使用两个驱动分别驱动对开门3的开合和蓄电池11的升降；或者使用单开门、子母门、伸缩门等做本实施例中的对开门3的等同替换。

所述电池仓两侧壁设有导电槽，导电槽的内壁上侧12和内壁下侧13为导电材质，需要说明的是，内壁上侧12与内壁下侧13不能接触，需要留有间隙；导电槽可以为圆筒状，也可以为棱柱状，只要其形状能和导电插头14配合即可；所述内壁下侧13与导电触头4通过导线连接，内壁上侧12及导电触头4分别与无人机供电总线8通过导线连接。

如图3所示，所述电池座底部设有基座17，基座17两侧设有耳板16，耳板16端头外侧设有气缸15，气缸15活塞杆的端头设有导电插头14，导电插头14与基座17内设的电源通过导线连接，该电源电压与蓄电池11的供电电压相等；基座17的正中间设有绝缘材质的第一电池槽19，第一电池槽19两端设有电池槽导电触头18；第一电池槽19底部设有基座丝杠21，基座丝杠21的一端设有基座电机22，基座电机22的另一端设有绝缘材质的第二电池槽23，第二电池槽23与第一电池槽19平行并列分布，基座电机22可以驱动基座丝杠21转动，从而带动第一电池槽19和第二电池槽23来回运动，第二电池槽23两端设有电池槽导电触头18；第一电池槽19与耳板16之间设有起落架停靠槽20。

如图2所示，当需要更换电池时，无人机1停靠在电池座上，优选的，用于无人机1停靠的起落架停靠槽20的槽口为喇叭状，该形状是方便起落架6的停靠对位，毕竟目前大多数无人机的停靠精度都不高，无人机1正确停靠完毕后，气缸15的活塞杆完全伸出，使导电插头14插入电池仓侧壁上的导电槽，电池仓侧壁采用绝缘材质，导电插头14插入后，使导电槽的内壁上侧12与内壁下侧13导通，为了保证内壁上侧12与内壁下侧13的导电性能，如有必要，可在内壁上侧12与内壁下侧13处设置弹性结构，例如金属弹片、金属弹簧之类的，保证内壁上侧12与内壁下侧13对导电插头14有压紧力，使接触性能更稳定；作为优选，导电槽槽口同样设置喇叭口，方便导电插头14能更好的插入，适当的，也可以如图1、图2所示，将导电插头14的端头做成锥状，方便插入。

如图2所示，本发明的内壁下侧13与导电触头4通过导线连接，内壁上侧12及导电触头4分别与无人机供电总线8通过导线连接。当导电插头14插入导电槽后，蓄电池11与导电插头14连通的电源形成了并联电路，导电插头14两端的电源与蓄电池11电压相等，由电路常识可知，电源并联电压不变，所以，即便去掉蓄电池11，导电插头14两端的电源也能继续为无人机1供电，这样就实现了无人机1在更换电池时的不间断供电功能，该功能能很好的避免无人机因为断电重启造成的程序或者数据丢失等问题。而且该导电插头14不单能保证无人机1更换电池时的持续供电，而且还能对无人机1起固定作用，避免无人机1在开关门或者更换电池的过程中，发生位移，造成定位偏差，影响电池的更换。

无人机1被导电插头14固定之后，打开对开门3，同时伸出蓄电池11，使蓄电池11刚好被推入第一电池槽19，第一电池槽19的尺寸大小应该刚好可容纳蓄电池11，同时使蓄电池11的电极也正好和第一电池槽19内两端的电池槽导电触头18接触，优选的，第一电池槽19的槽口设有喇叭口，方便蓄电池11的对位；需要说明的是，起落架6的高度，需满足对开门3的开合，不得使开关门3开合时与基座17发生干涉，如果起落架6的高度实在受限，可在基座17的适当位置开些槽口，保证对开门3能正常开合。

蓄电池11被正确放置在第一电池槽19之后，吸盘10松开电池，对开门3关闭；需要说明的是，吸盘10可以只采用一个，也可以采用多个，依具体需求而定，如果蓄电池11采用金属外壳，磁盘10可选用电磁铁做替换。

对开门3关闭之后，基座电机22驱动基座丝杠21转动，使第二电池槽23移至第一电池槽19的位置，优选的，第二电池槽23与第一电池槽19形状相同、尺寸相等，第二电池槽23内放置有备用电池；然后无人机1再次打开对开门3，使吸盘10将第二电池槽23内的备用电池吸附并且上升，最后关闭对开门3，对开门3关闭后，导电触头4与新电池的电极导通，新电池便可以为无人机1供电。

本发明直接在对开门3上设置导电触头4与蓄电池11的电极接通，实现电池供电，这种结构有两个好处，其一，吸盘10与对开门3直接将蓄电池11固定住，免去另外再设置夹紧机构来固定蓄电池11，使结构简化，当然，如果觉得会在其它方向发生挪动，可以在对开门上3的内侧设置一些凹槽或挡片彻底固定住蓄电池11；其二，在整个更换蓄电池11的过程中，只用了一个驱动，就完成了所有的动作；本发明结构巧妙、简单，电池更换时动作迅速、流畅，相对于其它复杂的电池更换装置，该结构大幅度减少了不必要的机械结构，相应的，简化了多余机械结构带来的繁琐控制程序，同时使更换电池节拍更短，提高了电池更换速度。

无人机1关闭对开门3后，气缸15控制活塞杆收缩，导电插头14从导电槽抽出，无人机1便可以重新起飞，继续巡检了；于此同时，基座17内设的电源给第一电池槽19内的两端的电池槽导电触头18送电，即是给刚换下来的蓄电池11充电，充满为止。当无人机1下次过来更换电池时，基座丝杠21带动第一电池槽19与第二电池槽23做反向运动，实现两块电池的轮流更换。当然，本电池座不限于两块电池的更换，也可以是多块，但是其电池更换原理与本实施例中所举案例类似，这里不做赘述，本领域技术人员应该很容易实现。

本发明还提供用于电力巡检的无人机自动更换电池装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

A1：无人机1的起落架6停靠在起落架停靠槽20后，触发起落架停靠槽20底部的第一压力传感器；需说明的是，此处所设第一压力传感器应该为一对，当两个压力传感器同时感应到预设压力值，也就是说一对起落架6同时落入起落架停靠槽20，才能触发下面的程序步骤，这样是为了确保了无人机停靠到位，便于后续步骤的顺利进行。

A2：第一压力传感器被触发后，电池座上的控制模块驱动两侧气缸15伸出，使导电插头14插入电池仓两侧的导电槽；

A3；气缸15上的磁性开关检测到活塞杆伸出后，控制模块利用无线装置向无人机1发送第一指令；

A4：无人机1接收第一指令后，驱动丝杠7下降，在推杆9的作用下，对开门3打开，同时，蓄电池11伸进第一电池槽；

A5：第一电池槽19上的第二压力传感器检测到蓄电池11正确入槽之后，控制模块向无人机1发送第二指令；需要说明的是第二压力传感器可以是设置在第一电池槽19中心的一个，也可以是设置在第一电池槽19周边的多个，具体依蓄电池11的尺寸大小来定，只要第二压力传感器能确保蓄电池11完全入槽即可；

A6：无人机1接收到第二指令后，控制吸盘10松开蓄电池11；

A7：与吸盘10连通的磁阀检测到吸盘11松开后，丝杠驱动2控制丝杠7上升，同时关闭对开门3；

A8：对开门3设有的微动开关检测到对开门3闭合之后，向电池座发送无线指令；需要说明的是，微动开关的检测，一定要检测到对开门3完全打开以及完全闭合才能触发后续程序，这样做是为了避免对开门3闭合不充分，而使蓄电池11的电极无法与导电触头4完全接触，造成电源供接不上，无法供电，或者避免对开门3打开不充分，而使蓄电池11无法被彻底推入电池槽19或第二电池槽23中，造成后续步骤无法开展；

A9：电池座接收到无线指令后驱动基座丝杠21转动，使第二电池槽23移动至第一电池槽19位置；

A10：电池座设有的接近开关检测到第二电池槽23到位之后，控制模块给无人机1发送第三指令；

A11：无人机1接收第三指令后，再次控制丝杠7下降，使吸盘10抵住第二电池槽23上的备用电池；

A12：第二电池槽23底部的第三压力传感器检测到丝杠7的下压力之后，控制模块给无人机1发送第四指令；需要说明的是第三压力传感器可以是设置在第二电池槽23中心的一个，也可以是设置在第二电池槽23周边的多个，具体依蓄电池11的尺寸大小来定，只要第三压力传感器能确保蓄电池11完全入槽即可；

A13：无人机1接收到第四指令后，驱动吸盘10吸附备用蓄电池；

A14；与吸盘10连通的磁阀检测到吸盘10吸附后，丝杠驱动2控制丝杠7再次上升，同时关闭对开门3；

A15：对开门3上的微动开关再次检测到对开门3闭合后，向电池座再次发送无线指令；

A16：电池座再次接收指令后，控制模块驱动气缸15收缩，使导电插头14脱离导电槽，同时控制电池座内设电源给第二电池槽23的电池槽触头18送电，给换下来的电池充电；

A17：气缸15上的磁性开关检测到气缸15完全收缩后，给无人机1发第四指令；

A18：无人机1接收到第四指令后，控制无人机1起飞，电池更换完毕。

上述控制模块包括控制芯片，控制芯片可优选单片机或者PLC；上述步骤中所述传感器需设置成按上述步骤依序触发；如需手动，可在此控制装置上另外设置手动操作程序。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.用于电力巡检的无人机自动更换电池装置，包括设于无人机底部的电池仓、位于电池仓两侧的起落架以及用于无人机电池更换的电池座，其特征在于，所述电池仓底部设有外开的对开门，对开门为绝缘材质，对开门的内侧中部设有导电触头，导电触头和对开门的转轴之间设有铰接部；所述电池仓内中部设有丝杠和两根推杆，丝杠的上端与两根推杆的一端铰接，丝杠的下端设有吸盘，吸盘的端面吸附着蓄电池，当对开门完全关闭时，蓄电池的两极分别与对开门的一对导电触头接触，两根推杆的另一端分别与对开门的一对铰接部铰接；所述吸盘的正上方设有丝杠驱动，丝杠驱动用于驱动丝杠做上下往复运动；所述电池仓两侧壁设有导电槽，导电槽的内壁上侧和内壁下侧为导电材质；所述内壁下侧与导电触头通过导线连接，内壁上侧及导电触头分别与无人机供电总线通过导线连接。

2.根据权利要求1所述用于电力巡检的无人机自动更换电池装置，其特征在于，所述电池座底部设有基座，基座两侧设有耳板，耳板端头外侧设有气缸，气缸活塞杆的端头设有导电插头，导电插头与基座内设的电源通过导线连接；基座的正中间设有绝缘材质的第一电池槽，第一电池槽两端设有电池槽导电触头；第一电池槽底部设有基座丝杠，基座丝杠的一端设有基座电机，基座电机的另一端设有绝缘材质的第二电池槽，第二电池槽与第一电池槽平行并列分布，第二电池槽两端设有电池槽导电触头；第一电池槽与耳板之间设有起落架停靠槽。

3.根据权利要求1所述用于电力巡检的无人机自动更换电池装置，其特征在于，所述导电槽槽口设有喇叭口。

4.根据权利要求2所述用于电力巡检的无人机自动更换电池装置，其特征在于，所述第一电池槽槽口设有喇叭口；所述第二电池槽与第一电池槽形状相同、尺寸相等；所述起落架停靠槽槽口设有喇叭口。

5.根据权利要求2所述用于电力巡检的无人机自动更换电池装置，其特征在于，所述第二电池槽内放置有备用蓄电池。

6.用于电力巡检的无人机自动更换电池装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

A1：无人机的起落架停靠在起落架停靠槽后，触发起落架停靠槽底部的第一压力传感器；

A2：第一压力传感器被触发后，电池座上的控制模块驱动两侧气缸伸出，使导电插头插入电池仓两侧的导电槽；

A3；气缸上的磁性开关检测到活塞杆伸出后，控制模块利用无线装置向无人机发送第一指令；

A4：无人机接收第一指令后，驱动丝杠下降，在推杆的作用下，对开门打开，同时，蓄电池被推进第一电池槽；

A5：第一电池槽上的第二压力传感器检测到蓄电池正确入槽之后，控制模块向无人机发送第二指令；

A6：无人机接收到第二指令后，控制吸盘松开蓄电池；

A7：与吸盘连通的磁阀检测到吸盘松开后，丝杠驱动控制丝杠上升，同时关闭对开门；

A8：对开门设有的微动开关检测到对开门闭合之后，向电池座发送无线指令；

A9：电池座接收到无线指令后，驱动基座丝杠转动，使第二电池槽移动至第一电池槽位置；

A10：电池座设有的接近开关检测到第二电池槽到位之后，控制模块给无人机发送第三指令；

A11：无人机接收第三指令后，再次控制丝杠下降，使吸盘抵住第二电池槽上的备用电池；

A12：第二电池槽底部的第三压力传感器检测到丝杠的下压力之后，控制模块给无人机发送第四指令；

A13：无人机接收到第四指令后，驱动吸盘吸附备用蓄电池；

A14；与吸盘连通的磁阀检测到吸盘吸附后，丝杠驱动控制丝杠再次上升，同时对开门关闭；

A15：对开门上的微动开关再次检测到对开门闭合后，向电池座再次发送无线指令；

A16：电池座再次接收指令后，控制模块驱动气缸收缩，使导电插头脱离导电槽，同时控制电池座内设电源给第二电池槽的电池槽触头送电，给换下来的电池充电；

A17：气缸上的磁性开关检测到气缸完全收缩后，给无人机发第四指令；

A18：无人机接收到第四指令后，控制无人机起飞，电池更换完毕。