CN110450970A - 可共享的无人机的能源模块更换系统 - Google Patents

Abstract

一种可共享的无人机的能源模块更换系统，可通过传动单元来带动装有多个能源模块的轮毂旋转，其转动方式类似左轮手枪的弹仓转换方式，如此无人机可以精准降落的方式先将需要更换的能源模块置于所述轮毂的其中一个容置空间中，接着所述轮毂旋转而将所述能源模块卸下，同时将另一个充满能量的能源模块置入所述无人机中，达到快速更换能源模块的功效。所述能源模块更换系统不但可节省人力及缩短作业时间，且能部署于各处以便共享，利于多架无人机长时间且长距离地进行自动化的协作任务，甚至达成「自行择定时间及自行往返来达成任务」的完全无人化作业。

Description

可共享的无人机的能源模块更换系统

技术领域

本发明涉及一种能源模块更换系统，特别是涉及一种用于更换无人机的能源模块的系统装置。

背景技术

随着各式电子控制组件及动力组件日渐轻量化及成熟化，可远程控制甚至是按照程序自动运作的无人机(又称无人飞行载具，Unmanned Aerial Vehicle，俗称UAV)逐渐被应用于各种不同领域。无人机依照任务的不同而有各式不同的组件，例如亚马逊公司及DHL公司的自动送货无人机便将货品挂载于机身下，常见的空拍机则设有各式不同的相机或遥测仪器，其他还有挂载农药或肥料喷洒器的农业用无人机等不同的应用。然而无论是何种应用，无人机皆需配备电池或其他可供更换的能源模块作为动力来源。

除了以加油方式补充的燃油系统外，其他的无人机多以更换电池等能源模块的方式来进行能源补充，而目前更换能源模块的方式多是让无人机降落后，于目标平面上以人工方式拆卸及更换能源模块，此种方式不仅耗费人力，且需自行携带多个笨重的能源模块，若执行任务所在地无法补充能源，常致败兴而归。此外也容易因人为因素的干扰而导致安装错误、能源模块拆卸不当、装卸费时等问题，更因人力更换的速度缓慢而导致无人机的工作效率降低，目前虽然存在通过自动化控制进行能源模块更换的系统，但该系统需通过夹爪或机械手臂等复杂的机械结构来将能源模块由无人机上卸除，再取出欲换上的能源模块并将其装设置无人机上，此种自动化系统需要精准的控制及复杂的自动化机构，导致成本过高或容错率较低，此为现时无人机领域尚待改进的一大课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速更换能源模块的能源模块更换系统。

本发明可共享的无人机的能源模块更换系统，适用于具有安装座的无人机，其特征在于：所述能源模块更换系统包含主体单元、传动单元，及供能单元，所述主体单元包括界定出承接口的外壳，及可转动地设置于所述外壳上且界定出多个容置空间的轮毂，所述承接口是连通所述轮毂的其中一个容置空间，且适用于承接所述无人机的安装座，所述传动单元，用于带动所述主体单元的轮毂相对于所述外壳旋转，所述供能单元包括多个可受控制而分离地固定于所述轮毂的所述容置空间内的能源模块，所述能源模块适用于安装在所述无人机的安装座上及所述容置空间内，当所述承接口承接所述无人机的安装座时，安装于所述安装座上的能源模块会置入与所述承接口相连通的容置空间，接着所述传动单元会带动所述轮毂旋转，使所述安装座上的能源模块由所述安装座拆离并转动至下一个位置，且另一个能源模块转动至对应所述安装座的位置并固定于所述安装座上。

较佳地，前述可共享的无人机的能源模块更换系统，其中所述供能单元还包括用于对所述能源模块充能的充能模块。

较佳地，前述可共享的无人机的能源模块更换系统，其中供能单元的充能模块具有多个设置于所述能源模块上且与所述能源模块电性连接的第一电连接件，及多个设置于所述外壳内表面并用于与所述第一电连接件电性接触的第二电连接件，所述第二电连接件是与供电源电性连接已通过所述第一电连接件对所述能源模块充电。

较佳地，前述可共享的无人机的能源模块更换系统，其中所述主体单元的外壳包括两个分别供所述轮毂的两端枢设的导引块，每一个导引块形成向下凹陷且适用于对应所述无人机的安装座的承接槽，及朝向所述轮毂且连通所述承接槽的圆弧导槽，所述承接槽连通所述承接口，所述供能单元的每一个能源模块具有装载壳体，及两个分别凸设于所述装载壳体的两侧且可滑移地嵌设于所述圆弧导槽中的滑块，每一个能源模块可被所述轮毂带动旋转而相对于所述外壳在充能位置及装卸位置间转动，当所述能源模块位于所述充能位置时，所述滑块嵌设于所述圆弧导槽中，且容置所述能源模块的相对应容置空间不连通所述承接槽，当所述能源模块位于所述装卸位置时，所述滑块分别位于所述承接槽中而不嵌设于所述圆弧导槽中，使所述能源模块可受操作而由所述轮毂上拆离。

较佳地，前述可共享的无人机的能源模块更换系统，其中所述供能单元的每一个能源模块还具有多个装载于所述装载壳体内且与相对应第一电连接件电性连接的电池，所述装载壳体概呈扇形柱状。

较佳地，前述可共享的无人机的能源模块更换系统，其中每一个能源模块的所述电池的数量为三的倍数。

较佳地，前述可共享的无人机的能源模块更换系统，其中所述主体单元的轮毂具有多个等角度环状排列的隔板，及两个固定所述隔板且可转动地分别设置于所述外壳的所述导引块上的转子轴套，每两个相邻隔板间隔出所述容置空间的其中的一个。

较佳地，前述可共享的无人机的能源模块更换系统，其中所述主体单元的外壳还具有用于容置所述导引块及所述轮毂并供所述导引块固定，且界定出所述承接口的壳体。

较佳地，前述可共享的无人机的能源模块更换系统，其中所述传动单元包括动力源、可被所述动力源带动的传动皮带，及固定于所述轮毂的其中一个转子轴套上且可被所述传动皮带带动旋转的皮带轮。

本发明的有益的效果在于：当所述无人机的能源将用罄时，可降落于所述能源模块更换系统，并将所述安装座内的能源模块置放于所述轮毂的其中一个空出的容置空间内，接着通过所述传动单元带动所述轮毂，使所述轮毂以类似左轮手枪弹仓的轮转方式旋转，以将所述无人机上的能源模块卸下，并将另一个充满能源的能源模块置于所述无人机之安装座内，此种自动化的更换方式不仅快速，且不需人力而能避免人为因素的干扰。此外，所述能源模块更换系统可部署于各处，并供多个无人机共享，以作为能源补充的中继站，以利于无人化作业。

附图说明

图1是立体图，说明本发明可共享的无人机的能源模块更换系统的实施例；

图2是立体分解图，说明本实施例的组件连接关系，图2中未绘示壳体；

图3是侧视剖面图，说明图1的侧视剖面态样，图3中未绘示所述壳体；

图4是立体图，说明本实施例的一个能源模块，本实施例中，所述能源模块以电池为例；

图5至图8皆是示意图，说明本实施例的运作方式；及

图9是示意图，说明本实施例的另一种实施态样。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

参阅图1、图2，及图3，本发明可共享的无人机的能源模块更换系统的实施例，适用于一个无人机1。所述无人机1具有一个机身11，及一个设置于所述机身11上的安装座12。所述安装座12可以和所述机身11一体成型，也可采可拆离式的模块化设计，其可视需求配置于所述机身11的下方。所述能源模块更换系统2包含一个主体单元3、一个传动单元4，及一个供能单元5。所述主体单元3包括一个外壳31，及一个可转动地设置于所述外壳31内的轮毂32。在所述实施例中，所述外壳31具有一个界定出一个承接口310的壳体311，及两个彼此相间隔地固定于所述壳体311内的导引块312。需要特别说明的是，图2及图3中省略了所述壳体311以便于说明。所述壳体311呈直立设置，所述承接口310朝向上方且可连通所述壳体311内及外界。所述壳体311的宽度较佳是小于所述无人机1的旋翼间的距离，如此在所述无人机1朝所述壳体311降下时，所述无人机1的旋翼产生的气流不会直接撞向所述壳体311因而可降低扰流的产生并提高所述无人机1靠近时的稳定性。每一个导引块312的外周面形成一个向下凹陷且连接所述承接口310的承接槽313，内壁面则形成一个朝向所述轮毂32并连通所述承接槽313且概呈环状的圆弧导槽314。所述轮毂32具有六个等角度环状排列且相互并靠的隔板321，及两个用于固定所述隔板321且可转动地分别设置于所述导引块312上的转子轴套322。每两个相邻隔板321可界定出一个容置空间323。所述转子轴套322转动时可带动所述隔板321同步旋转。在本实施例中，所述隔板321间隔出六个容置空间323，但当然所述隔板321也可以是其他数量，以间隔出不同数量的容置空间323。

所述传动单元4包括一个设置于所述外壳31的壳体311内的动力源41、一个可被所述动力源41带动的传动皮带42，及一个固定于其中一个转子轴套322上且可被所述传动皮带42带动旋转的皮带轮43。当所述动力源41带动所述传动皮带42时，可通过带动所述皮带轮43旋转来驱动相对应的转子轴套322旋转，进而使所述隔板321以所述转子轴套322的中心轴线为旋转轴线地相对于所述导引块312旋转。需要特别说明的是，所述传动单元4也可以是齿轮或其他可带动所述转子轴套322旋转的传动机构，不应以此为限。

参阅图1、图2，及图4，所述供能单元5包括多个可分离地固定于所述轮毂32的所述容置空间323内的能源模块51，及一个设置于所述外壳31内且用于对所述能源模块51充能的充能模块52。每一个能源模块51具有一个概呈扇形柱状的装载壳体511、两个分别凸设于所述装载壳体511相反两侧的滑块512，及多个装载于所述装载壳体511内的电池513。需要特别说明的是，图3中为了简化图面，因此未绘示所述电池513。当设置于所述无人机1上时，通过所述装载壳体511逐渐收合的扇形结构，使其在置入相对应容置空间323时可自动滑入准确的位置，具有自动导正及辅助精准降落的功效。所述滑块512是可滑动地分别嵌设于所述圆弧导槽314内，每一个能源模块51可被所述轮毂32带动旋转而相对于所述外壳31在一个充能位置及一个装卸位置间转动。当所述能源模块51位于所述充能位置时，所述滑块512嵌设于所述圆弧导槽314中，且容置所述能源模块51的相对应容置空间323不连通所述承接槽313。当所述能源模块51位于所述装卸位置时，所述滑块512分别位于所述承接槽313中而不嵌设于所述圆弧导槽314中，且所述容置空间323连通所述承接槽313，使所述能源模块51可受操作而由所述轮毂32上拆离，需要特别说明的是，所述滑块512主要是用来限位所述装载壳体511。数量为三的倍数的电池513乃是为了串联与并联后适用于无人机常用的各种电压，泛用性高。在本实施例中，是采用所述电池513作为能量来源，但当然也可以是高压气体、燃油箱或其他可提供能源的供给源，不应以此为限。所述电池513是采用目前为市场主流的21700电池，且可通过通讯单元或其他方式将所述电池513的电量、充电状况、电池健康程度等信息向外发送。参阅图1、图2，及图5，所述充能模块52具有多个设置于所述装载壳体511外弧面上的第一电连接件521、多个设置于所述外壳31的壳体311内表面，并对应所述第一电连接件521设置的第二电连接件522。所述第一电连接件521是与所述能源模块51的电池513电性连接。所述第二电连接件522是与供电源电性连接。当所述轮毂32转动至定位时，所述第一电连接件521通过自身的弹片结构分别贴触所述第二电连接件522，使得所述第二电连接件522可通过所述第一电连接件521对所述能源模块51充电。在本实施例中，每一个装载壳体511上仅在所述外弧面的中央位置设有一个第一电连接件521，但也可以是在所述装载壳体511的外弧面两侧位置设置两个第一电连接件，当然也可以视需求是其他数量及设置位置，不以此为限。

以下说明本实施例的能源更换过程，首先所述无人机1的安装座12对准所述壳体311上的承接口310，此时所述轮毂32的其中一个容置空间323是连通所述承接槽313及所述承接口310，且所述容置空间323内未装有能源模块51。参阅图1、图2，及图6，接着所述无人机1向下降落，使装有一个能源模块51A的安装座12通过所述承接口310后如图6所示地置入所述容置空间323及所述承接槽313内。所述轮毂32上通常会有一个容置空间323未置入所述能源模块51，所述容置空间323是开口朝上并用于承接所述无人机1的安装座12及所述安装座12内的能源模块51A，若将所述轮毂32的圆形侧面比作时钟，且以图6中具有六个容置空间323的态样来说，前述空置的容置空间323是位于12点钟方向。在所述安装座12及所述能源模块51A置入相对应容置空间323后，所述无人机1不再固定所述安装座12内待更换的能源模块51A，使所述能源模块51A位于所述装卸位置，也就是说，所述能源模块51A于所述无人机1的安装座12中已处于可拆卸状态，并容置于所述容置空间323中。

参阅图2、图7，及图8，接着所述传动单元4驱动所述轮毂32相对于所述外壳31及所述无人机1旋转，使得另一个充满能量的能源模块51B对准所述无人机1的安装座12，此时所述能源模块51A的所述滑块512会进入所述圆弧导槽314内，以由所述装卸位置移动至所述充能位置，而充满电的能源模块51B则由所述充能位置移动至所述装卸位置，图7为所述能源模块51A、51B尚未转至定位的态样。若以前述的时钟方向来说明的话，待更换的能源模块51A会逆时钟转动至10点钟位置(当然也可以是顺时钟转动至2点钟位置)，而充满能量的能源模块51B则由2点钟位置逆时钟转动至12点钟位置(或由10点钟位置顺时钟转动至12点钟位置)。在确定所述能源模块51B对准所述安装座12后，所述无人机1的固定机制(可以是磁吸、卡榫或其他方式)启动而将所述能源模块51B固定于所述安装座12上，最后所述无人机1向上飞离所述能源模块更换系统2而完成能源更换作业，此时位于12点钟位置的容置空间323内的能源模块51B已被取走而未置有所述能源模块51，以待下一次充电时置入另一个能源模块51。所述无人机1更换下来的能源模块51A会通过所述充能模块52补充能量，以用于进行下一次的能源更换作业。需要特别说明的是，在前述过程中，所述无人机1会启动备用电源，使得所述能源模块51A脱离时，所述无人机1上除了飞行动力系统以外的其他系统保持待命状态，故在整个更换过程中所述无人机1可不需重新启闭，并在换上新的能源模块51B后可直接飞离，提升方便性及所述无人机1的工作效率。

所述能源模块更换系统2机动化地部署于各处，并供来往的多架无人机1共享，作为飞航的能源补充中继站可延长无人机1的航程，利于多架无人机1长时间且长距离地进行自动化的协作任务，甚至达成「自行择定时间自行往返来达成任务」的完全无人化作业。

复参阅图1、图2，及图9，所述能源模块更换系统2可快速且自动化地进行能源更换作业，此外也可如图9所示地将所述两个安装座12相间隔地设置在所述无人机1的机身11底端的脚架位置，此时需要两个能源模块更换系统2间隔并列设置，所述无人机1进行能源更换作业时，是将两个安装座12分别置入所述能源模块更换系统2的所述承接口310内，并通过上述的作业方式进行能源更换，

综上所述，本发明能源模块更换系统2可设置于各处，且通过所述轮毂32的轮转式旋转，可达到快速更换所述能源模块51的功效，故确实能达成本发明的目的。

Claims (9)

1.一种可共享的无人机的能源模块更换系统，适用于具有安装座的无人机，其特征在于：所述能源模块更换系统包含主体单元、传动单元，及供能单元，所述主体单元包括界定出承接口的外壳，及可转动地设置于所述外壳上且界定出多个容置空间的轮毂，所述承接口连通所述轮毂的其中一个容置空间，且适用于承接所述无人机的安装座，所述传动单元，用于带动所述主体单元的轮毂相对于所述外壳旋转，所述供能单元包括多个可受控制而分离地固定于所述轮毂的所述容置空间内的能源模块，所述能源模块适用于安装在所述无人机的安装座上及所述容置空间内，当所述承接口承接所述无人机的安装座时，安装于所述安装座上的能源模块会置入与所述承接口相连通的容置空间，接着所述传动单元会带动所述轮毂旋转，使所述安装座上的能源模块由所述安装座拆离并转动至下一个位置，且另一个能源模块转动至对应所述安装座的位置并固定于所述安装座上。

2.根据权利要求1所述可共享的无人机的能源模块更换系统，其特征在于：所述供能单元还包括用于对所述能源模块充能的充能模块。

3.根据权利要求2所述可共享的无人机的能源模块更换系统，其特征在于：供能单元的充能模块具有多个设置于所述能源模块上且与所述能源模块电性连接的第一电连接件，及多个设置于所述外壳内表面并用于与所述第一电连接件电性接触的第二电连接件，所述第二电连接件是与供电源电性连接以通过所述第一电连接件对所述能源模块充电。

4.根据权利要求3所述可共享的无人机的能源模块更换系统，其特征在于：所述主体单元的外壳包括两个分别供所述轮毂的两端枢设的导引块，每一个导引块形成向下凹陷且适用于对应所述无人机的安装座的承接槽，及朝向所述轮毂且连通所述承接槽的圆弧导槽，所述承接槽连通所述承接口，所述供能单元的每一个能源模块具有装载壳体，及两个分别凸设于所述装载壳体的两侧且可滑移地嵌设于所述圆弧导槽中的滑块，每一个能源模块可被所述轮毂带动旋转而相对于所述外壳在充能位置及装卸位置间转动，当所述能源模块位于所述充能位置时，所述滑块嵌设于所述圆弧导槽中，且容置所述能源模块的相对应容置空间不连通所述承接槽，当所述能源模块位于所述装卸位置时，所述滑块分别位于所述承接槽中而不嵌设于所述圆弧导槽中，使所述能源模块可受操作而由所述轮毂上拆离。

5.根据权利要求4所述可共享的无人机的能源模块更换系统，其特征在于：所述供能单元的每一个能源模块还具有多个装载于所述装载壳体内且与相对应第一电连接件电性连接的电池，所述装载壳体概呈扇形柱状。

6.根据权利要求5所述可共享的无人机的能源模块更换系统，其特征在于：每一个能源模块的所述电池的数量为三的倍数。

7.根据权利要求6所述可共享的无人机的能源模块更换系统，其特征在于：所述主体单元的轮毂具有多个等角度环状排列的隔板，及两个固定所述隔板且可转动地分别设置于所述外壳的所述导引块上的转子轴套，每两个相邻隔板间隔出所述容置空间的其中的一个。

8.根据权利要求7所述可共享的无人机的能源模块更换系统，其特征在于：所述主体单元的外壳还具有用于容置所述导引块及所述轮毂并供所述导引块固定，且界定出所述承接口的壳体。

9.根据权利要求8所述可共享的无人机的能源模块更换系统，其特征在于：所述传动单元包括动力源、可被所述动力源带动的传动皮带，及固定于所述轮毂的其中一个转子轴套上且可被所述传动皮带带动旋转的皮带轮。