CN111547255A - 一种无人机换电设备和无人机机巢 - Google Patents

一种无人机换电设备和无人机机巢 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种无人机换电设备，包括：机架、停机平台、电池仓、三轴移动平台和机械爪装置；所述停机平台、所述电池仓及所述三轴移动平台固定于机架上，所述机械爪装置设置于所述三轴移动平台上；所述三轴移动平台驱动所述机械爪装置分别移动至所述电池仓与所述停机平台，所述机械爪装置从所述电池仓或无人机中取出或放入无人机电池。本发明的无人机换电设备能够快速地对停机平台上的无人机进行更换电池的操作，不需要专业操作人员的干预，使得无人机使用门槛降低，提高了智能化程度，降低了人力物力的消耗，尤其适用在一些复杂环境下，降低了专业操作人员的工作风险。

Description

一种无人机换电设备和无人机机巢
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种无人机换电设备和无人机机巢。
背景技术
无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器。随着无线通信技术、航空遥感测绘技术、GPS导航定位技术及自动控制技术的发展，无人机发展迅速，广泛应用于基础建设规划、线路巡查、应急响应、地形测量等多个领域。
在无人机发展期间，由于电池电量的有效性问题，导致续航能力受到极大的限制，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。目前都是通过专业飞手人为方式手动拆卸电池进行更换，人为将用过电池插入充电器续充，使得无人机在作业过程中都因需要专业飞手操作干预而导致无人机使用门槛居高不下，且这种方式耗费人力和时间成本，不利于无人机的无人化、智能化发展。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种无人机换电设备和无人机机巢。
本发明的一个实施例提供一种无人机换电设备，包括：机架、停机平台、电池仓、三轴移动平台和机械爪装置；
所述停机平台、所述电池仓及所述三轴移动平台固定于机架上，所述机械爪装置设置于所述三轴移动平台上；
所述三轴移动平台包括横向导轨、滑动座、竖向导轨、机械臂、纵向导轨、承载座和动力装置，所述横向导轨设置在所述机架上并位于所述停机平台的一侧，所述滑动座滑动安装于所述横向导轨，所述竖向导轨设置于所述滑动座一侧，所述机械臂滑动安装于所述竖向导轨，沿纵向延伸设置，所述纵向导轨设置于所述机械臂上，所述承载座滑动安装于所述纵向导轨，所述动力装置分别驱动所述滑动座、所述机械臂和所述承载座滑动；
所述机械爪装置设置在所述承载座上；
所述三轴移动平台驱动所述机械爪装置分别移动至所述电池仓与所述停机平台，所述机械爪装置从所述电池仓或无人机中取出或放入无人机电池。
相对于现有技术，本发明的无人机换电设备能够快速地对停机平台上的无人机进行更换电池的操作，不需要专业操作人员的干预，使得无人机使用门槛降低，提高了智能化程度，降低了人力物力的消耗，尤其适用在一些复杂环境下，降低了专业操作人员的工作风险。
进一步，所述横向导轨和所述电池仓分别位于所述停机平台的相邻侧，所述停机平台设置有指定的停机位置，所述横向导轨的两端分别延伸至所述停机位置和所述电池仓的位置。换电设备围绕停机平台设计，减少机械臂移动路径，加快更换速度。
进一步，所述电池仓的电池取出口正对于所述横向导轨。电池仓的电池取出口朝向横向导轨助于机械臂迅速取出电池。
进一步，所述机架上设置有支撑柱，所述电池仓设置在所述支撑柱上，所述电池仓底部的水平位置高于所述停机平台的顶部。使得电池仓的水平位置和无人机的水平位置之间保持在一个小范围内，减少机械臂的纵向移动，减少机械臂移动路径，加快更换速度。
进一步，所述横向导轨的水平位置低于所述停机平台的底部。由于所述电池仓底部的水平位置高于所述停机平台的顶部，横向导轨抵于停机平台的底部使机械爪装置的移动范围能够覆盖整个电池仓的电池取出口。
进一步，所述机械爪装置还包括夹持装置和解锁装置；
所述夹持装置包括固定座、两夹持臂和驱动模组，所述固定座设置于所述承载座，两所述夹持臂的中部与所述固定座铰接，两所述夹持臂相对于所述固定座对称布置，两所述夹持臂的前端设置有夹持部，所述夹持部向所述第三滑动座外伸出，所述驱动模组设置于所述承载座，其驱动所述夹持部张合。
所述解锁装置包括顶杆座、顶杆和伸缩模组，所述顶杆座设置于所述固定座，所述顶杆活动设置于所述顶杆座并位于两所述夹持臂之间，所述伸缩模组设置于所述承载座，其驱动所述顶杆朝所述承载座外伸出。通过解锁装置能够方便得对特定无人机机种进行电池解锁的操作，提高了智能化程度。
进一步，所述伸缩模组包括驱动电机、旋转臂和连杆，所述电机设置于所述承载座并位于所述顶杆座一侧，所述旋转臂与所述电机的输出端传动连接，所述连杆两端分别与所述旋转臂以及所述顶杆铰接；
所述旋转臂的旋转轴线与所述顶杆的轴线垂直，所述旋转臂旋转时，所述连杆带动所述顶杆进行伸缩运动。通过连杆更稳定带动解锁装置的顶杆进行解锁操作。
进一步，所述电池仓包括仓体和若干个充电模组，所述仓体上设置有若干个用于存放无人机电池的电池存放舱，若干所述充电模组分别设置在若干个所述电池存放舱内。多个电池存放舱保证无人机能够在第一时间内被更换电量充足的电池。
进一步，所述电池存放舱设置有电池固定扣，所述电池固定扣设置于所述电池存放舱的舱口，其突出于所述电池存放舱的舱口内壁。通过电池固定扣将电池稳定维持在电池存放舱内，保证电池稳定充电。
相对于现有技术，本发明的无人机换电设备能够快速地对停机平台上的无人机进行更换电池的操作，不需要专业操作人员的干预，使得无人机使用门槛降低，提高了智能化程度，降低了人力物力的消耗，尤其适用在一些复杂环境下，降低了专业操作人员的工作风险；进一步的，换电设备围绕停机平台设计，减少机械臂移动路径，加快更换速度；进一步的，通过将电池仓的电池取出口设置成朝向横向导轨助于机械臂迅速取出电池；进一步的，通过将所述电池仓底部的水平位置设置成高于所述停机平台的顶部，使得电池仓的水平位置和无人机的水平位置之间保持在一个小范围内，减少机械臂的纵向移动，减少机械臂移动路径，加快更换速度；进一步的，由于所述电池仓底部的水平位置高于所述停机平台的顶部，横向导轨抵于停机平台的底部使机械爪装置的移动范围能够覆盖整个电池仓的电池取出口；进一步的，通过解锁装置能够方便得对特定无人机机种进行电池解锁的操作，提高了智能化程度；进一步的，通过连杆更稳定带动解锁装置的顶杆进行解锁操作；进一步的，通过多个电池存放舱保证无人机能够在第一时间内被更换电量充足的电池；进一步的，通过电池固定扣将电池稳定维持在电池存放舱内，保证电池稳定充电。
本发明的另一个实施例提供一种无人机机巢，包括：机巢舱体、舱门以及如上述所述的无人机换电设备，所述舱门设置在所述机巢舱体的舱口，所述无人机换电设备设置在所述机巢舱体内。
为了能更清晰的理解本发明，以下将结合附图说明阐述本发明的具体实施方式。
附图说明
图1为本发明一个实施例的无人机换电设备的结构示意图；
图2为图1所示的无人机换电设备的滑动座和机械臂的结构示意图；
图3为图1所示的无人机换电设备的机械爪装置的结构示意图；
图4为图1所示的无人机换电设备的电池仓的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所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做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。
请参阅图1，其为本发明一个实施例的无人机换电设备的结构示意图。该无人机换电设备，包括：机架10、停机平台20、电池仓30、三轴移动平台和机械爪装置50。
请结合图1参阅图2，其为图1所示的无人机换电设备的滑动座和机械臂的结构示意图。所述停机平台20、所述电池仓30及所述三轴移动平台固定于机架10上，所述三轴移动平台包括横向导轨41、滑动座42、竖向导轨43、机械臂44、纵向导轨45、承载座46和动力装置47，所述横向导轨41设置在所述机架10上并位于所述停机平台20的一侧，所述滑动座42滑动安装于所述横向导轨41，所述竖向导轨43设置于所述滑动座42一侧，所述机械臂44滑动安装于所述竖向导轨43，沿纵向延伸设置，所述纵向导轨45设置于所述机械臂44上，所述承载座46滑动安装于所述纵向导轨45，所述动力装置47分别驱动所述滑动座42、所述机械臂44和所述承载座46滑动。在本实施例中，动力装置47包括三个伺服电机，三个伺服电机分别设置在机架10、滑动座42以及机械臂44上，三个伺服电机分别驱动滑动座42、机械臂44和承载座46在横向导轨41、竖向导轨43和纵向导轨45上移动，当然，所述动力装置47具体结构可以根据实际需要来设计，例如，动力装置47可以为丝杆驱动模组、旋转电机平移驱动模组515、皮带平移模组、气缸平移驱动模组或直线电机平移驱动模组等。
在一些实施方式中，所述横向导轨41和所述电池仓30分别位于所述停机平台20的相邻侧，所述停机平台20设置有指定的停机位置21，所述横向导轨41的两端分别延伸至所述停机位置21和所述电池仓30的位置，在本实施例中，停机平台20为矩形的平台，横向导轨41平行于所述停机平台20的一侧边。
所述机械爪装置50设置在所述三轴移动平台的承载座46上，所述三轴移动平台驱动所述机械爪装置50分别移动至所述电池仓30与所述停机平台20，所述机械爪装置50从所述电池仓30或无人机中取出或放入无人机电池。需要说明的是，为了避免无人机在更换电池的时候移动，停机平台20上还可设置有用于固定无人机的装置。
在一些实施方式中，所述电池仓30的电池取出口正对于所述横向导轨41，因机械爪是沿着机械臂44上的纵向导轨45移动的，在本实施例中，所述电池仓30的电池取出口正对于所述横向导轨41相当于正对于机械臂44的末端，机械爪装置50移动到机械臂44的末端后从所述电池仓30的电池取出口夹出电池。
在一些实施方式中，所述机架10上设置有支撑柱11，所述电池仓30设置在所述支撑柱11上，所述电池仓30底部的水平位置高于所述停机平台20的顶部，因电池仓30的电池取出口和停机平台20上的无人机的水平位置差在一个小范围内，减少了机械臂44的在竖直方向上的移动行程，尤其是当电池仓30的电池取出口和停机平台20上的无人机在水平位置上平齐时，机械臂44可以不用在竖直方向上移动就能够驱动机械爪进行电池的更换操作。在本实施例中，横向导轨41应低于电池仓30和停机平台20的水平位置，才能使得机械爪的可调节位置将停机平台20的位置以及电池仓30的位置包含在内，因此，优选的，横向导轨41的水平位置应低于停机平台20的底部。当然，在其它一些实施例中，横向导轨41也可在其它的位置，例如横向导轨41的水平位置高于停机平台20，此时滑动座42上的竖向导轨43应向下延伸至抵于停机平台20水平位置的程度，横向导轨41、滑竖向导轨43以及纵向导轨45的位置设计和相互之间的角度可以根据实际情况设计，原理与上述相同，于此不再赘述。
请参阅图3，其为图1所示的无人机换电设备的机械爪装置的结构示意图。另外，在一些实施方式中，所述机械爪装置50还包括夹持装置和解锁装置；所述夹持装置包括固定座511、两夹持臂512和驱动模组515，所述固定座511设置于所述承载座46，两所述夹持臂512的中部与所述固定座511铰接，两所述夹持臂512相对于所述固定座511对称布置，两所述夹持臂512的前端设置有夹持部，所述夹持部向所述第三滑动座42外伸出，所述驱动模组515设置于所述承载座46，其驱动所述夹持部张合。所述解锁装置包括顶杆座521、顶杆522和伸缩模组，所述顶杆座521设置于所述固定座511，所述顶杆522活动设置于所述顶杆座521并位于两所述夹持臂512之间，所述伸缩模组设置于所述承载座46，其驱动所述顶杆522朝所述承载座46外伸出。该解锁装置可以对特定的无人机进行电池解锁操作，例如RTK精灵4型号无人机。
在一些实施方式中，所述伸缩模组包括驱动电机523、旋转臂524和连杆525，所述电机设置于所述承载座46并位于所述顶杆座521一侧，所述旋转臂524与所述电机的输出端传动连接，所述连杆525两端分别与所述旋转臂524以及所述顶杆522铰接；所述旋转臂524的旋转轴线与所述顶杆522的轴线垂直，所述旋转臂524旋转时，所述连杆525带动所述顶杆522进行伸缩运动。
在本实施例中，承载座46上还设置有滑轨，所述夹持装置包括固定座511、两夹持臂512、滑块513、两连接杆514和驱动模组515，所述固定座511设置于所述承载座46，两所述夹持臂512的中部与所述固定座511铰接，两所述夹持臂512相对于所述固定座511对称布置，两所述夹持臂512的前端设置有夹持部，所述夹持部向所述承载座46外伸出，所述滑块513滑动设于所述滑轨，两所述连接杆514一端与所述滑块513铰接，其另一端与所述夹持臂512的后端铰接，所述驱动模组515设置于所述承载座46，其驱动所述滑块513滑动；随着所述滑块513滑动，两所述连接杆514带动两所述夹持臂512的夹持部张合，当然，驱动两个夹持臂512转动而使夹持部张合的装置有很多，例如齿轮机构等驱动夹持臂512转动，因现有的机械爪能实现夹持功能的结构有多种，于此不再赘述。
需要说明的是，夹持装置根据实际电池结构和电池仓30的电池取出口的结构进行设计，因此机械爪装置50并非一定是机械爪一样的的结构，仅是为了形容其能够抓取电池而进行说明，机械爪装置50也可以是真空吸盘夹持装置或磁铁抓取装置。真空吸盘抓取装置，即通过真空吸盘去吸取无人机的电池，当抓取无人机的电池时，与真空吸盘连通的气缸开始工作，而使真空吸盘抽真空，当放下无人机的电池时，与真空吸盘连通的气缸停止工作，使真空吸盘充气；磁铁抓取装置，即通过电磁铁去吸引无人机的电池上的铁质件，当磁铁抓取机构抓取无人机的电池时，电磁铁通电，当磁铁抓取机构放下无人机的电池时，电磁铁断电。
请参阅图4，其为图1所示的无人机换电设备的电池仓的结构示意图。电池仓30的具体结构可以根据不同需要来设计，在一些实施方式中，所述电池仓30包括仓体31和若干个充电模组，所述仓体31上设置有若干个用于存放无人机电池的电池存放舱32，若干所述充电模组分别设置在若干个所述电池存放舱32内。
在一些实施方式中，所述电池存放舱32设置有电池固定扣33，所述电池固定扣33设置于所述电池存放舱32的舱口，其突出于所述电池存放舱32的舱口内壁，在本实施例中，所述电池存放舱32具有两个电池固定扣33，两个电池固定扣33对称设置于所述电池存放舱32的舱口。
上述的无人机换电设备可用在无人机机巢中，该无人机机巢包括：机巢舱体、舱门以及如上述所述的无人机换电设备，所述舱门设置在所述机巢舱体的舱口，所述无人机换电设备设置在所述机巢舱体内。
相对于现有技术，本发明的无人机换电设备可以精准定位无人机电池位置，通过机械臂44自动取出用过的电池，自动插入充满电的电池，实现电池自动更换，不需要专业操作人员的干预，使得无人机使用门槛降低，提高了智能化程度，降低了人力物力的消耗，尤其适用在一些复杂环境下，降低了专业操作人员的工作风险。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种无人机换电设备，其特征在于，包括：机架、停机平台、电池仓、三轴移动平台和机械爪装置；
所述停机平台、所述电池仓及所述三轴移动平台固定于机架上，所述机械爪装置设置于所述三轴移动平台上；
所述三轴移动平台包括横向导轨、滑动座、竖向导轨、机械臂、纵向导轨、承载座和动力装置，所述横向导轨设置在所述机架上并位于所述停机平台的一侧，所述滑动座滑动安装于所述横向导轨，所述竖向导轨设置于所述滑动座一侧，所述机械臂滑动安装于所述竖向导轨，沿纵向延伸设置，所述纵向导轨设置于所述机械臂上，所述承载座滑动安装于所述纵向导轨，所述动力装置分别驱动所述滑动座、所述机械臂和所述承载座滑动；
所述机械爪装置设置在所述承载座上；
所述三轴移动平台驱动所述机械爪装置分别移动至所述电池仓与所述停机平台，所述机械爪装置从所述电池仓或无人机中取出或放入无人机电池。
2.根据权利要求1所述的一种无人机换电设备，其特征在于：所述横向导轨和所述电池仓分别位于所述停机平台的相邻侧，所述停机平台设置有指定的停机位置，所述横向导轨的两端分别延伸至所述停机位置和所述电池仓的位置。
3.根据权利要求2所述的一种无人机换电设备，其特征在于：所述电池仓的电池取出口正对于所述横向导轨。
4.根据权利要求1所述的一种无人机换电设备，其特征在于：所述机架上设置有支撑柱，所述电池仓设置在所述支撑柱上，所述电池仓底部的水平位置高于所述停机平台的顶部。
5.根据权利要求4所述的一种无人机换电设备，其特征在于：所述横向导轨的水平位置低于所述停机平台的底部。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种无人机换电设备，其特征在于：所述机械爪装置还包括夹持装置和解锁装置；
所述夹持装置包括固定座、两夹持臂和驱动模组，所述固定座设置于所述承载座，两所述夹持臂的中部与所述固定座铰接，两所述夹持臂相对于所述固定座对称布置，两所述夹持臂的前端设置有夹持部，所述夹持部向所述第三滑动座外伸出，所述驱动模组设置于所述承载座，其驱动所述夹持部张合。
所述解锁装置包括顶杆座、顶杆和伸缩模组，所述顶杆座设置于所述固定座，所述顶杆活动设置于所述顶杆座并位于两所述夹持臂之间，所述伸缩模组设置于所述承载座，其驱动所述顶杆朝所述承载座外伸出。
7.根据权利要求6所述的一种无人机换电设备，其特征在于：所述伸缩模组包括驱动电机、旋转臂和连杆，所述电机设置于所述承载座并位于所述顶杆座一侧，所述旋转臂与所述电机的输出端传动连接，所述连杆两端分别与所述旋转臂以及所述顶杆铰接；
所述旋转臂的旋转轴线与所述顶杆的轴线垂直，所述旋转臂旋转时，所述连杆带动所述顶杆进行伸缩运动。
8.根据权利要求1至5任一项所述的一种无人机换电设备，其特征在于：所述电池仓包括仓体和若干个充电模组，所述仓体上设置有若干个用于存放无人机电池的电池存放舱，若干所述充电模组分别设置在若干个所述电池存放舱内。
9.根据权利要求8所述的一种无人机换电设备，其特征在于：所述电池存放舱设置有电池固定扣，所述电池固定扣设置于所述电池存放舱的舱口，其突出于所述电池存放舱的舱口内壁。
10.一种无人机机巢，其特征在于，包括：机巢舱体、舱门以及如权利要求1至9任一项所述的无人机换电设备，所述舱门设置在所述机巢舱体的舱口，所述无人机换电设备设置在所述机巢舱体内。
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