CN113043903A - 无人机电池更换装置、无人机及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机电池更换装置、无人机及系统。该无人机电池更换装置，包括：电池更换通道，用于承载至少一架无人机；移动升降夹持组件，设置于电池更换通道上，用于拆装无人机的电池；其中，移动升降夹持组件包括：电池夹持装置，用于夹取或松放电池；升降杆，与电池夹持装置连接，用于升降电池夹持装置；移动组件，与升降杆连接，用于带动电池夹持装置和升降杆在电池更换通道上移动。本发明实施例提供的无人机电池更换装置结构简单，能够降低无人机电池更换成本。

Description

无人机电池更换装置、无人机及系统

技术领域

本发明属于无人机技术领域，尤其涉及一种无人机电池更换装置、无人机及系统。

背景技术

随着无人机技术的发展，无人机正日益广泛地应用于人们的生产生活之中，比如测绘、巡航监测、物流运输等。目前大多数无人机飞行通过电池提供能量，但电池一次可以提供的能量是有限的，尤其无人机在物流运输行业，由于需要运载物流，增加无人机的重量，在无人机电池电量一点的情况下缩减了运输里程。通常情况下在无人机完成一次飞行后，在电量不足或不足以支撑下一次执飞，便需要对无人机电池进行电池更换。目前，传统的无人机电池更换装置上设有机械手，采用机械手为无人机更换电池，但其机构和控制系统非常复杂，导致无人机电池更换成本高。

因此，如何提供一个结构简单的无人机电池更换装置，进而降低无人机电池更换成本是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供一种无人机电池更换装置、无人机及系统，无人机电池更换装置结构简单，能够降低无人机电池更换成本。

第一方面，提供了一种无人机电池更换装置，包括：

电池更换通道，用于承载至少一架无人机；

移动升降夹持组件，设置于电池更换通道上，用于拆装无人机的电池；

其中，移动升降夹持组件包括：

电池夹持装置，用于夹取或松放电池；

升降杆，与电池夹持装置连接，用于升降电池夹持装置；

移动组件，与升降杆连接，用于带动电池夹持装置和升降杆在电池更换通道上移动。

可选地，电池更换通道的两侧分别设置有传送带，用于传送无人机。

可选地，传送带上设置有无人机机脚夹持组件，用于固定无人机。

可选地，电池更换通道的两侧分别设置有导向板，用于辅助无人机降落。

可选地，移动组件包括移动台和滑轨，移动台通过齿形带与驱动电机连接。

可选地，电池更换通道上设置有多个移动升降夹持组件。

可选地，无人机电池更换装置还包括：

充电柜，设置于电池更换通道的一端，充电柜正对电池夹持装置的外表面上设有电池回收口，电池回收口用于存放移动升降夹持组件拆卸于无人机上的亏电电池。

可选地，充电柜正对电池夹持装置的外表面上还设有电池取用口，电池取用口用于存放移动升降夹持组件安装于无人机上的满电电池。

可选地，无人机电池更换装置还包括：

电池运输装置，设置于充电柜内，用于运输亏电电池至对应的电池充电座。

可选地，移动升降夹持组件包括：相对设置于电动旋转台上的两个电池夹持装置，电动旋转台设置于升降杆上。

第二方面，提供了一种使用第一方面任一项无人机电池更换装置的无人机，无人机，包括：

无人机本体；

电池挂载装置，设置于无人机本体上，电池挂载装置包括电池仓、与电池仓匹配的可拆装电池，可拆装电池与无人机本体连接。

可选地，电池仓上设置有锁口，可拆装电池上设置有与锁口匹配的锁舌、与锁舌联动的弹性组件。

第三方面，提供了一种系统，系统包括第一方面或第一方面任一可选实现中的无人机电池更换装置和第二方面的无人机。

本发明实施例的无人机电池更换装置、无人机及系统，无人机电池更换装置结构简单，能够降低无人机电池更换成本。该无人机电池更换装置，包括：电池更换通道，用于承载至少一架无人机；移动升降夹持组件，设置于电池更换通道上，用于拆装无人机的电池；其中，移动升降夹持组件包括：电池夹持装置，用于夹取或松放电池；升降杆，与电池夹持装置连接，用于升降电池夹持装置；移动组件，与升降杆连接，用于带动电池夹持装置和升降杆在电池更换通道上移动。可见，该无人机电池更换装置结构简单，能够降低无人机电池更换成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种无人机电池更换装置的整体视图；

图2是本发明实施例提供的一种无人机电池更换装置的标注视图；

图3是本发明实施例提供的一种移动升降夹持组件的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的另一种移动升降夹持组件的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种电池挂载装置的结构示意图；

附图中：

01-移动升降夹持组件；11-电池夹持装置；12-升降杆；131-移动台；

132-滑轨；14-电动旋转台；

02-传送带；03-导向板；04-齿形带；05-驱动电机；

06-充电柜；61-电池回收口；62-电池取用口；

71-电池仓；711-锁口；

72-可拆装电池；721-锁舌；722-弹性组件。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

目前，传统的无人机电池更换装置上设有机械手，采用机械手为无人机更换电池，但其机构和控制系统非常复杂，导致无人机电池更换成本高。

为了解决现有技术问题，本发明实施例提供了一种无人机电池更换装置、无人机及系统。下面首先对本发明实施例所提供的无人机电池更换装置进行介绍。

图1是本发明实施例提供的一种无人机电池更换装置的整体视图，图2是本发明实施例提供的一种无人机电池更换装置的标注视图，图3是本发明实施例提供的一种移动升降夹持组件01的结构示意图。如图2和图3所示，该无人机电池更换装置，包括：

电池更换通道，用于承载至少一架无人机；

移动升降夹持组件01，设置于电池更换通道上，用于拆装无人机的电池；

其中，移动升降夹持组件01包括：

电池夹持装置11，用于夹取或松放电池；

升降杆12，与电池夹持装置11连接，用于升降电池夹持装置11；

移动组件，与升降杆12连接，用于带动电池夹持装置11和升降杆12在电池更换通道上移动。

在一个实施例中，电池更换通道的两侧分别设置有传送带02，用于传送无人机。

在一个实施例中，传送带02上设置有无人机机脚夹持组件，用于固定无人机。

在一个实施例中，电池更换通道的两侧分别设置有导向板03，用于辅助无人机降落。

在一个实施例中，移动组件包括移动台131和滑轨132，移动台131通过齿形带04与驱动电机05连接。

在一个实施例中，电池更换通道上设置有多个移动升降夹持组件01。

在一个实施例中，无人机电池更换装置还包括：

充电柜06，设置于电池更换通道的一端，充电柜06正对电池夹持装置11的外表面上设有电池回收口61，电池回收口61用于存放移动升降夹持组件01拆卸于无人机上的亏电电池。

在一个实施例中，充电柜06正对电池夹持装置11的外表面上还设有电池取用口62，电池取用口62用于存放移动升降夹持组件01安装于无人机上的满电电池。

在一个实施例中，无人机电池更换装置还包括：

电池运输装置，设置于充电柜06内，用于运输亏电电池至对应的电池充电座。

如图4所示，在一个实施例中，移动升降夹持组件01包括：相对设置于电动旋转台14上的两个电池夹持装置11，电动旋转台14设置于升降杆12上。

在一个实施例中，电动旋转台14上相对设置有两组相对独立的电池夹持装置11，电动旋转台14下方与伸缩缸上端固定连接。在无人机降落的同时，电池夹持装置11在移动台131和升降杆12及电动旋转台14的配合下，从电池充电柜06夹取出一块充满电的电池，再移动至无人机电池仓71，利用另一电池夹持装置11将无人机电池取下，再通过电动旋转台14旋转，将重满电的电池装回电池仓71，再将拆卸的电池送回电池回收口61充电。

下面以一个具体实施例对上述内容进行说明，具体如下：

无人机充电站包括充电柜06、电池更换通道、交互平台。电池更换通道分为三个区域，停机等待区、电池拆卸安装区、起飞准备区，包括用于辅助无人机精准降落的导向板03、用于无人机停机和运送的两侧传送带02及用于电池拆装的移动升降夹持组件01。

传送带02上设置有用于无人机固定的夹持组件，移动升降夹持组件01包括用于电池拆装的电池夹持装置11、用于电池夹持装置11升降的升降杆12和用于带动升降杆12和电池夹持装置11整体移动的移动台131，移动台131滑动连接在滑轨132内，通过驱动电机05及齿形带04带动移动台131进行移动。无人机在需求更换电池时通与交互平台进行交互，交互平台反馈引导信息给无人机，引导信息至少包括指定的无人机降落的位置信息。导向板03调整夹角辅助无人机降落，当电池更换通道感应到无人机降落在停机传输带上后，停机传输带，无人机机脚夹持组件将对无人机机脚进行夹持、对无人机进行固定。

移动升降夹持组件01调整位置，通过电池夹持装置11夹持使电池从电池仓71脱扣，移动台131移动将电池取出送回电池回收口61，再从电池取用口62夹取出已充满电的电池回到无人机电池仓71进行安装。安装结束后传送带02将无人机运输至起飞区域，无人机机脚夹持组件释放，同时将等待区域内无人机运输至工作位，以此顺序循环进行下一无人机电池的更换。

停机等待区用于需要更换电池的无人机进行排队和对无人机机脚进行固定，保证电池更换装置可以承载多台无人机，电池拆卸安装区用于电池的拆装，起飞准备区用于机脚固定件的解锁和无人机做起飞准备。

充电柜06设置有电池取用口62、电池回收口61、通信模组、摄像头、内部运输装置、内部电池充电座。

充电桩通过通信模组将充电桩的使用状态信息与交互平台进行交互，实现将空闲的、能提供更换电池服务的充电桩分配给无人机。充电桩上的摄像头可以通过5G/4G蜂窝网等通讯方式将整个无人机更换电池的过程传回至交互平台，电池更换通道将从无人机取下的需要充电的电池，运输放置到电池回收口61，充电柜06内部运输装置将电池运输至对应的电池充电座。充电柜06内运输装置将充满电的电池运输至电池取用口62，用于电池夹持装置11夹取。

本发明实施例还提供一种使用如图2所示无人机电池更换装置的无人机，该无人机包括：无人机本体；电池挂载装置，设置于无人机本体上，电池挂载装置包括电池仓71、与电池仓71匹配的可拆装电池72，可拆装电池72与无人机本体连接。

如图5所示，在一个实施例中，电池仓71上设置有锁口711，可拆装电池72上设置有与锁口711匹配的锁舌721、与锁舌721联动的弹性组件722。

在一个实施例中，电池挂载装置包括无人机电池仓71及有挂载结构的无人机用电池，电池仓71设置有用于电池安装的卡口，电池设置有与电池仓71卡口配合的锁舌721结构。锁舌721安装在电池后端的夹持槽内。锁舌721后端设置有弹性组件722。电池挂载装置以载荷的方式挂载在无人机下方，电源输出端与无人机连接。

在电池拆装过程中，电池夹持装置11夹持锁舌721，弹性组件722压缩，锁舌721收缩脱扣，移动台131移动将电池移出电池仓71指定位置后，移动升降夹持组件01送脱，锁舌721复位与电池仓71锁口711配合对电池进行锁止。在电池安装过程中，充电站夹持组件夹持锁舌721，弹性组件722压缩，锁舌721内缩，移动平台移动将电池放入电池仓71，夹持组件松脱，锁舌721复位与电池卡口配合锁止电池。

本发明实施例还提供一种系统，系统包括：如图2所示的无人机电池更换装置和对应的无人机。

基于该系统，具体实施过程如下：

在需要更换电池的无人机向平台发送电池更换请求，平台接收了请求后，移动升降夹持组件01(包括电池夹持装置11、升降杆12、移动台131)在驱动电机05的驱动下整体沿滑轨132移动到充电柜06，升降杆12调整电池夹持装置11的高度到电池取用口62，电池夹持装置11夹取一块已经充满电的电池，取完电池后，移动升降夹持组件01在驱动电机05的驱动下整体沿滑轨132移动到降落的无人机电池仓71前，升降杆12调整电池夹持装置11高度至无人机电池仓71，另一电池夹持装置11从无人机电池挂载装置中夹取出无人机电池，电动旋转台14旋转180度将充满电的电池转至无人机电池安装口，移动台131向无人机移动将电池安装到电池仓71，更换完电池的无人机被传送带02拖至起飞区域进行起飞，同时移动升降夹持组件01将取下待充电电池送回电池回收口61，再取出一组充满电电池，移动至下一需要更换电池的无人机电池仓71口。

无人机电池更换方法包括以下步骤：

s1、无人机通过附近的通信基站向充电站交互平台发送电池更换请求。

s2、交互平台请求同意后，无人机向交互平台发送数据信息；发送的数据至少包括无人机两脚距离、张开角度及电池仓71高度。

s3、交互平台向无人机发送反馈的引导信息；反馈的引导信息至少包括无人机降落的位置信息、降落方向。

s4、充电站电池更换通道导向板03根据交互平台获取的无人机数据及环境状况调整导向板03角度引导无人机降落。

s5、停机传送带02检测到无人机降落后，无人机机脚夹持组件对无人机机脚进行固定。

s6、电池拆装组件根据交互平台得到的无人机数据和降落位置进行移动及升降，同时电池夹持装置11张开，随着移动台131移动进入无人机电池夹持区域。

s7、电池夹持装置11收缩使电池挂载锁舌721脱扣，移动台131移动将电池从电池仓71带出送回电池回收口61。

s8、电池夹持装置11从充电柜06的电池取用口62，夹取一块充满电的电池通过移动台131返回至无人机电池仓71口，升降杆12升降调整电池高度与电池仓71口对齐，移动移动台131将电池送入电池仓71。

s9、电池安装到指定位置后，电池夹持装置11送脱，电池锁舌721与电池仓71锁止，电池夹持装置11通过移动台131及伸缩缸脱离无人机，移动至等待区无人机电池仓71口，传送带02将已换完电池的无人机运输至无人机待起飞区域。

s10、无人机机脚夹持组件脱扣，同时向无人机发送电池更换完毕指令。

本发明实施例具有如下有益效果：

1、电动旋转台14上相对设置有两组相对独立的电池夹持装置11，在电池更换过程中电池安装装置只用返回一次电池柜就可完成电池安装，节省安装时间和提高安装效率。

2、电池更换通道设置有三个区域，停机等待区用于需要更换电池的无人机进行排队和对无人机机脚进行固定，保证电池更换装置可以承载多台无人机，电池拆卸安装区用于电池的拆装，起飞准备区用于机脚固定件的解锁和无人机做起飞准备。这样极大地提高了无人机电池更换装置的承载能力和安装效率。

3、无人机充电站，通过各装置在交互平台协同配合的作用下实现了电池的自动更换及充电，解决了现有技术中人为换电池充电的繁琐，提高了无人机的工作效率和使用局限。

4、无人机在需要更换电池时，可实现对无人机进行自动更换电池操作，不需用户手动操作，提升用户体验。

5、电池挂载装置，通过对电池仓71和电池锁紧结构进行设计，实现电池安装的锁止和方便电池的拆装。

6、用于引导无人机更好降落的导向装置，由于考虑到降落现场环境对无人机降落精准性的影响，用导向装置进行导向。

7、与现有技术方案采用机械手为无人机更换电池，受机械手臂长的限制只能工作在一定区域和特定的环境中，只适用于一种无人机电池的更换，机构和控制系统非常复杂，成本高。本方案充电站通过导向板03设置达到无人机的精降落，分区域操作实现流水线式电池更换，提高电池更换效率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种无人机电池更换装置，其特征在于，包括：

电池更换通道，用于承载至少一架无人机；

移动升降夹持组件，设置于所述电池更换通道上，用于拆装所述无人机的电池；

其中，所述移动升降夹持组件包括：

电池夹持装置，用于夹取或松放所述电池；

升降杆，与所述电池夹持装置连接，用于升降所述电池夹持装置；

移动组件，与所述升降杆连接，用于带动所述电池夹持装置和所述升降杆在所述电池更换通道上移动。

2.根据权利要求1所述的无人机电池更换装置，其特征在于，所述电池更换通道的两侧分别设置有传送带，用于传送所述无人机。

3.根据权利要求2所述的无人机电池更换装置，其特征在于，所述传送带上设置有无人机机脚夹持组件，用于固定所述无人机。

4.根据权利要求1至3任一项所述的无人机电池更换装置，其特征在于，所述电池更换通道的两侧分别设置有导向板，用于辅助所述无人机降落。

5.根据权利要求1所述的无人机电池更换装置，其特征在于，所述移动组件包括移动台和滑轨，所述移动台通过齿形带与驱动电机连接。

6.根据权利要求1所述的无人机电池更换装置，其特征在于，所述电池更换通道上设置有多个所述移动升降夹持组件。

7.根据权利要求1所述的无人机电池更换装置，其特征在于，所述无人机电池更换装置还包括：

充电柜，设置于所述电池更换通道的一端，所述充电柜正对所述电池夹持装置的外表面上设有电池回收口，所述电池回收口用于存放所述移动升降夹持组件拆卸于所述无人机上的亏电电池。

8.根据权利要求7所述的无人机电池更换装置，其特征在于，所述充电柜正对所述电池夹持装置的所述外表面上还设有电池取用口，所述电池取用口用于存放所述移动升降夹持组件安装于所述无人机上的满电电池。

9.根据权利要求7所述的无人机电池更换装置，其特征在于，所述无人机电池更换装置还包括：

电池运输装置，设置于所述充电柜内，用于运输所述亏电电池至对应的电池充电座。

10.根据权利要求1所述的无人机电池更换装置，其特征在于，所述移动升降夹持组件包括：相对设置于电动旋转台上的两个所述电池夹持装置，所述电动旋转台设置于所述升降杆上。

11.一种使用如权利要求1至10任一项所述无人机电池更换装置的无人机，其特征在于，所述无人机，包括：

无人机本体；

电池挂载装置，设置于所述无人机本体上，所述电池挂载装置包括电池仓、与所述电池仓匹配的可拆装电池，所述可拆装电池与所述无人机本体连接。

12.根据权利要求11所述的无人机，其特征在于，所述电池仓上设置有锁口，所述可拆装电池上设置有与所述锁口匹配的锁舌、与所述锁舌联动的弹性组件。

13.一种系统，其特征在于，所述系统包括：如权利要求1至10任一项所述的无人机电池更换装置，如权利要求11或12所述的无人机。

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