CN113086233A - 基于作业无人机的中继式智能充电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于作业无人机的中继式智能充电系统，涉及无人机技术领域，包括底座，底座表面设有防护壳，且位于底座一侧安装有转向电机，防护壳内安装有精准对位装置，精准对位装置的底部安装有设备台，设备台的顶部设有起落台，起落台的内部安装有充电装置，设备台主要包括套筒，套筒顶部边缘安装有圆环转盘，套筒的侧面安装有进线孔和控制盒，能够进行全方位调节快速将无人机锁紧在制定位置，不仅大大缩短准备时间，提高无人机定位精度，而且能够有效保证充电头的对接，提高充电效率，不仅如此，还能够有效对充电装置包括电气元件进行防雨保护，杜绝漏电和电气元件损坏。

Description

基于作业无人机的中继式智能充电系统

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体讲是基于作业无人机的中继式智能充电系统。

背景技术

无人机按应用领域可分为军用与民用，在民用方面，作业无人机真正的刚需，大大的拓展了无人机本身的用途，随着科学技术的发展，无人机技术也越来越成熟，更多的作业无人机给生产、勘探、航拍、农业、植保、微型自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄带来了极大的便捷和效率，而对于作业无人机来说续航能力是最为重要的因素。

经检索，CN201810293359.0公开的一种无人机充电桩，包括底座、升降充电平台、无线充电装置和滑杆定位机构，该无人机充电桩能够在无人机电量不足时，提供无人机降落及充电平台，自动对无人机进行定位，使无人机与升降充电平台上的无线充电装置有效对接，完成自动充电，无需人工更换电池，提高了无人机工作效率。

然而，经过研究分析发现，上述对比文件中无人机充电时，对无人机降落的要求较高，不仅要求无人机需要降落在有效的区域内，而且过于依赖导轨将无人机进行定位，却无法通过全方位调节将其推动至既定位置，从而导致准备时间过长、充电不成功等情况出现；同时充电桩会因为过于暴露而导致渗水，从而使电气元件损坏。

发明内容

因此，为了解决上述不足，本发明在此提供基于作业无人机的中继式智能充电系统，能够进行全方位调节快速将无人机锁紧在制定位置，不仅大大缩短准备时间，提高无人机定位精度，而且能够有效保证充电头的对接，提高充电效率，不仅如此，还能够有效对充电装置包括电气元件进行防雨保护，杜绝漏电和电气元件损坏。

本发明是这样实现的，构造基于作业无人机的中继式智能充电系统，包括底座，底座表面设有防护壳，且位于底座一侧安装有转向电机，防护壳内安装有精准对位装置，精准对位装置的底部安装有设备台，设备台的顶部设有起落台，起落台的内部安装有充电装置，设备台主要包括套筒，套筒顶部边缘安装有圆环转盘，套筒的侧面安装有进线孔和控制盒。

进一步的，精准对位装置由调节台、电动推杆、摄像头和夹具构成，调节台的侧面靠底部位置套接安装有齿圈，调节台的内部形成有腔室，调节台的表面开设有四条等距设置的滑槽，且夹具嵌入设置于滑槽中，并与滑槽之间保持相对活动连接，电动推杆安装于夹具底部的调节台侧面，且电动推杆端部与夹具底部相连接，摄像头呈直立状安装于电动推杆一侧，调节台与套筒通过圆环转盘相连接。

进一步的，起落台由停机坪和T形台构成，T形台底部与套筒相连接，T形台内部中空且其内底壁设有滑坡。

进一步的，充电装置由绝缘框、充电头、升降电机、波纹管、限位架和接电座构成，限位架的两侧连接设置有直齿条和限位套，升降电机安装于滑坡表面，升降电机的传动轴端通过安装有齿轮并延伸至绝缘框内侧与直齿条之间保持啮合，限位架连接于充电头侧面，充电头底端设有导线，且该导线嵌入设置于波纹管内，波纹管两端分别与充电头及接电座相连接，绝缘框通过支架与接电座相连接。

进一步的，起落台表面的中心位置安装有防雨门装置，防雨门装置由活动环、开合电机、限位圈、开合瓣和连杆构成，活动环的上下表面设有凸环，且活动环嵌入设置于停机坪内侧并通过凸环与停机坪保持圆周转动，活动环的一侧开设有传动齿。

进一步的，套筒内底壁分别安装有整流器、变压器和断路保护器，整流器、变压器、断路保护器及接电座之间依次连接，且整流器、变压器和断路保护器的控制端均接入控制盒中。

进一步的，夹具呈两两对称设置，且其中一组夹具表面安装有限位板，任意夹具的内侧均安装有软轮。

进一步的，活动环和限位圈为双层结构且为二者同心圆环，限位圈底部通过支架与绝缘框相连接，开合瓣设有五个并均铆接于限位圈内侧，且任意相邻的开合瓣的边缘均相适配，开合瓣的尾端通过连杆与活动环内侧保持活动连接，开合电机安装固定于T形台内侧壁，且开合电机端部设有齿轮并与传动齿相啮合。

进一步的，T形台周围与调节台不接触并形成有排水槽，T形台侧面与滑坡低处同高度的侧面开设有多个溢水孔。

相较于现有技术，本发明的有益效果体现为：

优点1：通过设置的精准对位装置中的调节台能够根据无人机降落的方位进行旋转调节，便于后续的夹具对无人机起落架及机身进行稳固，最后通过充电装置对无人机底部的充电口进行充电，摄像头能够有效将起落台的各方位进行监视，进一步方便夹具对无人机进行锁定，且使锁定精度进一步提高，不需要调节无人机本身的降落位置，在一定程度上也大大缩短了充电准备时间，更主要的是能够使机身保持良好的稳定性，防止充电头插入不成功导致的充电失败。

优点2：通过设置的充电装置为隐藏式，配合防雨门装置能够有效将充电装置进行隐藏，防止雨水天气造成充电装置及内部电气元件进水失灵甚至漏电，当无人机的位置调整完毕后，防雨门装置才会打开，与充电装置之间形成配合，大大提高了防雨效果。

优点3：由于防雨门装置中的开合瓣的边缘均相适配，所以当开合瓣合拢后缝隙很小，能够有效防止雨水渗入，对充电装置形成了有效的防水保护。

附图说明

图1是本发明基于作业无人机的中继式智能充电系统结构示意图；

图2是本发明图1的拆开示意图；

图3是本发明图2的剖视图；

图4是本发明防雨门装置的横剖示意图；

图5是本发明图3中充电装置的纵剖示意图；

图6是本发明图3中A部分放大示意图。

图中：底座1、转向电机10、防护壳11、精准对位装置2、调节台20、齿圈201、腔室202、圆环转盘203、滑槽204、电动推杆21、摄像头22、夹具23、软轮231、限位板232、起落台3、停机坪30、滑坡301、溢水孔302、T形台31、设备台4、套筒40、进线孔401、排水槽402、充电装置5、绝缘框50、充电头51、升降电机52、波纹管53、限位架54、直齿条541、限位套542、接电座55、防雨门装置6、活动环60、传动齿601、凸环602、开合电机61、限位圈62、开合瓣63、连杆64、控制盒7。

具体实施方式

下面将结合附说明书附图对本发明进行详细说明，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；此外，术语“第一”、“第二”、“第三”“上、下、左、右”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。同时，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电性连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。

以下结合说明书附图及具体实施例对本发明技术方案做进一步的详细阐述，本申请实施例提供的基于作业无人机的中继式智能充电系统，包括底座1，底座1表面设有防护壳11，且位于底座1一侧安装有转向电机10，防护壳11内安装有精准对位装置2，精准对位装置2的底部安装有设备台4，设备台4的顶部设有起落台3，起落台3的内部安装有充电装置5，设备台4主要包括套筒40，套筒40顶部边缘安装有圆环转盘403，套筒40的侧面安装有进线孔401和控制盒7。

上述实施例中，防护壳11用于防止高空飘物卷入齿圈201内，同时防护壳11侧外侧靠近转向电机10的一侧呈敞开状，便于将转向电机10的齿轮嵌入在防护壳11内使其与齿圈201保持啮合，设备台4内设置电气元件；

同时控制盒7内设置有继电器、辅助电源、控制模块以及通信模块，辅助电源用于保证控制模块以及通信模块全天候工作，控制模块分别对整流器41、变压器42和断路保护器43的开闭进行控制，并对其工作状态进行监控，继电器则与断路保护器43相串联，当电路过载后断路保护器43进行断电和急停，而继电器则用于日常充电电路的开闭，充电完成后继电器暂时断开，当需要再次充电时继电器方继续工作。

请一并参阅图1-2所示，精准对位装置2由调节台20、电动推杆21、摄像头22和夹具23构成，调节台20的侧面靠底部位置套接安装有齿圈201，调节台20的内部形成有腔室202，调节台20的表面开设有四条等距设置的滑槽204，且夹具23嵌入设置于滑槽204中，并与滑槽204之间保持相对活动连接，电动推杆21安装于夹具23底部的调节台20侧面，且电动推杆21端部与夹具23底部相连接，摄像头22呈直立状安装于电动推杆21一侧，调节台20与套筒40通过圆环转盘403相连接。

作为一种示例，需要说明的是，通过设置的精准对位装置2中的调节台20能够根据无人机降落的方位进行旋转调节，便于后续的夹具23对无人机起落架及机身进行稳固，最后通过充电装置5对无人机底部的充电口进行充电，夹具23可以在滑槽204内沿着滑槽204进行移动，使夹具23向调节台20的中心位置对置，夹具23的底部通过电动推杆21保持伸缩，电动推杆21由伺服电机进行控制，精度高便于有效将无人机进行夹持，此外，摄像头22通过控制盒7中的处理器和无线收发模块进行连接，使画面能够发送至工作人员的显示终端进行显示，摄像头22能够有效将起落台3的各方位进行监视，进一步方便夹具23对无人机进行锁定，且使锁定精度进一步提高，在一定程度上也大大缩短了充电准备时间。

此外，需要补充说明的是，调节台20底部的圆环转盘403的上下两个部分分别连接在调节台20底部及套筒40顶部，当调节台20转动后即可使调节台20能够围绕T形台31进行一定角度的圆周转动，电动推杆21和摄像头22采用集成的弹簧线分别接入主电路及控制盒7中的，所以调节台20进行一定角度的圆周转动时线路也不会缠绕。

请一并参阅图2-3所示，起落台3由停机坪30和T形台31构成，T形台31底部与套筒40相连接，T形台31内部中空且其内底壁设有滑坡301。

作为一种示例，需要说明的是，停机坪30位于T形台31表面，当需要进行充电时，即可将无人机降落在停机坪30表面，滑坡301的设置便于将可能存在T形台31内部的积水导向溢水孔302后排出。

请一并参阅图3和图5所示，充电装置5由绝缘框50、充电头51、升降电机52、波纹管53、限位架54和接电座55构成，限位架54的两侧连接设置有直齿条541和限位套542，升降电机52安装于滑坡301表面，升降电机52的传动轴端通过安装有齿轮并延伸至绝缘框50内侧与直齿条541之间保持啮合，限位架54连接于充电头51侧面，充电头51底端设有导线，且该导线嵌入设置于波纹管53内，波纹管53两端分别与充电头51及接电座55相连接，绝缘框50通过支架与接电座55相连接。

作为一种示例，需要说明的是，充电装置5为隐藏式，配合防雨门装置6能够有效将充电装置5进行隐藏，防止雨水天气造成充电装置5及内部电气元件进水失灵甚至漏电，绝缘框50本身能够将充电头51搭载在其内侧，充电头51可根据所工作的无人机进行选用，通过限位架54的升降使充电头51与无人机底部对接进行充电，而限位架54通过左侧的直齿条541的升降形成整体升降，直齿条541通过升降电机52正反转进行驱动，而限位架54的升降过程通过限位套542进行限位保持，充电头51由接电座55接电，波纹管53本身能够进行垂直方向上的压缩和拉长，防止波纹管53内部的导线缠绕，隐藏式的充电装置5有效杜绝了雨水天气造成电子元件进水失灵。

请一并参阅图1-4所示，起落台3表面的中心位置安装有防雨门装置6，防雨门装置6由活动环60、开合电机61、限位圈62、开合瓣63和连杆64构成，活动环60的上下表面设有凸环602，且活动环60嵌入设置于停机坪30内侧并通过凸环602与停机坪30保持圆周转动，活动环60的一侧开设有传动齿601。

作为一种示例，需要说明的是，通过设置的防雨门装置6在无人机降落时能够与停机坪30形成一个完整的平面，不影响无人机的降落，当无人机的位置调整完毕后，防雨门装置6才会打开，活动环60与停机坪30开口的内侧壁进行卡合并保持旋转，而限位圈62底部通过支架与绝缘框50进行连接，通过开合电机61及传动端齿轮的正反转与驱动活动环60上的传动齿601相啮合使连杆64拉动开合瓣63进行开合，从而实现通道的开启，与充电装置5之间形成配合，大大提高了防雨效果。

如图3所示，套筒40内底壁分别安装有整流器41、变压器42和断路保护器43，整流器41、变压器42、断路保护器43及接电座55之间依次连接，且整流器41、变压器42和断路保护器43的控制端均接入控制盒7中。

作为一种示例，需要说明的是，进线孔401能够将供电电缆和通信电缆插入套筒40，其中供电电缆使整流器41、变压器42、断路保护器43及接电座55保持串联，通信电缆接入控制盒7中，通过整流器41和变压器42分别进行整流和降压输入至接电座55中用于后期充电头51对无人机供电，断路保护器43用于保护充电电路安全。

此外，需要注意的是，本申请中涉及的电机包括电动推杆均为伺服电机控制，不需要降压使用。

请一并参阅图1-3所示，夹具23呈两两对称设置，且其中一组夹具23表面安装有限位板232，任意夹具23的内侧均安装有软轮231。

作为一种示例，需要说明的是，通过设置的夹具23两两一组，且对称的两个电动推杆21工作时保持一致，便于将无人机的位置调正，限位板232内侧贴有软硅胶且具有一定的弹性，在安装有限位板232的夹具23能够将机身上部分进行夹持，另外一组夹具23则主要是将无人机的起落架进行夹持，软轮231的设置在夹具23推进的过程中，使软轮231由起落架表面向内夹紧，使机身保持良好的稳定性，防止充电头51插入不成功导致充电失败。

具体如图4所示，活动环60和限位圈62为双层结构且为二者同心圆环，限位圈62底部通过支架与绝缘框50相连接，开合瓣63设有五个并均铆接于限位圈62内侧，且任意相邻的开合瓣63的边缘均相适配，开合瓣63的尾端通过连杆64与活动环60内侧保持活动连接，开合电机61安装固定于T形台31内侧壁，且开合电机61端部设有齿轮并与传动齿601相啮合。

作为一种示例，需要说明的是，通过设置的活动环60和限位圈62均为双层结构，活动环60的一侧敞开使连杆64保持在内侧并活动，限位圈62通过铆钉使连杆64的另一端保持连接，活动环60与限位圈62之间的区域表面则通过防雨膜粘贴覆盖，由于开合瓣63的边缘均相适配，所以当开合瓣63合拢后缝隙很小，能够有效防止雨水渗入，对充电装置5形成了有效的防水保护。

请一并参阅图3和图6所示，T形台31周围与调节台20不接触并形成有排水槽402，T形台31侧面与滑坡301低处同高度的侧面开设有多个溢水孔302。

需要说明的是，调节台20底壁同样开设有排水孔，同时排水槽402的设置也能够有效将雨水从调节台20和停机坪30排出，防止积水形成。

本发明在实施时，首先通过底座1将整个系统安装在作业区的高空平台上，控制盒7中的无线收发模块能够与工作人员的终端进行无线连接，工作人员通过终端控制处理器进行处理，无人机降落在停机坪30上后即可，随后通过摄像头22将停机坪30上的无人机状态进行监测，操作转向电机10使调节台20转动，并是夹具23对准无人机的起落架，接着控制限位板232所在的电动推杆21将无人机对推到中心位置，再操作另外一个夹具23所在的电动推杆21向无人机的起落架运动，利用软轮231的弹性将起落架进行卡紧，随着将防雨门装置6打开并将充电装置5顶出，并与无人机底部充电口耦合，最后通过继电器将充电电路打开，对无人机进行充电。

综上所述；本发明所述基于智能电网巡检的中继式无人机智能充电设备，能够进行全方位调节快速将无人机锁紧在制定位置，不仅大大缩短准备时间，提高无人机定位精度，而且能够有效保证充电头的对接，提高充电效率，不仅如此，还能够有效对充电装置包括电气元件进行防雨保护，杜绝漏电和电气元件损坏。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.基于作业无人机的中继式智能充电系统，包括底座（1），所述底座（1）表面设有防护壳（11），且位于所述底座（1）一侧安装有转向电机（10），其特征在于：所述防护壳（11）内安装有精准对位装置（2），所述精准对位装置（2）的底部安装有设备台（4），所述设备台（4）的顶部设有起落台（3），所述起落台（3）的内部安装有充电装置（5），所述设备台（4）主要包括套筒（40），所述套筒（40）顶部边缘安装有圆环转盘（403），所述套筒（40）的侧面安装有进线孔（401）和控制盒（7）。

2.根据权利要求1所述基于作业无人机的中继式智能充电系统，其特征在于：所述精准对位装置（2）由调节台（20）、电动推杆（21）、摄像头（22）和夹具（23）构成，所述调节台（20）的侧面靠底部位置套接安装有齿圈（201），所述调节台（20）的内部形成有腔室（202），所述调节台（20）的表面开设有四条等距设置的滑槽（204），且所述夹具（23）嵌入设置于滑槽（204）中，并与滑槽（204）之间保持相对活动连接，电动推杆（21）安装于所述夹具（23）底部的调节台（20）侧面，且电动推杆（21）端部与夹具（23）底部相连接，所述摄像头（22）呈直立状安装于电动推杆（21）一侧，所述调节台（20）与套筒（40）通过圆环转盘（403）相连接。

3.根据权利要求1所述基于作业无人机的中继式智能充电系统，其特征在于：所述起落台（3）由停机坪（30）和T形台（31）构成，所述T形台（31）底部与套筒（40）相连接，所述T形台（31）内部中空且其内底壁设有滑坡（301）。

4.根据权利要求1所述基于作业无人机的中继式智能充电系统，其特征在于：所述充电装置（5）由绝缘框（50）、充电头（51）、升降电机（52）、波纹管（53）、限位架（54）和接电座（55）构成，所述限位架（54）的两侧连接设置有直齿条（541）和限位套（542），所述升降电机（52）安装于滑坡（301）表面，升降电机（52）的传动轴端通过安装有齿轮并延伸至绝缘框（50）内侧与直齿条（541）之间保持啮合，所述限位架（54）连接于充电头（51）侧面，所述充电头（51）底端设有导线，且该导线嵌入设置于波纹管（53）内，所述波纹管（53）两端分别与充电头（51）及接电座（55）相连接，所述绝缘框（50）通过支架与接电座（55）相连接。

5.根据权利要求1所述基于作业无人机的中继式智能充电系统，其特征在于：所述起落台（3）表面的中心位置安装有防雨门装置（6），所述防雨门装置（6）由活动环（60）、开合电机（61）、限位圈（62）、开合瓣（63）和连杆（64）构成，所述活动环（60）的上下表面设有凸环（602），且活动环（60）嵌入设置于停机坪（30）内侧并通过凸环（602）与停机坪（30）保持圆周转动，所述活动环（60）的一侧开设有传动齿（601）。

6.根据权利要求1所述基于作业无人机的中继式智能充电系统，其特征在于：所述套筒（40）内底壁分别安装有整流器（41）、变压器（42）和断路保护器（43），所述整流器（41）、变压器（42）、断路保护器（43）及接电座（55）之间依次连接，且整流器（41）、变压器（42）和断路保护器（43）的控制端均接入控制盒（7）中。

7.根据权利要求2所述基于作业无人机的中继式智能充电系统，其特征在于：所述夹具（23）呈两两对称设置，且其中一组夹具（23）表面安装有限位板（232），任意所述夹具（23）的内侧均安装有软轮（231）。

8.根据权利要求5所述基于作业无人机的中继式智能充电系统，其特征在于：所述活动环（60）和限位圈（62）为双层结构且为二者同心圆环，所述限位圈（62）底部通过支架与绝缘框（50）相连接，所述开合瓣（63）设有五个并均铆接于限位圈（62）内侧，且任意相邻的开合瓣（63）的边缘均相适配，所述开合瓣（63）的尾端通过连杆（64）与活动环（60）内侧保持活动连接，所述开合电机（61）安装固定于T形台（31）内侧壁，且开合电机（61）端部设有齿轮并与传动齿（601）相啮合。

9.根据权利要求3所述基于作业无人机的中继式智能充电系统，其特征在于：所述T形台（31）周围与调节台（20）不接触并形成有排水槽（402），所述T形台（31）侧面与滑坡（301）低处同高度的侧面开设有多个溢水孔（302）。

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