CN113212779B - 一种无人机自动充电的无人值守系统 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供了一种无人机自动充电的无人值守系统，包括停机舱；所述停机舱包括上下设置的上箱和下箱；所述上箱顶部开口，上箱与下箱连通，下箱内设有升降机构，用于将无人机收到下箱；所述上箱内还设有无人机正位单元，用于将无人机正位并将其桨叶拨至收纳空间内；所述下箱内设有自主充断电单元，用于为无人机充电；所述停机舱内设有控制器，升降机构的控制电路和无人机正位单元的控制电路均连接控制器；所述控制器包括无线通讯模块，无线通讯模块与上位机连接。本发明创造所述的一种无人机自动充电的无人值守系统，停机舱占地面积小，拆装调试运输方便；有线方式充电，充电效率高；断电机构避免误操作引起桨叶电机在舱内转动损坏桨叶。

Description

一种无人机自动充电的无人值守系统

技术领域

本发明创造属于无人机领域，尤其是涉及一种无人机自动充电的无人值守系统。

背景技术

随着5G时代的到来，无人机替代人工巡检作业已经广泛应用在电力、林业、公共安全等各个领域，与一般的人员实地巡检相比，无人机作业机动性强、操作灵活、制造成本低，不受地形地貌、天气环境的限制，极大地降低了巡检作业成本；而且无人机携带的吊舱等载荷可以实时传输监测范围内的画面和指标参数，数据客观，确保了巡检作业的精准、及时、高效。但无人机的电池续航时间短，尤其多旋翼无人机，单次作业的电池使用时间20-30min左右，单次飞行距离最长不过二三十公里，其活动半径极为有限，这极大地影响无人机的工作效率。

为了方便无人机在巡检过程中的充电维护，提高巡检工作效率，减少操作人员投入，各个作业点可以放置无人机停机坪，用于安置待作业飞机和回收已完成作业的飞机。停机舱一般由舱门结构、飞机正位机构、自主充断电结构等部分组成，无人机依靠两个推杆实现正位，再通过充电电极对飞机电池充电。当飞机充满电，处于非作业状态时，断电结构触发，动力电源被切断，充电停止。

现有无人值守系统的停机舱占地面积大、重量大，而且无人机降落板完整度差，刚度低，导致设备安装调试、运输困难，无法在电力巡检等行业大面积推广；现有无人值守系统多采用水平面的充电电极定点接触充电，存在电极接触不良的情况，充电系统可靠性差，而且起落架需要设计保持结构，增加结构的复杂性；现有无人值守系统缺少无人机控制系统的上电断电功能，有可能因为工作人员的误操作致使无人机在舱内直接起飞，桨叶损坏，导致安全事故的发生。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在克服上述现有技术中存在的缺陷，提出一种无人机自动充电的无人值守系统，该无人值守系统能够将无人机推至停机舱中间，桨叶正位机构能够将无人机桨叶进行正位，对于同型号的无人机，停机舱的占地面积能缩小近一半，整体结构采用上下箱分体式结构，拆装调试运输方便。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种无人机自动充电的无人值守系统，包括停机舱；所述停机舱包括上下设置的上箱和下箱；

所述上箱顶部开口，上箱与下箱连通，下箱内设有升降机构，用于将无人机收到下箱；所述上箱内还设有无人机正位单元，用于将无人机正位并将其桨叶拨至收纳空间内；

所述下箱内设有自主充断电单元，用于为无人机充电；

所述停机舱内设有控制器，升降机构的控制电路和无人机正位单元的控制电路均连接控制器；所述控制器包括无线通讯模块，无线通讯模块与上位机连接。

进一步的，所述无人机正位单元设在上箱内部，包括平行导轨及设置在平行导轨上的第一模组和第二模组；

所述第一模组两端分别位于平行导轨上，中部为直线导轨；所述平行导轨上对应设有用于驱动第一模组在平行导轨上运动的第一驱动组件；

所述直线导轨上设有第一滑台，第一滑台上设有桨叶正位机构；

所述直线导轨上设有用于驱动第一滑台运动的第二驱动组件。

进一步的，所述第二模组与第一模组对应，第二模组和第一模组分列平行导轨两端；所述第二模组和第一模组相对运动；所述第二模组上对应设有第二滑台和桨叶正位机构。

进一步的，所述桨叶正位机构(209)包括拨杆(212)和异形固定座；

所述异形固定座包括固定板及与其垂直设置的电机安装板；

所述拨杆包括内轴、外轴、支撑轴承，外轴和内轴通过支撑轴承连接，外轴可相对内轴转动；

所述电机安装板上安装有桨叶电机(211)，桨叶电机连接拨杆，用于驱动拨杆(212)上下摆动。

进一步的，所述第一驱动组件包括模组电机、带轮、丝杠；

所述模组电机通过带轮带动丝杠转动；所述第一模组上设有与丝杠对应的丝杠螺母；所述丝杠螺母与丝杠螺纹连接，丝杠螺母带动第一模组在平行导轨上运动。

进一步的，所述平行导轨上设有用于限制第一模组运动范围的远端限位开关和近端限位开关。

进一步的，所述升降机构包括升降板及用于驱动其升降的第三驱动组件；所述升降板用于放置无人机；所述第三驱动组件位于下箱内，且对应设有用于限制升降板运动范围的最低限位开关和最高限位开关。

进一步的，所述自主充断电单元包括设置在飞机起落架和下箱支架上的无人机充电电极和机舱充电电极，无人机充电电极和机舱充电电极在重力作用下保持接触；

所述自主充断电单元还包括设置在下箱内的触点棒，无人机上对应设有电磁断电装置；所述升降板下降后触点棒碰触电磁断电装置无人机断电。

进一步的，所述上箱顶部开口处设有舱门；所述舱门对应设有驱动其开闭的第四驱动组件；所述舱门周边设计有密封钣金和密封条；

所述舱门数量为两个，两门对接处设有密封钣金和护指胶条。

进一步的，所述上位机连接有环境感知单元；所述环境感知单元包括但不限于风速风向传感器、温湿度传感器，图像采集摄像机、警示灯。

相对于现有技术，本发明创造具有以下优势：

(1)本发明设计的电机和拨杆组成的桨叶正位机构可以对无人机桨叶进行正位，设计升降机构将无人机收入舱内，对于放置同等尺寸大小的无人机，停机舱可缩小约54％的占地面积，集成度高，能够极大降低整体设备的体积和重量，停机舱采用上下两箱的结构，拆装方便，便于停机舱的安装调试和运输。

(2)本发明中自动充断电系统设计有线方式充电，充电效率高，成本低，采用竖直方向对接的充电电极接触充电，靠重力作用使两电极保持始终接触，避免了电极接触不良的现象发生，在无人机起落架的电极上方设有防护罩，提高充断电系统使用的可靠性。当无人机充电完成时，控制板控制充电电流大小最终切断充电电流，保护电池，增加充电次数，提高无人机存储的安全性。

(3)本发明中设计有无人机控制系统的电磁断电装置，无人机起落架上设有动触点，停机舱内设有定触点，通过两个触点的接触和断开对断电装置进行接通或断开，从而实现无人机控制系统的上电和断电，可以避免误操作引起桨叶电机在舱内转动，导致桨叶损坏。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造实施例所述的无人值守系统整体结构示意图；

图2为本发明创造实施例所述的舱门结构示意图；

图3为本发明创造实施例所述的无人机正位机构示意图；

图4为本发明创造实施例所述的桨叶正位机构示意图；

图5为本发明创造实施例所述的桨叶正位机构爆炸图；

图6为本发明创造实施例所述的下箱结构示意图；

图7为本发明创造实施例所述的无人机安装附件示意图。

附图标记说明：

1、舱门；101、齿轮齿条组件；102、导轨滑块组件；103、密封条；104、护指胶条；105、同步带轮；106、减速器；107、舱门电机；2、上箱；201、平行导轨；202、第二模组；203、远端限位开关；204、近端限位开关；205、带轮；206、模组电机；207、丝杠；208、丝杠螺母；209、桨叶正位机构；210、第二驱动组件；211、桨叶电机；212、拨杆；213、第一模组；214、异形固定座；215、内轴；216、外轴；217、支撑轴承；3、下箱；301、控制器；302、升降电机；303、最低限位开关；304、机舱充电电极；305、升降丝杠；306、最高限位开关；307、触点棒；308、升降板；309、电磁断电装置；310、无人机充电电极；4、滚轮；5、环境感知单元。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

本发明设计了一种无人机可以自动充电的无人值守系统，该无人值守系统能够将无人机推至停机舱中间，桨叶正位机构209能够将无人机桨叶进行正位，对于同型号的无人机，停机舱的占地面积能缩小近一半，整体结构采用上下箱3分体式结构，拆装调试运输方便。该无人值守系统采用竖直充电电极进行充电，在无人机端电极的上方设有电极保护罩，停机舱端的固定电极设有电极自清洁防护罩，可以免除电极对接保持机构，结构简单实用，在停机舱内部设计有无人机控制系统的电磁断电装置309，可以使无人机在舱内收纳期间处于断电状态，防止因误操作导致桨叶损坏，提高停机舱收纳的安全性。

如图1所示，一种无人机自动充电的无人值守系统，包括停机舱；所述停机舱包括上下设置的上箱2和下箱3；

所述上箱2顶部开口，上箱2与下箱3连通，下箱3内设有升降机构，用于将无人机收到下箱3；所述上箱2内还设有无人机正位单元，用于将无人机正位并将其桨叶拨至收纳空间内；

所述下箱3内设有自主充断电单元，用于为无人机充电；

所述停机舱内设有控制器301，升降机构的控制电路和无人机正位单元的控制电路均连接控制器301；所述控制器301包括无线通讯模块，无线通讯模块与上位机连接。所述控制器及无线通讯模块均采用现有技术，不在本专利的保护范围内。

上箱2顶部设有舱门单元，舱门单元如图2所示，舱门单元主要包括舱门1、齿轮齿条组件101和导轨滑块组件102，导轨滑块两端设有限位开关，舱门1电机与同步带轮105连接，同步带轮105通过减速器106驱动齿轮转动，舱门1设计在上箱2的上面，舱门1周边设计有密封钣金和密封条103，两门对接处设有密封钣金和护指胶条104，可以有效防止雨雪浸入。

如图3-5所示，无人机正位单元包括无人机正位机构、桨叶正位机构209和无人机收藏机构，设在上箱2内部，无人机正位机构主要包括第一模组213、第二模组202、桨叶正位机构209，驱动模组电机206通过带轮205带动丝杠207转动，丝杠207螺母带动第一模组213往复运动，平行导轨201两端设有远端限位开关203和近端限位开关204，第二驱动组件210位于第一模组213上，其电机驱动第一滑台往复运动；桨叶正位机构209包括拨杆212和异形固定座214；异形固定座214包括固定板及与其垂直设置的电机安装板；拨杆结构分为内轴215、外轴216和支撑轴承217，外轴216和内轴215通过轴承支撑217连接，电机驱动拨杆内轴215上下摆动，外轴相对内轴可以转动，这样可以在拨桨过程中，桨叶平稳滑过，避免卡死。固定板上设有限制拨杆转动角度的凸块，使其最大旋转角度为90度。上箱2和下箱3通过螺钉连接；如图6-7所示，下箱3包括控制器301、无人机升降机构、升降板308、和自主充断电单元，升降机构包括升降电机302、升降丝杠305、丝杠207上设有最低限位开关303和最高限位开关306，丝杠207螺母带动升降板308上下运动，自主充断电单元包括充电电极、触点棒307，与之配套的无人机上装有断电装置和充电电极，环境感知单元5包括风速风向传感器、温湿度传感器，图像采集摄像机、警示灯等，设备底部设有滚轮4，可根据实际安装要求选择固定安装或移动安装。

第二模组202与第一模组213对应，第二模组202和第一模组213分列平行导轨201两端；所述第二模组202和第一模组213相对运动；所述第二模组202上对应设有第二滑台和桨叶正位机构209。

无人值守系统具体工作流程如下(以六旋翼无人机为例)：

(1)起飞阶段：工作时，上位机通过环境感知单元5对停机舱内部外部环境、停机舱和无人机状态进行确认，确认正常后发送开舱指令，舱门1电机驱动同步带轮105转动，同步带轮105通过减速器106带动齿轮旋转，齿轮齿条组件101驱动舱门1打开，升降丝杠305转动，丝杠207螺母带动升降板308上升，触发最高限位开关306后，升降板308运动停止，无人机起飞，舱门1电机转动，齿轮齿条组件101驱动舱门1关闭；

(2)待机阶段：停机舱门1处于关闭状态，飞机按预定线路作业；

(3)降落阶段：上位机先对停机舱周围环境状态、停机舱及无人机状态进行确认，确认正常后发送执行结束任务指令，舱门1电机转动，舱门1打开，触发远端限位开关203后，控制无人机降落至停机舱上箱2内，驱动模组电机206转动，通过同步带轮105带动丝杠207转动，丝杠207螺母带动模组向上箱2中间移动，模组触发近端限位开关204后，舵机动作，推杆呈竖直状态，按照规划路线将桨叶拨至收纳空间内，模组退回，触发远端限位开关203，升降模组运动，升降平台降低，飞机全部降落至上箱2内，舱门1电机转动，舱门1关闭。

本发明设计的停机舱由上下两箱的结构组成，设计模组和两组导轨滑块构成正位机构实现无人机正位，模组滑台上设计有由电机和拨杆组成的桨叶定位机构，对无人机桨叶进行正位，下箱设有升降机构，将无人机收到下箱，减小停机舱占地面积和整体高度，体积小重量轻，结构集成度高，便于安装运输；

本发明中自动充电系统的充电电极分别设计在飞机起落架和下箱支架上，利用重力作用使两电极始终保持接触，可以减少充电电极保持结构，避免充电电极接触不良，提高充电系统的安全性；

本发明的停机舱下箱设有无人机控制系统的电磁断电装置，当无人机降落到停机舱中心，升降板下降时，两触点接触，断电装置触发，切断无人机控制系统电源，当升降板上升时，两触点分离，断电装置功能关闭，无人机控制系统电源接通，进入待机状态，断电装置结构简单，使无人机在非工作时段不能工作，防止操作人员误操作导致飞机在停机舱内部直接起飞，桨叶损坏。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无人机自动充电的无人值守系统，其特征在于：包括停机舱；所述停机舱包括上下设置的上箱(2)和下箱(3)；

所述上箱(2)顶部开口，上箱(2)与下箱(3)连通，下箱(3)内设有升降机构，用于将无人机收到下箱(3)；所述上箱(2)内还设有无人机正位单元，用于将无人机正位并将其桨叶拨至收纳空间内；

所述下箱(3)内设有自主充断电单元，用于为无人机充电和断开螺旋桨电机供电；

所述停机舱内设有控制器(301)，升降机构的控制电路和无人机正位单元的控制电路均连接控制器(301)；所述控制器(301)包括无线通讯模块，无线通讯模块与上位机连接；

所述无人机正位单元设在上箱(2)内部，包括平行导轨(201)及设置在平行导轨(201)上的第一模组(213)和第二模组(202)；

所述第一模组(213)两端分别位于平行导轨(201)上，中部为直线导轨；所述平行导轨(201)上对应设有用于驱动第一模组(213)在平行导轨(201)上运动的第一驱动组件；

所述直线导轨上设有第一滑台，第一滑台上设有桨叶正位机构(209)；

所述直线导轨上设有用于驱动第一滑台运动的第二驱动组件(210)；

所述桨叶正位机构(209)包括拨杆(212)和异形固定座(214)；

所述异形固定座包括固定板及与其垂直设置的电机安装板；

所述拨杆(212)包括内轴(215)、外轴(216)、支撑轴承(217)，外轴(216)和内轴(215)通过支撑轴承(217)连接，外轴(216)可相对内轴(215)转动；

所述电机安装板上安装有桨叶电机(211)，桨叶电机连接拨杆(212)，用于驱动拨杆(212)上下摆动。

2.根据权利要求1所述的一种无人机自动充电的无人值守系统，其特征在于：所述第二模组(202)与第一模组(213)对应，第二模组(202)和第一模组(213)分列平行导轨(201)两端；所述第二模组(202)和第一模组(213)相对运动；所述第二模组(202)上对应设有第二滑台和桨叶正位机构(209)。

3.根据权利要求2所述的一种无人机自动充电的无人值守系统，其特征在于：所述第一驱动组件包括模组电机(206)、带轮(205)、丝杠(207)；

所述模组电机(206)通过带轮(205)带动丝杠(207)转动；所述第一模组(213)上设有与丝杠(207)对应的丝杠(207)螺母；所述丝杠(207)螺母与丝杠(207)螺纹连接，丝杠(207)螺母带动第一模组(213)在平行导轨(201)上运动。

4.根据权利要求3所述的一种无人机自动充电的无人值守系统，其特征在于：所述平行导轨(201)上设有用于限制第一模组(213)运动范围的远端限位开关(203)和近端限位开关(204)。

5.根据权利要求1所述的一种无人机自动充电的无人值守系统，其特征在于：所述升降机构包括升降板(308)及用于驱动其升降的第三驱动组件；所述升降板(308)用于放置无人机；所述第三驱动组件位于下箱(3)内，且对应设有用于限制升降板(308)运动范围的最低限位开关(303)和最高限位开关(306)。

6.根据权利要求5所述的一种无人机自动充电的无人值守系统，其特征在于：所述自主充断电单元包括设置在飞机起落架和下箱(3)支架上的无人机充电电极(310)和机舱充电电极(304)，无人机充电电极(310)和机舱充电电极(304)在重力作用下保持接触；

所述自主充断电单元还包括设置在下箱(3)内的触点棒(307)，无人机上对应设有电磁断电装置(309)；所述升降板(308)下降后触点棒(307)碰触电磁断电装置(309)无人机断电。

7.根据权利要求1所述的一种无人机自动充电的无人值守系统，其特征在于：所述上箱(2)顶部开口处设有舱门(1)；所述舱门(1)对应设有驱动其开闭的第四驱动组件；所述舱门(1)周边设计有密封钣金和密封条(103)；

所述舱门(1)数量为两个，两门对接处设有密封钣金和护指胶条(104)。

8.根据权利要求1所述的一种无人机自动充电的无人值守系统，其特征在于：所述上位机还连接有环境感知单元(5)。

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