CN114248663A - 一种车载无人机换电方法及巡检车的无人机换电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种车载无人机换电方法及巡检车的无人机换电方法。该车载无人机换电方法包括：控制机械手转动到无人机上方，拆/装所述无人机的电池；将从所述无人机拆下的所述电池收纳于所述电池的充电机构；其中，所述机械手和所述充电机构上下层叠布置，且所述机械手和/或所述充电机构在水平面绕轴心转动，构成车载无人机换电装置。通过采用机械手和充电机构上下层叠布置的车载无人机换电装置，大大节省了空间，从而便于在车体狭小的空间中进行换电，并且机械手和/或充电机构可转动的设计，可以根据实际情况单独转动机械手或充电机构，也可以同时转动机械手和充电机构，以便节省操作时间。

Description

一种车载无人机换电方法及巡检车的无人机换电方法

技术领域

本发明涉无人机充电技术领域，尤其涉及一种车载无人机换电方法及巡检车的无人机换电方法。

背景技术

在电力行业，越来越多地用到车载无人机进行输电线路的巡检。由于输电线路涉及的范围很大，无人机的电池往往不能满足使无人机巡检完全部线路。因此，需要在巡检过程中，对无人机的电池进行更换，现有技术的无人机自动更换设备较复杂，占用的空间较大，导致不适于巡检车内使用，从而使得车载无人机换电较为不便。

发明内容

本发明实施例提供了一种车载无人机换电方法及巡检车的无人机换电方法，以解决现有技术的无人机自动更换设备不适于巡检车内使用导致车载无人机换电较为不便的问题。

第一方面，提供一种车载无人机换电方法，包括：

控制机械手转动到无人机上方，拆/装所述无人机的电池；

将从所述无人机拆下的所述电池收纳于所述电池的充电机构；

其中，所述机械手和所述充电机构上下层叠布置，且所述机械手和/或所述充电机构在水平面绕轴心转动，构成车载无人机换电装置。

第二方面，提供一种巡检车的无人机换电方法，包括，采用如第一方面实施例所述的车载无人机换电方法。

这样，本发明实施例通过采用机械手和充电机构上下层叠布置的车载无人机换电装置，大大节省了空间，从而便于在车体狭小的空间中进行换电，并且机械手和/或充电机构可转动的设计，可以根据实际情况单独转动机械手或充电机构，也可以同时转动机械手和充电机构，以便节省操作时间；采用具有多个子电池容纳槽的充电机构可以对多个电池进行充电，并节省无人机的换电时间。

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的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的车载无人机换电方法的流程图；

图2是本发明一优选实施例的车载无人机换电装置的俯视图；

图3是本发明另一优选实施例的车载无人机换电装置的俯视图；

图4是本发明实施例的车载无人机换电装置的换电工作示意图；

图5是本发明实施例的巡检车的结构示意图；

图6是本发明实施例的离合机构的示意图；

图7是本发明实施例的另一个离合机构的示意图；

图8、图9分别是本发明实施例的两个U型夹的示意图。

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作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种车载无人机换电方法。该方法采用车载无人机换电装置。具体的，如图2～9所示，机械手3和充电机构4上下层叠布置，且机械手3和/或充电机构4在水平面绕同一个轴心转动，构成车载无人机换电装置。通过上下层叠的布置，大大节省了空间，从而便于应用于巡检车5的车体狭小的空间中。机械手3和/或充电机构4可转动的设计，可以根据实际情况单独转动机械手3或充电机构4，也可以同时转动机械手3和充电机构4，实现无人机电池的自动装、卸，以便节省操作时间。

具体的，充电机构4包括：在转盘401上呈星型分布的多个子电池容纳槽402。每一子电池容纳槽402内都可以容纳一个电池2，从而可以对多个电池2同时进行充电，节省时间，满足多个无人机1的需求。为了节省操作时间，机械手3的数量可以有两个，对称于充电机构的轴心设置。

优选的，该车载无人机换电装置还包括：位于充电机构的下方的无人机停放平台6，用于无人机的起降。此外，该车载无人机换电装置还可以包括：与无人机停放平台6对称于充电机构4的轴心设置的备用无人机机位8。无人机停放平台6和备用无人机机位8均可设置在支架7上。支架7的一侧可水平和上下伸缩。具体的，支架7的水平伸缩可通过滑轨或者伸缩杆的设计来实现，支架7的上下伸缩可通过油缸驱动X型架或者波浪形架伸缩的设计来实现。如采用液压缸或步进电机推动支架移动，实现支架沿导轨水平的伸缩，以及通过铰接的形式，使X支架的两个支架脚，在液压缸推杆的作用下，升起或降落。无人机停放平台6设置在支架7可水平和上下伸缩的一侧，从而可从巡检车5的一侧伸出巡检车5，以便于放飞无人机1。备用无人机机位8设置在支架7的不可水平和上下伸缩的一侧，用于停放备用的无人机1。

优选的，机械手3安装在可上下和水平伸缩的支撑臂9上。具体的，支撑臂9的上下和水平伸缩可通过传动轴、滑轨等方式实现，沿着支撑臂9上布设滑轨和丝杆，实现水平的伸缩；同理，也可以实现机械手的升降。支撑臂9可转动地安装在机械手3围绕转动的轴上。这样机械手3不仅可转动到合适的位置，还可以调整自己的高度和水平位置(如图3虚线示出机械手水平移动)，从而可根据电池2或无人机1的位置，更精确地取拿电池2或无人机1。

优选的，巡检车5内可设置有至少一车载无人机换电装置。当设置有至少两个无人机换电装置时，相邻两个无人机换电装置的第一无人机停放平台6分别设置在相对的两侧。这样，相邻两个无人机换电装置的第一无人机停放平台6可分别从巡检车5的两侧伸出巡检车5，避免相邻第一无人机停放平台6竖向距离太近，相互叠置影响无人机起降。

为减少第二无人机停放平台8的占用空间，可以只在第一无人机停放平台6设置归位装置，归位装置，可以使无人机的电池仓刚好在机械手的3的下方。如图3所示的框型部件。

在无人机的顺序放飞过程，可在支架7放飞第一个无人机的过程中，支撑臂9转动，将第二无人机停放平台8的无人机，向第一无人机停放平台6转移；待第一无人机停放平台6放飞无人机后，收缩回车内后，将备用无人机10放置在第一无人机停放平台6继续放飞。

在回收无人机时，可以将其中一个无人机收回换电后，再收回另一个无人机进行换电；也可以将两个无人机都先收回，在车内进行换电。

基于上述的无人机换电装置，如图1所示，该方法包括如下的步骤：

步骤S1：控制机械手转动到无人机上方，拆/装无人机的电池。

步骤S2：将从无人机拆下的电池收纳于电池的充电机构或从所述充电机构取走电池装卡在所述无人机上。

其中，所述机械手和所述充电机构上下层叠布置，且所述机械手和/或所述充电机构在水平面绕同一个轴心转动，构成车载无人机换电装置。

当通过机械手拆无人机的电池时，从无人机上拆下的电池可收纳于充电机构进行充电。收纳电池时，将机械手和/或充电机构转动，使机械手与充电机构的一可用的子电池容纳槽的位置对应，再由机械手将电池装入该子电池容纳槽中收纳。

同理，在装载电池时，也可以将机械手和/或充电机构转动，使机械手与充电机构的一装载有满电的子电池容纳槽的位置对应，再由机械手将电池从该子电池容纳槽中取出，并装载到无人机上。

机械手3的数量为至少一个。优选的，机械手3的数量为两个，从而可以满足使用需求并提高效率。当机械手3的数量为两个时，分别对称于充电机构4的轴心设置。机械手3可以是U型、八爪鱼型等等。机械手3通过缩紧或张开，从而可抓取或放下电池2或无人机1。机械手3缩紧或张开的尺度可调节，从而可适应不同尺寸的电池2或无人机1。优选的，U型的机械手3，为竖直切面为字母倒U型的U型夹，为便于夹住电池，U型夹的两侧继续向下延申，呈下凸的形状，如V形、半圆形等，如图8、图9所示。由于电池的表面采用工程塑料，较为光滑，U型夹的每侧内壁具有吸盘，便于夹持住电池。

在机械手3的U型夹的下方，还可以进一步安装有弹性的伸缩部件，如由凸轮带动转动的弹性的塑料杆，用于按压无人机的电池，便于电池的弹性卡紧或弹出，以及无人机的开机或关机。也可以将电池的卡紧或弹出的操作，安置在无人机自身，通过接受支撑臂9发出的触发信号，无人机实现将电池卡进或弹出。

无人机可以是停放在无人机起降机位或备用无人机机位的无人机。

基于上述的无人机换电装置，采用上述的方法可在车内对无人机的电池进行换电，节省换电的时间，有利于加快对输电线路的巡检。

在一优选的实施例中，机械手位于充电机构的上方，且机械手和充电机构同一根轴套装。具体的，机械手可转动地安装在同一根轴上，充电机构转动安装在同一根轴上，以实现两者同轴套装。机械手通过电机驱动水平安装的支撑臂而实现转动。

该结构下只有机械手可以转动，因此，机械手在电机驱动下可以转动到无人机所在位置取出无人机的待充电的电池，转动到充电机构的合适的子电池容纳槽的位置，将待充电的电池装入到子电池容纳槽中。

再次转动到充电机构的合适的另一装载有充好电的电池的子电池容纳槽的位置，从该子电池容纳槽中取出充好电的电池，转动到无人机所在的位置将充好电的电池放回无人机中。一般的，无论是将待充电的电池装入子电池容纳槽，还是将充好电的电池从子电池容纳槽中取出，都可选择离机械手最近的子电池容纳槽，可以节省时间。

因此，通过电机控制机械手转动，实现拆卸电池并移动电池到充电机构的子电池容纳槽内。

在本发明一优选的实施例中，机械手包括：沿轴心分布在径向的第一机械手和第二机械手，则本发明的方法还包括如下的步骤：

(S21)控制第一机械手拆卸电池并移动电池到充电机构的一个子电池容纳槽内。

第一机械手转动到子电池容纳槽对应的位置，然后将电池装入子电池容纳槽。第一机械手可以是离无人机较近的机械手，以便节省时间。

(S22)比较第一机械手和第二机械手分别从最近的子电池容纳槽获取电池并安装到无人机的时间，选择用时最短的第一机械手或第二机械手。

该时间主要由机械手移动到最近的可用的子电池容纳槽的时间以及从该子电池容纳槽移动到无人机的时间决定。通过选择用时最短的机械手进行作业，可以节省装载已充好电的电池到无人机的时间，提高换电效率，有利于无人机不间断地巡检。

在本发明另一优选的实施例中，机械手位于充电机构的上方，且机械手和充电机构各自的轴心共轴，分别各自具有独立的电机驱动转动。

基于上述的结构，机械手和充电机构均可以转动，则在进行换电时，本发明实施例中的方法，还包括：

S31：控制机械手转动并拆卸电池的同时，控制充电机构转动，将收纳电池的一个空置的子电池容纳槽移动到机械手的下方，将拆卸的电池放置在空置的子电池容纳槽。

S32：在放置电池后，机械手上升，同时控制充电机构继续转动，将最近的一个充好电的电池的子电池容纳槽转动到机械手的下方，以便机械手从该子电池容纳槽中取出充满电的电池，并装载到无人机上。

通过上述的部件的布局，在双电机的情况，可以实现无人机的快速抓取电池，并更换，即在机械臂在带动机械手伸缩过程中，转盘401可配合转动，将具有充满电电池/空置的子电池容纳槽转动到机械手下方，避免只有支撑臂9或只有转盘401单独转动，寻找子电池容纳槽，导致的效率底、换电时间长的问题。对于两个或多个机械手的情况，同样使用，即每个机械手为一个或两个以上的停机平台上的无人机提供换电服务，根据车内的空间，目前可以布设2个、3个或4个换电平台。

或者，基于上述的结构，可以只有充电机构转动，则在进行换电时，将一个充满电的子电池容纳槽移动到机械手的下方，控制机械手从子电池容纳槽内取出电池安装到无人机。

或者，基于上述的结构，也可以只有机械手转动，则进行换电可参考前述的过程。

优选地，对于单电机套装的情况，还可以采用如图6或图7的离合机构实现。即可以采用一根传动轴，在传动轴的中间安装有离合器，离合器与传动轴之间通过键连接。离合器在所述支撑臂和所述充电机构之间，也可以认为在机械手和所述转盘之间；所述离合器和控制器相互连接；

所述控制器通过车体固定，并与所述支撑臂的底部和所述充电机构的上部连接，例如：所述支撑臂的底部和所述充电机构的上部采用套筒的形式固定，里面具有轴承滚珠，这样在支撑臂或转盘的转动中，控制器可以保持稳定。

所述控制器内具有上下竖直滑动的滑槽，竖直的丝杆和电机，通过电机转动，带动与所述丝杆螺纹连接的连接部上下移动，所述连接部与所述离合器连接，所述离合器分别在所述支撑臂或所述充电机构之间实现动力的脱离或啮合。

优选地，参见图6，离合器采用离合齿轮的形式，通过控制器带动拨叉升降移动，从而将动力传动到支撑臂或转盘上。

优选地，参见图7，为了实现更顺滑的离合切换，所述离合器采用为同步器，所述连接部为拨叉，通过同步器上的接合套实现动力的传递。

通过上述的方案，可以实现在单电机的情况下，切换支撑臂和充电机构的转动。同样可以实现分时控制，在支撑臂伸缩、机械手抓取或安装电池的过程中，将动力切换到充电机构，使充电机构的转盘转动，从而实现空置电池仓和满电/充电后电池的电池仓转动至机械手下方，便于快速放置/取出电池，减少机械手的等待时间，提升换电效率。

对于两个机械手的情况，同样适用。即转盘的转动，同时为两个机械手服务，只要错开两个机械手同时放置电池或取出电池的时间差，就可实现转盘的高效服务两个机械手的换电操作。

例如：在上述的实施例的步骤S32之后，第一机械手的移动过程中或放置电池过程中，转盘401继续转动，将子电池槽402移动到另一个第二机械手的下方，提供电池的放置或取出服务，服务结束后，再转动到第一机械手的下方，提供继续的换电服务。

优选的，在进行换电之前，该方法还包括：

控制位于充电机构的下方无人机停放平台表面的归位装置，用于将无人机归位在靠近机械手或充电机构之一的位置。

通过归位装置移动无人机的位置，以便对无人机进行换电。

具体的，该方法还包括：

在换电之前，将无人机停放平台探出车体，控制无人机降落在无人机停放平台。

具体可通过前述的支架一侧水平伸缩实现无人机停放平台探出车体，从而在没有遮挡的情况下更便于无人机降落。此外，支架一侧探出车体后，还可以升高，更便于无人机降落。

具体的，该方法还包括：

在换电之后，将无人机停放平台探出车体，控制无人机停放平台上的无人机放飞。

因此，换电之后，无人机可再次起飞进行巡检。

优选的，该方法还包括：

(1)在换电之前，实现无人机停放平台上的无人机与备用无人机机位上的备用无人机的换位。

上述的换位可以通过机械手完成。当只有一个机械手时，机械手抓取无人机停放平台上的无人机后，转动机械手到备用无人机机位，将抓取的无人机放置在备用无人机机位上，机械手抓取备用无人机后转动到无人机停放平台，将备用无人机放置在无人机停放平台上。

或者，当有第一机械手和第二机械手时，且第一机械手和第二机械手对称于轴心，无人机停放平台和备用无人机机位也对称于轴心时，两个机械手中的一个抓取无人机停放平台上的无人机，另一个抓取备用无人机机位上的备用无人机，转动180°，两个机械手刚好换位，将无人机放置到备用无人机机位，将备用无人机放置到无人机停放平台，从而可通过两个机械手协同工作，提高效率。

(2)在对备用无人机机位的无人机进行换电过程中，控制无人机停放平台上的备用无人机放飞。

这样在给一个无人机充电时，可以放飞另一个无人机，实现无人机不间断巡检，提高巡检的效率。

本发明实施例还提供了一种巡检车的无人机换电方法。该方法包括，采用上述实施例所述的车载无人机换电方法。

综上，本发明实施例通过采用机械手和充电机构上下层叠布置的车载无人机换电装置，大大节省了空间，从而便于在车体狭小的空间中进行换电，并且机械手和/或充电机构可转动的设计，可以根据实际情况单独转动机械手或充电机构，也可以同时转动机械手和充电机构，以便节省操作时间；采用具有多个子电池容纳槽的充电机构可以对多个电池进行充电，并节省无人机的换电时间。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种车载无人机换电方法，其特征在于，包括：

控制机械手转动到无人机上方，拆/装所述无人机的电池；

将从所述无人机拆下的所述电池收纳于所述电池的充电机构或从所述充电机构取走电池装卡在所述无人机上；

其中，所述机械手和所述充电机构上下层叠布置，且所述机械手和/或所述充电机构在水平面绕同一个轴心转动，构成车载无人机换电装置。

2.根据权利要求1所述的车载无人机换电方法，其特征在于：所述机械手包括两个，分别安装在可上下和水平伸缩的条形的支撑臂的两端；所述充电机构包括：在转盘上呈星型分布的多个子电池容纳槽；

所述绕同一个轴心转动，包括：

所述机械手位于所述充电机构的上方，且所述机械手和所述充电机构套装在一根轴上，通过电机驱动所述支撑臂转动而带动所述机械手旋转；

或，所述机械手位于所述充电机构的上方，且所述机械手和所述充电机构各自的轴心共轴无接触，分别各自具有独立的电机驱动转动。

3.根据权利要求2所述的车载无人机换电方法，其特征在于：所述机械手和所述充电机构各自的轴心共轴，所述换电方法包括：

所述机械手取出电池时，所述充电机构将一个空置的子电池容纳槽转动到所述机械手的下方，用于收纳所述机械手释放的电池；

在接收到所述机械手释放的电池后，将电池电量最大的一个子电池容纳槽转动到所述机械手的下方。

4.根据权利要求2所述的车载无人机换电方法，其特征在于：所述机械手和所述充电机构同轴套装在一根轴上，还包括：

所述支撑臂和所述充电机构之间，还安装有相互连接的离合器和控制器；所述离合器、所述支撑臂和所述充电机构套装在所述同一根轴上；

所述控制器通过车体固定，并与所述支撑臂、离合器和所述充电机构连接；

所述控制器内具有上下竖直滑动的滑槽，竖直的丝杆和电机，通过电机转动，带动与所述丝杆螺纹连接的连接部上下移动，所述连接部与所述离合器连接，所述离合器分别与所述支撑臂或所述充电机构之间实现动力的脱离或啮合。

5.根据权利要求4所述的车载无人机换电方法，其特征在于：所述换电方法包括：

所述机械手取出电池时，所述控制器带动所述离合器与所述支撑臂脱离，并下移与所述充电机构啮合；所述充电机构将一个空置的子电池容纳槽转动到所述机械手的下方，用于收纳所述机械手释放的电池；

在接收到所述机械手释放的电池后，将电池电量最大的一个子电池容纳槽转动到所述机械手的下方；

所述机械手取走电池并安装到无人机后，所述控制器带动所述离合器与所述充电机构脱离，并上移与所述机械臂啮合；

所述机械臂转动，避让无人机平台将承载的所述无人机送出到车体外。

6.根据权利要求5所述的车载无人机换电方法，其特征在于：所述无人机平台包括两个，分别位于所述轴心的径向的两端，在所述机械手的行程范围内；

还包括：第一机械手在水平移动的过程中，所述充电机构转动，将一个空置的/含有满电的子电池容纳槽转动到第二机械手的下方，用于收纳/提供电池。

7.根据权利要求3所述的车载无人机换电方法，其特征在于，从所述充电机构取走电池，装卡在所述无人机上，还包括：

将含有电池的子电池充电槽、以及机械手同时转移到距离所述无人机最近的位置，控制所述机械手从所述子电池充电槽中取走电池，并装卡在所述无人机上；

或，比较所述第一机械手和所述第二机械手分别从最近的子电池容纳槽获取电池并安装到无人机的时间，选择用时最短的所述第一机械手或所述第二机械手。

8.一种巡检车的无人机换电方法，其特征在于，包括，采用如权利要求1～7任一项所述的车载无人机换电方法。

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