CN114537206A - 电池模块及电池自动更换系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池更换技术领域，尤其涉及电池模块及电池自动更换系统，电池模块包括电池和电池固定架，电池固定架包括框架主体以及设于框架主体上的电池固定部和电池抓取部，电池固定部与电池连接，电池抓取部包括位于框架主体的顶部的第一插槽和第二插槽，第一插槽和第二插槽相对设置。电池自动更换系统包括机械手本体、设于机械手本体上的电池夹爪、以及电池模块，机械手本体能够驱动电池夹爪移动，电池夹爪能够抓取电池模块以实现无人机电池的自动更换。本发明的技术方案通过电池夹爪的插舌配合电池模块的插槽对电池进行抓取，并通过机械手本体进行移动，操作可靠且快速。

Description

电池模块及电池自动更换系统

技术领域

本发明涉及电池更换技术领域，尤其涉及电池模块及电池自动更换系统。

背景技术

传统的植保无人机更换电池作业多由人工完成，人工更换电池受作业环境与劳动强度影响较大，作业效率难以保证。而植保无人机更换电池频率极高(10分钟更换一次)，农药挥发性较强，长期处于这种环境中对人体伤害极大；因此目前的技术趋向于采用自动化手段实现电池更换，但如何对电池实现可靠抓取是目前要解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供电池模块，其便于被有效抓取，为实现电池的自动更换提供了基础。

基于此，本发明提供的电池模块包括电池和电池固定架，所述电池固定架包括框架主体以及设于所述框架主体上的电池固定部和电池抓取部，所述电池固定部与所述电池连接，所述电池抓取部包括位于所述框架主体的顶部的第一插槽和第二插槽，所述第一插槽和第二插槽相对设置。

如上所述的电池模块，所述框架主体上还设有视觉识别部，所述视觉识别部位于框架主体的上表面。

如上所述的电池模块，所述视觉识别部为表面设有识别标记的视觉识别板。

如上所述的电池模块，所述视觉识别部位于第一插槽和第二插槽之间的底部，以使第一插槽和第二插槽之间能够完全露出所述识别标记。

如上所述的电池模块，所述电池固定部设有至少两组，用于与至少两块电池连接。

如上所述的电池模块，所述框架主体上还设有定位导向孔。

使用该电池模块，其第一插槽和第二插槽能够配合电池夹爪实现对电池的可靠快速的抓取，为实现电池的自动更换提供了基础。

本发明另一方面还提供电池自动更换系统，其通过电池夹爪的插舌配合电池模块的插槽对电池进行抓取，并通过机械手本体进行移动，操作可靠且快速。

基于此，本发明提供电池自动更换系统，包括机械手本体、设于所述机械手本体上的电池夹爪、以及上述电池模块；

所述电池夹爪包括夹爪基座以及设于所述夹爪基座上的抓取装置和电池舱解锁装置，所述电池舱解锁装置用于按压电池上的锁舱键以使电池从电池舱中解锁；所述抓取装置用于抓取电池，所述抓取装置包括第一插舌、第二插舌和插舌驱动组件，所述第一插舌和第二插舌沿相背的方向延伸，所述插舌驱动组件与所述第一插舌和第二插舌连接，以驱动所述第一插舌和所述第二插舌相对远离时对应伸入所述第一插槽和第二插槽，或相对靠近时对应退出所述第一插槽和第二插槽。

如上所述的电池自动更换系统，所述抓取装置还包括导轨，所述第一插舌和第二插舌可滑动地设于所述导轨上。

如上所述的电池自动更换系统，所述插舌驱动组件包括第一抓取气缸和第二抓取气缸，所述第一抓取气缸与所述第一插舌连接，所述第二抓取气缸与所述第二插舌连接。

如上所述的电池自动更换系统，还包括视觉识别装置和激光测距装置，所述视觉识别装置和激光测距装置设于所述夹爪基座上；

所述视觉识别装置用于获取无人机电池舱和充电电池舱的位置信息，所述激光测距装置用于实时获取抓取装置到无人机电池舱或充电电池舱的距离信息；所述抓取装置能够根据所述位置信息和距离信息进行移动。

如上所述的电池自动更换系统，所述电池舱解锁装置包括顶压块和解锁驱动单元，所述顶压块朝所述夹爪基座下方伸出，所述解锁驱动单元与所述顶压块连接，用于驱动所述顶压块朝电池方向顶压。

如上所述的电池自动更换系统，还包括设于所述夹爪基座上的充电启动装置，所述充电启动装置包括顶压头和顶压头驱动单元，所述顶压头驱动单元与所述顶压头连接，用于驱动顶压头向电池方向按压。

如上所述的电池自动更换系统，还包括设于所述夹爪基座上的电池组定位装置，所述电池组定位装置包括定位销和定位销驱动单元，所述定位销驱动单元与所述定位销连接以驱动所述定位销向电池方向伸出。

如上所述的电池自动更换系统，还包括用于将需要更换电池的无人机进行定位的无人机定位矫正机构，所述无人机定位矫正机构包括停机坪、第一矫正板、第二矫正板和矫正驱动单元；

所述第一矫正板和/或所述第二矫正板可滑动地设于所述停机坪上，以使所述第一矫正板与所述第二矫正板能够相对靠近或远离；

所述第一矫正板上开设有第一矫正槽，所述第二矫正板上开设有与所述第一矫正槽相对设置的第二矫正槽；

所述矫正驱动单元与所述第一矫正板和/或所述第二矫正板连接，以驱动所述第一矫正板与所述第二矫正板相对运动。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

该电池自动更换系统通过电池夹爪的插舌配合电池模块的插槽对电池进行抓取，并通过机械手本体进行移动，操作可靠且快速。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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电池自动更换系统的结构示意图。

图2是图1中电池夹爪的结构示意图。

图3是图1中电池夹爪在抓取电池模块状态下的结构示意图，其中防护罩未示出。

图4是图3的主视图。

图5是图3的左视图。

图6是图5的C部放大图。

图7是图3至5中的电池固定架的结构示意图。

图8是图1的电池自动更换系统装配在补给平台上的结构示意图。

图9是无人机降落在图6补给平台的停机坪上的结构示意图。

图10是图9的A部放大图。

图11是图9的俯视图，其中无人机无示出。

图12是图9中的第一矫正板与停机坪的装配结构示意图。

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作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。

如图1至图12所示，本发明实施例提供一种电池自动更换系统，包括机械手本体42、设于所述机械手本体42上的电池夹爪、以及电池模块。机械手本体42能够驱动电池夹爪移动，电池夹爪能够抓取电池模块，以将无人机电池舱中的亏电电池抓取并放置在充电电池舱内进行充电，并将充电电池舱的已充电完成的足电电池抓取并放置至无人机电池舱中，从而实现无人机电池的自动更换。

所述电池模块包括电池400和电池固定架43，所述电池固定架43包括框架主体431以及设于所述框架主体431上的电池固定部432和电池抓取部433，所述电池固定部432与所述电池400连接，所述电池抓取部433包括位于所述框架主体431的顶部的第一插槽4331和第二插槽4332，所述第一插槽4331和第二插槽4332相对设置。

作为另一实施方式，框架主体431上还设有视觉识别板434，视觉识别板434位于框架主体431的上表面。具体地，视觉识别部434可采用表面设有识别标记的视觉识别板。视觉识别部434位于第一插槽4331和第二插槽4332之间的底部，以使第一插槽4331和第二插槽4332之间能够完全露出识别标记。

本实施例的电池模块，其电池固定部432设有至少两组，用于与至少两块电池连接。多块电池装置在无人机上能够提供更长的续航时间。

另外，框架主体431上还设有定位导向孔435。具体地，定位导向孔435设有两个且位于框架主体431顶部相对的两端。

设于机械手本体42上的电池夹爪包括夹爪基座411以及设于夹爪基座411上的抓取装置412和电池舱解锁装置；电池舱解锁装置用于按压电池400指无人机电池舱中的亏电电池和充电电池舱内的足电电池上的锁舱键以使电池400从电池舱指对应的无人机电池舱和充电电池舱中解锁；抓取装置412用于抓取电池400，抓取装置412包括第一插舌4122、第二插舌4123和插舌驱动组件，第一插舌4122和第二插舌4123沿相背的方向延伸，插舌驱动组件与第一插舌4122和第二插舌4123连接，以驱动所述第一插舌4122和所述第二插舌4123相对远离时对应伸入所述第一插槽4331和第二插槽4332，或相对靠近时对应退出所述第一插槽4331和第二插槽4332。

更具体地，第一插舌4122和第二插舌4123相对远离时，第一插舌4122伸入电池固定架43的第一插槽4331，第二插舌4123伸入第二插槽4332，以使电池夹爪抬起时电池400能够悬挂在电池夹爪下方，从而实现对电池400的抓取，同理，当第一插舌4122和第二插舌4123相对靠近时，第一插舌4122和第二插舌4123分别从第一插槽4331和第二插槽4332退出，以此松开对电池400的抓取。通过电池夹爪的插舌配合电池模块的插槽对电池进行抓取，并通过机械手本体进行移动，操作可靠且快速。

进一步地，抓取装置412还包括导轨4121，第一插舌4122和第二插舌4123可滑动地设于导轨4121上。

本实施例中，插舌驱动组件包括第一抓取气缸4124和第二抓取气缸4125，第一抓取气缸4124与第一插舌4122连接，第二抓取气缸4125与第二插舌4123连接。

作为又一具体实施方式，电池夹爪还包括视觉识别装置414和激光测距装置，视觉识别装置414和激光测距装置设于夹爪基座411上；视觉识别装置414用于获取无人机电池舱301和充电电池舱31的位置信息，激光测距装置用于实时获取抓取装置412到无人机电池舱301或充电电池舱31的距离信息；抓取装置412能够根据位置信息和距离信息进行移动。框架主体431上的视觉识别板配合视觉识别装置414，能够简单而准确地识别电池400的位置。

电池400上设有弹簧卡口，当将电池400放入充电电池舱31或无人机电池舱301中，充电电池舱31或无人机电池舱301会与该弹簧卡口锁定，需要顶压电池400外侧上部的解锁按钮402才能解除锁定拔出电池。而电池舱解锁装置包括顶压块4131和解锁驱动单元，顶压块4131朝夹爪基座411下方伸出，解锁驱动单元与顶压块4131连接，用于驱动顶压块4131朝电池400的方向顶压，即顶压该解锁按钮402。

本实施例的视觉识别装置414包括相机支架、单目相机、镜头和光源，相机支架自夹爪基座411一侧向外延伸，单目相机设于相机支架上，镜头和光源设于单目相机上。

电池夹爪还包括设于夹爪基座411上的充电启动装置，充电启动装置包括顶压头4161和顶压头驱动单元，顶压头驱动单元与顶压头4161连接，用于驱动顶压头4161向下按压电池400顶部的充电启动键，以开始对电池400进行充电。

电池夹爪还包括设于夹爪基座411上的电池组定位装置417，电池组定位装置417包括定位销4171和定位销驱动单元4172，定位销驱动单元4172与定位销4171连接以驱动定位销4171向电池方向伸出。具体地，定位销4171伸进框架主体431的定位导向孔435内以锁定电池400。

需要说明的是，电池400被抓起时，定位销4171未插入定位导向孔435中，电池400与电池夹爪41之间会存在一定的活动空间，使得电池400被抓起时处于悬空状态，保证了电池400在被抓起过程中能够相对电池夹爪具有一定的摆动空间从而实现柔性抓取；电池400被完全从电池舱中抓起后，定位销4171插入定位导向孔435，电池400与电池夹爪41之间无活动空间，两者完全锁定，进而能够更加精准地放置电池400。

电池夹爪还包括设于夹爪基座411上的气吹清洁装置418，用于吹净电池400上的灰尘。

电池夹爪41通过在电池夹爪41上设置电池舱解锁装置、充电启动装置、电池组定位装置417和气吹清洁装置418，可以实现更多功能的自动化操作，为无人化作业提供了基础。

另外，夹爪基座411的外周还设有防护罩4110，用于为内部的电元件提供防护作用。

本实施例的电池自动更换系统，还包括用于将需要更换电池的无人机进行定位的无人机定位矫正机构1，无人机定位矫正机构1包括停机坪10、第一矫正板11、第二矫正板12和矫正驱动单元；第一矫正板11和/或第二矫正板12可滑动地设于停机坪10上，以使第一矫正板11与第二矫正板12能够相对靠近或远离；第一矫正板11上开设有第一矫正槽110，第二矫正板12上开设有与第一矫正槽110相对设置的第二矫正槽120；矫正驱动单元与第一矫正板11和/或第二矫正板12连接，以驱动第一矫正板11与第二矫正板12相对运动。

该无人机定位矫正机构1通过设置可相对运动的第一矫正板11和第二矫正板12对无人机300进行定位，第一矫正板11和第二矫正板12相对运动的过程中，能够引导无人机上起落架定位辅助装置的前、后矫正支脚滑入对应的第一、二矫正槽中以实现无人机的定位矫正，能够有效矫正GPS定位存在的定位偏差，使得无人机的降落位置更加准确，有利于实现无人化补给。而且其结构简单，矫正动作少，能够快速地对无人机300进行定位矫正，有利于减少了无人机300补给的时间，提高了无人机300的作业效率和作业频次。

作为实施方式之一而非限定，第一矫正槽110设有两个，第二矫正槽120亦设有两个且与第一矫正槽110正对设置。当然，也可以是第一矫正槽110和第二矫正槽120均设有一个，或者第一矫正槽110和第二矫正槽120两者之一设有一个，另一设有两个，以形成三角形的限位结构。更具体地，第一矫正槽110与第二矫正槽120均为V型槽。结构简单，易于加工。更优地，所述V型槽的槽底为弧形，以与无人机的起落架定位辅助装置的圆柱形支脚相适配，弧形槽底与圆柱形支脚的外周形成面接触，使得限位更加稳定可靠。

相应地，第一矫正板11包括基板111和矫正调节板112，基板111上设有多个可选连接部1111，矫正调节板112一端可拆卸地连接在可选连接部1111上，以使矫正调节板112与基板111形成V型的第一矫正槽110，且矫正调节板112通过与不同位置的可选连接部1111连接以调节第一矫正槽110的位置；第二矫正板12与第一矫正板11的结构呈镜面对称设置。

进一步地，可选连接部1111为圆孔，矫正调节板112上设有矫正长孔1121，矫正调节板112与可选连接部1111之间通过螺栓穿过矫正长孔1121和圆孔并以螺母锁紧实现连接。圆孔和长孔的配合增强了装配尺寸的兼容性，降低了加工难度。

矫正驱动单元包括第一矫正驱动单元和第二矫正驱动单元，停机坪10上设有第一滑道101和第二滑道102，第一矫正驱动单元设于停机坪10的下方且其输出端穿过第一滑道101与第一矫正板11连接，第二矫正驱动单元设于停机坪10的下方且其输出端穿过第二滑道102与第二矫正板12连接。也可以是，所述第一矫正板11的下端穿过第一滑道101与第一矫正驱动单元连接，第二矫正板12的下端穿过第二滑道102与第二矫正驱动单元连接。

为更好地理解本申请的发明内容，将该电池夹爪更换电池的过程阐述如下：

无人机300单次作业完成后，在GPS定位导航的作用下降落在补给平台的停机坪10上的预设位置范围，该预设位置范围在第一矫正板11与第二矫正板12之间，第一矫正板11与第二矫正板12在相对靠近的过程中，引导无人机300上的矫正支脚510滑入对应的V型的矫正槽中以实现定位矫正；

无人机定位降落后，电池夹爪41上的视觉识别装置414识别无人机300的亏电电池的位置，机械手本体42根据视觉识别装置414的图像信息和激光测距装置的高度距离信息，将电池夹爪41移动至无人机300的无人机电池舱处并通过抓取装置412抓取亏电电池，电池舱解锁装置按压亏电电池上的解锁按钮，缓慢拔出无人机300中的电池，亏电电池悬吊着拔出，实现了电池的柔性抓取，然后电池组定位装置417的定位销4171伸入电池固定架43的定位导向孔435以锁定亏电电池，实现了电池的精准锁定，柔性更换电池降低了对电池的损伤并延长了电池使用寿命，机械手本体42将电池放入无人机电池充电模块3的闲置的充电电池舱31内，充电启动装置的顶压头4161向下按压电池顶部的充电开关键，以开始充电，然后机械手本体42从另一充电电池舱31内抓取足电电池安装到无人机300的无人机电池舱内，抓取过程与从无人机电池舱301内抓取亏电电池的原理相同。

本实施例中，所涉及到的驱动单元均可根据需要选用气缸、直线电机、伺服电机与滚珠丝杠组合等。

应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。此外，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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的限制。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.电池模块，其特征在于，包括电池(400)和电池固定架(43)，所述电池固定架(43)包括框架主体(431)以及设于所述框架主体(431)上的电池固定部(432)和电池抓取部(433)，所述电池固定部(432)与所述电池(400)连接，所述电池抓取部(433)包括位于所述框架主体(431)的顶部的第一插槽(4331)和第二插槽(4332)，所述第一插槽(4331)和第二插槽(4332)相对设置。

2.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，所述框架主体(431)上还设有视觉识别部(434)，所述视觉识别部(434)位于框架主体(431)的上表面。

3.根据权利要求2所述的电池模块，其特征在于，所述视觉识别部(434)为表面设有识别标记的视觉识别板。

4.根据权利要求3所述的电池模块，其特征在于，所述视觉识别部(434)位于第一插槽(4331)和第二插槽(4332)之间的底部，以使第一插槽(4331)和第二插槽(4332)之间能够完全露出所述识别标记。

5.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，所述电池固定部(432)设有至少两组，用于与至少两块电池连接。

6.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，所述框架主体(431)上还设有定位导向孔(435)。

7.电池自动更换系统，其特征在于，包括机械手本体(42)、设于所述机械手本体(42)上的电池夹爪以及如权利要求1-6任一项所述的电池模块；

所述电池夹爪包括夹爪基座(411)以及设于所述夹爪基座(411)上的抓取装置(412)和电池舱解锁装置，所述电池舱解锁装置用于按压电池(400)上的锁舱键以使电池(400)从电池舱中解锁；所述抓取装置(412)用于抓取电池(400)，所述抓取装置(412)包括第一插舌(4122)、第二插舌(4123)和插舌驱动组件，所述第一插舌(4122)和第二插舌(4123)沿相背的方向延伸，所述插舌驱动组件与所述第一插舌(4122)和第二插舌(4123)连接，以驱动所述第一插舌(4122)和所述第二插舌(4123)相对远离时对应伸入所述第一插槽(4331)和第二插槽(4332)，或相对靠近时对应退出所述第一插槽(4331)和第二插槽(4332)。

8.根据权利要求7所述的电池自动更换系统，其特征在于，所述抓取装置(412)还包括导轨(4121)，所述第一插舌(4122)和第二插舌(4123)可滑动地设于所述导轨(4121)上。

9.根据权利要求7所述的电池自动更换系统，其特征在于，所述插舌驱动组件包括第一抓取气缸(4124)和第二抓取气缸(4125)，所述第一抓取气缸(4124)与所述第一插舌(4122)连接，所述第二抓取气缸(4125)与所述第二插舌(4123)连接。

10.根据权利要求7所述的电池自动更换系统，其特征在于，还包括视觉识别装置(414)和激光测距装置，所述视觉识别装置(414)和激光测距装置设于所述夹爪基座(411)上；

所述视觉识别装置(414)用于获取无人机电池舱(301)和充电电池舱(31)的位置信息，所述激光测距装置用于实时获取抓取装置(412)到无人机电池舱(301)或充电电池舱(31)的距离信息；所述抓取装置(412)能够根据所述位置信息和距离信息进行移动。

11.根据权利要求7所述的电池自动更换系统，其特征在于，所述电池舱解锁装置包括顶压块(4131)和解锁驱动单元，所述顶压块(4131)朝所述夹爪基座(411)下方伸出，所述解锁驱动单元与所述顶压块(4131)连接，用于驱动所述顶压块(4131)朝电池(400)方向顶压。

12.根据权利要求7所述的电池自动更换系统，其特征在于，还包括设于所述夹爪基座(411)上的充电启动装置，所述充电启动装置包括顶压头(4161)和顶压头驱动单元，所述顶压头驱动单元与所述顶压头(4161)连接，用于驱动顶压头(4161)向电池(400)方向按压。

13.根据权利要求7所述的电池自动更换系统，其特征在于，还包括设于所述夹爪基座(411)上的电池组定位装置(417)，所述电池组定位装置(417)包括定位销(4171)和定位销驱动单元(4172)，所述定位销驱动单元(4172)与所述定位销(4171)连接以驱动所述定位销(4171)向电池方向伸出。

14.根据权利要求7所述的电池自动更换系统，其特征在于，还包括用于将需要更换电池的无人机进行定位的无人机定位矫正机构(1)，所述无人机定位矫正机构(1)包括停机坪(10)、第一矫正板(11)、第二矫正板(12)和矫正驱动单元；

所述第一矫正板(11)和/或所述第二矫正板(12)可滑动地设于所述停机坪(10)上，以使所述第一矫正板(11)与所述第二矫正板(12)能够相对靠近或远离；

所述第一矫正板(11)上开设有第一矫正槽(110)，所述第二矫正板(12)上开设有与所述第一矫正槽(110)相对设置的第二矫正槽(120)；

所述矫正驱动单元与所述第一矫正板(11)和/或所述第二矫正板(12)连接，以驱动所述第一矫正板(11)与所述第二矫正板(12)相对运动。

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