CN114771856A - 一种无人机换电池机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机换电池机构，包括一电池夹持机械手升降机构，电池夹持机械手升降机构顶部的升降平台上设置有电池夹持机械手旋转机构，电池夹持机械手旋转机构顶部的旋转平台上设置有电池夹持机械手伸缩机构底部的伸缩滑块上设置有电池夹持机械手横向移动机构，电池夹持机械手横向移动机构底部的两个横向移动支座上分别设置有一个电池夹持机械手，电池夹持机械手伸缩机构顶部的固定平台上设置有无人机开关机机构。本发明通过结合无人机的外形结构特点和电池外形，以及整机设计方案，设计出了一种结构紧凑，性能可靠，成本低廉的无人机换电池机构，能够作为核心功能部件用于无人值守无人机停机坪，实现无人机的自动换电池。

Description

一种无人机换电池机构

技术领域

本发明属于机械自动化领域，具体涉及一种无人机换电池机构。

背景技术

无人机已经逐渐被广泛应用于当今社会的很多领域中。不过由于无人机是通过电池来实现供电和续航的，因此无人机在电池没电时还是需要通过工作人员的回收，来实现电池的人工更换。目前的市面上就是缺少一种可以自动更换无人机电池的机构或装置，使得无人机停机坪可以实现成熟可靠的无人值守。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种无人机换电池机构，能在无人机夹持机构的配合下，实现无人机电池的自动更换。

为解决上述技术问题，实现上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种无人机换电池机构，包括电池夹持机械手升降机构、电池夹持机械手旋转机构、电池夹持机械手伸缩机构、电池夹持机械手横向移动机构、电池夹持机械手以及无人机开关机机构；

所述电池夹持机械手旋转机构设置在所述电池夹持机械手升降机构顶部的升降平台上，所述电池夹持机械手伸缩机构设置在电池夹持机械手旋转机构顶部的旋转平台上，所述电池夹持机械手横向移动机构设置在所述电池夹持机械手伸缩机构底部的伸缩滑块上，所述电池夹持机械手横向移动机构底部的两个横向移动支座上分别设置有一个所述电池夹持机械手， 两个所述电池夹持机械手呈左右对称分布，所述无人机开关机机构设置在所述电池夹持机械手伸缩机构顶部的固定平台上；

所述电池夹持机械手用于夹取和释放电池，以实现无人机电池的拆卸和安装，所述电池夹持机械手升降机构用于带动两个所述电池夹持机械手到达无人机电池仓所在的高度，所述电池夹持机械手旋转机构用于带动两个所述电池夹持机械手在无人机电池仓和电池存放处之间的转动，以实现电池的转移，所述电池夹持机械手伸缩机构用于带动两个所述电池夹持机械手向前或向后运动，以对准无人机两侧的电池仓，所述电池夹持机械手横向移动机构用于带动两个所述电池夹持机械手向无人机电池仓横向靠拢并接触，所述无人机开关机机构用于打开或关闭无人机的电源开关。

进一步的，所述电池夹持机械手升降机构包括一块升降机构底板，所述升降机构底板上表面的前后两侧分别设置有一块升降机构立板，两块所述升降机构立板的左端之间和两块所述升降机构立板的右端之间均通过升降机构立板连接板固定连接，两块所述升降机构立板内侧面的左右两侧均设置有一条升降机构滑轨，位于同一块所述升降机构立板上的两条所述升降机构滑轨上通过对应的升降滑块共同设置有一块升降平台安装板，前后两块所述升降平台安装板的顶部共同设置有一个用于安装所述电池夹持机械手旋转机构的升降平台，所述升降平台和所述所述升降平台安装板之间连接有升降平台支撑板；所述升降机构底板上表面的中部设置有一个升降电机支架，所述升降电机支架的顶部并排嵌设有一个竖直向下的升降电机和一个竖直的升降机构联轴器，所述升降电机的电机轴上设置有升降机构主动轮，所述升降机构联轴器的底端设置有升降机构同步轮，所述升降机构主动轮和所述升降机构同步轮之间绕设有升降机构同步带，所述升降机构联轴器的顶端与一根升降机构滚珠丝杠的螺杆底端连接，所述升降机构滚珠丝杠的螺母与所述升降平台固定连接，所述升降机构滚珠丝杠的螺杆顶端向上穿过所述升降平台。

进一步的，任意一块所述升降机构立板的内侧面上设置有两个用于检测所述升降平台是否升降到位到位的第一光电传感器，两个所述第一光电传感器上下排列，任意一块所述升降平台安装板的侧端面上设置有一个能与两个所述第一光电传感器配合的第一遮光片，所述第一遮光片与两个所述第一光电传感器位于同一侧，当所述升降平台上升到位时，所述第一遮光片触发上部的所述第一光电传感器，当所述升降平台下降到位时，所述第一遮光片触发下部的所述第一光电传感器。

进一步的，所述电池夹持机械手旋转机构包括一块旋转机构减速机安装板，所述旋转机构减速机安装板通过若干根旋转机构立柱设置在所述电池夹持机械手升降机构的升降平台上方，所述旋转机构减速机安装板上设置有一个竖直向下的旋转机构减速机，所述旋转机构减速机的输入端与旋转电机连接，所述旋转机构减速机的输出端向上穿过所述旋转机构减速机安装板后与一个用于安装所述电池夹持机械手伸缩机构的旋转平台，所述旋转机构减速机安装板的上表面设置有若干用于保持所述旋转平台转动稳定性的旋转平台垫块。

进一步的，所述旋转机构减速机采用法兰输出型减速机，所述旋转电机采用伺服电机。

进一步的，所述旋转机构减速机安装板的上表面设置有两个用于检测所述旋转平台是否转动到位的第二光电传感器，所述旋转平台的下表面设置有一个能与两个所述第二光电传感器配合的第二遮光片，当所述旋转平台带动所述电池夹持机械手转动至无人机方向时，所述第二遮光片触发其中的一个所述第二光电传感器，当所述旋转平台带动所述电池夹持机械手转动至电池存放处方向时，所述第二遮光片触发其中的另一个所述第二光电传感器。

进一步的，所述电池夹持机械手伸缩机构包括一个用于安装所述无人机开关机机构的固定平台，所述固定平台通过若干根伸缩机构立柱设置在所述电池夹持机械手旋转机构的旋转平台上方，所述固定平台的下表面通过前后两个旋转机构轴承座设置一根伸缩机构滚珠丝杠，所述伸缩机构滚珠丝杠的螺杆通过伸缩机构联轴器与一个安装在所述固定平台下表面的伸缩电机连接，所述伸缩机构滚珠丝杠的螺母上套设有一个用于安装所述电池夹持机械手横向移动机构的伸缩滑块，所述伸缩滑块的上表面与安装在所述固定平台下表面左右两侧的伸缩机构滑轨滑动连接。

进一步的，所述固定平台任意一侧的端面上设置有两个用于检测所述伸缩滑块是否伸缩移动到位的第三光电传感器，两个所述第三光电传感器前后排列，所述伸缩滑块的一个侧面上设置有一个能与所述第三光电传感器配合的第三遮光片，当所述伸缩滑块伸处到位时，所述第三遮光片触发前方的所述第三光电传感器，当所述伸缩滑块回缩到位时，所述第三遮光片触发后方的所述第三光电传感器。

进一步的，所述电池夹持机械手横向移动机构包括一块横向移动机构安装板，所述横向移动机构安装板上表面的中部与所述电池夹持机械手伸缩机构的伸缩滑块固定连接，所述横向移动机构安装板下表面的左右两侧均通过两个横向移动机构轴承座设置有一根横向移动机构梯形丝杠，两根所述横向移动机构梯形丝杠上的螺母分别套设有一个横向移动滑块，两个所述横向移动滑块的上表面与安装在所述横向移动机构安装板下表面前后两侧的横向滑动机构滑轨滑动连接，两个所述横向移动滑块的下表面均设置有一个用于安装所述电池夹持机械手的横向移动支座，所述横向移动机构安装板上表面的左右两侧均设置有一个横向移动电机，两个所述横向移动电机的电机轴上均设置有一个横向移动机构主动轮，每根所述横向移动机构梯形丝杠的螺杆外端均设置有一个横向移动机构同步轮，位于同一侧的所述横向移动机构主动轮和所述横向移动机构同步轮之间绕设有横向移动机构同步带。

进一步的，所述横向移动机构安装板后端面的左右两侧均通过光电传感器滑槽设置有内外两个用于检测所述横向移动滑块是否横向移动到位的第四光电传感器，四个所述第四光电传感器通过所述光电传感器滑槽实现间距可调，两个所述横向移动滑块的后端面上均设置有一个能与同侧的两个所述第四光电传感器配合的第四遮光片，当左右两个所述横向移动滑块向内横向移动到位时，两个所述第四遮光片分别触发两个位于内侧的所述第四光电传感器，当左右两个所述横向移动滑块向外横向移动到位时，两个所述第四遮光片分别触发两个位于外侧的所述第四光电传感器。

进一步的，所述电池夹持机械手包括一块机械手安装板，所述机械手安装板的外侧面与所述电池夹持机械手横向移动机构中的一个横向移动支座固定连接，所述机械手安装板内侧面的前半部通过前后两个机械手轴承座设置有一根左右旋梯形丝杠，所述左右旋梯形丝杠的左右两个螺母上分别设置有一夹持滑块，两个所述夹持滑块的外侧面均与安装在所述机械手安装板内侧面上下两侧的机械手滑轨滑动连接，位于前侧的所述夹持滑块的内侧面上设置有用于夹持电池前侧面的前夹持板，位于后侧的所述夹持滑块的内侧面上设置有用于夹持电池后侧面的后夹持板，所述后夹持板的前端面上设置有软质电池夹持头和软质电池接触块，所述机械手安装板内侧面的后半部设置有一个机械手夹持电机，所述机械手夹持电机的电机轴通过机械手联轴器与左右旋梯形丝杠的螺杆连接。

进一步的，所述机械手安装板上设置有两个用于检测两个所述夹持滑块是否开合到位的第五光电传感器，两个第五光电传感器前后排列，两个所述夹持滑块上分别设置有一个能够与其中一个所述第五光电传感器对应配合的第五遮光片，当两个所述夹持滑块打开到位时，其中一个所述第五遮光片触发与其对应的所述第五光电传感器，当两个所述夹持滑块合拢到位时，其中另一个所述第五遮光片触发与其对应的所述第五光电传感器。

进一步的，所述无人机开关机机构包括一块开关机机构安装板，所述开关机机构安装板通过若干开关机机构支撑块设置在所述电池夹持机械手伸缩机构的固定平台上方，所述开关机机构安装板的上表面设置有一个可前后伸缩的电动推杆，所述电动推杆通过推杆连接件与一根微型电缸伸缩杆固定连接，所述微型电缸伸缩杆通过开关机机构滑块与安装在所述开关机机构安装板上表面的开关机机构滑轨滑动连接，所述微型电缸伸缩杆的前端面上设置有一个用于打开和关闭无人机电源开关的微型电缸。

进一步的，所述微型电缸伸缩杆的一个侧面上设置有两个用于检测所述微型电缸伸缩杆是否伸缩到位的第六光电传感器，两个所述第六光电传感器前后排列，所述开关机机构安装板上设置有一个可与两个所述第六光电传感器配合的第六遮光片，当所述微型电缸伸缩杆伸出到位时，所述第六遮光片触发前侧的所述第六光电传感器，当所述微型电缸伸缩杆回缩到位时，所述第六遮光片触发后侧的所述第六光电传感器。

本发明的有益效果为：

本发明通过结合无人机的外形结构特点和电池外形，以及整机设计方案，设计出了一种结构紧凑，性能可靠，成本低廉的无人机换电池机构，能够作为核心功能部件用于无人值守无人机停机坪，实现无人机在开机状态下或关机状态下的自动换电池。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

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

图1为本发明的整体结构立体图；

图2为本发明的电池夹持机械手升降机构和电池夹持机械手旋转机构装配后的侧面立体图；

图3为本发明的的电池夹持机械手升降机构和电池夹持机械手旋转机构装配后的底面立体图；

图4为本发明的电池夹持机械手旋转机构和电池夹持机械手伸缩机构装配后的侧面立体图；

图5为本发明的电池夹持机械手旋转机构和电池夹持机械手伸缩机构装配后的底面立体图；

图6为本发明的电池夹持机械手伸缩机构和电池夹持机械手横向移动机构装配后的侧面立体图；

图7为为本发明的电池夹持机械手伸缩机构和电池夹持机械手横向移动机构装配后的背面立体图；

图8为本发明的电池夹持机械手横向移动机构和电池夹持机械手装配后的侧面立体图；

图9为本发明的电池夹持机械手装配后的内侧面立体图；

图10为本发明的电池夹持机械手装配后的外侧面立体图；

图11为本发明的电池夹持机械手伸缩机构和无人机开关机机构装配后的侧面立体图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。此处所作说明用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

参见图1所示，一种无人机换电池机构，包括电池夹持机械手升降机构1、电池夹持机械手旋转机构2、电池夹持机械手伸缩机构3、电池夹持机械手横向移动机构4、电池夹持机械手5以及无人机开关机机构6；

所述电池夹持机械手旋转机构2设置在所述电池夹持机械手升降机构1顶部的升降平台上，所述电池夹持机械手伸缩机构3设置在电池夹持机械手旋转机构2顶部的旋转平台上，所述电池夹持机械手横向移动机构4设置在所述电池夹持机械手伸缩机构3底部的伸缩滑块上，所述电池夹持机械手横向移动机构4底部的两个横向移动支座上分别设置有一个所述电池夹持机械手5， 两个所述电池夹持机械手5呈左右对称分布，所述无人机开关机机构6设置在所述电池夹持机械手伸缩机构3顶部的固定平台上；

所述电池夹持机械手5用于夹取和释放电池，以实现无人机电池的拆卸和安装，所述电池夹持机械手升降机构1用于带动两个所述电池夹持机械手5到达无人机电池仓所在的高度，所述电池夹持机械手旋转机构2用于带动两个所述电池夹持机械手5在无人机电池仓和电池存放处之间的转动，以实现电池的转移，所述电池夹持机械手伸缩机构3用于带动两个所述电池夹持机械手5向前或向后运动，以对准无人机两侧的电池仓，所述电池夹持机械手横向移动机构4用于带动两个所述电池夹持机械手5向无人机电池仓横向靠拢并接触，所述无人机开关机机构6用于打开或关闭无人机的电源开关。

进一步的，参见图2-3所示，所述电池夹持机械手升降机构1包括一块升降机构底板7，所述升降机构底板7上表面的前后两侧分别设置有一块升降机构立板8，两块所述升降机构立板8的左端之间和两块所述升降机构立板8的右端之间均通过升降机构立板连接板9固定连接，两块所述升降机构立板8内侧面的左右两侧均设置有一条升降机构滑轨10，位于同一块所述升降机构立板8上的两条所述升降机构滑轨10上通过对应的升降滑块11共同设置有一块升降平台安装板12，前后两块所述升降平台安装板12的顶部共同设置有一个用于安装所述电池夹持机械手旋转机构2的升降平台13，所述升降平台13和所述所述升降平台安装板12之间连接有升降平台支撑板14；所述升降机构底板7上表面的中部设置有一个升降电机支架15，所述升降电机支架15的顶部并排嵌设有一个竖直向下的升降电机16和一个竖直的升降机构联轴器17，所述升降电机16的电机轴上设置有升降机构主动轮18，所述升降机构联轴器17的底端设置有升降机构同步轮19，所述升降机构主动轮18和所述升降机构同步轮19之间绕设有升降机构同步带20，所述升降机构联轴器17的顶端与一根升降机构滚珠丝杠21的螺杆底端连接，所述升降机构滚珠丝杠21的螺母与所述升降平台13固定连接，所述升降机构滚珠丝杠21的螺杆顶端向上穿过所述升降平台13。

进一步的，任意一块所述升降机构立板8的内侧面上设置有两个用于检测所述升降平台13是否升降到位到位的第一光电传感器22，两个所述第一光电传感器22上下排列，任意一块所述升降平台安装板12的侧端面上设置有一个能与两个所述第一光电传感器22配合的第一遮光片23，所述第一遮光片23与两个所述第一光电传感器22位于同一侧，当所述升降平台13上升到位时，所述第一遮光片23触发上部的所述第一光电传感器22，当所述升降平台13下降到位时，所述第一遮光片23触发下部的所述第一光电传感器22。

进一步的，参见图2-5所示，所述电池夹持机械手旋转机构2包括一块旋转机构减速机安装板24，所述旋转机构减速机安装板24通过若干根旋转机构立柱25设置在所述电池夹持机械手升降机构1的升降平台上方，所述旋转机构减速机安装板24上设置有一个竖直向下的旋转机构减速机26，所述旋转机构减速机26的输入端与旋转电机27连接，所述旋转机构减速机26的输出端向上穿过所述旋转机构减速机安装板24后与一个用于安装所述电池夹持机械手伸缩机构3的旋转平台28，所述旋转机构减速机安装板24的上表面设置有若干用于保持所述旋转平台28转动稳定性的旋转平台垫块29。

进一步的，所述旋转机构减速机26采用法兰输出型减速机，所述旋转电机27采用伺服电机。

进一步的，所述旋转机构减速机安装板24的上表面设置有两个用于检测所述旋转平台28是否转动到位的第二光电传感器30，所述旋转平台28的下表面设置有一个能与两个所述第二光电传感器30配合的第二遮光片31，当所述旋转平台28带动所述电池夹持机械手5转动至无人机方向时，所述第二遮光片31触发其中的一个所述第二光电传感器30，当所述旋转平台28带动所述电池夹持机械手5转动至电池存放处方向时，所述第二遮光片31触发其中的另一个所述第二光电传感器30。

进一步的，参见图4-7所示，所述电池夹持机械手伸缩机构3包括一个用于安装所述无人机开关机机构6的固定平台32，所述固定平台32通过若干根伸缩机构立柱33设置在所述电池夹持机械手旋转机构2的旋转平台上方，所述固定平台32的下表面通过前后两个旋转机构轴承座34设置一根伸缩机构滚珠丝杠35，所述伸缩机构滚珠丝杠35的螺杆通过伸缩机构联轴器36与一个安装在所述固定平台32下表面的伸缩电机37连接，所述伸缩机构滚珠丝杠35的螺母上套设有一个用于安装所述电池夹持机械手横向移动机构4的伸缩滑块38，所述伸缩滑块38的上表面与安装在所述固定平台32下表面左右两侧的伸缩机构滑轨39滑动连接。

进一步的，所述固定平台32任意一侧的端面上设置有两个用于检测所述伸缩滑块38是否伸缩移动到位的第三光电传感器40，两个所述第三光电传感器40前后排列，所述伸缩滑块38的一个侧面上设置有一个能与所述第三光电传感器40配合的第三遮光片41，当所述伸缩滑块38伸处到位时，所述第三遮光片41触发前方的所述第三光电传感器40，当所述伸缩滑块38回缩到位时，所述第三遮光片41触发后方的所述第三光电传感器40。

进一步的，参见图6-9所示，所述电池夹持机械手横向移动机构4包括一块横向移动机构安装板42，所述横向移动机构安装板42上表面的中部与所述电池夹持机械手伸缩机构3的伸缩滑块固定连接，所述横向移动机构安装板42下表面的左右两侧均通过两个横向移动机构轴承座43设置有一根横向移动机构梯形丝杠44，两根所述横向移动机构梯形丝杠44上的螺母分别套设有一个横向移动滑块45，两个所述横向移动滑块45的上表面与安装在所述横向移动机构安装板42下表面前后两侧的横向滑动机构滑轨46滑动连接，两个所述横向移动滑块45的下表面均设置有一个用于安装所述电池夹持机械手5的横向移动支座47，所述横向移动机构安装板42上表面的左右两侧均设置有一个横向移动电机48，两个所述横向移动电机48的电机轴上均设置有一个横向移动机构主动轮49，每根所述横向移动机构梯形丝杠44的螺杆外端均设置有一个横向移动机构同步轮50，位于同一侧的所述横向移动机构主动轮49和所述横向移动机构同步轮50之间绕设有横向移动机构同步带51。

进一步的，所述横向移动机构安装板42后端面的左右两侧均通过光电传感器滑槽52设置有内外两个用于检测所述横向移动滑块45是否横向移动到位的第四光电传感器53，四个所述第四光电传感器53通过所述光电传感器滑槽52实现间距可调，两个所述横向移动滑块45的后端面上均设置有一个能与同侧的两个所述第四光电传感器53配合的第四遮光片54，当左右两个所述横向移动滑块45向内横向移动到位时，两个所述第四遮光片54分别触发两个位于内侧的所述第四光电传感器53，当左右两个所述横向移动滑块45向外横向移动到位时，两个所述第四遮光片54分别触发两个位于外侧的所述第四光电传感器53。

进一步的，参见图9-10所示，所述电池夹持机械手5包括一块机械手安装板55，所述机械手安装板55的外侧面与所述电池夹持机械手横向移动机构4中的一个横向移动支座固定连接，所述机械手安装板55内侧面的前半部通过前后两个机械手轴承座56设置有一根左右旋梯形丝杠57，所述左右旋梯形丝杠57的左右两个螺母上分别设置有一夹持滑块58，两个所述夹持滑块58的外侧面均与安装在所述机械手安装板55内侧面上下两侧的机械手滑轨59滑动连接，位于前侧的所述夹持滑块58的内侧面上设置有用于夹持电池前侧面的前夹持板60，位于后侧的所述夹持滑块58的内侧面上设置有用于夹持电池后侧面的后夹持板61，所述后夹持板61的前端面上设置有软质电池夹持头62和软质电池接触块63，所述机械手安装板55内侧面的后半部设置有一个机械手夹持电机64，所述机械手夹持电机64的电机轴通过机械手联轴器65与左右旋梯形丝杠57的螺杆连接。

进一步的，所述机械手安装板55上设置有两个用于检测两个所述夹持滑块58是否开合到位的第五光电传感器66，两个第五光电传感器66前后排列，两个所述夹持滑块58上分别设置有一个能够与其中一个所述第五光电传感器66对应配合的第五遮光片67，当两个所述夹持滑块58打开到位时，其中一个所述第五遮光片67触发与其对应的所述第五光电传感器66，当两个所述夹持滑块58合拢到位时，其中另一个所述第五遮光片67触发与其对应的所述第五光电传感器66。

进一步的，参见图11所示，所述无人机开关机机构6包括一块开关机机构安装板68，所述开关机机构安装板68通过若干开关机机构支撑块69设置在所述电池夹持机械手伸缩机构3的固定平台上方，所述开关机机构安装板68的上表面设置有一个可前后伸缩的电动推杆70，所述电动推杆70通过推杆连接件71与一根微型电缸伸缩杆72固定连接，所述微型电缸伸缩杆72通过开关机机构滑块73与安装在所述开关机机构安装板68上表面的开关机机构滑轨74滑动连接，所述微型电缸伸缩杆72的前端面上设置有一个用于打开和关闭无人机电源开关的微型电缸75。

进一步的，所述微型电缸伸缩杆72的一个侧面上设置有两个用于检测所述微型电缸伸缩杆72是否伸缩到位的第六光电传感器76，两个所述第六光电传感器76前后排列，所述开关机机构安装板68上设置有一个可与两个所述第六光电传感器76配合的第六遮光片77，当所述微型电缸伸缩杆72伸出到位时，所述第六遮光片77触发前侧的所述第六光电传感器76，当所述微型电缸伸缩杆72回缩到位时，所述第六遮光片77触发后侧的所述第六光电传感器76。

参见图1-11所示，本发明的工作过程如下：

当无人机停稳在无人机夹持机构上并被夹持住时，电池夹持机械手升降机构1通过升降电机16、升降机构主动轮18、升降机构同步带20、升降机构同步轮19、升降机构滚珠丝杠21和升降平台安装板12带动升降平台13沿升降机构滑轨10上下移动，从而调整电池夹持机械手5的高度位置，直至电池夹持机械手5到达与无人机电池仓相等的高度；在电池夹持机械手升降机构1升降运动过程中，由上下两个第一光电传感器22负责检测升降平台13是否升降到位，当升降平台13上升到位时，第一遮光片23触发上部的第一光电传感器22，使其控制升降电机16停止工作，当升降平台13下降到位时，第一遮光片23触发下部的第一光电传感器22，使其控制升降电机16停止工作。

然后，电池夹持机械手旋转机构2通过旋转电机27、旋转机构减速机26带动旋转平台28水平转动，从而调整电池夹持机械手5的水平方向，直至两个电池夹持机械手5对准无人机；在电池夹持机械手旋转机构2转动过程中，由水平两个方位的第二光电传感器30负责检测旋转平台28是否转动到位，当旋转平台28带动电池夹持机械手5转动至无人机方向时，第二遮光片31触发位于无人机方位的那个第二光电传感器30，使其控制旋转电机27停止工作，当旋转平台28带动电池夹持机械手5转动至电池存放处方向时，第二遮光片31触发位于电池存放方位的那个第二光电传感器30，使其控制旋转电机27停止工作。

此时，通过预先设定程序可以选择在无人机开机况态下更换电池，或在无人机开机状态下更换电池。若旋转在关机状态，则无人机开关机机构6通过电动推杆70和推杆连接件71带动微型电缸伸缩杆72沿开关机机构滑轨74向前滑动，从而带动微型电缸75向前伸出，带动微型电缸75工作向下按动无人机电源开关，将无人机关机。在无人机开关机机构6伸缩的过程中，由前后两个第六光电传感器76来负责检测微型电缸伸缩杆72是否伸缩到位，当微型电缸伸缩杆72伸出到位时，第六遮光片77触发前侧的第六光电传感器76，使其控制电动推杆70停止工作，当微型电缸伸缩杆72回缩到位时，第六遮光片77触发后侧的第六光电传感器76，使其控制电动推杆70停止工作。

然后，电池夹持机械手伸缩机构3通过伸缩电机37、伸缩机构联轴器36、伸缩机构滚珠丝杠35带动伸缩滑块38沿伸缩机构滑轨39前后伸缩滑动，从而调整电池夹持机械手5在前后方向上的水平位置，直至两个电池夹持机械手5在前后方向上分别对准无人机左右两侧的电池仓。在电池夹持机械手伸缩机构3伸缩的过程中，由前后两个第三光电传感器40负责检测伸缩滑块38是否伸缩移动到位，当伸缩滑块38伸处到位时，第三遮光片41触发前方的第三光电传感器40，使其控制伸缩电机37停止工作，当伸缩滑块38回缩到位时，第三遮光片41触发后方的第三光电传感器40，使其控制伸缩电机37停止工作。

接着，电池夹持机械手横向移动机构4分别通过左右两侧的横向移动电机48、横向移动机构主动轮49、横向移动机构同步带51、所述横向移动机构同步轮50和横向移动机构梯形丝杠44带动两个横向移动滑块45同时沿横向滑动机构滑轨46向内或向外运动，从而调整电池夹持机械手5在左右方向上的水平位置，直至两个电池夹持机械手5在左右方向上分别覆盖到无人机左右两个电池上。在电池夹持机械手横向移动机构4横向移动的过程中，其左右两侧均通过两个第四光电传感器53负责检测各自所属的横向移动滑块45是否横向移动到位，当左右两个横向移动滑块45向内横向移动到位时，两个第四遮光片54分别触发两个位于内侧的第四光电传感器53，使其同时控制对应的横向移动电机48停止工作，当左右两个横向移动滑块45向外横向移动到位时，两个第四遮光片54分别触发两个位于外侧的第四光电传感器53，使其同时控制对应的横向移动电机48停止工作。

最后，两侧的电池夹持机械手5分别通过各自的机械手夹持电机64、机械手联轴器65、左右旋梯形丝杠57带动两个夹持滑块58同时沿机械手滑轨59做相向运动，从而使得前夹持板60和后夹持板61夹住无人机侧面的电池。在电池夹持机械手5做夹持或释放动作的过程中，由前后两个第五光电传感器66负责检测两个夹持滑块58是否开合到位，当两个夹持滑块58打开到位时，其中一个第五遮光片67触发与其对应的第五光电传感器66，使其控制机械手夹持电机64停止工作，当两个夹持滑块58合拢到位时，其中另一个第五遮光片67触发与其对应的第五光电传感器66，使其控制机械手夹持电机64停止工作。

当两个分别夹持住无人机两侧的电池后，通过电池夹持机械手升降机构1、电池夹持机械手旋转机构2、电池夹持机械手伸缩机构3、电池夹持机械手横向移动机构4的联动配合将无人机的电池从无人机两侧电池仓中取下，转移至电池存放处后释放，并继续在电池存放处夹取两块新电池；然后再通过电池夹持机械手升降机构1、电池夹持机械手旋转机构2、电池夹持机械手伸缩机构3、电池夹持机械手横向移动机构4的联动配合将两块新电池安装到无人机两侧的电池仓中，并通过无人机开关机机构6的工作将无人机的电源开关打开，最后通过电池夹持机械手升降机构1、电池夹持机械手旋转机构2、电池夹持机械手伸缩机构3、电池夹持机械手横向移动机构4的联动配合将本无人机换电池机构移出无人机的起飞范围，从而完成一次无人机的电池自动更换工作。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无人机换电池机构，其特征在于：包括电池夹持机械手升降机构（1）、电池夹持机械手旋转机构（2）、电池夹持机械手伸缩机构（3）、电池夹持机械手横向移动机构（4）、电池夹持机械手（5）以及无人机开关机机构（6）；

所述电池夹持机械手旋转机构（2）设置在所述电池夹持机械手升降机构（1）顶部的升降平台上，所述电池夹持机械手伸缩机构（3）设置在电池夹持机械手旋转机构（2）顶部的旋转平台上，所述电池夹持机械手横向移动机构（4）设置在所述电池夹持机械手伸缩机构（3）底部的伸缩滑块上，所述电池夹持机械手横向移动机构（4）底部的两个横向移动支座上分别设置有一个所述电池夹持机械手（5）， 两个所述电池夹持机械手（5）呈左右对称分布，所述无人机开关机机构（6）设置在所述电池夹持机械手伸缩机构（3）顶部的固定平台上；

所述电池夹持机械手（5）用于夹取和释放电池，以实现无人机电池的拆卸和安装，所述电池夹持机械手升降机构（1）用于带动两个所述电池夹持机械手（5）到达无人机电池仓所在的高度，所述电池夹持机械手旋转机构（2）用于带动两个所述电池夹持机械手（5）在无人机电池仓和电池存放处之间的转动，以实现电池的转移，所述电池夹持机械手伸缩机构（3）用于带动两个所述电池夹持机械手（5）向前或向后运动，以对准无人机两侧的电池仓，所述电池夹持机械手横向移动机构（4）用于带动两个所述电池夹持机械手（5）向无人机电池仓横向靠拢并接触，所述无人机开关机机构（6）用于打开或关闭无人机的电源开关。

2.根据权利要求1所述的无人机换电池机构，其特征在于：所述电池夹持机械手升降机构（1）包括一块升降机构底板（7），所述升降机构底板（7）上表面的前后两侧分别设置有一块升降机构立板（8），两块所述升降机构立板（8）的左端之间和两块所述升降机构立板（8）的右端之间均通过升降机构立板连接板（9）固定连接，两块所述升降机构立板（8）内侧面的左右两侧均设置有一条升降机构滑轨（10），位于同一块所述升降机构立板（8）上的两条所述升降机构滑轨（10）上通过对应的升降滑块（11）共同设置有一块升降平台安装板（12），前后两块所述升降平台安装板（12）的顶部共同设置有一个用于安装所述电池夹持机械手旋转机构（2）的升降平台（13），所述升降平台（13）和所述所述升降平台安装板（12）之间连接有升降平台支撑板（14）；所述升降机构底板（7）上表面的中部设置有一个升降电机支架（15），所述升降电机支架（15）的顶部并排嵌设有一个竖直向下的升降电机（16）和一个竖直的升降机构联轴器（17），所述升降电机（16）的电机轴上设置有升降机构主动轮（18），所述升降机构联轴器（17）的底端设置有升降机构同步轮（19），所述升降机构主动轮（18）和所述升降机构同步轮（19）之间绕设有升降机构同步带（20），所述升降机构联轴器（17）的顶端与一根升降机构滚珠丝杠（21）的螺杆底端连接，所述升降机构滚珠丝杠（21）的螺母与所述升降平台（13）固定连接，所述升降机构滚珠丝杠（21）的螺杆顶端向上穿过所述升降平台（13）。

3.根据权利要求2所述的无人机换电池机构，其特征在于：任意一块所述升降机构立板（8）的内侧面上设置有两个用于检测所述升降平台（13）是否升降到位到位的第一光电传感器（22），两个所述第一光电传感器（22）上下排列，任意一块所述升降平台安装板（12）的侧端面上设置有一个能与两个所述第一光电传感器（22）配合的第一遮光片（23），所述第一遮光片（23）与两个所述第一光电传感器（22）位于同一侧，当所述升降平台（13）上升到位时，所述第一遮光片（23）触发上部的所述第一光电传感器（22），当所述升降平台（13）下降到位时，所述第一遮光片（23）触发下部的所述第一光电传感器（22）。

4.根据权利要求1所述的无人机换电池机构，其特征在于：所述电池夹持机械手旋转机构（2）包括一块旋转机构减速机安装板（24），所述旋转机构减速机安装板（24）通过若干根旋转机构立柱（25）设置在所述电池夹持机械手升降机构（1）的升降平台上方，所述旋转机构减速机安装板（24）上设置有一个竖直向下的旋转机构减速机（26），所述旋转机构减速机（26）的输入端与旋转电机（27）连接，所述旋转机构减速机（26）的输出端向上穿过所述旋转机构减速机安装板（24）后与一个用于安装所述电池夹持机械手伸缩机构（3）的旋转平台（28），所述旋转机构减速机安装板（24）的上表面设置有若干用于保持所述旋转平台（28）转动稳定性的旋转平台垫块（29）；所述旋转机构减速机安装板（24）的上表面设置有两个用于检测所述旋转平台（28）是否转动到位的第二光电传感器（30），所述旋转平台（28）的下表面设置有一个能与两个所述第二光电传感器（30）配合的第二遮光片（31），当所述旋转平台（28）带动所述电池夹持机械手（5）转动至无人机方向时，所述第二遮光片（31）触发其中的一个所述第二光电传感器（30），当所述旋转平台（28）带动所述电池夹持机械手（5）转动至电池存放处方向时，所述第二遮光片（31）触发其中的另一个所述第二光电传感器（30）。

5.根据权利要求1所述的无人机换电池机构，其特征在于：所述电池夹持机械手伸缩机构（3）包括一个用于安装所述无人机开关机机构（6）的固定平台（32），所述固定平台（32）通过若干根伸缩机构立柱（33）设置在所述电池夹持机械手旋转机构（2）的旋转平台上方，所述固定平台（32）的下表面通过前后两个旋转机构轴承座（34）设置一根伸缩机构滚珠丝杠（35），所述伸缩机构滚珠丝杠（35）的螺杆通过伸缩机构联轴器（36）与一个安装在所述固定平台（32）下表面的伸缩电机（37）连接，所述伸缩机构滚珠丝杠（35）的螺母上套设有一个用于安装所述电池夹持机械手横向移动机构（4）的伸缩滑块（38），所述伸缩滑块（38）的上表面与安装在所述固定平台（32）下表面左右两侧的伸缩机构滑轨（39）滑动连接；所述固定平台（32）任意一侧的端面上设置有两个用于检测所述伸缩滑块（38）是否伸缩移动到位的第三光电传感器（40），两个所述第三光电传感器（40）前后排列，所述伸缩滑块（38）的一个侧面上设置有一个能与所述第三光电传感器（40）配合的第三遮光片（41），当所述伸缩滑块（38）伸处到位时，所述第三遮光片（41）触发前方的所述第三光电传感器（40），当所述伸缩滑块（38）回缩到位时，所述第三遮光片（41）触发后方的所述第三光电传感器（40）。

6.根据权利要求1所述的无人机换电池机构，其特征在于：所述电池夹持机械手横向移动机构（4）包括一块横向移动机构安装板（42），所述横向移动机构安装板（42）上表面的中部与所述电池夹持机械手伸缩机构（3）的伸缩滑块固定连接，所述横向移动机构安装板（42）下表面的左右两侧均通过两个横向移动机构轴承座（43）设置有一根横向移动机构梯形丝杠（44），两根所述横向移动机构梯形丝杠（44）上的螺母分别套设有一个横向移动滑块（45），两个所述横向移动滑块（45）的上表面与安装在所述横向移动机构安装板（42）下表面前后两侧的横向滑动机构滑轨（46）滑动连接，两个所述横向移动滑块（45）的下表面均设置有一个用于安装所述电池夹持机械手（5）的横向移动支座（47），所述横向移动机构安装板（42）上表面的左右两侧均设置有一个横向移动电机（48），两个所述横向移动电机（48）的电机轴上均设置有一个横向移动机构主动轮（49），每根所述横向移动机构梯形丝杠（44）的螺杆外端均设置有一个横向移动机构同步轮（50），位于同一侧的所述横向移动机构主动轮（49）和所述横向移动机构同步轮（50）之间绕设有横向移动机构同步带（51）。

7.根据权利要求6所述的无人机换电池机构，其特征在于：所述横向移动机构安装板（42）后端面的左右两侧均通过光电传感器滑槽（52）设置有内外两个用于检测所述横向移动滑块（45）是否横向移动到位的第四光电传感器（53），四个所述第四光电传感器（53）通过所述光电传感器滑槽（52）实现间距可调，两个所述横向移动滑块（45）的后端面上均设置有一个能与同侧的两个所述第四光电传感器（53）配合的第四遮光片（54），当左右两个所述横向移动滑块（45）向内横向移动到位时，两个所述第四遮光片（54）分别触发两个位于内侧的所述第四光电传感器（53），当左右两个所述横向移动滑块（45）向外横向移动到位时，两个所述第四遮光片（54）分别触发两个位于外侧的所述第四光电传感器（53）。

8.根据权利要求1所述的无人机换电池机构，其特征在于：所述电池夹持机械手（5）包括一块机械手安装板（55），所述机械手安装板（55）的外侧面与所述电池夹持机械手横向移动机构（4）中的一个横向移动支座固定连接，所述机械手安装板（55）内侧面的前半部通过前后两个机械手轴承座（56）设置有一根左右旋梯形丝杠（57），所述左右旋梯形丝杠（57）的左右两个螺母上分别设置有一夹持滑块（58），两个所述夹持滑块（58）的外侧面均与安装在所述机械手安装板（55）内侧面上下两侧的机械手滑轨（59）滑动连接，位于前侧的所述夹持滑块（58）的内侧面上设置有用于夹持电池前侧面的前夹持板（60），位于后侧的所述夹持滑块（58）的内侧面上设置有用于夹持电池后侧面的后夹持板（61），所述后夹持板（61）的前端面上设置有软质电池夹持头（62）和软质电池接触块（63），所述机械手安装板（55）内侧面的后半部设置有一个机械手夹持电机（64），所述机械手夹持电机（64）的电机轴通过机械手联轴器（65）与左右旋梯形丝杠（57）的螺杆连接。

9.根据权利要求8所述的无人机换电池机构，其特征在于：所述机械手安装板（55）上设置有两个用于检测两个所述夹持滑块（58）是否开合到位的第五光电传感器（66），两个第五光电传感器（66）前后排列，两个所述夹持滑块（58）上分别设置有一个能够与其中一个所述第五光电传感器（66）对应配合的第五遮光片（67），当两个所述夹持滑块（58）打开到位时，其中一个所述第五遮光片（67）触发与其对应的所述第五光电传感器（66），当两个所述夹持滑块（58）合拢到位时，其中另一个所述第五遮光片（67）触发与其对应的所述第五光电传感器（66）。

10.根据权利要求1所述的无人机换电池机构，其特征在于：所述无人机开关机机构（6）包括一块开关机机构安装板（68），所述开关机机构安装板（68）通过若干开关机机构支撑块（69）设置在所述电池夹持机械手伸缩机构（3）的固定平台上方，所述开关机机构安装板（68）的上表面设置有一个可前后伸缩的电动推杆（70），所述电动推杆（70）通过推杆连接件（71）与一根微型电缸伸缩杆（72）固定连接，所述微型电缸伸缩杆（72）通过开关机机构滑块（73）与安装在所述开关机机构安装板（68）上表面的开关机机构滑轨（74）滑动连接，所述微型电缸伸缩杆（72）的前端面上设置有一个用于打开和关闭无人机电源开关的微型电缸（75）；所述微型电缸伸缩杆（72）的一个侧面上设置有两个用于检测所述微型电缸伸缩杆（72）是否伸缩到位的第六光电传感器（76），两个所述第六光电传感器（76）前后排列，所述开关机机构安装板（68）上设置有一个可与两个所述第六光电传感器（76）配合的第六遮光片（77），当所述微型电缸伸缩杆（72）伸出到位时，所述第六遮光片（77）触发前侧的所述第六光电传感器（76），当所述微型电缸伸缩杆（72）回缩到位时，所述第六遮光片（77）触发后侧的所述第六光电传感器（76）。

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