CN204096090U - 一种无人机系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种无人机系统，包含无人机和无人机用起落装置，在所述无人机底座上设有外置电源输入接口，以及在所述无人机用起落固定装置上设有与所述外置电源输入接口相适配的外置电源输出接口。该装置可以很好地克服现有的无人机自动更换平台更换电池的过程中存在的断电缺陷，避免了因断电换电池，造成的无人机搭载的传感器，微型操作系统的重启以及数据丢失。保证了无人机飞行的连续性以及数据传输的稳定性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种无人机系统。
背景技术
目前，无人机在民用领域和军用领域应用广泛，民用领域主要包括地图测绘、地质勘测、灾害监测、气象探测、空中交通管制、边境控制、通信中继、农药喷洒等，军用领域主要包括电子干扰、高空航拍、高空制导等领域。但是由于机载电池重量与机载电池功率的限制，小型无人机的飞行时间很短，所以我们需要频繁更换电池，手动更换电池相当麻烦，而且非常耗费人力，特别是在偏远地区执行任务，人力更换电池难度很大。
申请专利号为201210401648的中国专利公开了一种小型多旋翼无人机的电池自动更换系统，该系统可以实现在自制无人机电池更换平台下的无人机电池快速更换，采用插槽式的电池更换方法简单方便，但是每一次电池更换过程中，一旦电池撤去无人机就会自动断电，所有无人机上的设备都会停止工作，包括搭载的微型操作系统以及各种传感器。等电池重新换上之后再重新启动无人机，以及无人机上搭载的传感器，但是如果无人机正在传输所探测的数据，一旦换电池断电就容易发生传输错误，而且包括微型操作系统，以及众多精密的传感器在内的无人机搭载仪器，从重新启动到正常恢复运转，中间还有一个系统自身的驱动时间。
申请专利号为201220461117.6的中国专利公开了一种无人机及其自动充电方法。实现了无人机定时起飞巡航，定时返航充电，提高了无人机工作效率。该系统的供电模块主要是分两部分，第一部分利用控制单元，根据定位图像信息发出控制命令控制所述无人机调整降落位置，将无人机上的充电电极和供电模块的电极片对接。第二部分是无人机无线充电，充电模块均设有用于进行无线充电的电池感应线圈，在电磁感应充电距离50cm内均可进行充电。但是第一种电极对接的充电方式设计，利用图像定位信息不断调整无人机位置，使得两电极相对接，准确度较差，成本高而且实时性较差。第二种无线充电模式，首先这种充电方式的技术尚未成熟，在无人机飞行的过程中进行无人机悬停充电效率低。电磁充电方法由于无人机上搭载了众多的精密传感器，强大的电磁波，可能会影响传感器的准确度，使得传感器出现误报的情况。
申请专利号为201220536584.0的中国专利公开了一种小型无人机电池自动更换装置，该装置方便可靠，可以有效解决小型多旋翼无人机人工频繁更换电池的问题，能够让小型多旋翼无人机更长时间自主的在野外执行侦测任务，但是无人机更换电池的过程中断电，这样很大程度上破坏了无人机飞行和传感器运行的连续性，还有可能在断电情况下造成数据的丢失或者错误。另外，利用视觉定位调整无人机充电电极与电源电极对接，效率较低，而且工程复杂度高。无人机搭载的定位图像信息模块增加了无人机的载重量，电磁充电方式更是会对无人机机载传感器造成干扰。所以针对小型多旋翼无人机不断电电池自动更换系统的研发相当必要。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种结构简单且能够保证无人机电池更换过程中不断电的无人机系统。
本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案
一种无人机系统，包含无人机，在所述无人机的底座上设有外置电源输入接口，以及在所述无人机用起落固定装置上设有与所述外置电源输入接口相适配的外置电源输出接口。
优选的，所述无人机底座为正六边形。
优选的，所述无人机用起落固定装置上设有两个夹具。
优选的，在无人机正六边形底座底部的各边中间位置都设有外置电源输入接口，在无人机用起落固定装置夹具的相应位置设有与所述外置电源输入接口数量相等且一一对应的外置电源输出接口。
优选的，所述夹具呈“V”字形。
优选的，所述“V”字形的角度为120度。
本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
该装置可以很好地克服现有的无人机自动更换平台更换电池的过程中存在的断电缺陷，避免了因断电换电池，造成的无人机搭载的传感器，微型操作系统的重启以及数据丢失。保证了无人机飞行的连续性以及数据传输的稳定性。
附图说明
图1是本实用新型无人机底座接入电源接口及无人机用起落架固定装置电源接口示意图。
图2是本实用新型的结构示意图。
图3是电池结构图。
图4是电池刚进入小型多旋翼无人机的镂空俯瞰图。
图5是电池接通图。
图6是小型多旋翼无人机的电池自动更换系统总体结构图。
图7是起落架固定板正面图。
图8是起落架固定板背面图。
图9是存放备用电池的电池存储盘正面图。
图10是存放备用电池的电池存储盘背面图。
图11是机械手结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：
一种无人机系统，包含无人机，在所述无人机底座上设有外置电源输入接口，以及在所述无人机用起落固定装置上设有与所述外置电源输入接口相适配的外置电源输出接口。所述无人机底座为正六边形。所述无人机用起落固定装置上设有两个夹具。在无人机正六边形机架底部的各边中间位置都设有外置电源输入接口，在无人机用起落固定装置夹具的相应位置设有与所述外置电源输入接口数量相等且一一对应的外置电源输出接口。
一种小型无人机不断电电池自动更换装置，包含多履带小车、电池存储盘、无人机用起落架固定装置、起落架固定板、起落架固定板支架、电池存储盘支架和机械手，所述外置电源输出接口安装在无人机用起落架固定装置上，所述多履带小车上方设置起落架固定板，所述起落架固定板通过起落架固定板支架与多履带小车相固连，所述起落支架固定板上方设置无人机用起落固定装置，所述固定板中心设置与电池大小相配合的电池入口，起落架固定板的下方设置电池存储盘，所述电池存储盘通过电池存储盘的支架与多履带小车相固连，所述机械手设置在电池存储盘下方，在无人机底座上设有多个电源接入接口，以及在无人机用起落架固定装置上设有与所述无人机底座上的电源接入接口一一对应且活动连接的电源接口。
如图1所示，无人机为正六边形无人机正六边形机架底部的各边中间位置都有一个弹簧式充电电极片4.1，在无人机固定平台夹具的相应位置电源电机4.2，也装上相应的充电弹簧式电极片，当传感器检测到无人机已降落到平台，发出控制命令驱动电机使得无人机底部正六边形支架被夹具夹住时。在外界电源电路中装有传感器，当检测到电极对接，系统随机得从四组电极片中选择一对电极片，对电路进行供电。当外接电源接通时，控制器随即发一个命令，开始无人机电池更换。这样就能保证无人机电池更换过程中无人机不断电。
如图2、3、4、5所示，小型多旋翼无人机包括起落架底座1.1、电池插头1.2、电池槽1.3、电池压缩板1.4、弹簧1.5、控制单元1.6。小型多旋翼无人机中间的控制单元1.6下方是电池槽1.3，电池槽1.3下方是电池大小的镂空，电池安装进去与镂空成十字交叉放置，电池插座与插头采用盲插方式，电池上的插头与多旋翼无人机上的插座为一对接的组合插件，当与镂空成十字交叉放置时实现自动接通。电池槽上通过弹簧驱动的电池压缩板1.4自动实现电池的压缩固定。多旋翼无人机上可以设置数码相机，无线发射/接收装置通过小型多旋翼无人机的控制单元连接。供电的电池仓安装在多旋翼无人机的控制单元下方。整体通过起落架与地面接触。当进行完90度旋转之后电池上的插孔与小型多旋翼无人机电池槽1.3里面的插头正好实现对接，然后通过电池槽1.3里面的弹簧1.5带动电池压缩板1.4进行压缩固定实现接通。
结合图6、图9、图10，一种小型多旋翼无人机的电池自动更换系统，包括多履带小车6.0、电池存储盘4.0、无人机用起落架固定装置3.3、起落架固定板3.0、起落架固定板支架7.0、电池存储盘支架8.0和机械手5.0，所述多履带小车6.0上方设置起落架固定板3.0，该起落架固定板3.0通过起落架固定板支架7.0与多履带小车6.0相固连，起落架固定板3.0上方设置无人机用起落架固定装置3.3，该固定板中心设置与电池大小相配合的电池入口，起落架固定板3.0的下方设置电池存储盘4.0，该电池存储盘4.0通过电池存储盘的支架7.0与多履带小车6.0相固连，电池存储盘4.0下方设置机械手5.0。
电池存储盘4.0上设置六个存储电池的卡槽，该六个卡槽均匀分布在电池存储盘上,每个卡槽的中心线均位于电池存储盘4.0的直径上，卡槽上装载电池，卡槽下方开有通孔，机械手5.0可从卡槽下方的通孔穿出并将电池抓紧后从固定板中心的电池入口处推出，最终推送给无人机；所述电池存储盘4.0的中心设置连杆4.4，连杆上固连齿轮4.5，电池存储盘4.0的下方设置电机4.3，电机4.3可带动齿轮4.5旋转，最终带动电池存储盘4.0旋转。每换一次电池，电池存储盘4.0转动30度。
所述多履带车6.0在正常的履带式小车两个前轮增加了一个成45度向上偏角的履带，通过前轮驱动增加的履带轮进行障碍物的爬坡操作，履带式小车可以实现一些危险地带的小型多旋翼无人机的电池自动更换，大大增加了此小型多旋翼无人机的电池自动更换平台的运用范围。
结合图7，起落架固定板的最上方是着陆是标志物板3.0，无人机的摄像头通过识别标志物板3.0实现小型多旋翼无人机位姿确定。所述标志物板3.0正面有：大回字3.1、小回字3.2。这部分是小型多旋翼无人机上的摄像头能够识别确定位姿的着陆标志物板，两侧是与起落架相吻合两个固定抓手3.3，就是实现当小型多旋翼无人机在平台上有点歪斜的时候，实现自动固定。中间的圆孔可以让电池包括后面的升降杆转手自由出入。当小型多旋翼无人机的六边形起落架落到平台上之后可以实现图7的抓取示意图。
结合图7、图1、图8，所述无人机用起落架固定装置包括两个抓手3.3，该两个抓手相对设置，每个抓手均呈“V”字形，“V”字形的角度为120度，起落架固定板的下方设置抓手电机3.4、齿轮3.5和抓手杆子3.6，抓手电机3.4输出轴上固连齿轮3.5，齿轮3.5与抓手杆子3.6相连接，抓手电机3.4输出轴带动齿轮3.5旋转从而驱动抓手杆子3.6前进或者后退，所述两个抓手3.3在抓手电机3.4的带动下运动。由于无人机的底部是正六边形，所以，上述抓手可以很好的将无人机底部固定，即使无人机降落的时候有些偏差，抓手也可以将其固定住。
结合图11，机械手包括抓手2、摄像头4、伺服电机3、齿条9、机械手电机10、机械手齿轮5、滑轨7和升降杆1，抓手位于升降杆1的一端，抓手的中心设置摄像头4，抓手与固连在升降杆1上的伺服电机3相连接，在伺服电机的带动下旋转，升降杆1位于滑轨7上并可沿滑轨7移动，升降杆1上设置齿条8，滑轨上设置机械手电机10，机械手电机10的输出轴上固连机械手齿轮5，机械手齿轮5与齿条8相啮合，机械手电机10工作时，电机输出轴带动机械手齿轮5旋转并带动齿条8运动，最终带动升降杆1上下移动，滑轨7上还设置译码器6，该译码器6与摄像头4相连接。所述摄像头为CCD摄像头4。
地面部分的无线发射/接收装置安装在地面控制站的电脑串口上，计算软件安装在地面控制站的笔记本电脑上；小型多旋翼无人机的电池自动更换系统的地面更换电池平台的CCD摄像头能够识别的已知大小的标志物板、标志物版两侧是自动固定多旋翼无人机的起降架的固定抓手，中间是可以自动成360度旋转的放置备用电池的电池槽（每换一次电池转动30度）。转盘上总共有6个摆放电池的槽，留一空实现与小型多旋翼无人机上的电池的转换。
下面再介绍一下整个系统的工作流程。分为卸电池和装电池两个部分。
（1）卸电池部分：
A、通过升降杆抓手1上的小CCD摄像头4，透过起落架固定板中间的电池孔进行图像处理，扫描是否有小型多旋翼无人机在地面电池更换平台上。
B 、如果有小型多旋翼无人机在平台上，说明有更换电池的任务，通过控制发送指令给标志物板下的电机3.4，执行固定抓手3.3对小型多旋翼无人机起落架的固定收缩操作。
C、执行完固定任务后，升降杆抓手1通过电机10执行沿着滑轨7上升的任务，当抓手到达小型多旋翼无人机的电池卡槽部位，抓手执行固定电池操作。
D、抓手固定好电池后，通过对抓手下部的伺服电机3的控制，实现抓手对电池的旋转操作。
E、当执行完90度电池旋转操作之后，电池和转手正好可以在卡槽下部的镂空出来。
F、最后通过升降杆的电机10控制实现升降杆降落操作，当电池经过标志孔往下正好使电池落在转盘的电池槽上。最终实现电池的卸载操作。
（2）装电池部分：
A、当转盘上有电池之后，通过控制转盘下面的电机4.3，实现转盘的旋转，也就是使储备的电池旋转到对应的升降杆可以操作的位置，在这里我们设置的是30度旋转，然后通过升降杆中间的CCD摄像头4进行扫描，是否有储备的电池旋转过来，如果没有继续进行30度旋转。
B、当检测到电池后，通过对升降杆电机10的控制，使升降杆沿着滑轨7升高，转手固定住转盘上的储备电池。
C、升降杆上升，一直到小型多旋翼无人机下的电池槽位置。
D、跟上面卸载的D部分一样，通过控制抓手下的伺服电机3，实现对电池的旋转。
E、当进行完90度的旋转之后，电池槽上面的电池固定板1.4会通过弹簧1.5，使电池的插孔与小型多旋翼无人机上的插头实现盲插，进行对无人机的供电。
F、升降杆执行完这些操作之后，通过电机10控制，缩回到原来位置，然后给标志物下面的电机发送解锁指令，实现对起落架的解锁。
最终就实现了小型多旋翼无人机的电池自动更换操作。
Claims (6)
1.一种无人机系统，包含无人机，其特征在于：在所述无人机的底座上设有外置电源输入接口，以及在所述无人机用起落固定装置上设有与所述外置电源输入接口相适配的外置电源输出接口。
2.根据权利要求1所述无人机系统，其特征在于：所述无人机底座为正六边形。
3.根据权利要求1所述无人机系统，其特征在于：所述无人机用起落固定装置上设有两个夹具。
4.根据权利要求3所述无人机系统，其特征在于：在无人机正六边形底座底部的各边中间位置都设有外置电源输入接口，在无人机用起落固定装置夹具的相应位置设有与所述外置电源输入接口数量相等且一一对应的外置电源输出接口。
5.根据权利要求3所述无人机系统，其特征在于：所述夹具呈“V”字形。
6.根据权利要求5所述无人机系统，其特征在于：所述“V”字形的角度为120度。
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