CN206602409U - 一种无人机自动充电装置 - Google Patents

Abstract

一种无人机自动充电装置，采用底板、定位装置、驱动装置、锁紧装置和充电装置的结构设计，利用科学优化的充电方法；大大改善了现有无人机充电技术的不足，所述定位装置用于无人机降落时的定位，保证无人机安全准确的降落在专用卡槽内；所述驱动装置为锁紧装置提供相关动力；所述锁紧装置用于完成对无人机的锁死固定工作，并将充电电极准确对准无人机受电电极；充电装置：用于对无人机进行充电作业；本实用新型防雨防水，可以安装在任何高度和地方，无需人工干预；抗风性能良好，技术成熟、安全可靠、定位简单、成本低廉；标准构型设计，重量较轻、加工装配方便，适合于大批量生产。

Description

一种无人机自动充电装置

技术领域

本实用新型属于充电技术领域，尤其是一种无人机自动充电装置。

背景技术

无线充电可以让人们的生活更加便捷，可以消除电源插接可能导致的虚接、电弧、电网波动、电能无效消耗等问题，在手机充电、电动车充电以及无人机充电等应用领域，越来越得到关注；

无人机是一种历史悠久的飞行器具，以前主要是运用在一些环境恶劣、危险性很高的工作领域，由于使用的范围很小，所以没有大量普及运用。近年来，各国都加大了对无人机的研发和投入，大大提升了无人机的技术和性能，扩大了无人机的使用范围，特别是在民用领域获得了长足的发展，在提高工作效率，加强人身安全保障等方面，有着不可替代的优势。无人机的发展也是推陈出新，方兴未艾，呈现出了一片欣欣向荣的景象。目前开发的无人机主要有：地图测绘景街拍摄无人机、地质勘测无人机、自然灾害监测无人机、低空气象探测无人机、空中交通管制无人机、边境控制无人机、通信中继无人机、农业害虫监测、农药喷洒无人机、海洋监测无人机、绿化环保无人机，野生动物追踪及监测无人机；快速邮递业务无人机、航空体育摄影无人机、高压电力巡检无人机等，几乎渗透到了我们日常生活和工作的方方面面；

无人机有许多得天独厚的优势：不受地面交通拥堵的影响，速度快，可以直接完成点对点的服务工作，因此效率高，但缺点也是很明显的：就是受无人机结构及重量的限制一般航程较短，不能完成连续长时间大航程的飞行要求，民用无人机尤甚；如何解决无人机在途中补充能量来完成后续的飞行任务问题，目前采用的主要方法是设置无人机自动充电装置，作为无人机中继获取能量的方便驿站；

目前国际国内主要有一下几种充电方式：

1.微波共振耦合方式：

优点是：采用非接触式充电，防水性和防尘性高；

缺点是：不能防风抗风，由于是非接触式，充电时有损耗，效率不高，装置工作不稳定，尚在实验阶段；

2.金属平板式充电方式：

优点是：采用有线充电方式，充电效率高；

缺点是：采用触点完成充电，无人机不能锁死，不能抗风防水，必须安装有遮雨棚；

3.空中对接式充电方式：

充电头在空中受空气湍流影响不能准确定位，与无人机无法精确对接，因此在短期时间内不能使用，尚在实验阶段；

4.利用高压输电线充电方式：

优点是：利用高压输电线路发出的磁场为无人机充电，无需设置充电装置，亦属于非接触式充电方式，主要运用于高压电力巡检领域；缺点是充电时间较长，受天气影响较大，运用领域较窄，目前尚处于概念阶段；

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种无人机自动充电装置及其充电方法，该装置基于以上无人机充电装置的技术和市场现状，以简便、实用、安全可靠、成本低廉为理念，进而设计开发而成；满足了结构安全可靠，抗风防水防尘，操作简单，维护方便，无人值守，充电方法技术成熟等各项要求；

一种无人机自动充电装置，包括：底板，还包括：定位装置、驱动装置、锁紧装置和充电装置；

所述定位装置、驱动装置、锁紧装置和充电装置均设置在底板上；

定位装置：负责无人机降落时的定位，保证无人机安全准确的降落在专用卡槽内；

作为一种举例说明，所述定位装置包括：外壳、超声波传感器、机载控制电路和充电平台控制电路；

作为一种应用举例说明，所述机载控制电路和充电平台控制电路均采用现有控制单元，且其均不设置在该实用新型的机械结构内；

所述超声波传感器安装在所述底板上,所述外壳安装在所述底板的专用固定孔上；

定位装置的运行原理：当无人机飞临充电装置的上空时，所述无人机本体自带的定位装置与充电平台上的所述定位装置，通过通讯信号的建立进行自动联络，保证无人机以正确的姿态，将着陆撬对准外壳上的专设凹槽降落，当四个接触开关闭合同时发出信号时，表明无人机已经正常降落，由锁紧装置迅速将无人机锁定，进行充电；

作为一种举例说明，所述专设凹槽的尺寸可根据不同种类的无人机着陆撬，进行相应的尺寸变换设计；

驱动装置：为锁紧装置提供相关动力；

作为一种举例说明，所述驱动装置包括：传动齿轮、传动轴、齿轮键、联轴器、轴承座、中间轴承座、电机、接触开关、电机座；

所述电机座安装在所述底板的预设位置上,然后将所述电机安装在电机座的固定孔内，并依次安装中间轴承座和轴承座，将所述联轴器安装在电机轴上，将两个传动齿轮、安装在传动轴上的专用位置，并将齿轮键与传动轴固定；然后将所述传动轴的一端穿过齿条与联轴器安装,另一端安装在中间轴承座和轴承座上，调整齿轮位置与齿条啮合，将传动轴安装调到传动工作要求的状态；

作为一种举例说明，所述接触开关安装在底板上的预设位置，并与所述外壳的专设凹槽处相对应；

驱动装置的运行原理：当无人机降落后，着陆撬落入外壳上设置的专用凹槽内，当四个接触开关同时闭合时，表明无人机着陆撬已经完全到位，所述充电平台控制电路接通所述电机电路，此时电机通电后根据控制要求自动执行顺时针或逆时针方向旋转，通过联轴器带动传动轴同步旋转，将力矩传递给传动齿轮并带动所述锁紧装置的齿条移动完成锁紧工作；

锁紧装置：完成对无人机的锁死固定工作，并将充电电极准确对准无人机受电电极；

作为一种举例说明，所述锁紧装置包括：齿条安装座、齿条、垫板、U型抱卡、板簧、销轴、第二接触开关；

所述齿条安装座是齿条的安装机架，将两组齿条分别插装在齿条安装座的方孔内；所述垫板安装在齿条的一端，为所述板簧提供压缩阻力点，板簧套装在齿条的插销上，再将所述U型抱卡插孔插入齿条的插销上,然后将所述销轴穿入U型抱卡和齿条的长孔内，并穿入开口销将销轴固定，所述第二接触开关安装在所述底板的预设位置，用于检验锁紧装置是否完成锁紧工作的状态；

锁紧装置运行原理：所述齿条在传动齿轮的带动下左右移动，通过板簧的弹力，推动U型抱卡朝无人机着陆撬方向移动。当U型抱卡到达锁死位置时，第二接触开关闭合,输出信号控制驱动装置停止工作，完成锁死动作；

充电装置：用于对无人机进行充电作业；

作为一种举例说明，所述充电装置包括：电极座、充电电极、弹簧、接线座、接线端子以及充电控制电路；

所述弹簧套装在电极轴上，所述电极轴装入电极座上的预设方孔内并将轴伸出，在伸出的部分安装接线座，所述接线端子安装在接线座上，保证电极在预设方孔内能够自由活动，最后将组装好的电极座安装在U型抱卡上；

充电装置的运行原理：所述充电装置安装在所述锁紧装置的U型抱卡上，并随着U型抱卡左右移动，在U型抱卡尚未锁紧无人机着陆撬时，所述电极先于U型抱卡接触安装在无人机着陆撬上的受电电极.并在弹簧的作用下，紧密与着陆撬上的受电电极接触；当U型抱卡锁紧无人机着陆撬时，通过锁紧装置的第二接触开关发出的信号，充电控制电路向充电电极加电，开始正式充电；当无人机充电完毕后，充电控制电路向充电平台控制电路发出解锁动作指令，U型抱卡自动返回初始位置，同时带动充电装置同步返回；完成充电动作；所述充电控制电路采用现有技术产品，本实用新型主要设计构思是采用现有各类控制单元实现特殊机械结构的工作效果；

一种无人机自动充电方法，包括如下技术步骤：

步骤一、无人机着落定位：

①当无人机需要补充电能的时候，无人机在GPS信号的引导下，飞向最近的本实用新型之一种无人机自动充电装置；

②当无人机进入到超声波感知的范围内时，GPS导航信号自动切换到超声波定位的功能上来；在超声波定位信号的引导下，无人机自动调整降落方向和位置，并保持一定的位置精度，使着陆撬对准外壳上设置的专用凹槽缓缓降落，并在自身重力的牵引下落入凹槽内，使着陆撬准确的插入专用凹槽内，四个接触开关同时向平台控制电路发出无人机已经安全着陆并且进入预定卡槽位置，做好充电准备的信号；

作为一种举例说明，所述凹槽的形状设计为倒梯形；

作为一种举例说明，所述凹槽的底部还设置有排水孔，用于雨天雨水的及时排除，避免水位灌满凹槽后引起的短路现象；

作为一种举例说明，所述接触开关还可以采用位置开关或位置传感器中的一种或者组合模式；

步骤二、驱动装置控制锁紧装置锁死；

平台控制电路发出开关信号，电机得电旋转，驱动传动轴和齿轮转动，带动齿条左右运动，通过板簧的弹力，使U形卡槽将无人机着陆撬锁死在凹槽内，同时充电电极插入无人机着陆撬上的充电电极内，所述电极在弹簧提供的弹力下保持与充电电极紧密有效接触；

步骤三、无人机充电；

无人机被锁死后，第二接触开关发出准备就绪的信号，控制电机停止旋转，此时接通充电控制电路，为所述电极加电，开始为无人机电池充电；

步骤四、无人机解锁飞离；

当所述充电控制电路检测到无人机受电电池的电压达到额定值后，发出指令，自动切断充电电源，电极断电，然后驱动电机反向旋转，带动齿条移动，使U形卡槽缩回，同时充电电极随同U形卡槽同步缩回，对无人机的着陆撬实施解锁动作，无人机可随时重新起飞，完成后续的航程任务。

有益效果：

1.本实用新型完全防雨防水，适合雨天等恶劣天气条件下进行正常充电工作；

2.可以安装在任何高度和地方，不需要人工进行干预；

3.因为有锁死机构，抗风性能良好，只要无人机能够正常降落即可，不用考虑无人机被风吹动移走的问题；

4.可以和国家电网、光伏发电站联合一起使用，组成集发电、充电一体的集成体系；

5.技术成熟、安全可靠、定位简单、成本低廉；

6.标准构型设计，重量较轻、加工装配方便，适合于大批量生产；

附图说明

图1为本实用新型一种无人机自动充电装置之充工作示意图

图2为本实用新型一种无人机自动充电装置之结构正向示意图

图3为本实用新型一种无人机自动充电装置之结构侧视示意图

图4为本实用新型一种无人机自动充电装置之整体结构俯视示意图

图5为本实用新型一种无人机自动充电装置之侧视示意图标号Ⅰ范围的三倍比例放大图

具体实施方式

下面，参考附图1至图5所示，一种无人机自动充电装置，包括：底板022，还包括：定位装置、驱动装置、锁紧装置和充电装置；

定位装置：负责无人机降落时的定位，保证无人机安全准确的降落在专用卡槽内；

作为一种举例说明，所述定位装置包括：外壳001、超声波传感器021、机载控制电路和充电平台控制电路；

作为一种应用举例说明，所述机载控制电路和充电平台控制电路均采用现有控制单元，且其均不设置在该实用新型的机械结构内；

所述超声波传感器021安装在所述底板022上,所述外壳001安装在所述底板的专用固定孔上；

定位装置的运行原理：当无人飞临充电装置的上空时，所述无人机本体自带的定位装置与充电平台上的所述定位装置，通过通讯信号的建立进行自动联络，保证无人机以正确的姿态，将着陆撬对准外壳001上的专设凹槽降落，当四个接触开关020闭合同时发出信号时，表明无人机已经正常降落，由锁紧装置迅速将无人机锁定，进行充电；

作为一种举例说明，所述专设凹槽的尺寸可根据不同种类的无人机着陆撬，进行相应的尺寸变换设计；

驱动装置：为锁紧装置提供相关动力；

作为一种举例说明，所述驱动装置包括：传动齿轮004、传动轴005、齿轮键006联轴器016、轴承座017、中间轴承座018、电机019、接触开关020、电机座023；

所述电机座023安装在所述底板022的预设位置上,然后将所述电机019安装在电机座023的固定孔内，并依次安装中间轴承座018和轴承座017，将所述联轴器安装在电机轴上，将两个传动齿轮004、安装在传动轴005上的专用位置，并将齿轮键006与传动轴固定；然后将所述传动轴的一端穿过齿条与联轴器安装,另一端安装在中间轴承座018和轴承座017上，调整齿轮位置与齿条啮合，将传动轴安装调整到传动工作要求的状态；

作为一种举例说明，所述接触开关020安装在底板022上的预设位置，并与所述外壳001的专设凹槽处相对应；

驱动装置的运行原理：当无人机降落后，着陆撬落入外壳001上设置的专用凹槽内，当四个接触开关020同时闭合时，表明无人机着陆撬已经完全到位，所述充电平台控制电路接通所述电机电路，此时电机通电后根据控制要求自动执行顺时针或逆时针方向旋转，通过联轴器带动传动轴同步旋转，将力矩传递给传动齿轮并带动所述锁紧装置的齿条完成锁紧工作；

锁紧装置：完成对无人机的锁死固定工作，并将充电电极准确对准无人机受电电极；

作为一种举例说明，所述锁紧装置包括：齿条安装座002、齿条003、垫板007、U型抱卡008、板簧009、销轴011、第二接触开关024；

所述齿条安装座002是齿条003的安装机架，将两组齿条分别插装在齿条安装座的放孔内；所述垫板007安装在齿条的一端，为所述板簧009提供压缩阻力点，板簧套装在齿条的插销上，再将所述U型抱卡008插孔插入齿条的插销上,然后将所述销轴011穿入U型抱卡和齿条的长孔内，并穿入开口销将销轴固定，所述第二接触开关024安装在所述底板022的预设位置，用于检验锁紧装置是否完成锁紧工作的状态；

锁紧装置运行原理：所述齿条003在传动齿轮004的带动下左右移动，通过板簧的弹力，推动U型抱卡008朝无人机着陆撬方向移动。当U型抱卡008到达锁死位置时，第二接触开关024闭合,输出信号控制驱动装置停止工作，完成锁死动作；

充电装置：用于对无人机进行充电作业；

作为一种举例说明，所述充电装置包括：电极座010、充电电极012、弹簧013、接线座014、接线端子015以及充电控制电路；

所述弹簧013套装在电极012轴上，所述电极轴装入电极座010上的预设方孔内并将轴伸出，在伸出的部分安装接线座014，所述接线端子015安装在接线座014上，保证电极012在预设方孔内能够自由活动，最后将组装好的电极座010安装在U型抱卡008上；

充电装置的运行原理：所述充电装置安装在所述锁紧装置的U型抱卡008上，并随着U型抱卡左右移动，在U型抱卡尚未锁紧无人机着陆撬时，所述电极012先于U型抱卡接触安装在无人机着陆撬上的受电电极.并在弹簧的作用下，紧密与着陆撬上的受电电极接触；当U型抱卡锁紧无人机着陆撬时，通过锁紧装置的第二接触开关024发出的信号，充电控制电路向充电电极加电，开始正式充电；当无人机充电完毕后，充电控制电路向充电平台控制电路发出解锁动作指令，U型抱卡自动返回初始位置，同时带动充电装置同步返回；完成充电动作；

一种无人机自动充电方法，包括如下技术步骤：

步骤一、无人机着落定位：

①当无人机需要补充电能的时候，无人机在GPS信号的引导下，飞向最近的本实用新型之一种无人机自动充电装置；

②当无人机进入到超声波感知的范围内时，GPS导航信号自动切换到超声波定位的功能上来；在超声波定位信号的引导下，无人机自动调整降落方向和位置，并保持一定的位置精度，使着陆撬对准外壳上设置的专用凹槽缓缓降落，并在自身重力的牵引下落入凹槽内，使着陆撬准确的插入专用凹槽内，四个接触开关同时向平台控制电路发出无人机已经安全着陆并且进入预定卡槽位置，做好充电的准备工作；

作为一种举例说明，所述凹槽的形状设计为倒梯形；

作为一种举例说明，所述接触开关还可以采用位置开关或位置传感器中的一种或者组合模式；

步骤二、驱动装置控制锁紧装置锁死；

平台控制电路发出开关信号，电机得电旋转，驱动传动轴和齿轮转动，带动齿条左右运动，通过板簧的弹力，使U形卡槽将无人机着陆撬锁死在凹槽内，同时充电电极插入无人机着陆撬上的受电电极内，所述电极在弹簧提供的弹力下保持与受电电极紧密有效接触；

步骤三、无人机充电；

无人机被锁死后，第二接触开关发出准备就绪的信号，控制电机停止旋转，此时接通充电控制电路，为所述电极加电，开始为无人机电池充电；

步骤四、无人机解锁飞离；

当所述充电控制电路检测到无人机受电电池的电压达到额定值后，发出指令，自动切断充电电源，电极断电，然后驱动电机反向旋转，带动齿条左右移动，使U形卡槽缩回，同时充电电极随同U形卡槽同步缩回，对无人机的着陆撬实施解锁动作，无人机可随时重新起飞，完成后续的航程任务。

本实用新型完全防雨防水，必要时可在雨天进行正常充电工作；可以安装在任何高度和地方，不需要人工进行干预；抗风性能良好，因为有锁死机构，只要无人机能够正常降落即可，不用考虑无人机被风吹动移走的问题；可以和国家电网、光伏发电站联合一起使用，组成集发电、充电一体的集成体系；技术成熟、安全可靠、定位简单、成本低廉；标准构型设计，重量较轻、加工装配方便，适合于大批量生产；

以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (4)

1.一种无人机自动充电装置，包括：底板，其特征在于，还包括：定位装置、驱动装置、锁紧装置和充电装置；所述定位装置、驱动装置、锁紧装置和充电装置均设置在底板上；

所述定位装置用于无人机降落时的定位，保证无人机安全准确的降落在专用卡槽内；所述驱动装置为锁紧装置提供相关动力；所述锁紧装置用于完成对无人机的锁死固定工作，并将充电电极准确对准无人机受电电极；所述充电装置用于对无人机进行充电作业；

所述锁紧装置包括：齿条安装座、齿条、垫板、U型抱卡、板簧、销轴和第二接触开关；所述齿条安装座是齿条的安装机架，将两件齿条分别插装在齿条安装座的方孔内；所述垫板安装在齿条的一端，为所述板簧提供压缩阻力点，板簧套装在齿条的插销上，再将所述U型抱卡插孔插入齿条的插销上,然后将所述销轴穿入U型抱卡和齿条的长孔内，并穿入开口销将销轴固定，所述第二接触开关安装在所述底板的预设位置，用于检验锁紧装置是否完成锁紧工作的状态。

2.根据权利要求1所述的一种无人机自动充电装置，其特征在于，所述定位装置包括：外壳、超声波传感器、机载控制电路和充电平台控制电路；所述超声波传感器安装在所述底板上,所述外壳安装在所述底板的专用固定孔上。

3.根据权利要求1所述的一种无人机自动充电装置，其特征在于，所述驱动装置包括：传动齿轮、传动轴、齿轮键、联轴器、轴承座、中间轴承座、电机、接触开关、电机座；所述电机座安装在所述底板的预设位置上,然后将所述电机安装在电机座的固定孔内，并依次安装中间轴承座和轴承座，将所述联轴器安装在电机轴上，将两个传动齿轮安装在传动轴上的专用位置上，并将齿轮键与传动轴固定；然后将所述传动轴的一端穿过齿条与联轴器安装,另一端安装在中间轴承座和轴承座上，调整齿轮位置与齿条啮合，将传动轴安装调整到传动工作要求的状态。

4.根据权利要求1所述的一种无人机自动充电装置，其特征在于，所述充电装置包括：电极座、充电电极、弹簧、接线座、接线端子以及充电控制电路；所述弹簧套装在电极轴上，所述电极轴装入电极座上的预设方孔内并将轴伸出，在伸出的部分安装接线座，所述接线端子安装在接线座上，保证电极在预设方孔内能够自由活动，最后将组装好的电极座安装在U型抱卡上。