CN211641870U

CN211641870U - 一种无人机充电系统

Info

Publication number: CN211641870U
Application number: CN201921487099.7U
Authority: CN
Inventors: 叶树芬; 苏成悦
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2019-09-09
Filing date: 2019-09-09
Publication date: 2020-10-09
Anticipated expiration: 2029-09-09

Abstract

本实用新型公开了一种无人机充电系统，包括无人机、移动式小车、辅助基站以及停机坪；所述无人机搭载有充电接口；所述移动式小车包括小车主体、摄像模块、GPS模块、小车通信模块、主控制器、机械手、垂直升降机构；其中，所述垂直升降机构架设于小车主体前进方向的前端，机械手通过固定部与该垂直升降机构滑动固定，摄像模块安装在该垂直升降机构顶部，GPS模块、小车通信模块和主控制器均安装在小车主体上，且主控制器分别与摄像模块、GPS模块、小车通信模块连接；所述辅助基站设有基站通信模块。本实用新型具有过程简单快捷、效率高、稳定性高、节省人力资源等优点。

Description

一种无人机充电系统

技术领域

本实用新型涉及无人机的技术领域，尤其涉及到一种无人机充电系统。

背景技术

时代在进步，无人机技术的不断提高，使得无人机已经进入到人们的日常生活，并且数量也越来越多，比如在危险救援、灯光演出、赛事直播等领域都可以看见无人机的身影。由于无人机携带电池一般续航能力为30分钟，因此无人机经常需要充电，加上在灯光演出等大型活动，无人机数量庞大，人工接线充电是一件费钱费力的事。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种过程简单快捷、效率高、稳定性高、节省人力资源的无人机充电系统。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：

一种无人机充电系统，包括无人机、移动式小车、辅助基站以及停机坪；

所述无人机搭载有充电接口；

所述移动式小车包括小车主体、摄像模块、GPS模块、小车通信模块、主控制器、机械手、垂直升降机构；其中，所述垂直升降机构架设于小车主体前进方向的前端，机械手通过固定部与该垂直升降机构滑动固定，摄像模块安装在该垂直升降机构顶部，GPS模块、小车通信模块和主控制器均安装在小车主体上，且主控制器分别与摄像模块、GPS模块、小车通信模块连接；

所述辅助基站设有基站通信模块。

进一步地，所述摄像模块包括摄像头和摄像头云台；所述摄像头云台固定在垂直升降机构顶部并承载摄像头。

进一步地，所述垂直升降机构包括垂直升降滑轨和丝杠传动机构，丝杠传动机构置于垂直升降滑轨的后侧，且丝杠传动机构中丝杠的延伸方向与垂直升降滑轨的延伸方向一致；机械手通过固定部与垂直升降滑轨滑动固定，且连接固定部的该端与丝杠传动机构固定，由丝杠传动机构带动沿着垂直升降滑轨上下升降。

进一步地，所述停机坪地表设有充电模块，该充电模块包括磁性充电插头和用于承载磁性充电插头的充电基座；

所述磁性充电插头为两直引脚插头，两直引脚均采用磁性物质制成且长短不一，长脚和短脚分别对应电源的正极和负极；磁性充电插头上除两直引脚插头外的其他部分均为非磁性物质；

所述充电基座配置有自动收线机；

所述无人机搭载的充电接口带有充电接口标识物，且充电接口开有分别与电池正极和负极对应正极孔和负极孔，该正极孔和负极孔内均设有由无人机内部电池供电的电磁铁；

所述机械手为充电磁性吸附机械手，由主控制器控制移动式小车内部电池的通断，从而实现充电磁性吸附机械手的通电磁化或消磁。

进一步地，所述辅助基站还设有帮无人机和移动式小车充电的充电电源。

进一步地，所述无人机搭载的充电接口呈带有充电接口标识物的球体状，球体表面相对的两部分分别设有与无人机电池相连的正极和负极；

所述机械手为两抓式柔性机械手，其两指抓内侧分别设有正极和负极；

当机械手夹住无人机搭载的充电接口时，两两正负极连通。

进一步地，所述机械手两指抓内侧的正极和负极与直接从辅助基站内充电电源拉出的充电线相连。

进一步地，所述停机坪设有天花板。

进一步地，所述天花板上铺设有由辅助基站充电电源供电的电网，而小车主体安装有接到该电网取电的垂直电杆，所述机械手两指抓内侧的正极和负极与该垂直电杆连通。

进一步地，所述天花板上铺设有纵向传动导轨和横向传动导轨，两者均由丝杆传动机构组成；

丝杆传动机构包括电机、螺杆、滑块；螺杆的一端与电机的输出轴连接，滑块沿着螺杆来回移动；

其中，两组丝杆传动机构平衡排列，构成纵向传动导轨；

第三组丝杆传动机构与纵向传动导轨垂直，第三组丝杆传动机构中的电机与螺杆远离电机的一端分别固定于构成纵向传动导轨的两组丝杆传动机构中的滑块的底部，构成横向传动导轨；

所述小车主体安装有吊杆，该吊杆的一端与小车主体固定，另一端与横向传动导轨中的滑块固定；移动式小车通过吊杆固定悬挂在天花板上；

所述移动式小车中的主控制器分别与三组丝杆传动机构中的电机连接，控制电机工作；

所述机械手两指抓内侧的正极和负极与从辅助基站内充电电源拉出的充电线相连，该充电线为弹簧螺旋电线，其先绕到天花板上，再经过吊杆，最后到达机械手。

与现有技术相比，本方案原理及优点如下：

1.移动式小车充当接线的角色，为无人机自动连接供电充足的电源，从而避免人工接线以及借助充电间接存储工具，有利于实现无人机充电无人化管理，提高充电的稳定性。

2.移动式小车只充当接线的角色，并非充电电源，一辆移动式小车可服务多台无人机，从而提高无人机充电的效率。

3.为无人机充电时，采用两直引脚的磁性充电插头，两直引脚均采用磁性物质制成且长短不一，长脚和短脚分别对应电源的正极和负极，从而使得即使一个引脚接反另外一个引脚也不会连接上；另外，磁性充电插头上除两直引脚插头外的其他部分均为非磁性物质，有利于精准吸附。

4.用于承载磁性充电插头的充电基座配置有自动收线机，当移动式小车执行完充电任务并取下磁性充电插头后，自动收线机会将电源线收回充电，防止电源线缠绕。

5.将原本从辅助基站引出的连接在机械手上的无人机充电线，改为地网式供电方式，在停机坪的天花上铺设通电的电网，移动式小车通过垂直电杆从天花取电，使得无人机充电时充电线不会交叉，便于移动式小车的快速移动。

6.机械手采用两抓式柔性机械手，由于无人机采用球体状充电接口，电极的接触面为曲面，两抓式柔性机械手能完整贴合球面，使得电源和无人机的电极能更好接触，提高充电质量。

7.摄像头安装在摄像头云台上，而摄像头云台固定在垂直升降机构的顶部，保证了移动式小车的定位视觉范围足够大，加快了识别无人机准确位置的速度，云台可以将摄像头上下俯仰，避免了障碍物阻挡视线。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的服务作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例一所述一种无人机充电系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一所述一种无人机充电系统中移动式小车的结构示意图；

图3为本实用新型实施例二所述一种无人机充电系统的结构示意图；

图4为本实用新型实施例三所述一种无人机充电系统的结构示意图(省略了辅助基站)；

图5为本实用新型实施例四所述一种无人机充电系统的结构示意图(省略了辅助基站和停机坪的地面)。

图中附图标记：

1-无人机、2-移动式小车、3-辅助基站、4-停机坪、2-1-小车主体、2-2-摄像模块、2-3-机械手、2-4垂直升降机构、2-4-1-垂直升降滑轨、2-4-2-丝杠传动机构、5-充电模块、5-1-磁性充电插头、5-2-充电基座、6-固定部。

具体实施方式

下面结合四个具体实施例对本实用新型作进一步说明：

实施例一：

如图1-2所示，本实施例所述的一种无人机充电系统，包括无人机1、移动式小车2、辅助基站3以及停机坪4；

无人机1搭载有充电接口；

移动式小车2包括小车主体2-1、摄像模块2-2、GPS模块、小车通信模块、主控制器、机械手2-3、垂直升降机构2-4；其中，垂直升降机构2-4架设于小车主体2-1前进方向的前端，机械手2-3通过固定部6与该垂直升降机构2-4滑动固定，摄像模块2-2安装在该垂直升降机构2-4顶部，GPS模块、小车通信模块和主控制器均安装在小车主体2-1上，且主控制器分别与摄像模块2-2、GPS模块、小车通信模块连接；

辅助基站3设有基站通信模块；

具体地，摄像模块2-2包括摄像头和摄像头云台；摄像头云台固定在垂直升降机构2-4顶部并承载摄像头；

垂直升降机构2-4包括垂直升降滑轨2-4-1和丝杠传动机构2-4-2，丝杠传动机构2-4-2置于垂直升降滑轨2-4-1的后侧，且丝杠传动机构2-4-2中丝杠的延伸方向与垂直升降滑轨2-4-1的延伸方向一致；机械手2-3通过固定部6与垂直升降滑轨2-4-1滑动固定，且连接固定部6的该端与丝杠传动机构2-4-2固定，由丝杠传动机构2-4-2带动沿着垂直升降滑轨2-4-1上下升降。

停机坪4地表设有充电模块5，该充电模块5包括磁性充电插头5-1和用于承载磁性充电插头5-1的充电基座5-2；

所述磁性充电插头5-1为两直引脚插头，两直引脚均采用磁性物质制成且长短不一，长脚和短脚分别对应电源的正极和负极；磁性充电插头5-1上除两直引脚插头外的其他部分均为非磁性物质；

充电基座5-2配置有自动收线机；

无人机1搭载的充电接口带有充电接口标识物，且充电接口开有分别与电池正极和负极对应正极孔和负极孔，该正极孔和负极孔内均设有由无人机1内部电池供电的电磁铁；

机械手2-3为充电磁性吸附机械手，由主控制器控制移动式小车2内部电池的通断，从而实现充电磁性吸附机械手的通电磁化或消磁。

移动式小车(2)安装有麦克纳姆轮，通过麦克纳姆轮实现全向移动。

本实施例一的工作原理如下：

当无人机1执行完任务停落在停机坪4上时，辅助基站3通过基站通信模块接受到无人机1的停靠信息，并获取无人机1所降落的位置信息后，从辅助基站3派出移动式小车2，移动式小车2在得知辅助基站3传输的无人机1位置信息以及利用GPS模块定位出自身的坐标的情况下，通过主控制器计算出行走路径，并根据行走路径到达无人机1停落位置附近。

当移动式小车2行走到无人机1停落位置附近后，通过摄像头搜索无人机1附近的充电模块5磁性充电插头5-1上的充电接口标识物(无人机1会停落在充电模块5附近)，根据摄像头采集到的图像信息，主控制器控制移动式小车2的位置，从而调节充电磁性吸附机械手的X、Y轴的位置，再通过垂直升降机构2-4调整充电磁性吸附机械手的Z轴高度，对准后，主控制器控制移动式小车2自身的电池供电，对充电磁性吸附机械手进行磁化，将磁性充电插头5-1吸附在充电磁性吸附机械手上。(本过程应用到基于摄像头来进行路径识别，由于这属于现有的技术，本实施例不作详细描述)

当摄像头检测到吸附成功以后，摄像头开始搜索无人机1机脚上充电接口的充电接口标识物，根据摄像头图像信息，主控制器再控制移动式小车2的位置，从而调节充电磁性吸附机械手的X、Y轴的位置，再通过垂直升降机构2-4调整充电磁性吸附机械手的Z轴高度，对准后，主控制器控制移动式小车2自身的电池断电，充电磁性吸附机械手消磁，同时，对无人机1充电接口中正极孔和负极孔内的电磁铁进行磁化，将磁性充电插头5-1吸附在充电接口上，实现为无人机1进行充电。

此时移动式小车2可以继续为其他无人机1执行同样的连接电源任务，直到无人机1充满电后，移动式小车2再取下无人机1上的磁性充电插头5-1并放回的充电基座5-2上(此过程需要为充电磁性吸附机械手磁化以及无人机1充电接口中正极孔和负极孔内的电磁铁消磁)。

本实施例一中，磁性充电插头5-1为两个直引脚插头，并且两个引脚的长度不一致，长引脚会比短引脚长一倍以上，因而即使一个引脚接反另外一个引脚也不会连接上；磁性充电插头上除两直引脚插头外的其他部分均为非磁性物质，有利于精准吸附。

另外，充电基座5-2配置了自动收线机，当移动式小车2取下无人机1上的磁性充电插头5-1并放回的充电基座5-2后，自动收线机会将电源线收回充电基座5-2，防止电源线缠绕。

实施例二：

如图3所示，本实施例二与实施例一相比，停机坪4地表无需设充电模块5；

辅助基站3还设有帮无人机1和移动式小车2充电的充电电源；

无人机1搭载的充电接口呈带有充电接口标识物的球体状，球体表面相对的两部分分别设有与无人机1电池相连的正极和负极；

机械手2-3为两抓式柔性机械手，其两指抓内侧分别设有与直接从辅助基站3内充电电源拉出的充电线相连的正极和负极；

当机械手2-3夹住无人机1搭载的充电接口时，两两正负极连通。

本实施例二的工作原理与实施例一的工作原理的区别在于：

移动式小车2直接从辅助基站3内的充电电源中拉出一条充电线，充电时，两抓式柔性机械手夹紧球体状的充电接口，两抓式柔性机械手内侧面完整贴合球面，使得两者中的两两正负极连通，提高充电质量。

实施例三：

如图4所示，本实施例三与实施例二相比，停机坪4设有天花板，天花板上铺设有由辅助基站3充电电源供电的电网，而小车主体2-1安装有接到该电网取电的垂直电杆，机械手两指抓内侧的2-3正极和负极与该垂直电杆连通。

本实施例三的工作原理与实施例二的工作原理的区别在于：

将原本从辅助基站3引出的连接在机械手2-3上的无人机充电线，改为地网式供电方式，在停机坪4的天花上有通电的电网，移动式小车2通过垂直电杆从天花取电，使得无人机充电线不会交叉，便于移动式小车2的快速移动。

实施例四：

如图5所示，本实施例四与实施例三相比，天花板上铺设有纵向传动导轨和横向传动导轨，两者均由丝杆传动机构组成；

其中，两组丝杆传动机构平衡排列，构成纵向传动导轨；

小车主体2-1安装有吊杆，该吊杆的一端与小车主体2-1固定，另一端与横向传动导轨中的滑块固定；移动式小车2通过吊杆固定悬挂在天花板上；

移动式小车2中的主控制器分别与三组丝杆传动机构中的电机连接，控制电机工作；

机械手两指抓内侧的2-3正极和负极与从辅助基站3内充电电源拉出的充电线相连，该充电线为弹簧螺旋电线，其先绕到天花板上，再经过吊杆，最后到达机械手。

本实施例四的工作原理与实施例三的工作原理的区别在于：

将移动式小车2的移动方式改为固定悬挂在天花上的吊车，电源线采用弹簧螺旋电线，吊车根据无人机1停落的位置，沿着纵向传动导轨和横向传动导轨滑动到无人机1停落位置。

以上所述之实施例子只为本实用新型之较佳实施例，并非以此限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种无人机充电系统，其特征在于，包括无人机(1)、移动式小车(2)、辅助基站(3)以及停机坪(4)；

所述无人机(1)搭载有充电接口；

所述移动式小车(2)包括小车主体(2-1)、摄像模块(2-2)、GPS模块、小车通信模块、主控制器、机械手(2-3)、垂直升降机构(2-4)；其中，所述垂直升降机构(2-4)架设于小车主体(2-1)前进方向的前端，机械手(2-3)通过固定部(6)与该垂直升降机构(2-4)滑动固定，摄像模块(2-2)安装在该垂直升降机构(2-4)顶部，GPS模块、小车通信模块和主控制器均安装在小车主体(2-1)上，且主控制器分别与摄像模块(2-2)、GPS模块、小车通信模块连接；

所述辅助基站(3)设有基站通信模块。

2.根据权利要求1所述的一种无人机充电系统，其特征在于，所述摄像模块(2-2)包括摄像头和摄像头云台；所述摄像头云台固定在垂直升降机构(2-4)顶部并承载摄像头。

3.根据权利要求2所述的一种无人机充电系统，其特征在于，所述垂直升降机构(2-4)包括垂直升降滑轨(2-4-1)和丝杠传动机构(2-4-2)，丝杠传动机构(2-4-2)置于垂直升降滑轨(2-4-1)的后侧，且丝杠传动机构(2-4-2)中丝杠的延伸方向与垂直升降滑轨(2-4-1)的延伸方向一致；机械手(2-3)通过固定部(6)与垂直升降滑轨(2-4-1)滑动固定，且连接固定部(6)的该端与丝杠传动机构(2-4-2)固定，由丝杠传动机构(2-4-2)带动沿着垂直升降滑轨(2-4-1)上下升降。

4.根据权利要求3所述的一种无人机充电系统，其特征在于，所述停机坪(4)地表设有充电模块(5)，该充电模块(5)包括磁性充电插头(5-1)和用于承载磁性充电插头(5-1)的充电基座(5-2)；

所述磁性充电插头(5-1)为两直引脚插头，两直引脚均采用磁性物质制成且长短不一，长脚和短脚分别对应电源的正极和负极；

所述充电基座(5-2)配置有自动收线机；

所述无人机(1)搭载的充电接口带有充电接口标识物，且充电接口开有分别与电池正极和负极对应正极孔和负极孔，该正极孔和负极孔内均设有由无人机(1)内部电池供电的电磁铁；

所述机械手(2-3)为充电磁性吸附机械手，由主控制器控制移动式小车(2)内部电池的通断，从而实现充电磁性吸附机械手的通电磁化或消磁。

5.根据权利要求3所述的一种无人机充电系统，其特征在于，所述辅助基站(3)还设有帮无人机(1)和移动式小车(2)充电的充电电源。

6.根据权利要求5所述的一种无人机充电系统，其特征在于，所述无人机(1)搭载的充电接口呈带有充电接口标识物的球体状，球体表面相对的两部分分别设有与无人机(1)电池相连的正极和负极；

所述机械手(2-3)为两抓式柔性机械手，其两指抓内侧分别设有正极和负极；

当机械手(2-3)夹住无人机(1)搭载的充电接口时，两两正负极连通。

7.根据权利要求6所述的一种无人机充电系统，其特征在于，所述机械手(2-3)两指抓内侧的正极和负极与直接从辅助基站(3)内充电电源拉出的充电线相连。

8.根据权利要求6所述的一种无人机充电系统，其特征在于，所述停机坪(4)设有天花板。

9.根据权利要求8所述的一种无人机充电系统，其特征在于，所述天花板上铺设有由辅助基站(3)充电电源供电的电网，而小车主体(2-1)安装有接到该电网取电的垂直电杆，所述机械手(2-3)两指抓内侧的正极和负极与该垂直电杆连通。

10.根据权利要求8所述的一种无人机充电系统，其特征在于，所述天花板上铺设有纵向传动导轨和横向传动导轨，两者均由丝杆传动机构组成；

其中，两组丝杆传动机构平衡排列，构成纵向传动导轨；

所述小车主体(2-1)安装有吊杆，该吊杆的一端与小车主体(2-1)固定，另一端与横向传动导轨中的滑块固定；移动式小车(2)通过吊杆固定悬挂在天花板上；

所述移动式小车(2)中的主控制器分别与三组丝杆传动机构中的电机连接，控制电机工作；

所述机械手(2-3)两指抓内侧的正极和负极与从辅助基站(3)内充电电源拉出的充电线相连，该充电线为弹簧螺旋电线，其先绕到天花板上，再经过吊杆，最后到达机械手。