CN212604643U - 无人机全自动更换电池装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及无人机全自动更换电池装置，包括基座及机械手，所述基座固定在电池外壳一侧，所述基座两侧包括对称设置的夹持槽、卡扣及弹片，所述弹片可伸缩地设于夹持槽内，所述弹片与所述卡扣之间为联动结构；所述机械手包括机械爪及驱动机械爪松开或夹紧的驱动机构，所述机械爪包括左机械爪及右机械爪，所述左机械爪及右机械爪分别包括夹持部、夹手及滑块，所述夹持部固定在所述夹手上，左、右两夹手分别通过两滑块固定在导轨上左右滑动；当需要换电池时，机械手的夹持部夹紧基座的夹持槽及弹片，卡扣回缩从而将电池从无人机上抽出。本结构简单，成本低，对无人机降落后电池位置的精度要求低，控制逻辑简单且稳定性强。

Description

无人机全自动更换电池装置

技术领域

本实用新型属于无人机技术领域，尤其涉及一种无人机全自动更换电池装置。

背景技术

随着对无人机应用价值认知的加深，无人机在消费级，工业级和军用级市场均呈现出迅猛发展之势。无人机在诸多领域得到越来越多的运用。

但是无人机的续航时间成为了阻碍无人机发展的最大瓶颈，虽然锂电池是目前市场上综合性能最好的电池，但依旧无法完全满足无人机续航需求，因此在无人机使用过程中必须要考虑到无人机充电问题。

目前无人机换电池存在以下缺点：无人机需要频繁充电、换电池，按照传统方式由工作人员手动为之换电池需要巨大的人力投入，且需要人员值守，无法长时间在野外工作。另外，由于无人机降落后存在一定的位置误差，给无人机自动换电池带来难题，需要采用复杂的工序使无人机降落到精准的位置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种成本低、对无人机降落后电池位置的精度要求低，控制逻辑简单且稳定性强的无人机全自动更换电池装置。旨在解决现有技术中无人机换电工序复杂且对无人机降落电池位置精准要求高的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：无人机全自动更换电池装置，包括基座及机械手，所述基座固定在电池外壳一侧，所述基座两侧包括对称设置的夹持槽、卡扣及弹片，所述弹片可伸缩地设于夹持槽内，所述弹片与所述卡扣之间为联动结构；所述机械手包括机械爪及驱动机械爪松开或夹紧的驱动机构，所述机械爪包括左机械爪及右机械爪，所述左机械爪及右机械爪分别包括夹持部、夹手及滑块，所述夹持部固定在所述夹手上，左、右两夹手分别通过两滑块固定在导轨上左右滑动；当需要换电池时，机械手的夹持部夹紧基座的夹持槽及弹片，卡扣回缩从而将电池从无人机上抽出。

进一步的，所述驱动机构包括电机、齿轮、齿条，所述电机驱动齿轮正、反转动，所述齿条包括上齿条、下齿条，所述上齿条、下齿条分别设在齿轮的上方及下方与齿轮齿合，所述上齿条与所述右机械爪连接，所述下齿条与所述左机械爪连接。

进一步的，所述电机与齿轮之间还设有减速器。

进一步的，所述滑块上分别设有感应片，所述减速器上设有安装板，所述安装板上与对应的感应片设有感应器，左边设为夹紧感应器，右边设为松开感应器，当感应片触发松开感应器或夹紧感应器时，触发电机正转或反转使夹持部松开或夹紧夹持槽。

进一步的，所述夹持部为V型块，所述夹持槽形状与所述夹持部形状相适配。

进一步的，所述夹持部上设有导向轴，所述夹持槽上设有与所述导向轴适配的导向孔。

进一步的，所述导向孔设有漏斗形的导向面，所述导向轴通过所述导向面的引导插入导向孔内。

进一步的，所述联动结构为两卡扣之间设有弹簧，无人机对应设有锁孔，当电池安装在无人机上时，所述卡扣卡接于锁扣内；当弹片压缩弹簧，卡扣回缩电池与无人机分离。

进一步的，所述电池基座底部设有两条加强筋，所述加强筋一端与电池外壳底部连接。

本实用新型的有益效果：本实用新型采用无人机全自动更换电池装置，在基座上设有联动机构及夹持槽，机械手设有驱动机构及夹持部；从无人机上取电池时，驱动机构驱动夹持部向夹持槽内移动，挤压弹片，弹片压缩弹簧，卡扣回缩与无人机锁扣分离，夹持部夹持夹持槽从而将电池抽出。安装电池时，机械手的夹持部从夹持槽内移出，弹片松开，弹簧回到自然状态，卡扣卡锁在无人机锁扣内从而固定在无人机上。本结构简单，成本低，对无人机降落后电池位置的精度要求低，控制逻辑简单且稳定性强。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型无人机全自动更换电池装置结构示意图；

图2为本实用新型无人机全自动更换电池装置正视图；

图3为本实用新型无人机全自动更换电池装置机械手爆炸图；

图4为本实用新型无人机全自动更换电池装置基座爆炸图。

其中，图中各附图标记：

10、机械手； 11、夹持部； 12、导向轴； 13、机械爪；

131、齿条； 132、滑块； 133、夹手； 14、导轨；

15、齿轮； 16、减速器； 161、安装板； 17、电机；

18、感应器； 19、感应片； 20、基座； 21、夹持槽；

22、导向孔； 23、卡扣； 24、弹片； 25、加强筋；

26、弹簧； 30、电池； 31、电源连接器。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1～4所示，本实用新型提供一种无人机全自动更换电池装置，包括基座20及机械手10，所述基座20固定在电池30外壳一侧，所述基座20两侧包括对称设置的夹持槽21、卡扣23及弹片24，所述弹片24可伸缩地设于夹持槽21内，所述弹片24与所述卡扣23之间为联动结构；所述机械手10包括机械爪13及驱动机械爪松开或夹紧的驱动机构，所述机械爪13包括左机械爪及右机械爪，所述左机械爪及右机械爪分别包括夹持部11、夹手133及滑块132，所述夹持部11固定在所述夹手133上，左、右两夹手133分别通过两滑块132固定在导轨14上左右滑动；当需要换电池时，机械手10的夹持部夹紧基座的夹持槽及弹片，卡扣回缩从而将电池从无人机上抽出。

具体的，无人机全自动更换电池装置一般与无人机机场(图未示)配套使用。无人机机场内存放多个备用电池，当无人机(图未示)电量低进行报警时，无人机会自动返航，降落到无人机机场的起降平台上，换完电池之后，无人机再继续执行相应的任务，换下来的电池在无人机机场内进行充电，可以循环往复多次使用。本实施例优选为电池水平安装在无人机上进行全自动取换电池。电池后端设有电源连接器31，通过电源连接器31将无人机与电池电连接；当需要充电时，通过电源连接器31将电池跟充电模块连接，对电池进行充电。电机优选采用步进电机，当无人机返航降落到无人机机场起降平台上固定后，无人机全自动更换电池装置中机械手10在无人机机场传动机构(图未示)驱动下移动到电池前方位置，机械手的左机械爪、右机械爪在驱动的机械的驱动下缓慢松开，当松开到位后，再驱动左机械爪、右机械爪缓慢向中心移动夹紧，夹持部挤压弹片，卡扣回缩电池与无人机分离。当夹持部与夹持槽完全配合夹紧后，无人机机场传动机构带动机械手夹紧基座及电池移动至无人机机场充电槽前，并将电池插入充电槽内，机械手开始缓慢松开电池，左机械爪、右机械爪缓慢向两边移动，夹持部从夹持槽内移出，从而松开电池。而后，重复上述夹取及松开电池步骤，机械手在无人机机场传动机构的带动下移动到已充满电的电池槽前夹取电池，并将电池安装到无人机上。夹取及松开电池步骤相同，在此不再一一赘述。上述自动换电池机械夹手装置，结构简单，成本低。通过简单的控制逻辑就能实现。无人机降落后，本无人机全自动更换电池装置对电池位置的精度要求低。

进一步的，所述驱动机构包括电机17、齿轮15、齿条131，所述电机驱动齿轮15正、反转动，所述齿条131包括上齿条、下齿条，分别与齿轮15的上及下方齿合，所述上齿条与所述右机械爪连接，所述下齿条与所述左机械爪连接。

如图3所示，具体的，电机优选为步进电机，当电机带动齿轮正转(顺时针)时，上齿条带动右机械爪向右移动，下齿条带动左机械爪向左移动，从而使左机械爪及右机械爪向两边移动松开夹持槽。当电机带动齿轮反转(逆时针)时，上齿条带动右机械爪向左移动，下齿条带动左机械爪向右移动，从而使左机械爪及右机械爪向中心移动夹紧夹持槽。通过齿轮带动上、下齿条运动，进而带动左机械爪及右机械爪实现松开或夹紧夹持槽。该机械结构简单，成本低，功能容易实现。

进一步的，所述电机与齿轮之间还设有减速器16。减速器匹配电机转速和传递转矩，使得电机的输出功率得到高效利用。

如图1、图3所示，所述滑块132上分别设有感应片19，所述减速器上设有安装板161，所述安装板161上与对应的感应片19设有感应器18，左边设为夹紧感应器，右边设为松开感应器，当感应片触发松开感应器或夹紧感应器时，触发电机正转或反转实现机械爪的夹持部松开或夹紧夹持槽。

具体的，如图3所示，感应片19分别安装在滑块132上。感应片随着滑块左、右移动。当感应片移动触发松开感应器时，电机停止运动，左机械爪、右机械爪为松开状态；当需要夹取电池时，电机反转，当感应片触发夹紧感应器，电机停止运动，左机械爪、右机械爪为夹紧状态。从而实现电池的松开及夹紧步骤，通过感应片触发感应器，控制电机的运动，控制逻辑简单，稳定性强，且精度高。

如图1、图3所示，进一步的，所述夹持部11为V型块，所述夹持槽21形状与所述夹持部形状相适配。机械爪的夹持部V型块与基座20的夹持槽21适配。夹持槽21可以为V型槽，使得V型块与V型槽贴合，从而稳定无误地夹紧基座20及固定在基座20上的电池，实现对电池的精确和省力的夹取。

进一步的，所述夹持部11上设有导向轴12，所述夹持槽21上设有与所述导向轴12适配的导向孔22。机械手抓取电池时，机械爪夹持部上的导向轴12插入夹持槽上的导向孔22进行定位，极大增大了电池的位置误差容许值。并且导向轴插入导向孔内，进一步增加了夹持的稳定性。

进一步的，所述导向孔设有漏斗形的导向面，所述导向轴通过所述导向面的引导插入导向孔内。通过导向面的设置，引导导向轴准确插入导向孔内，增加了定位的精确度，降低误差带来的影响。

如图4所示，进一步的，所述联动结构为两弹片之间设有弹簧26，弹片24跟卡扣23连接或一体成形。无人机设有锁孔，当电池安装在无人机上时，卡扣23卡接于锁扣内；当夹取电池时，机械手的夹持部11挤压弹片24，弹片24压缩弹簧26，卡扣23回缩，电池与无人机分离。

如图1及图4所示，所述基座底部设有两条加强筋25，所述加强筋25一端与电池外壳底部连接。加强筋托住电池的底部，防止电池外壳受到悬臂的拉力而变形损坏。

本实用新型采用的无人机全自动更换电池装置，在基座上设有联动机构及夹持槽，机械手设有驱动机构及夹持部；从无人机上取电池时，驱动机构驱动夹持部向夹持槽内移动，挤压弹片，弹片压缩弹簧，卡扣回缩与无人机锁扣分离，夹持部夹持夹持槽从而将电池抽出。安装电池时，机械手的夹持部从夹持槽内移出，弹片松开，弹簧回到自然状态，卡扣卡锁在无人机锁扣内从而固定在无人机上。本结构简单，成本低，对无人机降落后电池位置的精度要求低，控制逻辑简单且稳定性强。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.无人机全自动更换电池装置，其特征在于：包括基座及机械手，所述基座固定在电池外壳一侧，所述基座两侧包括对称设置的夹持槽、卡扣及弹片，所述弹片可伸缩地设于夹持槽内，所述弹片与所述卡扣之间为联动结构；所述机械手包括机械爪及驱动机械爪松开或夹紧的驱动机构，所述机械爪包括左机械爪及右机械爪，所述左机械爪及右机械爪分别包括夹持部、夹手及滑块，所述夹持部固定在所述夹手上，左、右两夹手分别通过两滑块固定在导轨上左右滑动；当需要换电池时，机械手的夹持部夹紧基座的夹持槽及弹片，卡扣回缩从而将电池从无人机上抽出。

2.根据权利要求1所述的无人机全自动更换电池装置，其特征在于：所述驱动机构包括电机、齿轮、齿条，所述电机驱动齿轮正、反转动，所述齿条包括上齿条、下齿条，所述上齿条、下齿条分别设在齿轮的上方及下方与齿轮齿合，所述上齿条与所述右机械爪连接，所述下齿条与所述左机械爪连接。

3.根据权利要求2所述的无人机全自动更换电池装置，其特征在于：所述电机与齿轮之间还设有减速器。

4.根据权利要求3所述的无人机全自动更换电池装置，其特征在于：所述滑块上分别设有感应片，所述减速器上设有安装板，所述安装板上与对应的感应片设有感应器，左边设为夹紧感应器，右边设为松开感应器，当感应片触发松开感应器或夹紧感应器时，触发电机正转或反转使夹持部松开或夹紧夹持槽。

5.根据权利要求1所述的无人机全自动更换电池装置，其特征在于：所述夹持部为V型块，所述夹持槽形状与所述夹持部形状相适配。

6.根据权利要求1或5所述的无人机全自动更换电池装置，其特征在于：所述夹持部上设有导向轴，所述夹持槽上设有与所述导向轴适配的导向孔。

7.根据权利要求6所述的无人机全自动更换电池装置，其特征在于：所述导向孔设有漏斗形的导向面，所述导向轴通过所述导向面的引导插入导向孔内。

8.根据权利要求1所述的无人机全自动更换电池装置，其特征在于：所述联动结构为两卡扣之间设有弹簧，无人机对应设有锁孔，当电池安装在无人机上时，所述卡扣卡接于锁扣内；当弹片压缩弹簧，卡扣回缩电池与无人机分离。

9.根据权利要求1所述的无人机全自动更换电池装置，其特征在于：所述电池基座底部设有两条加强筋，所述加强筋一端与电池外壳底部连接。

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