CN212827964U - 一种无人机机库设备及其自动更换电池结构 - Google Patents

一种无人机机库设备及其自动更换电池结构 Download PDF

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彭峻
黄小杰
王理林
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Abstract

本实用新型公开了一种无人机机库设备及其自动更换电池结构，通过X轴导轨、Z轴导轨和Y轴运动机构的配合运动，使得Y轴导轨上的取放机构可在X轴方向进行水平运动、在Z轴方向进行垂直运动，在Y轴方向进行伸缩运动，并且取放机构还可以随着Y轴导轨的伸缩运动而沿着Y轴导轨运动，当Y轴导轨伸出时，取放机构从无人机上抓取电池或将电池放置在无人机上，当Y轴导轨缩回时，取放机构将电池放置在电池架上进行充电或抓取电池架上已充电的电池，实现无人机的自动更换电池，缩短了更换电池的时间。

Description

一种无人机机库设备及其自动更换电池结构
技术领域
本实用新型涉及无人机技术领域，具体涉及一种无人机机库设备及其自动更换电池结构。
背景技术
随着无人机在各行各业的广泛应用，人们对于无人机的需求量不断加大。虽然无人机在一定程度上能代替一部分人力劳动，但由于无人机飞行一段时间后需要停机充电，且无人机降落后存在一定的位置误差，因此目前对数量较大的无人机进行管理仍需要人来操作。
目前市面上的无人机自动停机场、停机库基本多是一对一的方式停靠无人机，且每个停机场或停机库内可容纳的无人机电池只有几个，且不能实现自动更换电池，这些都会导致无人机更换电池所需时间较长，导致无人机停机场、停机库的使用效率很低。
发明内容
本实用新型主要解决的技术问题是解决无人机更换电池所需时间较长的问题。
根据第一方面，一种实施例中提供一种无人机机库自动更换电池结构，包括：电池架、X轴导轨、Z轴导轨和Y轴运动机构；
所述X轴导轨设于所述电池架的一侧，所述Z轴导轨的一端设于所述 X轴导轨上，所述Z轴导轨可沿X轴导轨水平运动；
所述Y轴运动机构包括Y轴导轨和取放机构，所述Y轴导轨设于所述 Z轴导轨上，所述Y轴导轨可沿Z轴导轨垂直运动；
所述取放机构设于所述Y轴导轨上，所述取放机构随着所述Y轴导轨的伸缩运动而沿着Y轴导轨运动，所述取放机构用于抓取和放置电池。
进一步地，所述Y轴运动机构还包括：滑动板、第三电机和驱动机构；
所述滑动板的背面设于所述Z轴导轨上，所述滑动板的正面设有滑动凹槽，所述Y轴导轨与所述滑动凹槽配合连接，所述第三电机设于所述Z 轴导轨上，所述第三电机的输出端与所述驱动机构连接，所述驱动机构与所述Y轴导轨连接，所述驱动机构用于驱动所述Y轴导轨沿着所述滑动凹槽进行伸缩运动。
进一步地，所述驱动机构包括齿轮以及与齿轮相啮合的传动齿条；
所述齿轮设于所述第三电机的输出端上，所述传动齿条设于所述Y轴导轨上。
进一步地，所述取放机构包括：滑轮组件、连接绳索、滑动块和电池固定机构；
所述滑动块设于所述Y轴导轨上，所述滑动块与电池固定机构连接，所述滑轮组件设于所述Y轴导轨上，所述连接绳索的一端设于电池固定机构的驱动座一侧上，所述连接绳索的另一端环绕经过所述滑轮组件设于所述电池固定机构的驱动座另一侧，所述Z轴导轨与所述连接绳索连接。
进一步地，所述滑轮组件包括两个滑轮，两个滑轮分别设于所述Y轴导轨的两端。
进一步地，所述电池固定机构包括框架、夹爪组件和无人机定位销；
所述框架的外侧与所述滑动块连接，所述夹爪组件设于所述框架内侧，所述夹爪组件用于抓取或放置电池；
所述无人机定位销设于所述框架端部，用于插入待更换电池无人机的定位孔内。
进一步地，所述夹爪组件包括两个夹爪以及与夹爪相连的丝杆电机，两个所述夹爪分别设置在所述框架内侧的两端，所述丝杆电机用于驱动两个所述夹爪进行开合运动。
进一步地，所述框架内侧还设置有夹爪滑动槽，两个所述夹爪在夹爪滑动槽中进行开合运动。
进一步地，所述夹爪组件还包括固定销，所述固定销设于所述夹爪上，所述固定销用于插入待抓取电池的固定孔内。
根据第二方面，一种实施例中提供一种无人机停机库，包括无人机仓储结构以及上述实施例所述的无人机机库自动更换电池结构。
依据上述实施例的一种无人机机库设备及其自动更换电池结构，通过 X轴导轨、Z轴导轨和Y轴运动机构的配合运动，使得Y轴导轨上的取放机构可在X轴方向进行水平运动、在Z轴方向进行垂直运动，在Y轴方向进行伸缩运动，并且取放机构还可以随着Y轴导轨的伸缩运动而沿着Y轴导轨运动，当Y轴导轨伸出时，取放机构从无人机上抓取电池或将电池放置在无人机上，当Y轴导轨缩回时，取放机构将电池放置在电池架上进行充电或抓取电池架上已充电的电池，实现无人机的自动更换电池，缩短了更换电池的时间。
附图说明
图1为本申请一种实施例的无人机机库设备的结构示意图；
图2为本申请一种实施例的无人机机库自动更换电池结构的结构示意图；
图3为本申请另一种实施例的无人机机库自动更换电池结构的结构示意图；
图4为本申请一种实施例的Y轴运动机构的结构示意图；
图5为本申请一种实施例的电池固定机构的结构示意图；
图6为本申请夹爪组件抓取电池时的结构示意图；
图7为本申请一种实施例的无人机仓储结构的结构示意图；
图8为本申请一种实施例的升降机构和支撑架的结构示意图；
图9为本申请一种实施例的升降机构结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
在本实用新型实施例中，请参考图1，图1为一种实施例的无人机机库设备的结构示意图，包括无人机仓储结构1和无人机机库自动更换电池结构2。其中，无人机仓储结构1用于停放无人机，无人机机库自动更换电池结构2用于更换无人机电池。
请参考图2，图2为一种实施例的无人机机库自动更换电池结构的结构示意图，包括电池架21、X轴导轨22、Z轴导轨23和Y轴运动机构24。
所述的电池架21上排列有多个充电座，用于放置从无人机上换取下来的待充电电池、正在充电的电池以及已充满电的电池。在本实施例中，电池架21可以为一层，也可以为多层，每层上均设置有多个充电座。在一种实施方式下，每层的多个充电座之间是等间隔设置的，电池架21的层与层之间的高度是相同的，这样便于定位电池在电池架21上的位置。
所述的X轴导轨22设于电池架21的一侧，Z轴导轨23的一端设于X 轴导轨22上，Z轴导轨23可沿X轴导轨22水平运动。一种实施方式下，无人机机库自动更换电池结构还包括底座25，电池架21和X轴导轨22均设于底座25上。
所述的Y轴运动机构24包括Y轴导轨241和取放机构242，Y轴导轨 241设于Z轴导轨23上，Y轴导轨241可沿Z轴导轨23垂直运动。
取放机构242设于Y轴导轨241上，取放机构242随着Y轴导轨241 的伸缩运动而沿着Y轴导轨241运动，取放机构241用于抓取和放置电池。
通过X轴导轨22、Y轴导轨241和Z轴导轨23之间的配合连接，使得设置在Y轴导轨241上的取放机构242进行X轴方向的水平运动、Z轴方向的垂直运动(升降运动)和Y轴方向的伸缩运动，进而使得取放机构241 能够实现多个位置的抓取或放置电池。并且，取放机构242随着Y轴导轨 241的伸缩运动而沿着Y轴导轨241运动，相比于固定在Y轴导轨241的取放机构或者Y轴导轨241无法伸缩(取放机构242沿Y轴导轨运动)的情况，这样加大了取放机构241的行程，且节省了更换电池平台的空间。
请参考图4，图4为一种实施例的Y轴运动机构的结构示意图，Y轴运动机构24还包括：滑动板243、第三电机244和驱动机构245。滑动板243 的背面设于Z轴导轨23上，滑动板243的正面设有滑动凹槽，Y轴导轨241 与滑动凹槽配合连接，第三电机244设于Z轴导轨23上，第三电机244 的输出端与驱动机构245连接，驱动机构245与Y轴导轨241连接，驱动机构245用于驱动Y轴导轨241沿着滑动凹槽进行伸缩运动。
在本实施例中，驱动机构245包括齿轮以及与齿轮相啮合的传动齿条；齿轮设于第三电机244的输出端上，传动齿条设于Y轴导轨241上。第三电机244的输出端带动齿轮转动，齿轮转动后继而带动与齿轮相啮合的传动齿条进行运动，传动齿条设置在Y轴导轨241上，且传动齿条的延伸方向与Y轴导轨241的延伸方向相同，因此Y轴导轨241在齿轮和传动齿条的带动下沿着Y轴导轨241的延伸方向做伸缩运动。其中，滑动板243上的滑动凹槽用于在Y轴导轨241做伸缩运动时进行导向。
取放机构242包括：滑轮组件2421、连接绳索2422、滑动块2423和电池固定机构2424。滑动块2423设于Y轴导轨241上，滑动块2423与电池固定机构2424连接，滑轮组件2421设于Y轴导轨241上，连接绳索2422 的一端设于电池固定机构2424的驱动座2425一侧上，连接绳索2422的另一端环绕经过滑轮组件2421设于电池固定机构2424的驱动座2425另一侧，Z轴导轨23与连接绳索2422连接。
其中，滑轮组件2421包括两个滑轮，两个滑轮分别设于Y轴导轨241 的两端。当Y轴导轨241伸出时，由于连接绳索2422与Z轴导轨连接，连接绳索2422上会产生向Y轴导轨241伸出方向的拉力，拉动电池固定机构 2424向Y轴导轨241伸出方向运动，又由于与电池固定机构2424的滑动块2423设置在Y轴导轨241上并可沿Y轴导轨运动，因此电池固定机构 2424随着Y轴导轨241的伸出沿Y轴导轨241向其伸出方向运动，请参考图2，图2为Y轴导轨伸出时的结构示意图。同理，当Y轴导轨241缩回时，由于连接绳索2422与Z轴导轨连接，连接绳索2422上会产生向Y轴导轨241缩回方向的拉力，拉动电池固定机构2424向Y轴导轨241缩回方向运动，又由于与电池固定机构2424的滑动块2423设置在Y轴导轨241 上并可沿Y轴导轨运动，因此电池固定机构2424随着Y轴导轨241的缩回沿Y轴导轨241向其缩回方向运动，请参考图3，图3为Y轴导轨缩回时的结构示意图。
请参考图5，图5为一种实施例的电池固定机构的结构示意图，电池固定机构2424包括框架2424-1、夹爪组件2424-2和无人机定位销2424-3。框架2424-1的外侧与滑动块2423连接，夹爪组件2424-2设于框架2424-1 内侧，夹爪组件2424-2用于抓取或放置电池。无人机定位销2424-3设于框架2424-1端部，用于插入待更换电池无人机的定位孔内。
夹爪组件2424-2包括两个夹爪以及与夹爪相连的丝杆电机，两个夹爪分别设置在框架内侧的两端，丝杆电机用于驱动两个夹爪进行开合运动，当两个夹爪向内合并时处于抓取电池状态，当两个夹爪向外运动时处于放置电池状态。本实施例中框架2424-1内侧还设置有夹爪滑动槽2424-4，两个夹爪在夹爪滑动槽2424-4中进行开合运动。如图6所示为夹爪组件抓取电池时的结构示意图。
为了防止抓取的电池滑落，夹爪组件2424-2还包括固定销，固定销设于夹爪上，固定销用于插入待抓取电池的固定孔内，当固定销凸出时插入待抓取电池的固定孔内来对电池进行固定，放置电池时固定销缩回。
请参考图7，图7为一种实施例的无人机仓储结构的结构示意图，所述的无人机仓储结构包括支撑架11、无人机停机库12和升降机构13。
所述的无人机停机库12设于支撑架11的侧部。在本实施例中，无人机停机库12包括至少一层停机架，每层停机架可用于停放一架无人机，此外无人机停机库12数量可以为两组，分别设于支撑架11的两侧，停机架上设有导向机构121和阻挡机构122，无人机沿导向机构121存进和取出停机架。阻挡机构122用于定位无人机的停机位置。
请参考图8，图8为一种实施例的升降机构和支撑架的结构示意图，升降机构13设于支撑架上，并可沿支撑架垂直运动。所述的升降机构13 包括升降平台131和存取机构132，升降平台131设于支撑架11上，升降平台131可沿支撑架垂直运动。存取机构132设于升降平台131上，用于将无人机从无人机停机库12中存进和取出。本实施例中升降平台131先将待停放的无人机升降至对应的停机架，然后存取机构132将无人机输送至停放位置；另一实施例中，升降平台131升降至待取出无人机对应的停机架，然后存储机构132取出无人机。
请参考图9，图9为一种实施例的升降机构的结构示意图，存取机构 132包括固定装置、导轨133和驱动装置。导轨133设于升降平台131上，固定装置设于导轨133上，固定装置用于固定和释放无人机。驱动装置用于驱动导轨133向停机架方向进行伸缩运动。固定装置随着导轨133的伸缩运动而沿着导轨运动。
在本实施例中，当导轨伸出时，固定装置随着导轨133的伸出沿着导轨133运动至导轨133伸出方向的端部，控制固定装置松开无人机和抓紧无人机，导轨133在伸出状态时，导轨133部分伸出升降平台131，固定装置完全伸出升降平台131。当导轨缩回时，固定装置随着导轨133的缩回沿着导轨133运动至导轨133缩回方向的端部，导轨133在缩回状态时，导轨和固定装置完全处于升降平台131上。
所述的驱动装置包括第一电机、齿轮组件134、传动齿条135和滑动块136。第一电机设于升降平台上，第一电机的输出端与齿轮组件134连接，齿轮组件134与传动齿条135啮合连接，传动齿条135设于滑动块136 的一侧，滑动块136的另一侧与导轨133连接。这样，第一电机的输出端带动齿轮组件转动，齿轮组件134通过与传动齿条135的啮合从而驱动传动齿条135朝着传动齿条135的延伸方向运动，由于传动齿条135通过滑动块136与导轨133连接，且传动齿条135与导轨133的延伸方向相同，因此导轨133被传动齿条135带动朝着导轨的延伸方向进行伸缩运动。本实施例中，齿轮组件134包括第一滑轮、第二滑轮和同步带，所述同步带上设有传动齿，同步带环绕经过第一滑轮和第二滑轮，使得第一滑轮和第二滑轮同步转动，同步带上的传动齿与传动齿条135相啮合，其为传动齿条135带动导轨133进行水平伸缩运动提供了足够的动力。
固定装置包括抱爪组件137、滑轮组件138和第一连接绳索139。第一连接绳索139的一端设于抱爪组件137的驱动座一侧，第一连接绳索139 的另一端环绕经过滑轮组件138设于抱爪组件137的驱动座另一侧，第一连接绳索139与导轨133连接。其中抱爪组件137用于固定无人机的停放架。
其中，滑轮组件138包括两个滑轮，两个滑轮分别设于导轨133的两端。当导轨133伸出时，由于第一连接绳索139与导轨133连接，第一连接绳索139上会产生向导轨133伸出方向的拉力，拉动抱爪组件137向导轨133伸出方向运动，又由于抱爪组件137设置在导轨133上并可沿导轨运动，因此固定装置(抱爪组件137)随着导轨133的伸出沿导轨133向其伸出方向运动。同理，当导轨133缩回时，由于第一连接绳索139与导轨133连接，第一连接绳索139上会产生向导轨133缩回方向的拉力，拉动抱爪组件137向导轨133缩回方向运动，又由于抱爪组件137设置在导轨133上并可沿导轨运动，因此固定装置(抱爪组件137)随着导轨133 的缩回沿导轨133向其缩回方向运动。
抱爪组件137包括两个抱爪以及与抱爪相连的第二电机，两个抱爪分别设置在滑动块上，第二电机用于驱动两个抱爪进行开合运动，其中第二电机通过抱爪齿轮组件来驱动抱爪进行开合运动。当两个抱爪向内合并时处于抱紧无人机状态，当两个抱爪向外运动时处于放置无人机状态。
本实施例中的导轨133为两个，两个导轨相对设于升降平台131上，每个导轨133均有驱动装置驱动其进行水平伸缩运动，并且两个导轨133 为同步进行水平伸缩运动，一种实施例下，两个导轨133的驱动装置通过相同的电机分别驱动齿轮组件134进行同步转动，继而带动传动齿条135、滑动块136同步运动，使得两个导轨133同步进行水平伸缩运动；另一种实施例下，两个导轨133各自的齿轮组件134为同步轮，使得两个导轨133 同步进行水平伸缩运动。抱爪组件137中的两个抱爪分别设置在一个导轨上，两个抱爪分别随着各自导轨的水平伸缩运动沿着导轨运动。
以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种无人机机库自动更换电池结构，其特征在于，包括：电池架、X轴导轨、Z轴导轨和Y轴运动机构；
所述X轴导轨设于所述电池架的一侧，所述Z轴导轨的一端设于所述X轴导轨上，所述Z轴导轨可沿X轴导轨水平运动；
所述Y轴运动机构包括Y轴导轨和取放机构，所述Y轴导轨设于所述Z轴导轨上，所述Y轴导轨可沿Z轴导轨垂直运动；
所述取放机构设于所述Y轴导轨上，所述取放机构随着所述Y轴导轨的伸缩运动而沿着Y轴导轨运动，所述取放机构用于抓取和放置电池。
2.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述Y轴运动机构还包括：滑动板、第三电机和驱动机构；
所述滑动板的背面设于所述Z轴导轨上，所述滑动板的正面设有滑动凹槽，所述Y轴导轨与所述滑动凹槽配合连接，所述第三电机设于所述Z轴导轨上，所述第三电机的输出端与所述驱动机构连接，所述驱动机构与所述Y轴导轨连接，所述驱动机构用于驱动所述Y轴导轨沿着所述滑动凹槽进行伸缩运动。
3.如权利要求2所述的结构，其特征在于，所述驱动机构包括齿轮以及与齿轮相啮合的传动齿条；
所述齿轮设于所述第三电机的输出端上，所述传动齿条设于所述Y轴导轨上。
4.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述取放机构包括：滑轮组件、连接绳索、滑动块和电池固定机构；
所述滑动块设于所述Y轴导轨上，所述滑动块与电池固定机构连接，所述滑轮组件设于所述Y轴导轨上，所述连接绳索的一端设于电池固定机构的驱动座一侧上，所述连接绳索的另一端环绕经过所述滑轮组件设于所述电池固定机构的驱动座另一侧，所述Z轴导轨与所述连接绳索连接。
5.如权利要求4所述的结构，其特征在于，所述滑轮组件包括两个滑轮，两个滑轮分别设于所述Y轴导轨的两端。
6.如权利要求4所述的结构，其特征在于，所述电池固定机构包括框架、夹爪组件和无人机定位销；
所述框架的外侧与所述滑动块连接，所述夹爪组件设于所述框架内侧，所述夹爪组件用于抓取或放置电池；
所述无人机定位销设于所述框架端部，用于插入待更换电池无人机的定位孔内。
7.如权利要求6所述的结构，其特征在于，所述夹爪组件包括两个夹爪以及与夹爪相连的丝杆电机，两个所述夹爪分别设置在所述框架内侧的两端，所述丝杆电机用于驱动两个所述夹爪进行开合运动。
8.如权利要求7所述的结构，其特征在于，所述框架内侧还设置有夹爪滑动槽，两个所述夹爪在夹爪滑动槽中进行开合运动。
9.如权利要求7所述的结构，其特征在于，所述夹爪组件还包括固定销，所述固定销设于所述夹爪上，所述固定销用于插入待抓取电池的固定孔内。
10.一种无人机机库设备，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的无人机机库自动更换电池结构。
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