CN213734661U - 一种无人机自动换电装置及降落系统 - Google Patents

Abstract

一种无人机自动换电装置及降落系统涉及无人机自动技术领域，解决了现有无人机存储及自动换电装置存在的结构与更换无人机电池程序复杂、降落空间有限的技术问题。无人机自动换电装置，包括充电结构、换电结构及箱体；所述无人机电池的数量为一个，所述换电结构能够自动从所述无人机上取出所述无人机电池，将其存放于所述充电结构中，并从所述充电结构中自动取出所述无人机电池，安装在所述无人机上；另外，本实用新型还提供了一种无人机降落系统。本发明的装置结构简单、充电流程快捷方便、自动化程度高、维护成本低、稳定性与可靠性高，而且整体质量轻便，现场部署简单。

Description

一种无人机自动换电装置及降落系统

技术领域

本实用新型涉及无人机技术领域，尤其涉及一种无人机自动换电装置及降落系统。

背景技术

无人机即无人驾驶飞行器(Unmanned Aerial Vehicle，UAV)，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。它涉及传感器技术、通信技术、信息处理技术、智能控制技术以及航空动力推进技术等，是信息时代高技术含量的产物。无人机价值在于形成空中平台，结合其他部件扩展应用，替代人类完成空中作业。随着无人机研发技术逐渐成熟，制造成本大幅降低，无人机在各个领域得到了广泛应用，除军事用途外，还包括农业植保、电力巡检、警用执法、地质勘探、环境监测、森林防火以及影视航拍等民用领域，且其适用领域还在迅速拓展。现有无人机型号可分为M300和P4R两种，其差异在于无人机电池的数量和无人机电池的型号的不同。针对P4R型号(无人机电池数量为1个)的无人机来说，需设置专门的存储环境，或者全自动的无人机使用系统，另外，为了保证无人机的长时续航能力，需要对无人机的电池进行充电，或者更换无人机的电池，以应付各种无人机的使用需求，或紧急起飞开始作业，或开机状态进行数据下载。

现有的一种无人机电池的更换机构(申请号201920619452.6)以及一种无人机的固定存放装置及其平台固定方法(申请号201811635145.3)的无人机存储与自动充电装置工作流程为：无人机降落在机场的固定飞行甲板上；对中机构将无人机位置进行纠偏及固定在飞行甲板上；甲板下降，舱门关闭；换电机械臂对无人机进行无人机电池更换；换电完成，舱门打开，甲板上升；对中机构打开解除对无人机的固定，无人机起飞作业；无人机作业完成返回降落在飞行甲板。

上述装置存在的缺陷如下：

(1)因受限于无人机飞行降落，舱门必须打开，甲板在上方等待，暴露在恶劣环境及条件下时，设备内部所有零部件或元器件需充分考虑防水设计及防水性能，增加成本。

(2)动作流程复杂，机构累赘堆砌，降低了设备整体的可靠性及稳定性，增加了大量设备的维护保养工作。

(3)因为机构多，导致整体设备尺寸大，整体设备重量较重，导致运输或现场部署均困难，容易出事故。

(4)飞行甲板受限于设备的尺寸，导致对无人机精确降落的精度要求较高，在恶劣环境/或者出现意外情况时无法正常降落于甲板上，增加了解决方案的复杂性。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的上述缺陷，提供一种针对P4R型的无人机存储及自动换电装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种无人机自动换电装置，用于自动更换所述无人机的无人机电池，包括充电结构、换电结构及箱体。

优选地，所述无人机电池的数量为一个，所述换电结构能够自动从所述无人机上取出所述无人机电池，将其存放于所述充电结构中，并从所述充电结构中自动取出所述无人机电池，安装在所述无人机上。所述充电结构、换电结构均固定连接在所述箱体内；所述充电结构用于存储所述无人机电池，并能够对所述无人机电池在电量低于预设水平时进行电量补充；所述箱体用于保护所述充电结构与所述换电结构，以及用于存储所述无人机。

优选地，所述充电结构包括多个独立的充电组件、多个独立的电源以及第一固定件。所述充电组件与电源电连接，所述充电组件、电源均与所述第一固定件固定连接。

优选地，所述充电组件包括检测器、壳体及充电舱。所述检测器与所述充电舱固定连接，所述充电舱与所述壳体固定连接。所述壳体包括上壳体、下壳体，所述充电舱设有充电插板。所述上壳体与所述第一固定件固定连接，所述上壳体、充电舱、充电插板均与所述下壳体固定连接。连接后形成可容纳所述充电舱的腔体，且一端开口，所述无人机电池至少一部分通过所述开口进入所述充电舱与所述充电插板插接；所述充电插板与所述电源电连接。所述检测器能够感应所述充电舱是否存在无人机电池，并对存在于所述充电舱的无人机电池是否插入所述充电插板进行检测，同时还能对插入所述充电插板的无人机电池的充电状态进行检测。

优选地，所述换电结构包括存取机构、升降机构、第二固定件以及定位器。所述存取机构与所述升降机构滑动连接，所述升降机构与所述第二固定件固定连接，所述定位器与所述存取机构固定连接。所述升降机构包括驱动电机、升降轨道，所述驱动电机与升降轨道固定连接。所述驱动电机设有控制器，所述存取机构设有保护外壳。所述定位器用于对所述存取机构在所述升降轨道的位置进行实时定位；所述控制器用于控制所述驱动电机带动所述存取机构在所述升降轨道上运行与停止；停止时，所述存取机构从所述充电舱夹取所述无人机电池或将所述无人机电池存入所述充电舱，或所述存取机构从所述无人机中取出所述无人机电池或将所述无人机电池存入所述无人机中。

优选地，所述箱体包括上箱体、下箱体以及固定结构。所述上箱体一端开口，内部能够容纳所述换电结构与所述充电结构；所述下箱体为平板结构。所述上箱体与下箱体可拆卸连接；所述固定结构封装在所述上箱体与所述下箱体形成的空间内，并与所述下箱体和/或上箱体固定连接；所述固定结构与所述第一固定件、第二固定件均固定连接。

优选地，所述下箱体的底面设有用于驻停所述箱体的调节脚以及用于移动所述箱体的滚脚。

优选地，所述上箱体设置有窗口门。所述窗口门为旋转窗口门；或所述窗口门为升降窗口门，所述上箱体还包括斜坡通道。所述斜坡通道为楔形台体结构，并抵接于所述下箱体与所述窗口门的交接处。

优选地，所述窗口门设置有第一传感器，所述第一传感器包括用于接收开门或关门信号的第一接收器与发送开门或关门信号的第一发射器。所述第一接收器、第一发射器均为红外线、超声波、电磁波中的一种。

优选地，本自动换电装置还包括用于控制所述箱体内的温度和湿度的工业空调以及控制单元。所述工业空调与所述上箱体固定连接；所述控制单元与所述电池存取机构、定位器、驱动电机及其控制器均电性连接，与所述检测器、无人机通信连接。所述无人机向所述控制单元发送更换所述无人机电池的信号，所述控制单元通过所述检测器的检测信息选择所述充电舱，并分别启动所述驱动电机、充电舱对应的所述定位器、电池存取机构，对所述无人机进行所述无人机电池的更换。

本实用新型还提供了一种无人机降落系统，包括用于降落所述无人机的停机坪、用于牵引所述无人机的牵引机器人、以及上文所述的无人机自动换电装置。所述停机坪设有用于所述无人机起飞和降落的起停点；所述换电装置设有箱体，所述箱体包括上箱体以及固定结构；所述上箱体设有用于所述牵引机器人进出所述述箱体的窗口门；所述窗口门包括用于接收开门或关门信号的第一接收器与发送开门或关门信号的第一发射器；所述固定结构设有用于所述牵引机器人自动充电的充电接口。所述牵引机器人停放在所述箱体内，所述箱体停放在所述停机坪上。所述牵引机器人能够将所述无人机从所述起停点牵引至所述箱体内，还能将所述无人机从所述箱体内牵引至所述起停点。

优选地，所述牵引机器人包括牵引机器人本体、托举平台、多个第二传感器、驱动机构与从动机构。所述托举平台包括托板以及升降件；所述升降件与所述牵引机器人本体、托板均固定连接；所述托板用于托举所述无人机，所述升降件用于将所述无人机抬离地面。所述第二传感器包括探测所述无人机距离的距离传感器，用于接收无人机停靠信号及接收所述第一发射器信号的第二接收器，以及用于向所述第一接收器发射信号的第二发射器。

优选地，所述距离传感器为激光雷达；所述第二接收器、第二发射器均为红外线、超声波、电磁波中的一种；

优选地，所述自动换电装置还设有控制单元，所述控制单元与所述牵引机器人无线通讯连接；所述牵引机器人能够将牵引所述无人机的牵引信息传输至所述控制单元。

实施本实用新型无人机存储及自动换电装置的技术方案，具有如下优点或有益效果：

本实用新型的装置设置了无人机箱体，避免了无人机暴露在空气中因日晒、雨淋带来的损坏，无需增加额外的保护设施，有效降低了成本；本装置结构简单、充电流程快捷方便、自动化程度高、维护成本低、稳定性与可靠性高，而且整体质量轻便，现场部署简单。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，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，附图中：

图1是本实用新型实施例中箱体的拆分结构图；

图2是本实用新型实施例中换电结构的拆分结构图；

图3是本实用新型实施例中换电结构的立体结构示意图；

图4是本实用新型实施例中换电结构的左示图；

图5是本实用新型实施例的整体结构示意图；

图6是本实用新型实施例中牵引机器人的结构示意图。

1、充电结构；10、充电组件；100、检测器；101、壳体；1010、上壳体；1011、下壳体；1012、加强筋；102、充电舱；1020、充电插板；11、电源；12、第一固定件；2、换电结构；20、存取机构；200、保护外壳；21、升降机构；210、驱动电机；2100、控制器；211、升降轨道；22、第二固定件；23、定位器；3、箱体；30、上箱体；300、窗口门；3000、第一接收器；3001、第一发射器；301、斜坡通道；31、下箱体；310、调节脚；311、滚脚；32、固定结构；320、充电接口；4、停机坪；40、起停点；5、牵引机器人；50、牵引机器人本体；51、托举平台；510、托板；511、升降件；52、第二传感器；520、距离传感器；521、第二接收器；522、第二发射器；53、驱动机构；54、从动机构；6、工业空调。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下文将要描述的各种示例性实施例将要参考相应的附图，这些附图构成了示例性实施例的一部分，其中描述了实现本实用新型可能采用的各种示例性实施例，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。应明白，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型公开的一些方面相一致的装置和方法的例子，还可使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本实用新型的范围和实质。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本实用新型的描述。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，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，限定的“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。需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介简介相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。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。

为了说明本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一：

如图1所示，一种无人机自动换电装置，用于自动更换无人机的无人机电池，包括充电结构1、换电结构2及箱体3。具体地，无人机电池的数量为一个，换电结构2能够自动从无人机上取出无人机电池，将其存放于充电结构1中，并从充电结构1中自动取出无人机电池，安装在无人机上。充电结构1、换电结构2均固定连接在箱体3内，箱体3用于存储无人机，还能够为无人机电池的更换、充电提供一个封闭的、湿度与温度相对适宜和稳定的环境，利于保护无人机与无人机电池的使用寿命；充电结构1用于存储无人机电池，并能够对无人机电池在电量低于预设水平(如无人机电池电量低于20％)时进行电量补充。本装置采用自动化原理设计，针对无人机来说，无需人工参与便可实现对无人机进行电池更换(如无人机电池电量低于预设水平，或无人机电池损坏需更换)，方便快捷，装置结构简单，无人机电池换取流程较之现有装置大为简化，方便了无人机的存储与自动换电，特别适合无人机电池数量为1个的无人机(如：P4R型无人机)。

如图2所示，充电结构1包括多个独立的充电组件10、多个独立的电源11以及第一固定件12。具体地，充电组件10与电源11电连接，电源11将市电进行降压与稳压，使其满足于无人机电池在充电时对电压的要求，充电组件10、电源11均与第一固定件12固定连接，连接方式不限于螺栓/钉连接。进一步地，充电组件10包括检测器100、壳体101及充电舱102。充电舱102设有充电插板1020，检测器100与充电舱102固定连接，充电舱102与壳体101固定连接，其链接方式不限于螺栓/钉连接。更进一步地，壳体101包括上壳体1010、下壳体1011。上壳体1010与第一固定件12固定连接，上壳体1010、充电舱102、充电插板1020均与下壳体1011固定连接，其链接方式不限于螺栓/钉连接，连接后形成可容纳充电舱102的腔体，且一端开口，无人机电池至少一部分通过该开口进入充电舱102与充电插板1020插接，插接后，便可进行自动充电，充电插板1020与电源11电连接。在所有的充电舱102中，有一个为空载，用于存储从无人机中取出的无人机电池。为了增加稳定性，壳体101还设置了加强筋1012，加强筋1012与下壳体1011、第一固定件12均通过螺栓/螺钉或焊接连接。检测器100能够感应充电舱102是否存在无人机电池，并对存在于充电舱102的无人机电池是否插入充电插板1020进行检测，同时还能对插入充电插板1020的无人机电池的充电状态进行检测。

如图3-4所示，换电结构2包括存取机构20、升降机构21、第二固定件22以及定位器23。具体地，存取机构20与升降机构21滑动连接，其滑动连接方式包括但不限于滑轮或链条等，升降机构21、定位器23分别与第二固定件22固定连接、存取机构20固定连接，其固定连接方式不限于螺栓/螺钉连接。进一步地，升降机构21包括驱动电机210、升降轨道211。驱动电机210与升降轨道211固定连接，其固定连接方式不限于螺栓/螺钉连接。驱动电机210设有控制器2100，存取机构20设有保护外壳200。定位器23用于实时获取并发送存取机构20在升降轨道211上下运动的位置；控制器2100用于控制驱动电机210带动存取机构20在升降轨道211上运行与停止；停止时，存取机构20从充电舱102夹取无人机电池或将无人机电池存入充电舱102，或存取机构20从无人机中取出无人机电池或将无人机电池存入无人机中。存取机构20停止时，正好对准一个充电舱102或者无人机的电池舱，以便于存取无人机电池。存取机构20为自有技术，在此不过多赘述。

进一步如图1所示，箱体3包括上箱体30、下箱体31以及固定结构32。具体地，上箱体30一端开口，内部能够容纳换电结构2与充电结构1，下箱体31为平板结构，上箱体30与下箱体31可拆卸连接，以便于拆卸维修，连接方式可以是卡接或螺栓连接。固定结构32封装在上箱体30与下箱体31围成的空间内，并与下箱体31和/或上箱体30固定连接，其方式不限于螺栓连接。下箱体31的底面设有用于驻停箱体3的调节脚310以及用于移动箱体3的滚脚311。进一步地，固定结构32与第一固定件12、第二固定件22均固定连接，并将充电结构1、换电结构2稳固的连接在箱体3内部，以便于进一步保护充电结构1与换电结构2，连接方式不限于螺栓/螺钉连接。更进一步地，上箱体30设置有窗口门300。窗口门300可以为旋转窗口门；或窗口门300为升降窗口门，此时，上箱体30还包括斜坡通道301。斜坡通道301为楔形台体结构，并抵接于下箱体31与窗口门300的交接处。窗口门300设置有第一传感器，第一传感器包括用于接收开门或关门信号的第一接收器3000与发送开门或关门信号的第一发射器3001。优选地，第一接收器3000、第一发射器3001均为红外线、超声波、电磁波中的一种。本实施例中，无人机自动换电装置还包括用于控制箱体3内的温度和湿度的工业空调6以及控制单元。工业空调6与上箱体30固定连接，连接方式不限于螺栓/螺钉连接；控制单元与电池存取机构20、定位器23、驱动电机210及其控制器2100均电性连接，控制单元与检测器100、无人机通信连接。进一步地，无人机需更换无人机电池时，通过无线通讯网络向控制单元发送更换无人机电池的信号，控制单元通过检测器100的检测信息选择充电舱102，并分别启动驱动电机210、充电舱102对应的定位器23、电池存取机构20，对无人机进行无人机电池的更换。

本实施例中，无人机电池的自动更换流程为：

1、控制单元根据检测器100检测的信息(如，充电舱102是否有无人机电池)选择无电池存放的充电舱102，为描述之便将其定义为2号充电舱102，以及2号充电舱102相对距离(相对距离定义为充电舱102在升降轨道211上的水平正投影中心距离初始位置的距离，初始位置为无人机电池舱在升降轨道211上的水平正投影的中心，编号及初始距离设置为0；各充电舱102之间的是等距离的，因此，只需要确定充电舱102的编号就可以确定其与初始位置的相对距离)；

2、控制单元根据检测器100检测的信息随机选择一个电量满载的无人机电池所在的充电舱102，描述之便将其定义为3号充电舱102，以及3号充电舱102相对距离；

3、控制单元通过定位器23获取存取机构20的位置信息，并通过位置信息确定存取机构20的相对距离，并控制控制器2100启动驱动电机210返回初始位置；

4、控制单元启动存取机构20，存取机构20关闭无人机电源，打开电池锁，取出无人机电池；

5、控制单元通过控制器2100启动驱动电机210带动存取机构20移动至2号充电舱102驻停，存取机构20将从无人机中取出的无人机电池放入2号充电舱102(放入后，即可对该无人机电池进行充电，充电完成自动断电)，2号充电舱102对应的检测器100检测到该充电舱102内的充电插板1020上电，控制单元更新无人机电池检测的信息，并通过定位器23获取存取机构20的精准位置；

6、控制单元计算2号充电舱102与3号充电舱102之间的相对距离，并通过控制器2100启动驱动电机210带动存取机构20由2号充电舱102移动至3号充电舱102驻停，存取机构20从3号充电舱102取出无人机电池，3号充电舱102对应的检测器100检测到该充电舱102内无无人机电池，控制单元更新无人机电池检测的信息，并通过定位器23获取存取机构20的精准位置；

7、控制单元通过控制器2100启动驱动电机210带动存取机构20从3号充电舱102移动至初始位置，存取机构20将已充好电的无人机电池放入无人机的电池舱内，关闭电池锁，控制单元关闭存取机构20，控制器2100关闭驱动电机210，无人机电池更换完成。

实施例二：

如图5所示，一种无人机降落系统包括用于降落无人机的停机坪4、用于牵引无人机的牵引机器人5、以及上述的无人机自动换电装置。具体地，牵引机器人5停放在箱体3内，箱体3停放在停机坪4上，并可以通过滚脚311调整其在停机坪4上的位置，并通过调节脚310予以固定。设置停机坪4给无人机的降落提供了宽敞的空间，特别是在恶劣的天气下(如暴雨、暴风)依然能够使无人机在较大的空间范围内正常降落，停机坪4的材质根据无人的体积、重量来选择。无人机降落后，牵引机器人5迅速将其牵引至箱体3内，不至于使无人机较长时间暴露在太阳下，对无人机起到了较好的保护。另外停机坪4设有起停点40，通过起停点40无人机直接降落在起停点40的标准降落点上，便于牵引机器人5牵引工作，使得牵引机器人5无需做调节位置并可直接牵引无人机，节省了牵引时间。更进一步地，上箱体30设置有窗口门300(如图1所示)。窗口门300可以为旋转窗口门，窗口门300开启，牵引机器人5直接通过窗口门300的门体进入停机坪4；窗口门300还可以为升降窗口门，此时，上箱体30还包括斜坡通道301，斜坡通道301为楔形台体结构，并直接放置在下箱体31与窗口门300的交接处，当窗口门300开启时，牵引机器人5能够分别通过窗口门300、斜坡通道301进入停机坪4。窗口门300设置有第一传感器，第一传感器包括用于接收开门或关门信号的第一接收器3000与发送开门或关门信号的第一发射器3001。固定结构32设有用于牵引机器人5自动充电的充电接口320(如图1所示)。

如图6所示，牵引机器人5包括牵引机器人本体50、托举平台51、多个第二传感器52、驱动机构53与从动机构54。具体地，托举平台51包括托板510以及升降件511，升降件511与牵引机器人本体50、托板510均固定连接。托板510用于托举无人机，升降件511用于将无人机抬离地面。升降件511通过牵引机器人本体50内部嵌入的自动驾驶控制模块控制其升降(牵引机器人本体50内部的自动驾驶控制模块还能够自动驾驶、智能绕障，该模块为自有技术，在此不再赘述)。托板510设有增加摩擦力的垫子，因无人机体积相对较小，可不采用夹紧装置而采用电磁吸附装置，如升降件511将无人抬离地面时，电磁吸附装置通电产生吸附将无人机吸附在托举平台51上，当升降件511下降将无人放置在地面时，电磁吸附装置断电吸附力消失。进一步地，第二传感器52包括探测无人机距离的距离传感器520，用于接收无人机停靠信号及接收第一发射器3001信号的第二接收器521，以及用于向第一接收器3000发射信号的第二发射器522。驱动机构53用于驱动牵引机器人5前进、绕障与上下坡，从动机构54能够保持牵引机器人5在前进、绕障与上下坡的过程中保持平稳运行。优选地，距离传感器520为激光雷达，第一接收器3000、第一发射器3001、第二接收器521、第二发射器522均为红外线、超声波、电磁波中的一种。本装置还包括用于控制箱体3内的温度和湿度的工业空调6以及控制单元。工业空调6与上箱体30固定连接，工业空调6使得箱体3内的湿度与温度保持稳定，并处以无人机及其无人机电池充电的适宜的环境，有利于增强无人机、无人机电池以及整个装置的使用寿命。更进一步地，控制单元与电池存取机构20、定位器23、驱动电机210及其控制器2100均电性连接，与检测器100、无人机均通信连接。无人机更换无人机电池时，向控制单元发送充电信号，控制单元通过检测器100的检测信息选择充电舱102，并分别启动驱动电机210、充电舱102对应的定位器23、电池存取机构20，对无人机进行无人机电池更换。

具体实施方案为：当无人机降落在停机坪4的起停点40时，会向牵引机器人5发送牵引信号。第二接收器521接收到牵引信号后，将牵引机器人5从休眠模式唤醒，进而切换到工作模式，同时，第二接收器521接收到牵引信号后会触发第二发射器522向第一接收器3000发送开门信号。第一接收器3000接收到开门信号后，将通过脉冲信号触发窗口门300开关开启窗口门300，窗口门300的开启信号将通过第一发射器3001发送至第二接收器521。第二接收器521接收到窗口门300的开启信号后，自动驾驶控制模块启动牵引机器人5驶向无人机降落的起停点40。在牵引机器人5驶向无人机的过程中，距离传感器520实时探测牵引机器人5与无人机之间的距离，当牵引机器人5接近无人机时(如：牵引机器人5正前方正对无人机的无人机电池的相距小于1cm)，牵引机器人5停止运行，此时，托板510位于无人机机身底部(托板510表面与机身最底部的垂直距离小于0.5cm)。自动驾驶模块检测到牵引机器人5位置无需调整或位置已完成调整(特殊情况下，当无人机未降落在标准降落点或牵引机器人5因绕障产生运行轨道偏差，此时，牵引机器人5将调整位置，使其正前方正对无人机的电池舱的相距小于预设范围，如1cm)，自动驾驶模块则启动升降件511升起至预设高度(预设高度具体根据无人机的体积大小设置)，并控制牵引机器人5驶向箱体3。当牵引机器人5牵引无人机进入箱体3内，第二发射器522向第一接收器3000发送关门信号，第一接收器3000接收到关门信号后，通过脉冲信号触发窗口门300开关关闭窗口门300，窗口门300的关闭信号将通过第一发射器3001发送至第二接收器521，此时，牵引机器人5进入休充电眠模式。同时，自动驾驶模块会通过无线或蓝牙向控制单元发送运行数据(如：降落时间、牵引开始时间、牵引结束时间等)；无人机降落时，会通过无线或蓝牙向控制单元发送无人机电池的电量数据(如：无人机电池剩余电量、预计使用里程等)，当控制单元同时收到牵引机器人5、无人机发送的上述数据时，判断无人机电池剩余电量小于预设值(如：20％)，将启动换电结构2进行无人机电池自动更换(见实施例一)。

综上所述，本实用新型设置了无人机箱体，避免了无人机暴露在空气中因日晒、雨淋带来的损坏，无需增加额外的保护设施，有效降低了成本；设置专用停机坪，无人机飞行降落不受限制，在恶劣环境或意外情况下依然能够正常降落；另外，本装置结构简单、充电流程快捷方便、智能化程度高、维护成本低、稳定性与可靠性高，而且整体质量轻便，现场部署简单，能有效减少事故的发生。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，本领域技术人员知悉，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本实用新型的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本实用新型的精神和范围。因此，本实用新型不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种无人机自动换电装置，用于自动更换所述无人机的无人机电池，其特征在于，包括充电结构(1)、换电结构(2)及箱体(3)；

所述无人机电池的数量为一个，所述换电结构(2)能够自动从所述无人机上取出所述无人机电池，将其存放于所述充电结构(1)中，并从所述充电结构(1)中自动取出所述无人机电池，安装在所述无人机上；

所述充电结构(1)、换电结构(2)均固定连接在所述箱体(3)内；

所述充电结构(1)用于存储所述无人机电池，并能够对所述无人机电池在电量低于预设水平时进行电量补充；

所述箱体(3)用于保护所述充电结构(1)与所述换电结构(2)，以及用于存储所述无人机。

2.根据权利要求1所述的无人机自动换电装置，其特征在于，所述充电结构(1)包括多个独立的充电组件(10)、多个独立的电源(11)以及第一固定件(12)；

所述充电组件(10)与电源(11)电连接；所述充电组件(10)、电源(11)均与所述第一固定件(12)固定连接；

所述充电组件(10)包括检测器(100)、壳体(101)及充电舱(102)；

所述检测器(100)与所述充电舱(102)固定连接；所述充电舱(102)与所述壳体(101)固定连接；

所述壳体(101)包括上壳体(1010)、下壳体(1011)；所述充电舱(102)设有充电插板(1020)；所述上壳体(1010)与所述第一固定件(12)固定连接；

所述上壳体(1010)、充电舱(102)、充电插板(1020)均与所述下壳体(1011)固定连接，连接后形成可容纳所述充电舱(102)的腔体，且一端开口，所述无人机电池至少一部分通过所述开口进入所述充电舱(102)与所述充电插板(1020)插接；所述充电插板(1020)与所述电源(11)电连接；

所述检测器(100)能够感应所述充电舱(102)是否存在电池，并对存在于所述充电舱(102)的所述无人机电池是否插入所述充电插板(1020)进行检测，同时还能对插入所述充电插板(1020)的所述无人机电池的充电状态进行检测。

3.根据权利要求2所述的无人机自动换电装置，其特征在于，所述换电结构(2)包括存取机构(20)、升降机构(21)、第二固定件(22)以及定位器(23)；

所述存取机构(20)与所述升降机构(21)滑动连接；所述升降机构(21)与所述第二固定件(22)固定连接；所述定位器(23)与所述存取机构(20)固定连接；

所述升降机构(21)包括驱动电机(210)、升降轨道(211)；所述驱动电机(210)与升降轨道(211)固定连接；所述驱动电机(210)设有控制器(2100)；所述存取机构(20)设有保护外壳(200)；

所述定位器(23)用于对所述存取机构(20)在所述升降轨道(211)的位置进行实时定位；所述控制器(2100)用于控制所述驱动电机(210)带动所述存取机构(20)在所述升降轨道(211)上运行与停止；停止时，所述存取机构(20)从所述充电舱(102)夹取所述无人机电池或将所述无人机电池存入所述充电舱(102)，或所述存取机构(20)从所述无人机中取出所述无人机电池或将所述无人机电池存入所述无人机中。

4.根据权利要求3所述的无人机自动换电装置，其特征在于，所述箱体(3)包括上箱体(30)、下箱体(31)以及固定结构(32)；

所述上箱体(30)一端开口，内部能够容纳所述换电结构(2)与所述充电结构(1)；所述下箱体(31)为平板结构；所述上箱体(30)与下箱体(31)可拆卸连接；所述固定结构(32)封装在所述上箱体(30)与所述下箱体(31)形成的空间内，并与所述下箱体(31)和/或上箱体(30)固定连接；

所述固定结构(32)与所述第一固定件(12)、第二固定件(22)均固定连接。

5.根据权利要求4所述的无人机自动换电装置，其特征在于，所述下箱体(31)的底面设有用于驻停所述箱体(3)的调节脚(310)以及用于移动所述箱体(3)的滚脚(311)。

6.根据权利要求4所述的无人机自动换电装置，所述上箱体(30)设置有窗口门(300)；

所述窗口门(300)为旋转窗口门；

或所述窗口门(300)为升降窗口门，所述上箱体(30)还包括斜坡通道(301)；所述斜坡通道(301)为楔形台体结构，并抵接于所述下箱体(31)与所述窗口门(300)的交接处；

所述窗口门(300)设置有第一传感器，所述第一传感器包括用于接收开门或关门信号的第一接收器(3000)与发送开门或关门信号的第一发射器(3001)；

所述第一接收器(3000)、第一发射器(3001)均为红外线、超声波、电磁波中的一种。

7.根据权利要求6所述的无人机自动换电装置，其特征在于，还包括用于控制所述箱体(3)内的温度和湿度的工业空调(6)以及控制单元；

所述工业空调(6)与所述上箱体(30)固定连接；

所述控制单元与所述电池存取机构(20)、定位器(23)、驱动电机(210)及其控制器(2100)均电性连接，与所述检测器(100)、无人机通信连接；

所述无人机向所述控制单元发送更换所述无人机电池的信号，所述控制单元通过所述检测器(100)的检测信息选择所述充电舱(102)，并分别启动所述驱动电机(210)、充电舱(102)对应的所述定位器(23)、电池存取机构(20)，对所述无人机进行所述无人机电池的更换。

8.一种无人机降落系统，其特征在于，包括用于降落所述无人机的停机坪(4)、用于牵引所述无人机的牵引机器人(5)、以及权利要求1-7任一项所述的无人机自动换电装置；

所述停机坪(4)设有用于所述无人机起飞和降落的起停点(40)；所述换电装置设有箱体(3)，所述箱体(3)包括上箱体(30)以及固定结构(32)；所述上箱体(30)设有用于所述牵引机器人(5)进出所述述箱体(3)的窗口门(300)；所述窗口门(300)包括用于接收开门或关门信号的第一接收器(3000)与发送开门或关门信号的第一发射器(3001)；所述固定结构(32)设有用于所述牵引机器人(5)自动充电的充电接口(320)；

所述牵引机器人(5)停放在所述箱体(3)内；所述箱体(3)停放在所述停机坪(4)上；

所述牵引机器人(5)能够将所述无人机从所述起停点(40)牵引至所述箱体(3)内，还能将所述无人机从所述箱体(3)内牵引至所述起停点(40)。

9.根据权利要求8所述的无人机降落系统，其特征在于，所述牵引机器人(5)包括牵引机器人本体(50)、托举平台(51)、多个第二传感器(52)、驱动机构(53)与从动机构(54)；

所述托举平台(51)包括托板(510)以及升降件(511)；所述升降件(511)与所述牵引机器人本体(50)、托板(510)均固定连接；所述托板(510)用于托举所述无人机，所述升降件(511)用于将所述无人机抬离地面；

所述第二传感器(52)包括探测所述无人机距离的距离传感器(520)，用于接收无人机停靠信号及接收所述第一发射器(3001)信号的第二接收器(521)，以及用于向所述第一接收器(3000)发射信号的第二发射器(522)；

所述距离传感器(520)为激光雷达；

所述第二接收器(521)、第二发射器(522)均为红外线、超声波、电磁波中的一种。

10.根据权利要求9所述的无人机降落系统，其特征在于，所述自动换电装置还设有控制单元，所述控制单元与所述牵引机器人(5)无线通讯连接；

所述牵引机器人(5)能够将牵引所述无人机的牵引信息传输至所述控制单元。

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