CN218228705U - 一种无人机机巢自动换电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型主要涉及无人机机巢技术领域，具体的说是一种无人机机巢自动换电系统，包括机巢平台、支撑架和控制模块，所述支撑架安装在机巢平台底部，用以支撑并固定机巢平台，所述机巢平台内部安装有机巢骨架，用于安装机巢平台内部的电子部件；杜绝了无人机在机巢平台中漫长的充电等待时间，通过快速高效的自动换电系统，让无人机自动化作业效率大大的提高。由于电池箱内存放有数块电池，无人机飞行作业时，电池箱内的数块电池都可同时进充电，每次无人机完成作业返回时，电池箱都能给飞机换上满电的电池。

Description

一种无人机机巢自动换电系统

技术领域

本实用新型主要涉及无人机机巢技术领域，具体的说是一种无人机机巢自动换电系统。

背景技术

如今，无人机在各领域均得到的广泛的利用，但是受到无人机自身结构和重量及其电池技术的限制，当今的中小型无人机的滞空时间往往不超过1h，这对于无人机所要执行的任务耗时是不匹配的，而一味的增加电池的容量只会造成无人机的负荷过大，难以承受，影响正常的工作性能；

市面上的自动智能无人机的机巢能够实现对无人机的自动补充，可以通过频繁的补充电量来维持无人机的正常工作，而补充电量有两种方式，一种是在无人机停落在机巢上时直接连接充电口，进行直接充电，但是这样的充电方式耗时较长，并且当需要无人机长期滞空时，就需要配合多架无人机进行工作，无人机停靠机位的设置需要占有较大的面积，降低了实用性；

而中国专利CN202021926496.2公开了一种小型无人机自动更换电池的移动机巢及其停机坪，包括移动机巢、控制单元；移动机巢包括底板、底板框架、移动式顶盖、设置在底板上的停机坪、三维模组单元、机械夹爪；停机坪内设有充电仓；所述控制单元包括依次相连的工控机、控制模块、若干伺服控制器，工控机发送指令至控制模块，由控制模块执行工控机的指令控制各伺服控制器，完成控制无人机在停机坪上的精准降落与固定、三维模组单元的移动、机械夹爪将无人机移动至固定降落位置及在无人机与充电仓之间取放电池、监控充电仓内的电池信息。上述实用新型为无人机提供了一个可精准降落及紧固的平台，且能为无人机电池持续充电。；

但是上述专利并没有考虑到，当直接更换无人机电池的方式更加直接有效，耗时较短，但是现有的自动更换无人机机巢的相关设备需要配备机械手、伺服电机等一系列设备，实现复杂的运动动作，才能完成更换电池的一系列过程，结构复杂，成本高，不易维护；

鉴于此，本实用新型通过提出了一种无人机机巢自动换电系统，以解决上述技术问题。

实用新型内容

为了弥补现有技术的不足，本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种无人机机巢自动换电系统，包括机巢平台、支撑架和控制模块，所述支撑架安装在机巢平台底部，用以支撑并固定机巢平台，所述机巢平台内部安装有机巢骨架，用于安装机巢平台内部的电子部件；所述机巢平台上表面设有充电口；控制模块用以实现无人机充电过程的自动控制；

还包括：

卸除模块，用以卸除和安装无人机上所配备的电池；

电池箱，所述电池箱安装在所述机巢骨架上，用以存放电池；

立体移动模块，所述立体移动模块用以实现电池在所述机巢平台的立体移动；

充电模块，所述充电模块用以对电池进行充电。

优选的，所述立体移动模块包括：

Z轴电缸支架，所述Z轴电缸支架安装在机巢骨架内部，并位于所述充电口下方；

X轴滑轨，所述X轴滑轨安装在Z轴电缸支架上方；

X轴滑板，所述X轴滑板滑动安装在所述X轴滑轨上；

X轴电缸，所述X轴电缸安装在所述X轴滑轨一端上，且所述X轴电缸主体支座固定在所述X轴滑轨一端上，所述X轴电缸的伸缩端与所述X轴滑板相固连；

Z轴电缸，所述Z轴电缸安装在所述X轴滑板上方。

优选的，所述立体移动模块还包括：

Y轴滑轨，所述Y轴滑轨安装在机巢骨架上，且所述电池箱滑动安装在所述Y轴滑轨上；

Y轴电缸，所述Y轴电缸安装在所述Y轴滑轨上，且所述Y轴电缸主体支座固定在所述X轴滑轨一端；所述Y轴电缸的伸缩端与所述电池箱相对一侧相固定。

优选的，所述卸除模块包括电池顶块，所述电池顶块安装在所述Z轴电缸升降杆的端部上，用以抓取电池并移动。

优选的，所述无人机上安装有无人机磁座，所述机巢平台上表面靠近充电口的部位设有磁性材料铺设的停机区域。

优选的，所述电池箱内部设有电量检测模块，用以检测内部存放电池的电量。

优选的，所述X轴电缸和Z轴电缸均为伺服电缸，且受到控制模块的控制。

优选的，所述电池上与所述电池顶块上相对应的部位设有电池空位。

优选的，所述机巢平台外侧设有警示灯，用以在机巢平台内部的电池均电量不足时发出警示信号。

优选的，所述机巢平台上方设有防雨棚，用以在雨水天气中起到阻隔雨水的效果。

本实用新型提供了一种无人机机巢自动换电系统，杜绝了无人机在机巢平台中漫长的充电等待时间，通过快速高效的自动换电系统，让无人机自动化作业效率大大的提高。由于电池箱内存放有数块电池，无人机飞行作业时，电池箱内的数块电池都可同时进充电，每次无人机完成作业返回时，电池箱都能给飞机换上满电的电池。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型初始状态立体图；

图2是本实用新型Z轴电缸升降杆伸出充电口时的示意图；

图3是本实用新型电池顶块与无人机相结合时的示意图；

图4是本实用新型内部结构图；

图5是本实用新型中电池嵌入电池箱时的示意图；

图6是本实用新型中电池抽出电池箱时的示意图；

图中：机巢平台1、机巢骨架11、充电口12、电池箱2、立体移动模块3、Z轴电缸支架31、X轴滑轨32、X轴滑板33、X轴电缸34、Z轴电缸35、Y轴滑轨36、Y轴电缸37、电池顶块38、Z轴电缸升降杆39、无人机4、无人机磁座41、电池5。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

如图1至图6所示的一种无人机机巢自动换电系统，包括机巢平台1、支撑架和控制模块，所述支撑架安装在机巢平台1底部，用以支撑并固定机巢平台1，所述机巢平台1 内部安装有机巢骨架11，用于安装机巢平台1内部的电子部件；所述机巢平台1上表面设有充电口12；控制模块用以实现无人机4充电过程的自动控制；

还包括：

卸除模块，用以卸除和安装无人机4上所配备的电池5；

电池箱2，所述电池箱2安装在所述机巢骨架11上，用以存放电池5；

立体移动模块3，所述立体移动模块3用以实现电池5在所述机巢平台1的立体移动；

充电模块，所述充电模块用以对电池5进行充电。

如今，无人机4在各领域均得到的广泛的利用，但是受到无人机4自身结构和重量及其电池5技术的限制，当今的中小型无人机4的滞空时间往往不超过1h，这对于无人机4所要执行的任务耗时是不匹配的，而一味的增加电池5的容量只会造成无人机4的负荷过大，难以承受，影响正常的工作性能；市面上的自动智能无人机4的机巢能够实现对无人机4的自动补充，可以通过频繁的补充电量来维持无人机4的正常工作，而补充电量有两种方式，一种是在无人机4停落在机巢上时直接连接充电口12，进行直接充电，但是这样的充电方式耗时较长，并且当需要无人机4长期滞空时，就需要配合多架无人机4进行工作，无人机4停靠机位的设置需要占有较大的面积，降低了实用性；而采用直接更换无人机4电池5的方式更加直接有效，耗时较短，但是现有的自动更换无人机4机巢的相关设备需要配备机械手、伺服电机等一系列设备，实现复杂的运动动作，才能完成更换电池5 的一系列过程，结构复杂，成本高，不易维护；因此，本申请为解决上述问题，通过设置立体移动模块3，仅仅需要简单的三维直线运动的组合，即可完成对电池5的更换，结构简单，易于维护，占地面积小，实用性进一步得到提升。

作为本实用新型的一种具体实施方式，所述立体移动模块3包括：

Z轴电缸支架31，所述Z轴电缸支架31安装在机巢骨架11内部，并位于所述充电口12下方；

X轴滑轨32，所述X轴滑轨32安装在Z轴电缸支架31上方；

X轴滑板33，所述X轴滑板33滑动安装在所述X轴滑轨32上；

X轴电缸34，所述X轴电缸34安装在所述X轴滑轨32一端上，且所述X轴电缸34 主体支座固定在所述X轴滑轨32一端上，所述X轴电缸34的伸缩端与所述X轴滑板33 相固连；

Z轴电缸35，所述Z轴电缸35安装在所述X轴滑板33上方。

所述立体移动模块3还包括：

Y轴滑轨36，所述Y轴滑轨36安装在机巢骨架11上，且所述电池箱2滑动安装在所述Y轴滑轨36上；

Y轴电缸37，所述Y轴电缸37安装在所述Y轴滑轨36上，且所述Y轴电缸37主体支座固定在所述X轴滑轨32一端；所述Y轴电缸37的伸缩端与所述电池箱2相对一侧相固定。

所述卸除模块包括电池顶块38，所述电池顶块38安装在所述Z轴电缸升降杆39的端部上，用以抓取电池5并移动。

工作时，控制模块能够随时监测工作中的无人机4内部电池5的电量，当电量消耗过多需要补充时，控制无人机4下移并降落在机巢平台1上表面，因为无人机4上安装有无人机磁座41，而机巢平台1上表面靠近充电口12的部位设有磁性材料铺设的停机区域，因此当无人机4降落在机巢平台1上表面时，通过调整位置落在停机区域中，无人机磁座 41和停机区域的磁性材料相互吸引，实现对无人机4位置的限位；并且此时无人机4上电池5端部正对充电口12部位；

随后，控制模块启动立体移动模块3，其中位于Z轴电缸支架31上的X轴电缸34启动，X轴电缸34的伸缩端伸出，推动X轴滑板33沿着X轴滑轨32移动，进而带动位于X 轴滑板33上的Z轴电缸35移动至充电口12正下方，Z轴电缸35启动，使得Z轴电缸升降杆39上移，带动端部的电池顶块38移出，使得电池顶块38与无人机4电池5上的电池5空位相对应，随后在X轴电缸34伸缩端带动下，电机顶块向靠近无人机4的位置移动，并嵌入电池5空位中，实现配合；同时，无人机4上安装有电池5的部位解除对所安装的电池5的锁紧固定，使得在电池顶块38向着反方向移动时，电池5在电池顶块38的作用下离开无人机4，并在移动至充电口12时，随着Z轴电缸升降杆39下移，缩入机巢骨架11内部，此处进入的电池5移动至与电池箱2平齐的位置；

进一步的，电池箱2相连的Y轴电缸37启动，推动电池箱2沿着Y轴滑轨36移动，从而调整电池箱2的位置，电池箱2内部设有多个电池5槽，电池5槽安装有充电模块，充电模块为现有技术中正对无人机4电池5的充电装置，与外界电源相连，电池5嵌入电池5槽中时自动开始充电，并且在充电过程中，电量检测模块的电量检测装置随时监控电池5内部的电量变化，在充电结束后将信息传递至控制模块的自动控制终端，实现对该电池5相连充电装置的断电，在待机阶段，当电池5内部的电量自然消耗过大时，会再次启动对应的充电装置，补充电量；因此，当电池顶块38将无人机4上电量耗尽的电池5移动至对应位置时，Y轴电缸37推动电池箱2移动，使得电池箱2上空出的电池5槽对准电池顶块38上的电池5，随后X轴电缸34推动电池顶块38上的电池5嵌入电池5槽中，并开始进行充电；并且电池5槽中对电池5进行锁紧限位，使得电池顶块38后退时实现分离；而同时，Y轴电缸37再次推动电池箱2移动，使得电池箱2上电量已充满电池5的电池5槽正对电池顶块38，电池顶块38移动靠近嵌入电池5上的电池5空位，实现固定，电池5槽也解除对电池5的锁紧限位，随后按照将电池5从外侧送入机巢骨架11内部内部相反的运动过程，将充满电的电池5送入上方的无人机4的对应位置，并安装在无人机 4上；随着电池顶块38的后退，无人机4可以在充足电量的驱动下再次起飞，开始正常工作；而电池顶块38在没有后续的无人机4需要更换电池5的情况下，可以下移，缩入机巢骨架11内部待命；

本申请通过上述的动作，可以迅速实现对无人机4电池5的更换，减少无人机4充电时间，提高无人机4的出动效率；并且上述的X轴电缸34、Y轴电缸37和Z轴电缸35通过相互垂直交叉的简单直线运动，实现对电池5三维上的位置调整，结构简单可靠，运动简单准确，仅仅是多个电缸的组合控制，相比与现有技术结构得到简化，体积较小，并且因为更换电池5的效率高，仅仅需要停靠一个无人机4的停机区域，就可以满足多个无人机4的需求，进一步节省了布置空间，简单高效，提高了实用性。

作为本实用新型的一种具体实施方式，所述X轴电缸34、Y轴电缸37和Z轴电缸35均为伺服电缸，且受到控制模块的控制。

通过选用伺服电缸的X轴电缸34、Y轴电缸37和Z轴电缸35，利用伺服电缸闭环伺服控制，控制精度较高，且成本低，安装灵活的优点，使得在电池5移动过程中的每一段直线位置都更加准确高效，并且结构简化，体积易于控制。

作为本实用新型的一种具体实施方式，所述机巢平台1外侧设有警示灯，用以在机巢平台1内部的电池5均电量不足时发出警示信号。

工作时，在配置有多台无人机4时，频繁的更换电池5，可能会出现电池箱2上存储的电池5均处于不满电状态，此处自动控制终端控制警示灯发出红色警示光，通知使用者需要减少无人机4的数量，并优化无人机4的出动计划，避免负荷过大导致损坏。

作为本实用新型的一种具体实施方式，所述机巢平台1上方设有防雨棚，用以在雨水天气中起到阻隔雨水的效果。

工作时，当处于雨水天气时，可以在机巢平台1上方安装防雨棚，避免出现雨水沿着充电口12流入，导致出现进水损坏的问题。

综上所述，本实用新型的具体工作原理如下：

工作时，控制模块能够随时监测工作中的无人机4内部电池5的电量，当电量消耗过多需要补充时，控制无人机4下移并降落在机巢平台1上表面，因为无人机4上安装有无人机磁座41，而机巢平台1上表面靠近充电口12的部位设有磁性材料铺设的停机区域，因此当无人机4降落在机巢平台1上表面时，通过调整位置落在停机区域中，无人机磁座 41和停机区域的磁性材料相互吸引，实现对无人机4位置的限位；并且此时无人机4上电池5端部正对充电口12部位；

随后，控制模块启动立体移动模块3，其中位于Z轴电缸支架31上的X轴电缸34启动，X轴电缸34的伸缩端伸出，推动X轴滑板33沿着X轴滑轨32移动，进而带动位于X 轴滑板33上的Z轴电缸35移动至充电口12正下方，Z轴电缸35启动，使得Z轴电缸升降杆39上移，带动端部的电池顶块38移出，使得电池顶块38与无人机4电池5上的电池5空位相对应，随后在X轴电缸34伸缩端带动下，电机顶块向靠近无人机4的位置移动，并嵌入电池5空位中，实现配合；同时，无人机4上安装有电池5的部位解除对所安装的电池5的锁紧固定，使得在电池顶块38向着反方向移动时，电池5在电池顶块38的作用下离开无人机4，并在移动至充电口12时，随着Z轴电缸升降杆39下移，缩入机巢骨架11内部，此处进入的电池5移动至与电池箱2平齐的位置；

进一步的，电池箱2相连的Y轴电缸37启动，推动电池箱2沿着Y轴滑轨36移动，从而调整电池箱2的位置，电池箱2内部设有多个电池5槽，电池5槽安装有充电模块，充电模块为现有技术中正对无人机4电池5的充电装置，与外界电源相连，电池5嵌入电池5槽中时自动开始充电，并且在充电过程中，电量检测模块的电量检测装置随时监控电池5内部的电量变化，在充电结束后将信息传递至控制模块的自动控制终端，实现对该电池5相连充电装置的断电，在待机阶段，当电池5内部的电量自然消耗过大时，会再次启动对应的充电装置，补充电量；因此，当电池顶块38将无人机4上电量耗尽的电池5移动至对应位置时，Y轴电缸37推动电池箱2移动，使得电池箱2上空出的电池5槽对准电池顶块38上的电池5，随后X轴电缸34推动电池顶块38上的电池5嵌入电池5槽中，并开始进行充电；并且电池5槽中对电池5进行锁紧限位，使得电池顶块38后退时实现分离；而同时，Y轴电缸37再次推动电池箱2移动，使得电池箱2上电量已充满电池5的电池5槽正对电池顶块38，电池顶块38移动靠近嵌入电池5上的电池5空位，实现固定，电池5槽也解除对电池5的锁紧限位，随后按照将电池5从外侧送入机巢骨架11内部内部相反的运动过程，将充满点的电池5送入上方的无人机4的对应位置，并安装在无人机 4上；随着电池顶块38的后退，无人机4可以在充足电量的驱动下再次起飞，开始正常工作；而电池顶块38在没有后续的无人机4需要更换电池5的情况下，可以下移，缩入机巢骨架11内部待命。

上述前、后、左、右、上、下均以说明书附图中的图1为基准，按照人物观察视角为标准，装置面对观察者的一面定义为前，观察者左侧定义为左，依次类推。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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保护范围的限制。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种无人机机巢自动换电系统，包括机巢平台、支撑架和控制模块，所述支撑架安装在机巢平台底部，用以支撑并固定机巢平台，所述机巢平台内部安装有机巢骨架，用于安装机巢平台内部的电子部件；所述机巢平台上表面设有充电口；控制模块用以实现无人机充电过程的自动控制；

其特征在于，还包括：

卸除模块，用以卸除和安装无人机上所配备的电池；

电池箱，所述电池箱安装在所述机巢骨架上，用以存放电池；

立体移动模块，所述立体移动模块用以实现电池在所述机巢平台的立体移动；

充电模块，所述充电模块用以对电池进行充电；

所述立体移动模块包括：

Z轴电缸支架，所述Z轴电缸支架安装在机巢骨架内部，并位于所述充电口下方；

X轴滑轨，所述X轴滑轨安装在Z轴电缸支架上方；

X轴滑板，所述X轴滑板滑动安装在所述X轴滑轨上；

X轴电缸，所述X轴电缸安装在所述X轴滑轨一端上，且所述X轴电缸主体支座固定在所述X轴滑轨一端上，所述X轴电缸的伸缩端与所述X轴滑板相固连；

Z轴电缸，所述Z轴电缸安装在所述X轴滑板上方；

所述卸除模块包括电池顶块，所述电池顶块安装在所述Z轴电缸升降杆的端部上，用以抓取电池并移动。

2.根据权利要求1所述的一种无人机机巢自动换电系统，其特征在于：所述立体移动模块还包括：

Y轴滑轨，所述Y轴滑轨安装在机巢骨架上，且所述电池箱滑动安装在所述Y轴滑轨上；

Y轴电缸，所述Y轴电缸安装在所述Y轴滑轨上，且所述Y轴电缸主体支座固定在所述X轴滑轨一端；所述Y轴电缸的伸缩端与所述电池箱相对一侧相固定。

3.根据权利要求2所述的一种无人机机巢自动换电系统，其特征在于：所述无人机上安装有无人机磁座，所述机巢平台上表面靠近充电口的部位设有磁性材料铺设的停机区域。

4.根据权利要求3所述的一种无人机机巢自动换电系统，其特征在于：所述电池箱内部设有电量检测模块，用以检测内部存放电池的电量。

5.根据权利要求4所述的一种无人机机巢自动换电系统，其特征在于：所述X轴电缸和Z轴电缸均为伺服电缸，且受到控制模块的控制。

6.根据权利要求5所述的一种无人机机巢自动换电系统，其特征在于：所述电池上与所述电池顶块上相对应的部位设有电池空位。

7.根据权利要求1所述的一种无人机机巢自动换电系统，其特征在于：所述机巢平台外侧设有警示灯，用以在机巢平台内部的电池均电量不足时发出警示信号。

8.根据权利要求1所述的一种无人机机巢自动换电系统，其特征在于：所述机巢平台上方设有防雨棚。

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