CN219382841U - 无人机换电机械臂及无人机自动机场 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于无人机自动机场技术领域，尤其涉及一种无人机换电机械臂及无人机自动机场，包括X轴模组、Y轴模组、机械臂和多个电池仓；所述Y轴模组安装在所述X轴模组上，所述Y轴模组能够在所述X轴模组的带动下随所述X轴模组移动；所述机械臂设置在所述Y轴模组上；在无人机停放在换电位置时，多个所述电池仓内的电池的底面与无人机上的电池的底面处于XY平面；此时，所述机械臂能够在所述X轴模组和所述Y轴模组的驱动下取出无人机的电池并运送至空闲的所述电池仓中，并将另一个所述电池仓中的电池取出并装入无人机，以完成换电操作。根据本实用新型实施例的无人机换电机械臂及无人机自动机场，未设置Z轴模组，简化了整体结构和操作流程。

Description

无人机换电机械臂及无人机自动机场

技术领域

本实用新型属于无人机自动机场技术领域，尤其涉及一种无人机换电机械臂及无人机自动机场。

背景技术

现有的无人机机场的换电装置通常包括至少两个电池仓、机械臂及机械臂运动驱动机构，机械臂运动驱动机构包括X轴模组、Y轴模组和Z轴模组三个相互独立的模组。在进行无人机换电操作时，通常利用X轴模组、Y轴模组和Z轴模组共同工作带动机械臂从无人机的电池槽中取出电池并将更换的电池放置空闲的电池仓内或从电池仓内取出满电的电池后再向无人机的电池槽中放入电池，能够使无人机获得短时间内多次起飞作业的能力，增强无人机的应急能力和延长工作时间，进而提高作业效率。

但是，现有的换电装置的机械臂运动驱动机构结构复杂，占用机场空间较大，机械臂需要三维调节，运动控制要求较高，换电流程复杂，换电效率低。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：针对现有的换电装置的机械臂运动驱动机构结构复杂，占用机场空间较大，机械臂需要三维调节，运动控制要求较高，换电流程复杂，换电效率低问题，提供一种无人机换电机械臂及无人机自动机场。

为解决上述技术问题，一方面，本实用新型实施例提供一种无人机换电机械臂，包括X轴模组、Y轴模组、机械臂和多个电池仓；

所述Y轴模组安装在所述X轴模组上，所述Y轴模组能够在所述X轴模组的带动下随所述X轴模组移动；

所述机械臂设置在所述Y轴模组上；

在无人机停放在换电位置时，多个所述电池仓内的电池的底面与无人机上的电池的底面处于XY平面；此时，所述机械臂能够在所述X轴模组和所述Y轴模组的驱动下取出无人机的电池并运送至空闲的所述电池仓中，并将另一个所述电池仓中的电池取出并装入无人机，以完成换电操作。

可选地，多个所述电池仓沿X轴方向间隔排布，相邻两个所述电池仓的间隔能够供所述机械臂通过；

所述电池仓内的电池进出方向为Y轴方向，所述机械臂从无人机上取放电池的方向为Y轴方向。

可选地，所述机械臂包括第一动力装置、底座和夹持爪；

所述底座固定在所述Y轴模组上；

所述夹持爪为两个，两个所述夹持爪滑动连接于所述底座的X轴方向的相对两侧，所述第一动力装置同时驱动两个所述夹持爪相向运动或相背运动，以夹持或松开电池。

可选地，所述机械臂还包括电池托举机构，至少一个所述夹持爪上设置有所述电池托举机构，所述电池托举机构包括旋转臂和第二动力装置，所述第二动力装置安装在所述夹持爪的靠近无人机的一端，所述旋转臂连接在所述第二动力装置的输出端上，所述第二动力装置用于驱动所述旋转臂相对于所述夹持爪旋转；

所述旋转臂旋转至预设位置后，能够抵接在电池的底面上以托举电池。

可选地，所述旋转臂与所述夹持爪在Y轴方向上与所述夹持爪的靠近无人机的一端间隔；

所述旋转臂包括托举部和连接部，所述托举部的一端和所述连接端的一端连接，所述连接部的另一端与所述第二动力装置的输出端连接，所述托举部为L形杆状结构，所述连接部为直杆结构；

所述旋转臂旋转至预设位置后，所述托举部伸入两个所述夹持爪之间并抵接在电池的底面上。

可选地，两个所述夹持爪的相互靠近的表面上均设置有用于与电池的凸台配合的定位槽。

可选地，所述机械臂还包括弹性触碰杆；

在无人机停止在换电位置时，所述弹性触碰杆能够按压无人机的电源开关以关闭无人机。

可选地，所述夹持爪上设置减重槽，所述减重槽的开口朝向无人机，所述第二动力装置安装在所述减重槽内。

可选地，所述电池仓呈镂空结构；所述电池仓设置有充电端子，充电端子用于向电池充电。

根据本实用新型实施例的无人机换电机械臂，减少了Z轴模组，电池移动过程中仅在XY平面移动，未涉及Z轴方向的移动，因此具有结构简单、流程简化的优点。

另一方面，本实用新型实施例还提供一种无人机自动机场，包括上述任一项的无人机换电机械臂。

附图说明

图1是本实用新型第一实施例提供的无人机换电机械臂的整体示意图；

图2是本实用新型第一实施例提供的无人机换电机械臂的X轴模组和Y轴模组的结构示意图；

图3是本实用新型第一实施例提供的无人机换电机械臂的机械臂的结构示意图；

图4是本实用新型第一实施例提供的无人机换电机械臂的机械臂的内部结构示意图；

图5是本实用新型第一实施例提供的无人机换电机械臂的电池的示意图；

图6是本实用新型第一实施例提供的无人机换电机械臂的电池仓的结构示意图。

说明书中的附图标记如下：

1、X轴模组；2、Y轴模组；3、机械臂；31、夹持爪；311、齿条；312、滑轨；32、底座；33、旋转臂；331、连接部；332、托举部；34、第二动力装置；35、定位槽；36、弹性触碰杆；37、减重槽；6、电池仓；61、卡槽；902、电池；903、凸台；904、开关；905、弹簧卡扣。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例中的X轴、Y轴仅仅方便表述方向，并不限定具体的方向。

第一实施例

如图1所示，本实用新型第一实施例提供的无人机换电机械臂，包括X轴模组1、Y轴模组2、机械臂3和多个电池仓6，其中Y轴模组2安装在X轴模组1上，Y轴模组2能够在X轴模组1的带动下随X轴模组1移动。机械臂3设置于Y轴模组2，在无人机900停放在换电位置时，多个电池仓6内的电池902的底面与无人机900上的电池902的底面处于XY平面；此时，所述机械臂3能够在所述X轴模组1和所述Y轴模组2的驱动下取出无人机900的电池902并运送至空闲的所述电池仓6中，并将另一个所述电池仓6中的电池902取出并装入无人机900，以完成换电操作。

在X轴模组1和Y轴模组2带动下，机械臂3移动以靠近无人机900并夹取电池902，再和电池一并移动直至将电池902放入电池仓6内，之后从另外的电池仓6抓取满电电池902，因为无人机900的电池902的底面和电池仓6内电池底面处于同一XY平面，也即机械臂3全程在同一水平面上移动，并未在Z轴方向位移。最终达到同样能够实现换电池902的效果下，比现有技术少了Z轴模组，结构更加简单。

参照图2和图3，在本实施例中，机械臂3包括第一动力装置、底座32和夹持爪31；底座32固定在Y轴模组2。夹持爪31为两个，夹持爪31滑动连接于底座32，且两个夹持爪31相对设置，两个夹持爪31位于同一高度，第一动力装置同时驱动两个夹持爪31相向运动或相互远离运动，以夹持或松开电池902，本实施例中的夹持爪31在相互靠近时，在同一水平面左右夹紧电池902，后在X轴模组1和\或Y轴模组2带动下抽出电池902并移动至电池仓6。

参照图3和图4，本实施例中第一动力装置可以为电机，两个夹持爪31均具有滑轨312，两个夹持爪31的滑轨312相互平行，夹持爪31通过滑轨312滑动连接底座32，两个滑轨312于二者的相向侧设置齿条311，此时，电机设置于两个齿条311的相向侧的中间且设置于两个夹持爪31相向侧的中部，电机的输出轴固定连接齿轮，该齿轮同时啮合上下两个齿条311，电机正转或反转时，分别带动两个齿条311相互靠近或相互远离，也即带动两个夹持爪31相互靠近或相互远离，此时就能实现夹持爪31夹紧电池902或放开电池902的功能。

在本实施例中，在本实施例中，机械臂3设置有弹性触碰杆36，弹性触碰杆36包括杆体和弹簧钢珠，杆体固定于底座32上，杆体朝向无人机900的开关904延伸，弹簧钢珠安装于杆体靠近无人机900的一端。本实施例的无人机900开关904设置在电池902的露出无人机一侧的中部，因此，弹性触碰杆36对应地设置在两个夹持爪31中间。弹簧钢珠也可以称之为定位柱塞或定位波珠，是机械领域常见的零部件，其结构不予赘述。弹簧钢珠在触碰到无人机900的开关904后，其内的钢珠能够压缩弹簧并于一定范围的发生位移，使开关904动作具有一定的误差允许量，达到能完成开关904动作的同时不会对无人机900电池902的开关904造成损坏。因为弹簧钢珠在底座32逐渐靠近无人机900时，能够触碰并按压无人机900的开关904以关闭无人机900，保证了无人机900处于关机状态下完成换电池902的操作，避免更换电池902造成电路不稳定对无人机900的损伤。

参照图4，机械臂3还包括电池托举机构，至少一个夹持爪上设置有电池托举机构，电池托举机构包括旋转臂33和第二动力装置34，第二动力装置34安装在夹持爪31的靠近无人机900的一端，旋转臂33连接在第二动力装置34的输出端上，第二动力装置34驱动旋转臂33相对于夹持爪31旋转。

具体地，旋转臂33与夹持爪31在Y轴方向上与夹持爪31的靠近无人机的一端间隔，旋转臂33包括托举部332和连接部331，托举部332为L形杆状结构，连接部331呈杆状，旋转臂33的旋转平面和夹持爪31的靠近无人机900的一侧平面平行，也即旋转臂33所在的平面和夹持爪31的靠近无人机900的一侧平面平行，托举部332的一端和连接部331的一端连接，连接部331的另一端与第二动力装置34连接。

在需要夹紧电池902时，通过第二动力装置34带动旋转臂33的托举部332位于电池902的下方且托举部332贴合电池902的下表面实现托举功能，第二动力装置34可以为舵机。

参照图3和图4，在夹持爪31朝向无人机900的一侧设置减重槽37，减重槽37的开口朝向无人机900，第二动力装置34安装在减重槽37内，此项设置实现了减重的效果并且还缩小了夹持爪和第二动力装置整体的体积。

并且本实施例中的第二动力装置34的转动角度可以为360度，最佳地，第二动力装置34地转动角度范围为0-180度，如图5，以托举部332转动至夹持爪31的上方并凸出夹持爪31的位置为原点，原点状态时，连接部331竖向向上，托举部332水平延伸且两个托举部332相互远离；以托举部332托举电池902的位置为180度，此时的两个托举部332共同托举电池902，两个托举部332相互靠近且两个托举部332的相距距离最短，连接部331大致竖向向下延伸。当托举部332转动90度时，连接部331呈水平状态，此时托举部332朝下，两个的托举部332的端部处于二者相距距离最远的位置，此时的两个托举部332能够在夹持爪靠近电池902的过程中，拨动无人机的桨叶，减少无人机桨叶阻碍夹持爪取放电池902的效果。

简而言之，在不需要取放电池902时，第二动力装置34带动旋转臂33转动至原点位置；在夹持爪31靠近无人机的过程中，第二动力装置34带动旋转臂33转动90度，此时托举部332可以拨动阻碍夹持爪31靠近无人机的桨叶，使得夹持爪31靠近的过程更顺利；在夹持爪31夹紧电池902输送的过程中，托举部332位于电池902的下方并托举电池902，提高电池902在输送过程中的稳定性。

在本实施例中，夹持爪31上设置有用于与电池902的凸台903配合的定位槽35，定位槽35分别设置于两个夹持爪31的相互靠近的表面上；夹持爪31夹持电池902时，电池902的凸台903插入定位槽35内。

进一步优化地，定位槽35的深度方向和夹持爪31的表面存在夹角，也即定位槽35的深度方向并非垂直于夹持爪31的表面，参照附图，定位槽35的深度方向朝向底座32方向倾斜，对应地，凸台903的凸出电池902的高度方向也并非垂直于电池902的侧壁，其也倾斜以配合定位槽35。在夹紧电池902时，电池902的凸台903插入定位槽35内，并且由于定位槽35的深度方向并非垂直于夹持爪31的表面，因此，在夹紧电池902时，电池902除收到夹紧力，还受到从夹持爪31到无人机方向的力，使得电池902的固定效果更佳。

参照图3，在本实施例中，多个电池仓6一字并排设置，多个电池仓6的排布方向和X轴模组1的移动方向相同，相邻两个电池仓6间隔设置，相邻两个电池仓6的间隔能够供夹持爪31穿过，多个电池仓6的电池902入口和无人机的电池902入口朝向一致。

本实施例中，在多个电池仓6的底部设置一板体，多个电池仓6沿该板体呈一字排布以固定在该板体上。

在本实施例中，电池仓6呈镂空结构，使得电池仓6的重量减轻，并且在电池仓6内还设置充电端子，充电端子得作用是在电池902进入电池仓6后，电池902的充电触点与充电端子接触，二者实现电连接以向电池902充电。

电池仓6内设置有卡槽61，无人机900的电池902上设置有弹簧卡扣905，电池仓6的卡槽61和电池902的弹簧卡扣905配合。更换并输送电池902时，夹持爪31夹紧电池902，此时也同样夹紧了弹簧卡扣905，换言之，夹持爪31夹紧电池902的同时也按压弹簧卡扣905，但当无人机900电池902进入电池仓6后，夹持爪31送入电池902后，弹簧卡扣905卡入卡槽61内。

第二实施例

本实用新型的第二实施例还公开一种无人机自动机场，包括上述实施例所描述的无人机换电机械臂。

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 (10)

1.一种无人机换电机械臂，其特征在于，包括X轴模组、Y轴模组、机械臂和多个电池仓；

所述Y轴模组安装在所述X轴模组上，所述Y轴模组能够在所述X轴模组的带动下随所述X轴模组移动；

所述机械臂设置在所述Y轴模组上；

在无人机停放在换电位置时，多个所述电池仓内的电池的底面与无人机上的电池的底面处于XY平面；此时，所述机械臂能够在所述X轴模组和所述Y轴模组的驱动下取出无人机的电池并运送至空闲的所述电池仓中，并将另一个所述电池仓中的电池取出并装入无人机，以完成换电操作。

2.根据权利要求1所述的无人机换电机械臂，其特征在于，多个所述电池仓沿X轴方向间隔排布，相邻两个所述电池仓的间隔能够供所述机械臂通过；

所述电池仓内的电池进出方向为Y轴方向，所述机械臂从无人机上取放电池的方向为Y轴方向。

3.根据权利要求1所述的无人机换电机械臂，其特征在于，所述机械臂包括第一动力装置、底座和夹持爪；

所述底座固定在所述Y轴模组上；

所述夹持爪为两个，两个所述夹持爪滑动连接于所述底座的X轴方向的相对两侧，所述第一动力装置同时驱动两个所述夹持爪相向运动或相背运动，以夹持或松开电池。

4.根据权利要求3所述的无人机换电机械臂，其特征在于，所述机械臂还包括电池托举机构，至少一个所述夹持爪上设置有所述电池托举机构，所述电池托举机构包括旋转臂和第二动力装置，所述第二动力装置安装在所述夹持爪的靠近无人机的一端，所述旋转臂连接在所述第二动力装置的输出端上，所述第二动力装置用于驱动所述旋转臂相对于所述夹持爪旋转；

所述旋转臂旋转至预设位置后，能够抵接在电池的底面上以托举电池。

5.根据权利要求4所述的无人机换电机械臂，其特征在于，所述旋转臂与所述夹持爪在Y轴方向上与所述夹持爪的靠近无人机的一端间隔；

所述旋转臂包括托举部和连接部，所述托举部的一端和所述连接端的一端连接，所述连接部的另一端与所述第二动力装置的输出端连接，所述托举部为L形杆状结构，所述连接部为直杆结构；

所述旋转臂旋转至预设位置后，所述托举部伸入两个所述夹持爪之间并抵接在电池的底面上。

6.根据权利要求3所述的无人机换电机械臂，其特征在于，两个所述夹持爪的相互靠近的表面上均设置有用于与电池的凸台配合的定位槽。

7.根据权利要求3所述的无人机换电机械臂，其特征在于，所述机械臂还包括弹性触碰杆；

在无人机停止在换电位置时，所述弹性触碰杆能够按压无人机的电源开关以关闭无人机。

8.根据权利要求5所述的无人机换电机械臂，其特征在于，所述夹持爪上设置减重槽，所述减重槽的开口朝向无人机，所述第二动力装置安装在所述减重槽内。

9.根据权利要求2所述的无人机换电机械臂，其特征在于，所述电池仓呈镂空结构；所述电池仓设置有充电端子，充电端子用于向电池充电。

10.一种无人机自动机场，其特征在于，包括上述权利要求1-9任一项所述的无人机换电机械臂。