TWI593451B - Unmanned vehicle battery replacement system - Google Patents

Description

無人飛行載具之電池更換系統

本發明隸屬一種飛行載具之充電技術領域，具體而言係指一種無人飛行載具之電池更換系統，藉以讓無人飛行載具能自動更換電池，以達到不需人工換電池之目的。

按，隨著航太科技、機電整合與微機電(Microelectromechanical Systems，MEMS)科技的蓬勃發展，人類對於飛行器之發展技術已日趨成熟，無人飛行載具(Unmanned Aerial Vehicle，UAV)的發展已成為趨勢。現有無人飛行載具可以是定翼機、直升機、多旋翼飛行機等不同形式，以其中多旋翼飛機為例，其係於一機身之外圍等距組設有四或六支撐桿，而各該支撐桿自由端組設有一旋翼組，各該旋翼組係由一傳動件與一旋翼所構成，機身上並設一具供電單元、無線傳輸單元、可偵測角速度之感應器、混控器及速控器之飛行控制單元，以接收一無線發射器之遙控器所發射之訊息來驅動旋翼組之作動而形成一控制迴路，藉此，令其無人飛行載具除可垂直升降亦可左右移動飛行及前後移動飛行，其具有滯空性佳、安全、噪音低及易於控制等效果，而達飛行動作上更為靈活而不受限制之效。此類無人飛行載具可以應用在各種民用及軍事行動，如空中攝影、救援 行動、空氣汙染監測和交通監視等，不但可以節省成本，也可以避免人員因空難損傷等風險，尤其是在狹窄空間的應用更是極具靈活性

然而，現有無人飛行載具多屬於電機裝置，其電力來自於供電單元之電池，因此電池的電量大小直接影響到飛行作業的時間，也就是說受到電池電量限制會導致飛行時間不足，以現有的技術必須讓飛機降落後親自動手更換電池，以至於無法達到真正的無人飛行機的理想境界。

換言之，由於現有無人飛行載具因需要由人工進行更換電池之設計，需有人員在一側監視，而造成其在使用時無法完全自動化作業，降低其實用性，如何改善此一間題，係本發明之重要課題。

有鑑於此，本發明人乃針對前述的需求深入探討，並藉由多年從事相關產業之研發與製造經驗，積極尋求解決之道，經不斷努力之研究與試作，終於成功的開發出一種無人飛行載具之電池更換系統，藉以解決現有無人飛行載具需人員更換電池所造成的不便與困擾。

因此，本發明主要係於提供一種無人飛行載具之電池更換系統，藉以能讓無人飛行載具自動降落後，由對其供電單元之電池盒進行解鎖後自動更換電池，以減少人工及作業失誤。

另，本發明再一主要係於提供一種無人飛行載具之電池更換系統，其能進一步進行電池管理流程，電池管 理流程內包含冷卻、充電、待命、更換四個流程，其目的是為了保護電池使其使用壽命更長，增進其實用性。

基於此，本發明主要係透過下列的技術手段，來實現前述之目的及其功效，該系統包含有：一管理平台，其具有一控制件，該控制件具電池更換、冷卻、充電、待命等不同管理模式，又控制件上方靠近頂部之一距離處設有一可受操控位移至前方的導桿，又導桿前端具有一可抓取電池之夾取件，再者控制件底部樞設有一分度轉盤，且分度轉盤頂面設有複數之電池置放槽，供選擇性放置一電池，又分度轉盤底面設有一分度轉盤驅動件，該分度轉盤驅動件可作動分度轉盤轉動與定位；一自動入塢機構，其具有一設於管理平台前方之承座，該承座上形成有一對應管理平台之換裝槽，換裝槽可供管理平台之導桿夾取件選擇性相對伸入，又承座上設有一導引錐筒，供導引之無人飛行載具準確對位降落；一電池快拆載體，其供以可拆卸式地安裝於一無人飛行載具、且選擇性置作自動入塢機構之承座換裝槽內，該電池快拆載體具有一供承載電池之電池盒，其中電池係以可拆結構與電池盒連接，且與無人飛行載具形成電氣連接。

藉此，透過前述技術手段的展現，由於本發明之無人飛行載具之電池更換系統具備電池管理系統，所謂電池管理系統內含電池更換、冷卻、充電、待命四個循環，藉由一個會旋轉的圓形分度轉盤來達成。平台中央具備一組機械手臂用來夾取電池盒及更換電池，此外為了配合自動降落系 統而設計的自動降落平台，其斜面導引機構可使得多旋翼飛行機可以準確地降落進指定的位置。而旋翼機下方掛載著具備快拆設計的電池盒，可以讓機械手臂向前抓取電池盒，並進行交換電池，大幅增進其實用，進一步能大幅增加其附加價值，並提高其經濟效益。

為使貴審查委員能進一步了解本發明的構成、特徵及其他目的，以下乃舉本發明之較佳實施例，並配合圖式詳細說明如後，同時讓熟悉該項技術領域者能夠具體實施。

10‧‧‧管理平台

11‧‧‧控制件

12‧‧‧抵推桿

13‧‧‧滾珠螺桿

14‧‧‧導桿

15‧‧‧夾取件

150‧‧‧推動元件

16‧‧‧分度轉盤

17‧‧‧電池置放槽

18‧‧‧分度轉盤驅動件

20‧‧‧自動入塢機構

21‧‧‧承座

22‧‧‧換裝槽

25‧‧‧導引錐筒

30‧‧‧電池快拆載體

31‧‧‧框體

32‧‧‧安裝部

33‧‧‧平板

34‧‧‧電池盒

35‧‧‧快拆組

36‧‧‧樞座

37‧‧‧勾件

371‧‧‧勾部

373‧‧‧連桿部

38‧‧‧頂推件

圖1：係本發明無人飛行載具之電池更換系統簡要架構的外觀示意圖。

圖2：係本發明無人飛行載具之電池更換系統中電池快拆載體之俯視外觀示意圖。

圖3：係本發明無人飛行載具之電池更換系統中電池快拆載體之仰視外觀示意圖。

圖4：係本發明無人飛行載具之電池更換系統中電池快拆載體之側視剖示意圖。

圖4A：係本發明無人飛行載具之電池更換系統中電池快拆載體之側視剖作動圖。

圖5：係本發明無人飛行載具之電池更換系統於實際使用時的外觀示意圖。

本發明係一種無人飛行載具之電池更換系統， 隨附圖例示之本發明的具體實施例及其構件中，所有關於前與後、左與右、頂部與底部、上部與下部、以及水平與垂直的參考，僅用於方便進行描述，並非限制本發明，亦非將其構件限制於任何位置或空間方向。圖式與說明書中所指定的尺寸，當可在不離開本發明之申請專利範圍內，根據本發明之具體實施例的設計與需求而進行變化。

而本發明無人飛行載具之電池更換系統較佳實施例的構成，係如圖1所示，應用該系統之無人飛行載具直升機或多旋翼飛行機之垂直起降無人飛行載具，又該系統包含有一管理平台10、一自動入塢機構20、一電池快拆載體30所構成，其中電池快拆載體30設於前述無人飛行載具上，而自動入塢機構20設於管理平台10的前方，供前述無人飛行載具自動降落，且管理平台10可自動抓取及抽換無人飛行載具之電池快拆載體30內的電池(圖中未示)；至於本發明各單元之詳細構成，則請參看圖1、圖2及圖3圖所示，其中所述之管理平台10具有一控制件11，該控制件11具電池更換、冷卻、充電、待命等不同管理模式，該控制件11上設有一對應自動入塢機構20之抵推桿12，該抵推桿12可抵推夾取件15所夾取出之電池並卸載之，又控制件11上另設有一滾珠螺桿13，該滾珠螺桿13由該控制件11內之馬達帶動旋轉，再經由導桿14後方之滾珠螺帽轉換，可將導桿14移至前方，又導桿14前端具有一可抓取電池之夾取件15，再者控制件11底部樞設有一分度轉盤16，且分度轉盤16頂面設有複數電池置放槽17，供對置於各該 電池置放槽17上之電池進行冷却、充電與待命等管理，又分度轉盤16底面設有一分度轉盤驅動件18，該分度轉盤驅動件18可作動分度轉盤16轉動，且令各該電池置放槽17逐一相對自動入塢機構20定位；又所述之自動入塢機構20具有一承座21，該承座21上形成有一對應管理平台10之換裝槽22，該換裝槽22可供管理平台10之導桿14夾取件15相對伸入，又承座21上設有一導引錐筒25，供具避障系統、GPS/DGPS導引、影像導引、又或機構輔助定位導引之無人飛行載具準確對位降落；而如圖3、圖4所示，所述之電池快拆載體30供以可拆卸式地安裝於無人飛行載具，該電池快拆載體30具有兩相對之框體31，且兩框體31之兩端頂面分別具有一安裝部32，供選擇性鎖設於該無人飛行載具底部，又該兩框體31間設有一平板33，平板33底面具有一供承載電池之電池盒34，其中電池係以可拆結構與電池盒34連接，並透過該電池盒34與無人飛行載具形成電氣連接，且平板33頂面具有一快拆組35，該快拆組35係於平板33上利用相對之樞座36樞設有一勾件37，該勾件37具有可選擇性勾掣電池之勾部371、及一供推動之連桿部373，又快拆組35具有一連接該勾件37連桿部373之頂推件38，該頂推件38並可受前述導桿14之夾取件15之推動元件(150)同步推動，使夾取件15伸入電池盒34時能同步推動頂推件38而作動勾件37之勾部371與電池分離，使導桿14夾取件15可順利取出電池； 再者，本發明之無人飛行載具以一多旋翼飛行機為主要實施例，該多旋翼飛行機包含有一機身，其係由玻璃纖維材質或碳纖維材質等同時具備質量輕與高強度之材質所一體製成，又機身之外圍等距組設有四或六根撐桿，且各該撐桿的自由端可供安裝一旋翼組，而機身上並至少設有一飛行控制單元及一遙控接收單元，其中飛行控制單元具有接收訊號進行邏輯運算與電控之能力，由該飛行控制單元將前述電池快拆載體30中電池之電力輸出至該旋翼組，另外遙控接收單元係電性連接於該控制單元，供接收無線傳輸之飛行控制訊號，以利控制不同方向之飛行，使多旋翼飛行機的飛行上除可垂直升降亦可左右移動飛行及前後移動飛行；多旋翼飛行機可利用GPS/DGPS導引、影像導引、又或機構輔助定位導引等準確地降落於自動入塢機構20內。

藉此，將前述之電池快拆載體30係利用其框體31安裝部32鎖接於該無人飛行載具之底部，使其可自動降落於自動入塢機構20內，並利用管理平台10進行自動電池更換、冷卻、充電、待命等不同管理模式，而組構成一無人飛行載具之電池更換系統者。

而本發明於使用應用時，則係如圖1、圖5所示，操作上，係於無人飛行載具之底部鎖設有電池快拆載體30，使該無人飛行載具使用電池快拆載體30電池盒34內之電池做為電力來源，當該無人飛行載具需要充電時，則該無人飛行載具利用其本身之GPS/DGPS導引回到本系統之自動入塢機構20上方，並進一步利用該無人飛行載具之影像導引系 統向自動入塢機構20降落，由於該自動入塢機構20之承座21上設有導引錐筒25，如此使無人飛行載具在降落時可利用其影像導引系統與導引錐筒25的導引而準確的降落於承座21上，且令裝設於無人飛行載具之電池快拆載體30精準置入承座21換裝槽22內；接著，該管理平台10由其控制件11操控分度轉盤16將空的電池置放槽17轉至對應自動入塢機構20換裝槽22處，管理平台10進一步並作動導桿14向前，使其夾取件15伸向自動入塢機構20，並同步推動電池快拆載體30之快拆組35頂推件38，使電池快拆載體30之勾件37勾部371可釋放電池快拆載體30電池盒34內之電池，且夾取件15並同時抓取電池盒34內的電池，控制件11並操作導桿14退回，而將電池置於分度轉盤16上該對應空的電池置放槽17，供進行後續之充電動作；之後，管理平台10之控制件11透過分度轉盤驅動件18作動分度轉盤16轉動，令具有已充飽待命電池之電池置放槽17轉動至對應自動入塢機構20處，接著如前述由控制件11再次作動導桿14之夾取件15夾掣該待命電池，且將其往前置入自動入塢機構20內電池快拆載體30之電池盒34中，且導桿14之夾取件15於退出時，電池快拆載體30中快拆組35之勾件37可再次將該電池勾掣於電池盒34內，供與無人飛行載具形成電氣連接，而完成電池之更換動作。

經由前述之說明可知，本發明無人飛行載具之 電池更換系統可將電池快拆載體30係利用其框體31安裝部32鎖接於該無人飛行載具之底部，使其可自動降落於自動入塢機構20內，並利用管理平台10進行自動電池更換，藉以能讓無人飛行載具自動降落後，由對其供電單元之電池盒34進行解鎖後自動更換電池，以減少人工及作業失誤其能進一步進行電池管理流程，電池管理流程內包含冷卻、充電、待命、更換四個流程，其目的是為了保護電池使其使用壽命更長，增進其實用性。

藉此，可以理解到本發明為一創意極佳之創作，除了有效解決習式者所面臨的問題，更大幅增進功效，且在相同的技術領域中未見相同或近似的產品創作或公開使用，同時具有功效的增進，故本發明已符合發明專利有關「新穎性」與「進步性」的要件，乃依法提出申請發明專利。

10‧‧‧管理平台

11‧‧‧控制件

12‧‧‧抵推桿

13‧‧‧滾珠螺桿

14‧‧‧導桿

15‧‧‧夾取件

16‧‧‧分度轉盤

17‧‧‧電池置放槽

18‧‧‧分度轉盤驅動件

20‧‧‧自動入塢機構

21‧‧‧承座

22‧‧‧換裝槽

25‧‧‧導引錐筒

30‧‧‧電池快拆載體

31‧‧‧框體

32‧‧‧安裝部

33‧‧‧平板

34‧‧‧電池盒

35‧‧‧快拆組

Claims (3)

1. 一種無人飛行載具之電池更換系統，該系統包含有：一管理平台，其具有一控制件，該控制件上設有一滾珠螺桿，供一導桿滑設該滾珠螺桿，該控制件具電池更換之功能，該管理平台之該控制件上設有一對應自動入塢機構之一抵推桿，供夾取件上之電池卸下，又控制件上滑設有一可受操控位移至前方的導桿，又導桿前端具有一可抓取電池之該夾取件，再者控制件底部樞設有一分度轉盤，且分度轉盤頂面設有複數之電池置放槽，供選擇性放置一電池，又分度轉盤底面設有一分度轉盤驅動件，該分度轉盤驅動件可作動分度轉盤轉動與定位；一自動入塢機構，其具有一設於管理平台前方之承座，該承座上形成有一對應管理平台之換裝槽，換裝槽可供管理平台之導桿夾取件選擇性相對伸入，又承座上設有一導引錐筒，供導引之無人飛行載具準確對位降落；以及一電池快拆載體，其供以可拆卸式地安裝於一無人飛行載具、且選擇性置作自動入塢機構之承座換裝槽內，該電池快拆載體具有一供承載電池之電池盒。
2. 如申請專利範圍第1項所述之無人飛行載具之電池更換系統，其中該電池快拆載體具有兩相對之框體，且兩框體之兩端頂面分別具有一安裝部，供選擇性鎖設於該無人飛行載具底部，又該兩框體間設有一平板，而電池盒係設於平板底面。
3. 如申請專利範圍第2項所述之無人飛行載具之電池更換系統，其中該電池快拆載體之平板頂面具有一快拆組，快拆組係於平板上利用相對之樞座樞設有一勾件，該勾件具有可選擇性勾掣電池之勾部、及一供推動之連桿部，又快拆組具有一連接該勾件連桿部之頂推件，該頂推件並可受前述導桿之推動元件同步推動。