CN108791929A - 一种太阳能供电的无人机换电池平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能供电的无人机换电池平台，包括中空的电池更换平台和定制电池盒，所述电池更换平台的顶部具有无人机降落平台，所述无人机降落平台的顶部敞开；所述电池更换平台和无人机降落平台的顶部左端贯穿开有一个电池进出口，所述电池进出口用于放入需要充电的定制电池和输出已经完成充电的定制电池；所述定制电池盒位于所述无人机降落平台的外部；所述电池进出口的下方设置有一个可水平旋转的圆盘储电池仓，所述圆盘储电池仓上设置有多个顶部开口的、中空的单体电池仓。本发明可以安全、方便、可靠地对无人机具有的电池进行充电，节省人为对电池进行充电的时间，保障无人机的正常使用，有利于广泛地应用。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种太阳能供电的无人机换电池平台。
背景技术
目前，随着无人机等低功耗电子产品的普及，以及无人机产业在边防事业的普遍应用，为了保障这些产品的正常使用，需要对其内的电池定期进行有线充电，即通过将充电线或者充电器通过人工手动连接方式，与需要充电的电池相连接进行充电，因此，现有的对电池的充电操作很不方便，并且充电过程不安全，还无法对多个电池进行安全、可靠地充电，严重影响了无人机的正常使用。
因此，目前迫切需要开发出一种技术，其可以安全、方便、可靠地对无人机等电子产品具有的电池进行充电，节省人为对电池进行充电的时间，解决无人机续航能力差，无线充电效率低下的问题，保障无人机的正常使用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种太阳能供电的无人机换电池平台，其可以安全、方便、可靠地对无人机具有的电池进行充电，节省人为对电池进行充电的时间，解决无人机续航能力差，无线充电效率低下的问题，保障无人机的正常使用，有利于广泛地应用，具有重大的生产实践意义。
为此，本发明提供了一种太阳能供电的无人机换电池平台，包括中空的电池更换平台和定制电池盒，所述电池更换平台的顶部具有无人机降落平台，所述无人机降落平台的顶部敞开；
所述电池更换平台和无人机降落平台的顶部左端贯穿开有一个电池进出口，所述电池进出口用于放入需要充电的定制电池和输出已经完成充电的定制电池；
所述定制电池盒位于所述无人机降落平台的外部；
所述电池进出口的下方设置有一个可水平旋转的圆盘储电池仓，所述圆盘储电池仓上设置有多个顶部开口的、中空的单体电池仓。
其中，所述无人机降落平台的顶部前端设置有水平分布的第一矫正杆，所述无人机降落平台的顶部左端设置有纵向分布的第二矫正杆；
所述第一矫正杆的左端头部与第一纤维杆相连接；
所述第二矫正杆的后端头部与第二纤维杆相连接；
所述第一矫正杆和第二矫正杆为电动推杆。、如权利要求所述的无人机换电池***，其特征在于，所述圆盘储电池仓沿圆周方向等间隔设置有四个单体电池仓。
其中，所述圆盘储电池仓的横向中心位置与一个舵机顶部的输出轴相连接。
其中，所述舵机安装在一个撑杆的顶部，所述撑杆的底部位于一个底柱顶部，所述底柱固定设置在所述电池更换平台的底部内侧。
其中，所述定制电池上下两侧的外壳均采用磁性材料制成；
所述定制电池盒的顶部内侧固定设置有第二电磁铁；
所述单体电池仓的形状为圆柱形；
所述定制电池的形状、大小与所述定制电池盒的形状、大小相对应匹配。
其中，每个单体电池仓的内侧壁设置有两个电极，每个单体电池仓的底部设置有一个推盘；
对应地，所述圆盘储电池仓)的右端下方还设置有一个第一电磁铁，所述第一电磁铁设置在一个垂直分布的推杆的顶部。
其中，所述推盘的底部还设置有一个环形的圆环，所述圆环镶嵌在所述单体电池仓的底部。
其中，还包括一个控制***，所述控制***设置在所述电池更换平台内，用于通过发送不同的控制信号，来相应控制推杆的运动、控制第一电磁铁和第二电磁铁的通断电以及控制舵机的工作状态。
其中，还包括太阳能电能储存模块，所述太阳能电能储存模块包括单晶硅光伏电池板和蓄电池组，其中：
单晶硅光伏电池板，用于接收太阳能，然后转换为电能并输出给蓄电池组，为蓄电池组进行充电；
此外，控制***，还设置在单晶硅光伏电池板和蓄电池组之间，用于对蓄电池组的过充电和过放电进行保护。
由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种太阳能供电的无人机换电池平台，其可以安全、方便、可靠地对无人机具有的电池进行充电，节省人为对电池进行充电的时间，解决无人机续航能力差，无线充电效率低下的问题，保障无人机的正常使用，有利于广泛地应用，具有重大的生产实践意义。
附图说明
图1为本发明提供的一种太阳能供电的无人机换电池平台的结构示意图；
图2为本发明提供的一种太阳能供电的无人机换电池平台中圆盘储电池仓的俯视图；
图3为本发明提供的一种太阳能供电的无人机换电池平台中圆盘储电池仓的剖面图；
图4为本发明提供的一种太阳能供电的无人机换电池平台中太阳能电能储存模块的结构方框图；
图中，1、电池更换平台；2、无人机降落平台；3、电池进出口；41、第一矫正杆；42、第二矫正杆；51、第一纤维杆；52、第二纤维杆；6、圆盘储电池仓；7、撑杆；8、底柱；9、舵机；10、推盘；11、电池管家模块；12、电极；13、定制电池；14、定制电池盒；15、推杆；161、第一电磁铁；162、第二电磁铁；17、控制***；181、第一通信模块；182、第二通信模块；
60为单体电池仓，61为圆环。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更换地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
参见图1至图3，本发明提供了一种太阳能供电的无人机换电池平台，包括中空的电池更换平台1和定制电池盒14，所述电池更换平台1的顶部具有无人机降落平台2，所述无人机降落平台2的顶部敞开(即无盖)；
所述电池更换平台1和无人机降落平台2的顶部左端贯穿开有一个电池进出口3，所述电池进出口3用于放入需要充电的定制电池13和输出已经完成充电的定制电池13；
所述定制电池盒14位于所述无人机降落平台2的外部，用于卡接一个定制电池13；
所述电池进出口3的下方设置有一个可水平旋转的圆盘储电池仓6，所述圆盘储电池仓6上设置有多个顶部开口的、中空的单体电池仓60(不限于图2所示的四个)，所述单体电池仓60用于放置定制电池13。
在本发明中，具体实现上，所述电池更换平台1和无人机降落平台2采用透明的亚力克板制作。
在本发明中，具体实现上，所述无人机降落平台2的顶部前端设置有水平分布的第一矫正杆41，所述无人机降落平台2的顶部左端设置有纵向分布的第二矫正杆42；
所述第一矫正杆41的左端头部(即动力输出端)与第一纤维杆51相连接；
所述第二矫正杆42的后端头部(即动力输出端)与第二纤维杆52相连接。
具体实现上，所述第一矫正杆41和第二矫正杆42优选为处于不同的平面，即不再同一高度上，以避免在推动第一纤维杆51、第二纤维杆52时发生交叉冲突。
具体实现上，对于第一矫正杆41和第二矫正杆42，它们的初始状态为伸长后的最长状态，与第一纤维杆51、第二纤维杆52在无人机降落台贴近四周的长方形板。
需要说明的是，第一矫正杆41和第二矫正杆42是电动推杆，电动推杆又名直线驱动器，主要是由电机推杆和控制装置等机构组成的一种新型直线执行机构，通过控制通电的正负以控制电动推杆伸出及收缩，其中，第一矫正杆41能够推动第一纤维杆51在横向方向进行左右移动，而第二矫正杆42能够推动第二纤维杆52在纵向方向上进行前后移动。
在本发明中，具体实现上，所述圆盘储电池仓6沿圆周方向等间隔设置有四个单体电池仓60。
在本发明中，具体实现上，需要说明的是，所述定制电池盒14能够卡接定制电池13。
具体实现上，所述定制电池盒11安装在无人机的底部。。
在本发明中，具体实现上，为了实现水平旋转，所述圆盘储电池仓6的横向中心位置与一个舵机9顶部的输出轴相连接，因此，可以在舵机9的驱动下，进行水平旋转，并且转动方向与舵机9输出轴的方向一致。
具体实现上，所述舵机9安装在一个撑杆7的顶部，所述撑杆7的底部位于一个底柱8顶部，所述底柱8固定设置在所述电池更换平台的底部内侧。
在本发明中，具体实现上，所述电池进出口3的形状、大小略大于定制电池13的形状、大小。单体电池仓60的形状、大小略大于定制电池13的形状、大小。
在本发明中，具体实现上，所述定制电池13上下两侧的外壳均采用磁性材料制成；
所述定制电池盒14的顶部内侧(即与无人机相接的一端内侧)固定设置有第二电磁铁162。
在本发明中，具体实现上，所述单体电池仓60的形状为圆柱形。
在本发明中，具体实现上，每个单体电池仓60的内侧壁设置有两个电极12(具体分别为正极和负极，与外部充电电源相导电连接)，每个单体电池仓60的底部设置有一个推盘10；
对应地，所述圆盘储电池仓6的右端下方还设置有一个第一电磁铁161，所述第一电磁铁161设置在一个垂直分布的推杆15的顶部。对于本发明，由第一电磁铁161和推杆15，组成电池更换机构。
具体实现上，所述第一电磁铁161和第二电磁铁162为带信号感应开关的电磁铁。
具体实现上，所述定制电池13上的两个电极(包括正极和负极)位于其侧壁上，当定制电池13放置在单体电池仓60内时，所述定制电池13上的两个电极与单体电池仓60的内侧壁设置的两个电极12相接。
具体实现上，所述推盘10的底部还设置有一个环形的圆环61，所述圆环61镶嵌在所述单体电池仓60的底部。因此，能够保证推盘10不会从单体电池仓60中脱落。
需要说明的是，所述推盘10为金属推盘，能够被电磁铁所吸附，例如为铁推盘。金属推盘上部有与定制电池直径一样的凹槽，在推杆15向上推动定制电池时，高速移动下，能够保证定制电池不侧歪。
需要说明的是，对于本发明，所述舵机9，用以控制不同角度的单体电池仓60对准电池进出口3，具体的角度可以为0度，90度，180度，270度，达到270度后，舵机9进行回转；所述圆盘储电池仓6中单体电池仓60内的电极12放置在侧壁处，在定制电池13下落后，定制电池13侧边的电极与单体电池仓60内的电极12接触，可以自行充电，当电池满电之后，电池管家模块会控制定制电池13自动断电。
此外，所述定制电池盒14的顶部(即与无人机相接一侧)由磁铁材料制成，能够在磁力的吸附作用下，保证定制电池盒14与定制电池13之间的接触更加紧密，在无人机的作业过程中不脱落。
对于本发明，在进行电池更换时，定制电池盒、定制电池、电池口、圆盘储电池仓、电磁铁、推杆的中心处在同一条中心线上。
具体实现上，每个单体电池仓60顶部还设置有电池管家模块11，电池管家模块为现有的电池管理模块。
需要说明的是，所述电池管家模块11，可以为现有的电池管理模块，用于实现对电池充电完毕后自动断电，保证电池充电安全。例如，可以为深圳市大疆创新科技有限公司生产的大疆特洛tello型无人机电池管家模块，能实现电池电量监管，在电池充电完毕后进行断电，避免电池过充***。当然，还可以是其他现有的能够实现对对电池充电完毕后自动断电、保证电池充电安全的电池管理模块。
需要说明的是，推杆15是电动推杆，电动推杆又名直线驱动器，主要是由电机推杆和控制装置等机构组成的一种新型直线执行机构，通过控制通电的正负以控制电动推杆伸出及收缩，推杆15能够用来推动单体电池仓60内的定制电池13在垂直方向进行上下移动，实现对定制电池13的上下升降功能。
对于本发明，需要说明的是，由圆盘储电池仓6、撑杆7、底柱8、舵机9、推盘10、电池管家模块11和电极12等一起，构成了轮盘式电池仓。
在本发明中，具体实现上，本发明还包括一个控制***17，所述控制***17设置在所述壳体1内，用于通过发送不同的控制信号，来相应控制推杆15的运动、控制第一电磁铁161和第二电磁铁162的通断电以及控制舵机9的工作状态(例如输出轴顺时针或逆时针转动)。具体实现上，控制***17可以通过控制不同输出引脚的电平，来控制推杆15的运动、控制第一电磁铁161和第二电磁铁162的通断电以及控制舵机9的工作状态(例如控制其输出轴顺时针或逆时针转动)。
对于本发明，参见图4所示，还包括太阳能电能储存模块，所述太阳能电能储存模块包括单晶硅光伏电池板和蓄电池组，其中：
单晶硅光伏电池板，用于接收太阳能，然后转换为电能并输出给蓄电池组，为蓄电池组进行充电；
此外，控制***17，还设置在单晶硅光伏电池板和蓄电池组之间，用于对蓄电池组的过充电和过放电进行保护。
因此，对于本发明，太阳能电能储存模块输入为太阳能，即此无人机换电池平台采用太阳能供电，实现太阳能到电能的转换，并最终使得蓄电池作为供电电源，提供给无人机换电池平台工作用电。
在本发明中，具体实现上，本发明还包括第一通信模块181和第二通信模块182，其中：
第一通信模块181，安装在控制***17上，用于将控制***17向无人机发出的控制信号，转发给第二通信模块182(通过无线传输方式)；
第二通信模块182，与第一通信模块181无线连接，其安装在定制电池盒14上，用于接收所述第一通信模块181发来的控制信号，然后发送给无人机上自带的控制模块，实现控制无人机的工作状态。
为了更加清楚理解本发明的技术方案，下面就本发明对定制电池进行无线充电的具体操作运行过程进行说明。
一、无人机位置矫正：无人机降落台2的初始状态为两个纤维杆和两个矫正杆都位于无人机降落台2的四周靠近四边，两个矫正杆4处于完全伸长状态，当无人机降落到平台上后，平台控制***17发送控制信号给两个矫正杆(即第一矫正杆41和第二矫正杆42，具体为控制与两个矫正杆相连的管脚输出相应电平)，控制两个矫正杆收回，从而相应带动两个纤维杆收回，从而两个纤维杆的作用下，能够推动位于无人机降落台2顶部的无人机向电池进出口3方向移动，当无人机上搭载的定制电池盒14正对电池口3时，两个矫正杆停止运行，此时两个矫正杆与两个纤维杆对其中放置的无人机起到固定的作用，防止在后续的电池更换过程中，无人机位置出现移动。
二、对定制电池进行拆卸：无人机到达指定位置后，平台控制***17通过第一通信模块181向无人机上的第二通信模块182发送指令，第二通信模块182接收到指令后，与无人机本身的控制模块通信(即将指令发送给该控制模块)，无人机本身的控制模块通过发送控制信号(即控制与第二电磁铁162相连管脚的输出电平)，控制第二电磁铁162断电，使得定制电池13脱离无人机上的定制电池盒14，从电池更换平台1上的电池进出口3进入到圆盘储电池仓6中的单体电池仓60内。
三、对定制电池进行更换：控制***17可以设置等待预设时间长度(如30s)之后，首先判断舵机9目前所处的状态，若舵机9的角度等于270度，则逆时针旋转90度，否则，顺时针旋转90度，使得圆盘储电池仓3中一个单体电池仓60的底部舱口对准推杆15，并且单体电池仓60的顶部舱口对准电池进出口3，此时控制***14发送控制信号给第一电磁铁1,61和推杆17，使得控制第一电磁铁161通电，推杆15上升，从而推动推盘10与其上的定制电池13，其中电磁铁16对定制电池13起到磁力吸附作用。
由于推盘10上部的单体电池仓60内部，具有与电池直径一样的凹槽，在推杆15向上推动定制电池13时，高速移动下，保证定制电池13不侧歪。推杆15推动一定距离后，定制电池13到达无人机的定制电池盒14内，控制***17通过第一通信模块181向第二通信模块182发送指令，第二通信模块182接收到指令后，与无人机本身的控制模块通信，无人机本身的控制模块发送控制信号给第二电磁铁162(即控制与第二电磁铁162相连管脚的输出电平)，控制第二电磁铁162通电，无人机的定制电池盒14上表面与定制电池13上表面吸附，控制***17此时发送控制信号，控制对第一电磁铁161进行断电，并使得推杆15缓慢下降一段预设的较小距离(如10厘米)，然后控制对第一电磁铁161进行通电，保证其上的推盘10稳固，在经过圆盘形储电池仓6时，其上的推盘10被圆盘储电池仓6中单体电池仓60内的圆环阻隔，留在圆盘储电池仓6的单体电池仓60内。推杆15继续下降回到初始位置。
四、电池充电：当阳光充足时，单晶硅光伏电池板19接收太阳能，为蓄电池组20进行充电，控制***17对蓄电池组的过充电和过放电进行保护，阳光不足或在室内时，由蓄电池组作为供电电源，此时刚卸下的定制电池13留在圆盘储电池仓6内，其电极与圆盘储电池仓6中单体电池仓60内的电极12接触并进行充电，待充电完毕后，电池管家模块11自行控制定制电池13断电。
重复上述操作，即可实现对多个无人机上的多个定制电池13持续不断的无线充电操作。
与现有技术相比较，本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、便捷性。无人机在有线充电时需要人为插拔，对于本发明，在换取电池时，不需人为插拔与监管，节省人力物力。同时，本发明采用太阳能作为无线充电的供电能源，平台摆脱需要固定供电电源的限制，使其便携性更强，提高无人机户外工作的续航能力。
2、精准性。普通无人机换电池平台需要无人机精准降落，若无人机降落有偏差，会导致无人机换电池过程出现差错，本平台实现自主矫正，使无人机换电池过程准确无误。
3、快速、工作效率高。对于无人机来说，有线充电速度较慢，无线充电效率低下，难以得到大幅应用。本发明以通过快速换电池，免去有线充电和无线充电的时间浪费。
综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种太阳能供电的无人机换电池平台，其可以安全、方便、可靠地对无人机具有的电池进行充电，节省人为对电池进行充电的时间，解决无人机续航能力差，无线充电效率低下的问题，保障无人机的正常使用，有利于广泛地应用，具有重大的生产实践意义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种太阳能供电的无人机换电池平台，其特征在于，包括中空的电池更换平台(1)和定制电池盒(14)，所述电池更换平台(1)的顶部具有无人机降落平台(2)，所述无人机降落平台(2)的顶部敞开；
所述电池更换平台(1)和无人机降落平台(2)的顶部左端贯穿开有一个电池进出口(3)，所述电池进出口(3)用于放入需要充电的定制电池(13)和输出已经完成充电的定制电池(13)；
所述定制电池盒(14)位于所述无人机降落平台(2)的外部；
所述电池进出口(3)的下方设置有一个可水平旋转的圆盘储电池仓(6)，所述圆盘储电池仓(6)上设置有多个顶部开口的、中空的单体电池仓(60)。
2.如权利要求1所述的无人机换电池***，其特征在于，所述无人机降落平台(2)的顶部前端设置有水平分布的第一矫正杆(41)，所述无人机降落平台(2)的顶部左端设置有纵向分布的第二矫正杆(42)；
所述第一矫正杆(41)的左端头部与第一纤维杆(51)相连接；
所述第二矫正杆(42)的后端头部与第二纤维杆(52)相连接；
所述第一矫正杆(41)和第二矫正杆(42)为电动推杆。
3.如权利要求1所述的无人机换电池***，其特征在于，所述圆盘储电池仓(6)沿圆周方向等间隔设置有四个单体电池仓(60)。
4.如权利要求1所述的无人机换电池***，其特征在于，所述圆盘储电池仓(6)的横向中心位置与一个舵机(9)顶部的输出轴相连接。
5.如权利要求4所述的无人机换电池***，其特征在于，所述舵机(6)安装在一个撑杆(7)的顶部，所述撑杆(7)的底部位于一个底柱(8)顶部，所述底柱(8)固定设置在所述电池更换平台(1)的底部内侧。
6.如权利要求1所述的无人机换电池***，其特征在于，所述定制电池(13)上下两侧的外壳均采用磁性材料制成；
所述定制电池盒(14)的顶部内侧固定设置有第二电磁铁(162)；
所述单体电池仓(60)的形状为圆柱形；
所述定制电池(13)的形状、大小与所述定制电池盒(14)的形状、大小相对应匹配。
7.如权利要求1所述的无人机换电池***，其特征在于，每个单体电池仓(60)的内侧壁设置有两个电极(12)，每个单体电池仓(60)的底部设置有一个推盘(10)；
对应地，所述圆盘储电池仓(6)的右端下方还设置有一个第一电磁铁(161)，所述第一电磁铁(161)设置在一个垂直分布的推杆(15)的顶部。
8.如权利要求7所述的无人机换电池***，其特征在于，所述推盘(10)的底部还设置有一个环形的圆环(61)，所述圆环(61)镶嵌在所述单体电池仓(60)的底部。
9.如权利要求7或8所述的无人机换电池***，其特征在于，还包括一个控制***(17)，所述控制***(17)设置在所述电池更换平台(1)内，用于通过发送不同的控制信号，来相应控制推杆(15)的运动、控制第一电磁铁(161)和第二电磁铁(162)的通断电以及控制舵机(9)的工作状态。
10.如权利要求9所述的无人机换电池***，其特征在于，还包括太阳能电能储存模块，所述太阳能电能储存模块包括单晶硅光伏电池板和蓄电池组，其中：
单晶硅光伏电池板，用于接收太阳能，然后转换为电能并输出给蓄电池组，为蓄电池组进行充电；
此外，控制***(17)，还设置在单晶硅光伏电池板和蓄电池组之间，用于对蓄电池组的过充电和过放电进行保护。
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