CN111055707B - 一种满足输电线路巡检的无人机空中续航能力的充电平台 - Google Patents

Abstract

一种满足输电线路巡检的无人机空中续航能力的充电平台，它包括母舰平台，母舰平台上设有无人机充电平台，无人机充电平台包括停机坪，无人机通过机架停靠在停机坪上，停机坪上设有用于无人机电池装载和拆卸的电池装拆机构。本发明可以进行空中充电，然后给无人机更换电池，达到长时间续航的目的。

Description

一种满足输电线路巡检的无人机空中续航能力的充电平台

技术领域

本发明属于飞行器及其附属设备领域，尤其涉及一种满足输电线路巡检的无人机空中续航能力的充电平台。

背景技术

无人机通常是靠蓄电池供电，并满足人们的生活需求。当前市场上急需解决的就是无人机的续航问题，因为无人机续航能力决定其工作质量，一套好的无人机续航***能大大提高无人机作业的效率，并且还可以减少人力和物力。

目前提高无人机续航能力的有很多种方法，第一种方法是通过工作人员携带电池进行更换，但如若在外工作时间长，则需多次进行更换电池，大大降低了工作效率；第二种就是建立专门的跟换电池基地，只需无人机返回特定的地方进行充电或更换电池即可，以此来达到续航要求；另外，也有通过空中对接更换电池来进一步提高无人机的飞行能力和作业效率，但若遇到多架作业的无人机需要更换电池时，一是不能同时进行更换，二是不能保证有足够大的空间，最终也会降低工作效率。

发明内容

本发明的目的是为了解决无人机***的续航问题，可以进行空中充电，然后给无人机更换电池，达到无人机/飞行器长时间续航的目的。

为解决上述技术问题，本发明提出如下技术方案：

一种满足输电线路巡检的无人机空中续航能力的充电平台，它包括母舰平台，母舰平台上设有无人机充电平台，无人机充电平台包括停机坪，无人机通过机架停靠在停机坪上，停机坪上设有用于无人机电池装载和拆卸的电池装拆机构。

上述电池装拆机构包括左推杆以及右推杆，左推杆以及右推杆用于将电池推入无人机中或将无人机的电池推出。

上述停机坪包括凹槽，凹槽中设有凸台，凸台两侧与凹槽内壁之间形成机架***槽，无人机通过机架架设在凸台上，在凸台上设有传送装置，在传送装置上设有左推杆以及右推杆，在传送装置运行时，左推杆或右推杆可将无人机上电池槽中的电池推出至传送装置上或将传送装置上电池槽侧面的电池推入电池槽中，以完成无人机电池的装载、拆卸。

无人机在母舰平台上充电时，采用以下步骤：

步骤1）将充电完毕的电池置于传送装置上；

步骤2）使无人机飞行并停靠至停机坪上；

步骤3）通过左推杆或右推杆的推动将无人机电池槽中的待充电电池推出；

步骤4）通过左推杆或右推杆的推动将充电完毕的电池推入无人机电池槽中。

上述无人机停靠在停机坪上时通过机架与限位机构限制机身的移动。

上述机架的底端设有横杆，凸台的侧面与凹槽内侧壁之间形成卡槽，在卡槽中设有限位机构，限位机构包括设置在卡槽底部的第一缓冲垫、第二缓冲垫，分别设置在第一缓冲垫、第二缓冲垫上的第一弹簧、第二弹簧，通过第一旋转轴或第二旋转轴分别与凹槽内侧壁连接的第一固定片/第一固定杆、第二固定片/第二固定杆；第一缓冲垫与第二缓冲垫之间设有间隙，可对机架进行夹紧。

在第一缓冲垫和/或第二缓冲垫的侧面设有缓冲条/带，可增强对机架夹持的效果。

上述传送装置包括传送带或链条，左推杆以及右推杆相对设置在传送带或链条上，通过传送带或链条的运动可使左推杆或右推杆做推送电池的运动。

在传送带或链条的上方设有用于放置充电完毕的电池的电池放置架，电池放置架不随传送装置的动作而动作，充电完毕的电池设置于电池放置架上，无人机在停靠在停机坪上时，无人机通过机架架设在电池放置架上；无人机的电池槽设置于无人机的腹部。

在传送带或链条上间隔的设有第一挡块与第二挡块，从传送带或链条的一侧至另一侧依次为左推杆、第一挡块、第二挡块、右推杆，无人机在停靠在停机坪上时，其电池槽位于第一挡块与第二挡块之间，充电完毕的电池设置在左推杆与第一挡块之间或者设置在第二挡块与右推杆之间，可通过左推杆将充电完毕的电池推入空电池槽中或通过右推杆将充电完毕的电池推入空电池槽中。

采用上述技术方案，所带来的技术效果为：

1）本发明中无人机以母舰平台为停歇处，无人机能通过母舰平台的各个组件的配合实现电池的拆卸、更换，增加了无人机的续航；

2）本发明中的无人机通过机架与母舰平台上的限位机构等机构的配合，能稳定、安全、高效的实现无人机电池的拆卸、更换；

3）本发明针对电池槽设置在腹部的无人机进行了针对性的优化，通过传送装置、左推杆、右推杆等组件的配合能使无人机更加稳定的更换电池。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为控制装置示意图；

图2为太阳能充电装置示意图；

图3为自动更换电池平台侧面示意图；

图4至图6为停靠基座中凹型停机坪示意图；

图7为电池推棒示意图；

图8为平台支撑架示意图；

图9为监控装置示意图；

图10为监控装置运行电路结构示意图。

具体实施方式

一种满足输电线路巡检的无人机空中续航能力的充电平台，它包括母舰平台1，母舰平台1上设有无人机充电平台，无人机充电平台包括停机坪2，无人机3通过机架4停靠在停机坪2上，停机坪2上设有用于无人机电池装载和拆卸的电池装拆机构。

电池装拆机构包括左推杆6以及右推杆7，左推杆6以及右推杆7用于将电池推入无人机3中或将无人机3的电池17推出。

停机坪2包括凹槽，凹槽中设有凸台，凸台两侧与凹槽内壁之间形成机架***槽，无人机3通过机架4架设在凸台上，在凸台上设有传送装置，在传送装置上设有左推杆6以及右推杆7，在传送装置运行时，左推杆6或右推杆7可将无人机3上电池槽5中的电池推出至传送装置上或将传送装置上电池槽5侧面的电池推入电池槽5中，以完成无人机电池的装载、拆卸。

无人机3在母舰平台1上充电时，采用以下步骤：

步骤1）将充电完毕的电池17置于传送装置上；

步骤2）使无人机3飞行并停靠至停机坪2上；

步骤3）通过左推杆6或右推杆7的推动将无人机3电池槽5中的待充电电池推出；

步骤4）通过左推杆6或右推杆7的推动将充电完毕的电池17推入无人机3电池槽5中。

无人机3停靠在停机坪2上时通过机架4与限位机构限制机身的移动。

机架4的底端设有横杆，凸台的侧面与凹槽内侧壁之间形成卡槽，在卡槽中设有限位机构，限位机构包括设置在卡槽底部的第一缓冲垫8、第二缓冲垫9，分别设置在第一缓冲垫8、第二缓冲垫9上的第一弹簧10、第二弹簧11，通过第一旋转轴12或第二旋转轴13分别与凹槽内侧壁连接的第一固定片/第一固定杆14、第二固定片/第二固定杆15；第一缓冲垫8与第二缓冲垫9之间设有间隙，可对机架4进行夹紧。

在第一缓冲垫8和/或第二缓冲垫9的侧面设有缓冲条/带16，可增强对机架4夹持的效果。

第一缓冲垫8、第二缓冲垫9优选橡胶垫

传送装置包括传送带或链条18，左推杆6以及右推杆7相对设置在传送带或链条18上，通过传送带或链条18的运动可使左推杆6或右推杆7做推送电池的运动。

在传送带或链条18的上方设有用于放置充电完毕的电池17的电池放置架，电池放置架不随传送装置的动作而动作，充电完毕的电池17设置于电池放置架上，无人机3在停靠在停机坪2上时，无人机3通过机架4架设在电池放置架上；无人机3的电池槽5设置于无人机3的腹部。

在传送带或链条18上间隔的设有第一挡块19与第二挡块20，从传送带或链条18的一侧至另一侧依次为左推杆6、第一挡块19、第二挡块20、右推杆7，无人机3在停靠在停机坪2上时，其电池槽5位于第一挡块19与第二挡块20之间，充电完毕的电池17设置在左推杆6与第一挡块19之间或者设置在第二挡块20与右推杆7之间，可通过左推杆6将充电完毕的电池17推入空电池槽5中或通过右推杆7将充电完毕的电池17推入空电池槽5中。

实施例：

本发明包括子舰和母舰双***，子舰为四旋翼线路巡线无人机，并且该无人机电池类型为推入、推出式电池；母舰是由氢气球搭载的大型充电平台。

还包括以下设备：控制装置、太阳能充电装置、电池更换装置、防震基座、平台支撑架、监控装置。

控制装置解决了远距离控制母舰航线问题，在氢气球尾部装有信号接收装置，该装置与基地信号发射装置成一套使用，工作人员只需在基站远距离发射相关航线信号，然后由信号接收器发出相关指令传给控制装置，最后由控制装置执行命令，一方面可控制辅助气囊中的气量来控制氢气球的升降，另方面控制信息装置控制后方带有螺旋桨的马达来控制母舰的飞行方向。如图1所示。

太阳能充电装置包括太阳能充电板、电能传输线、线路套管、可充电锂电池。将光能转换成电能的装置是由多块柔性太阳能电池板组成，其具***置处于氢气球上表面，平铺于氢气球上；电能传输线将电池板提供的电能传送给平台内的充电装置，线路安装于平台支撑架内侧槽内，电能输电线路上套有一层软套管，防止气温过高或者环境腐蚀对输电线造成损坏；可充电电池主要为锂电池，放置于充电槽内，如图2所示。

自动更换电池平台，该平台实现自动更换电池功能。该平台有传动马达、传动链条、链条槽、电池推棒、电池槽。

基于上述的电池更换平台，进一步的，该平台共还包括有控制脱扣、合扣的1个电机（1号电机），当无人机进入电池更换平台，1号电机启动，扣住无人机下方停靠支架，无人机被固定，然后2号电机动作，通过正转或者反转来控制链条的转动方向。2号传动电机马达正转与反转是通过判断左右电池是否有电池槽判断的，如若左电池槽有已充满电的电池，则马达正转，电池推棒向右移动，推动已充满的电池进入无人机电池槽内，如若右电池槽有已充满电的电池，则马达反转，电池推棒向左移动，推动已充满的电池进入无人机电池槽内。

基于上述的电池更换平台，进一步的，该平台还包括传动链条、链条槽,如图3所示。当2号传动电机正转时带动链条槽内的链条转动，链条上段与电池推棒卡合在一起（如图7所示），链条传动会带动电池推棒前进，进而推动电池槽内的电池移动至无人机电池槽内；

基于上述的电池更换平台，进一步的,该平台还包括2个电池推棒（1、2号）。电机转动，带动链条上的电池推棒前进，电池槽内电池与无人机电池相接触，并推动无人机内电池进入待充电槽内。

基于上述的电池更换平台，进一步的，该平台还包括2个平台电池槽。平台电池槽用于放置和固定电池充电，平台电池槽上方安装有电池盖，电池盖上安装有充电触点，触点与外部电能传输线相接，当电池被推入平台电池槽内，电池上的充电触点与平台电池槽内的充电触点相接，电路接通，电池开始充电。

基于上述的电池更换平台，进一步的，该平台还包括挡块；优选的，挡块为金属板短滑道，如图3所示。它采用的是铝合金材质，表面光滑，其高度与充电电池槽和无人机电池槽相等，用于连接充电电池槽和无人机电池槽，防止推棒推动电池前进时发生震动和偏移。

还包括无人机停机坪2，该停机坪呈凹形状，如图4、图5所示。无人机进入停靠基座时，下端脚架落于停机坪凹槽内，凹槽内有减震橡胶，该凹槽内的有固定减震装置，装置共分两种形式，根据机架腿的形式不同来设计其固定减震装置。

形式1），无人机机架腿单侧的两机架腿通过横杆连接在一起。凹槽两壁有四个方形孔洞，用于金属方形卡扣进出扣住无人机脚架。

基于上述形式1）的停靠基座的设计，进一步的，每个基座还包含金属卡扣共有2个，位于停机坪凹槽两侧壁上，该装置通过马达控制卡扣的脱扣和合扣，无人机进入平台前，1号电机正转，金属条状卡扣会从凹槽孔卡住脚架，当无人机更换电池后，1号电机反转，金属卡扣会缩进孔洞，脚架脱离固定，无人机起飞。

形式2），无人机四根机架腿相互独立。凹槽内有旋转轴、轻质弹簧、机架腿固定片、橡胶垫和缓冲橡胶条。如图6所示，当无人机机架腿落入凹槽内，由于重力作用，机架腿压动机架腿固定片，固定片向下凹陷，机架腿落入缓冲橡胶条区域内，机架腿左右被橡胶条限位缓冲，当无人机平稳停下，机架腿固定片经弹簧恢复其原来位置固定机架腿上下移动，也起到减震限位作用，当更换电池完毕时，无人机气飞，机架腿离开缓冲橡胶条区域，无人机上拔力带动旋转轴旋转，机架腿固定片向上动作，无人机腿离开凹槽，更换电池完毕，固定片经弹簧恢复原来位置。

防震基座，防震基座面积略小于整个平台面积，由整块矩形块软橡胶组成，该基座由多组螺丝固定在平台底板上。

平台支撑架，主要由四根不锈钢材支架组成（编号1-4），呈对称分布，下端分别与平台四角连接，用多组小型钢板焊接在一起，并用多组螺丝固定，四根钢材支架上端与氢气球下表面牢固连接，同样呈对称分布，支架内侧安装有导线引导槽，主要引导电能输送线路，一是预防线路老化坏死，二是预防线路过多过复杂，影响无人机进入平台或者相关工作人员检修等。

监控装置，是由高清摄像头组成，并且该装置内部具有图像识别算法电路控制板，当摄像头采集的图片信号经图像识别开发板时，内部就会识别无人机停靠后的图像与停靠之前的图像，并且进行对比区分，最后接通有区别的通电回路（停靠基座的回路），如图9所示，监控电路如图10所示。

本发明提出了一种适合巡线无人机自动更换电池平台，只需人为操作无人机进入充电平台，通过监控特征识别***，识别无人机停靠位置，然后接通换电池操作回路，完成无人机固定、自动更换电池、无人机起飞一系列操作。

本发明包含了一种具有图像识别的功能监控装置，该装置可以根据判断无人机是否进入停靠基座来控制开关电路。无人机降落在停靠基座上，监控装置通过内部图像识别算法得到无人机停靠在哪个基座上，然后接通该基座的开关电路，依次接通1号电机，锁住无人机，然后接通2号电机，对无人机进行换电池。本发明提出了一种不需要无人机落地后，人为更换无人机电池的方法，只需要人为操控无人机进入母舰平台上，然后自动更换电池，能达到无限续航的目的，节省了大量人力、物力和时间。

Claims (8)

1.一种满足输电线路巡检的无人机空中续航能力的充电平台，其特征在于：它包括母舰平台（1），母舰平台（1）上设有无人机充电平台，无人机充电平台包括停机坪（2），无人机（3）通过机架（4）停靠在停机坪（2）上，停机坪（2）上设有用于无人机电池装载和拆卸的电池装拆机构；

无人机（3）停靠在停机坪（2）上时通过机架（4）与限位机构限制机身的移动；

机架（4）的底端设有横杆，凸台的侧面与凹槽内侧壁之间形成卡槽，在卡槽中设有限位机构，限位机构包括设置在卡槽底部的第一缓冲垫（8）、第二缓冲垫（9），分别设置在第一缓冲垫（8）、第二缓冲垫（9）上的第一弹簧（10）、第二弹簧（11），通过第一旋转轴（12）或第二旋转轴（13）分别与凹槽内侧壁连接的第一固定片/第一固定杆（14）、第二固定片/第二固定杆（15）；第一缓冲垫（8）与第二缓冲垫（9）之间设有间隙，可对机架（4）进行夹紧。

2.根据权利要求1所述的满足输电线路巡检的无人机空中续航能力的充电平台，其特征在于：所述电池装拆机构包括左推杆（6）以及右推杆（7），左推杆（6）以及右推杆（7）用于将电池推入无人机（3）中或将无人机（3）的电池（17）推出。

3.根据权利要求2所述的满足输电线路巡检的无人机空中续航能力的充电平台，其特征在于：所述停机坪（2）包括凹槽，凹槽中设有凸台，凸台两侧与凹槽内壁之间形成机架***槽，无人机（3）通过机架（4）架设在凸台上，在凸台上设有传送装置，在传送装置上设有左推杆（6）以及右推杆（7），在传送装置运行时，左推杆（6）或右推杆（7）可将无人机（3）上电池槽（5）中的电池推出至传送装置上或将传送装置上电池槽（5）侧面的电池推入电池槽（5）中，以完成无人机电池的装载、拆卸。

4.根据权利要求3所述的满足输电线路巡检的无人机空中续航能力的充电平台，其特征在于，无人机（3）在母舰平台（1）上充电时，采用以下步骤：

步骤1）将充电完毕的电池（17）置于传送装置上；

步骤2）使无人机（3）飞行并停靠至停机坪（2）上；

步骤3）通过左推杆（6）或右推杆（7）的推动将无人机（3）电池槽（5）中的待充电电池推出；

步骤4）通过左推杆（6）或右推杆（7）的推动将充电完毕的电池（17）推入无人机（3）电池槽（5）中。

5.根据权利要求1所述的满足输电线路巡检的无人机空中续航能力的充电平台，其特征在于：在第一缓冲垫（8）和/或第二缓冲垫（9）的侧面设有缓冲条/带（16）。

6.根据权利要求3或4所述的满足输电线路巡检的无人机空中续航能力的充电平台，其特征在于：所述传送装置包括传送带或链条（18），左推杆（6）以及右推杆（7）相对设置在传送带或链条（18）上，通过传送带或链条（18）的运动可使左推杆（6）或右推杆（7）做推送电池的运动。

7.根据权利要求6所述的满足输电线路巡检的无人机空中续航能力的充电平台，其特征在于：在传送带或链条（18）的上方设有用于放置充电完毕的电池（17）的电池放置架，电池放置架不随传送装置的动作而动作，充电完毕的电池（17）设置于电池放置架上，无人机（3）在停靠在停机坪（2）上时，无人机（3）通过机架（4）架设在电池放置架上；无人机（3）的电池槽（5）设置于无人机（3）的腹部。

8.根据权利要求7所述的满足输电线路巡检的无人机空中续航能力的充电平台，其特征在于：在传送带或链条（18）上间隔的设有第一挡块（19）与第二挡块（20），从传送带或链条（18）的一侧至另一侧依次为左推杆（6）、第一挡块（19）、第二挡块（20）、右推杆（7），无人机（3）在停靠在停机坪（2）上时，其电池槽（5）位于第一挡块（19）与第二挡块（20）之间，充电完毕的电池（17）设置在左推杆（6）与第一挡块（19）之间或者设置在第二挡块（20）与右推杆（7）之间，可通过左推杆（6）将充电完毕的电池（17）推入空电池槽（5）中或通过右推杆（7）将充电完毕的电池（17）推入空电池槽（5）中。

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