CN113183824A - 植保无人机换电***及换电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无人机充换电技术领域，具体而言涉及植保无人机换电***，包括：无人机，具有用于向内部电子元件供电的第一接口以及放置药箱的容纳空间；药箱，被可拆卸的连接到所述无人机的容纳空间；锁止机构，设置于无人机上，位于容纳空间的***，具有解锁状态和锁止状态；电池，被固定的设置到所述药箱，并具有与无人机第一接口配合的第二接口。本发明将植保无人机的药箱和电池结合，设计成一体式更换，实现自动化的对无人机进行换电，提高植保无人机作业的连续性，且通过锁止机构简单，在换电过程中被触发切换锁止和解锁状态，在便于换电的同时，无人机腾空后药箱始终与无人机保持紧连接，提高稳定性和电连接的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及无人机充换电技术领域，具体而言涉及植保无人机换电***。
背景技术
多旋翼无人机具有作业高度低，飘移少，可空中悬停，无需专用起降机场的优点，旋翼产生的向下气流有助于增加雾流对作物的穿透性，防治效果高。而且，可以远距离遥控操作，可避免喷洒作业人员暴露于农药的危险。
目前的植保无人机一般由无人机、安装于机身下方的药箱以及喷洒***构成，无人机和药箱单独供电，无人机内部电源给飞控***供电，药箱内的电源给喷洒***供电，如此，会出现作为药箱载体的无人机和药箱本身能源消耗和更换不匹配的情况，药箱和无人机任意一个耗尽资源都需要返回换电。
为了增加无人机作业的连续性，在目前电池容量一定的情况下，只能采用更换电池的方式，如专利文献1以及专利文献2所示的更换电池和药桶的方式，虽然操作简单，但是其仍采用人工拆卸，不利于自动化作业。
现有技术文献：
专利文献1：CN210882641U，公开一种便于更换药箱和电池的植保无人机，包括机体，机体上设有分别固定药箱、电池的第一插装槽、第二插装槽；第一插装槽、第二插装槽内分别设有导向固定件，导向固定件包括转动轮组件，药箱侧壁、电池侧壁上分别设有第一竖向导向槽、第二竖向导向槽，第一竖向导向槽、第二竖向导向槽的顶部分别设有与转动轮组件相匹配卡接的第一凹槽、第二凹槽。电池的壳体顶部的相对两侧延伸有竖向的卡接扣，卡接扣的底部向电池顶部方向延伸有勾状部。药箱和电池皆采用插装的方式固定在机身上，拆装方便且快捷，节省更换药箱和电池的时间。
专利文献2：CN209274908U，公开一种快速更换电池的植保机固定药箱，包括植保机药箱和电池，植保机药箱的顶部固定有药箱固定板，药箱固定板的顶部固定有电池滑轨，电池通过反扣魔术贴扎带绑住固定于电池固定板的外壁上，电池固定板滑动连接于电池滑轨的内部，电池固定板的外壁位于电池的两侧均设有分度销，通过提前做好更换电池的准备，节约了更换时间，而且安装时，通过将电池推送，并通过分度销固定，便于将电池安装在药箱的中心位置，使植保更加平稳，提高植保作业效率，更换电池快速，提高了作业效率。
上述现有技术的换电***中，不论是通过卡扣方案或者魔术贴轧带的方案实现快速换电的方案中，提出了换电机构设计，但对电连接以及稳定性没有做对应设计，而且采用的是人工换电，在规模农业应用上不具有现实意义；而且无人机换电***的设计与实现，不仅仅是人工换电的操作问题，还涉及到无人机的启停与定位，如果对启停不做干预，那么更多是需要操作人员现场进行换电，无法通过自动化***进行快速换电，而且在规模农业应用场景下，通过人工换电是不理想，也不现实的，效率极其低下，无法在规定时间内完成植保作业需求。
发明内容
本发明目的在于提供植保无人机换电***，以无人机停放定位为基础，进行自动化换电，同时对电池和药箱更换，无需人员看守与人工换电，提高自动化作业程度。
根据以上目的，本发明的第一方面提供一种植保无人机换电***，包括：
无人机，具有用于向内部电子元件供电的第一接口以及放置药箱的容纳空间；
药箱，被可拆卸的连接到所述无人机的容纳空间；所述药箱上集成有用于向无人机供电的电池，所述电池固定到药箱上并被设置成与药箱同步被更换，所述电池具有与无人机第一接口配合的第二接口；
锁止机构，设置于所述无人机上，所述锁止机构可***作而在解锁状态和锁止状态切换；
换电平台，提供用于无人机停放并被定位的负载面；以所述换电平台的负载面定义X-Y方向，所述药箱被设置成沿着Y方向被锁紧与释放，并且无人机的第一接口与药箱的第二接口被设置成沿着Y方向配合，实现电连接；
其中，所述换电平台上设置有备用药箱，所述备用药箱被设置成在所述无人机在所述负载面停放并被定位后，替换无人机所负载的药箱；
所述锁止机构具有保持锁止状态的趋势，以使得药箱与无人机锁紧连接；所述无人机在负载面上停放并被定位后，锁止机构***作切换至解锁状态，无人机负载的药箱可沿着Y方向并脱离无人机而滑出，并通过换电机构将备用药箱滑入并与第一接口结合，完成换电并由锁止机构锁止。
结合图1所示，X方向与Y方向在负载面所限定的表面上成垂直分布，并且无人机被设置成沿着Y方向换电，并且在换电过程中保持X-Y方向对无人机的限位操作。
优选地，所述换电机构包括可沿着Y方向移动的机械手，尤其是具有多自由度的机械手，可实现对无人机上的负载的药箱与备用药箱的夹持与替换操作。
优选地，所述换电平台设有校正机构，用于将停放在负载面上的无人机调整到换电机构能够沿着Y方向进行取放药箱的位置状态。
优选地，所述校正机构包括可转动的X向校正杆组和Y向校正杆组，所述X向校正杆组和Y向校正杆组被设置成按照预设的顺序前后进行相对移动以校正无人机的停放角度和/或方位，将无人机校正至预设的位置。
由此，通过校正机构对停放到换电平台上的无人机进行位置校正，使无人机被从X向和Y向进行校正，校正过程中，通过一对校正杆的同步、相对的转动，使得无人机在对应的方向（X向或者Y向）得以被校正杆驱动而位移或者转动，以校正无人机的角度与方位，使其最终停放到预设的位置，利于使用换电机构从Y方向进行换电操作。
应当理解，X向校正杆组和Y向校正杆组均具有预设的校正位置，即移动到位后的角度与位置，当X向校正杆组和Y向校正杆均到达预设的校正位置，无人机被校正并定位到预设的位置，即无人机的第一接口与药箱的第二接口沿着Y方向配合，使得换电机构（例如机械手）沿着Y方向的精确直线运动即可实现对药箱的滑入和滑出的操作，定位、对接的精度高，减少对接口的损坏风险，同时，利于锁止和解锁的操作。
优选地，所述锁止机构被设置成在锁止状态时，对药箱具有朝向第一接口方向的预紧力，使得电池的第二接口保持朝向无人机第一接口运动的趋势。由此，在本发明的实施例中，通常沿着Y方向和/或药箱的底部可实现对药箱的固定，但无人机在飞行以及作业过程中，Y方向是电连接的物理受力方向，容易受到振动、倾斜或者飞行姿态的影响导致接口松动，因此通过本实施例的应用，在Y方向沿着药箱滑入方向设置预紧力，使得药箱保持朝向无人机运动的趋势，使得二者之间的电连接更加稳固。
优选地，在无人机的两个起落架之间形成所述容纳空间，所述锁止机构被设置在无人机的起落架上。
优选地，所述起落架的内侧设有伸入到容纳空间的空心滑杆，所述药箱上设有能包围在所述空心滑杆外的滑槽，使药箱能沿空心滑杆滑动。
优选地，所述锁止机构包括安装于空心滑杆内部的弹性锁舌，所述药箱上设有卡槽，药箱在被装填至容纳空间内后，处于锁止状态的弹性锁舌能伸出空心滑杆并卡在所述卡槽中，以限制药箱滑动。
优选地，所述空心滑杆内设有锁舌支架，所述锁舌支架与空心滑杆滑动连接，且所述锁舌支架与空心滑杆之间设有弹簧，使锁舌支架具有朝向无人机的第一接口方向的预紧力，并使得弹性锁舌保持压紧药箱的趋势。
优选地，所述弹性锁舌与锁舌支架铰接，所述弹性锁舌具有与药箱卡槽接触的弧形接触面，所述空心滑杆内部设有止动块，所述弹性锁舌包括：
锁止状态，所述弹性锁舌的弧形接触面与药箱卡槽接触，并与止动块脱离；
收缩状态，所述弹性锁舌的弧形接触面与止动块接触，并完全缩入到空心滑杆内；
待锁止状态，所述弹性锁舌伸出空心滑杆，且弹性锁舌的弧形接触面抵触到空心滑杆的孔壁。
优选地，所述弧形接触面的形状被设置成：与药箱接触端弧面距离转动中心的长度大于自由端弧面距离转动中心的长度。
优选地，在所述空心滑杆内部、锁舌支架靠近无人机的容纳空间一侧形成空腔，所述换电机构被设置成操作所述空腔使弹性锁舌由锁止状态切换到解锁状态。
根据以上目的，本发明的第二方面提出一种基于前述的植保无人机换电***的植保无人机换电方法，包括以下步骤：
步骤1、无人机停放到换电平台并被校正到预定位置；
步骤2、锁止机构被触发从锁止状态切换至解锁状态；
步骤3、换电机构操作集成有电池的药箱，将药箱滑出无人机，并放置到换电平台，再操作将备用药箱放入到无人机的容纳空间；
步骤4、锁止机构被触发从解锁状态切换至锁止状态，完成换电。
优选地，在步骤1中，无人机被校正到预定位置的过程包括：
通过X向校正杆组或者Y向校正杆组的同步、相对的转动，使得无人机在对应的方向得以被X向校正杆或者Y向校正杆的驱动而发生位移和/或或者转动，以校正无人机的角度与方位，使其最终停放到预设的位置。
其中，X向校正杆组和Y向校正杆组均具有预设的校正位置，即移动到位后的角度与位置。其中，当X向校正杆组和Y向校正杆均到达预设的校正位置时，无人机被校正并定位到预设的位置，即无人机的第一接口与药箱的第二接口沿着Y方向配合，使得换电机构（例如机械手）沿着Y方向的精确直线运动即可实现对药箱的滑入和滑出的操作的位置。定位、对接的精度高，减少对接口的损坏风险，同时，利于锁止和解锁的操作。
优选地，在换电机构进行换电操作的过程中，所述无人机被停放被定位在预设的位置，并且由所述X向校正杆组与Y向校正杆组夹紧限位，阻止其沿着Y向或者X向的移动。
优选地，在步骤2和步骤4中，锁止机构被由机械手或校正机构触发，实现解锁与锁止状态的切换。
应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。
结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
图1是本发明示例性实施例的植保无人机换电***的示意图；
图2是本发明示例性实施例的植保无人机换电***的校正示意图；
图3是本发明示例性实施例的植保无人机换电***的X-Y向校正过程示意图；
图4是本发明示例性实施例的植保无人机换电***中药箱和锁止机构的原理示意图；
图5是本发明实施例中无人机和药箱的结构示意图；
图6是本发明实施例中药箱处于锁止状态的结构示意图；
图7是本发明实施例中药箱处于解锁状态的结构示意图；
图8是本发明实施例中药箱被取出状态的结构示意图；
图9是本发明实施例中弹性锁舌处于锁止状态的结构示意图；
图10是本发明实施例中弹性锁舌处于收缩状态的结构示意图；
图11是本发明实施例中弹性锁舌处于待锁止状态的结构示意图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
植保无人机，是一种具有特定功能的无人机，例如携带药箱，通过无人机实现药物喷洒的作业。在一些实施例中，药箱和电池被采用一体结合的设计，在安装到无人机上时，有必要保持电池与无人机之间电性连接的可靠性，因此有必要要保持电池接口和无人机受电接口之间的紧固性物理连接，实现可靠电连接。
在一些实施例中，考虑到实现自动化换电，药箱由一个方向被拔出和***到无人机上，实现换电，且要求在更换药箱时，控制锁止机构的锁止状态。本发明旨在实现，提供一种自动化换电***，能实现无人机药箱与无人机之间的方便拆卸，便于自动化机械手控制，锁止机构能在药箱被装入时保持向电连接接口方向的压力，提高电连接的稳定性，有利于无人机持续性自动化作业。
结合图1-图4所示，本实施例中提供的植保无人机换电***，主要包括无人机1、药箱2、电池3以及换电平台100。其中，电池3与药箱2一体化设计。
药箱2，作为无人机的负载，被可拆卸的连接到无人机上，由无人机1携带飞行并进行喷洒作业。
作为可选的实施例，药箱2集成有用于向无人机供电的电池3，电池3尤其是采用可二次充电电池。电池3固定到药箱2上并被设置成与药箱同步被更换。
换电平台100布置在作业场地，例如规模化的农业田地中，这些田地，尤其是被规律地分块或者划分。
换电平台100上设置换电机构以实现对无人机的换电操作。
作为可选的方案，换电平台100一方面提供用于无人机1停放并被定位的负载面，另一方面存储有至少一个备用药箱，以通过换电机构更换到无人机1，实现快速换电。备用药箱，尤其是采用与无人机上负载的集成电池的药箱相同的设计，从而实现快速的更换与适配。
当无人机1在换电平台100停放并被定位后，换电机构操作备用药箱，以替换无人机所负载的药箱。
作为示例，换电机构以机械手6为例。机械手6至少包括三个自由度（以无人机1停放平面定义为X-Y平面），用于在无人机1停放方向和备用药箱之间角度转换，并能将药箱2从无人机1中夹持并抽出。
为了节省空间，若备用电池以堆放的形式放置，则机械手6还具有Z轴方向的自由度，使机械手沿高度方向移动以夹持不同高度的备用药箱。如图1所示的实施例中，换电平台100内还设有用于摆放和容纳备用药箱的存放架8，备用药箱摆放在存放架上。可选地，存放架8上设有充电***，对备用药箱的电池充电；以及设置有对药箱补液的药液补充***。
可选地，充电***采用光伏充电***，包括由光伏电池以及充电电路。
可选地，药液补充***包括混合器以及补液泵组成的补液装置。
在可选的实施例中，根据待喷农药的作业田面积，换电平台100可以被设置成多个，其布置间距根据电池3和药箱2的续航量确定，使无人机不必要飞回起点更换，以提高无人机1连续作业能力，尤其是在大面积的田地作业场景下，其优势更加明显。
其中，无人机1具有定位组件以及通信组件，通过通信组件与每个换电平台100通信连接，以获得每个换电平台100的位置信息，并在最近的换电平台100进行换电。
结合图4、5所示，无人机1具有用于向内部电子元件供电的第一接口11以及药箱的容纳空间。其中，无人机1内部主要包含飞控***和电机（用于驱动旋翼），通过电池3供电。药箱2被可拆卸地连接到无人机1的容纳空间。应当理解，在本发明的实施例中，无人机1的内部机构设计以及电子***的设计可采用现有的旋翼无人机的设计。
进一步的，药箱2上集成有用于向无人机供电的电池3，电池3固定到药箱上并被设置成与药箱同步被更换。电池3具有与无人机1的第一接口11配合的第二接口31。如此，当药箱2被更换后，则电池3同时也被更换。药箱2和电池3被集成的设计可以保持换电的同步性，避免出现药量和电量其中一个过低就需要返回换电的情况。
在一些实施例中，电池3还被设计成对药箱2内的抽液泵供电，以实现喷洒农药。
在可选的方式中，药箱2的底部集成喷洒管道，药箱2内部设置抽液泵向喷洒管道供液。在其他的实施例中，喷洒管道还可以被设置在无人机1上，管道带有和药箱2连接的喷头，当药箱2被安装到位后，管道的供液口和药箱2的供液口对接密封，抽液泵将药箱2内的药液通过管道向供液口处供给，喷药管道喷药。
在一些实施例中，药箱2的容量以及电池3的容量根据实际飞行的药量消耗速度和电量消耗速度设置成相匹配的容量。可选地，考虑到无人机1飞行的可靠性和电池低电量影响使用寿命，电池3使用时间要大于药箱2内药液使用时间的百分之三十。
如图5所示，锁止机构4设置于无人机1上，位于容纳空间的***，锁止机构可***作而在解锁状态和锁止状态切换。
在一些实施例中，通过换电平台100提供用于无人机停放并被定位的负载面；以换电平台100的负载面定义X-Y方向，药箱2被设置成沿着Y方向被锁紧与释放，并且无人机1的第一接口11与药箱的第二接口31被设置成沿着Y方向配合，实现电连接。
其中，锁止机构4具有保持锁止状态的趋势，以使得药箱与无人机锁紧连接；无人机1在负载面上停放并被定位后，锁止机构4***作切换至解锁状态，无人机负载的药箱可沿着Y方向并脱离无人机而滑出，并通过机械手沿着Y方向运动，将备用药箱滑入并与第一接口11结合，完成换电并由锁止机构4锁止。
优选地，锁止机构4被设置成在锁止状态时，对药箱2具有朝向第一接口方向11的预紧力，使得电池的第二接口31保持朝向无人机的第一接口11运动的趋势。
当药箱2被放置到容纳空间时，控制锁止机构4处于锁止状态，能将药箱2固定到无人机1上，在飞行过程中保持药箱2的位置稳定，并朝向第一接口11的方向提供预紧力，使电连接稳定，而在无人机1换电时，控制锁止机构4处于解锁状态，利于药箱2被取出和更换。
如此，锁止机构4在锁止状态时，药箱2与无人机1紧连接，锁止机构在解锁状态时，药箱2可沿第二接口31与第一接口11插接方向相对于无人机1滑动，使机械手6夹持药箱3取出，并放入备用药箱，完成换电。
在可选的实施例中，第一接口11与无人机机身之间还可以设置成弹性连接，使第一接口11向着药箱2被***的方向具有压力，如此，即使药箱2没有被压紧，仍可以保持可靠的电连接。
结合图1所示，无人机1在一个单位工作时间后，需要更换药箱2以及电池3，无人机1与换电平台100通讯，获取换电平台100的位置信息，飞抵最近的换电平台后降落，为了结构简单，由于机械手6的布置位置相对固定，为了确保无人机1降落位置固定，并在换电过程中能具有可靠的相对位置。
优选的，换电平台100设有校正机构7，用于将停放在负载面上的无人机调整到换电机构能够沿着Y方向进行取放药箱的位置状态。
优选地，校正机构7采用井字形的校正机构，按照预设的顺序进行相对移动以校正无人机的停放角度和/或方位，将无人机校正至预设的位置。应当理解，在优选的实施例中，无人机的预设的位置，由校正机构的校正位置决定。
结合图1，校正机构7包括可转动的X向校正杆组和Y向校正杆组。X向校正杆组包括一对相对设置的X向校正杆71，Y向校正杆组包括一对相对设置的Y向校正杆72。
其中，X向校正杆组和Y向校正杆组被设置成按照预设的顺序前后进行相对移动以校正无人机的停放角度和/或方位，将无人机校正至预设的位置。
在可选的实施例中，校正机构7包括呈井字形分布并相对移动的校正杆组，具体为X向校正杆组和Y向校正杆组。当无人机1降落到换电平台100之后，先由X向校正杆组（即一对相对设置的X向校正杆71）或Y向校正杆组（一对相对设置的Y向校正杆72）其中的一组进行相对移动与转动，然后移动与转动另外一组进行校正，校正无人机1的停放角度和/或方位。
其中每组校正杆组均具有其预设的校正位置，即移动到位后的角度与位置。
结合1所示，以X向校正杆组为例，先移动相对设置的2个X向校正杆71，2个X向校正杆71逐渐相互靠近并达到预设的校准位置，使无人机1在一个方向的位置被固定，并校正角度，然后另一个方向的两杆再相互靠近，使无人机1被准确定位，停靠在预定的位置701。
如此，对被校正和定位后的无人机1，通过换电平台100上的机械手6沿着Y方向对药箱2进行操作，更换备用药箱。由此，通过Y方向一贯的直线位移，即往复运动，第一接口与第二接口之间的Y方向的配合精准，且可减少换电时带来的***误差，实现高精度的换电。
当X向校正杆组和Y向校正杆均到达预设的校正位置时，无人机被校正并定位到预设的位置，即无人机的第一接口与药箱的第二接口沿着Y方向配合，使得换电机构（例如机械手）沿着Y方向的精确直线运动即可实现对药箱的滑入和滑出的操作的位置。定位、对接的精度高，减少对接口的损坏风险，同时，利于锁止和解锁的操作。
优选地，在换电机构操作过程中，由于沿着Y方向一贯的往复运动与操作，尤其需要保持换电过程中的无人机位置稳定，因此通过校正机构的X向校正杆组和Y向校正杆组夹紧无人机，实现换电过程的限位，阻止其沿着Y向或者Y向的移动。
进一步的，校正机构7还可以采用传感器定位、视觉定位、激光定位等方式实现无人机1降落的辅助精准定位。
结合图5所示，在可选的实施例中，无人机1的两个起落架之间形成容纳空间，锁止机构4被设置在无人机1的起落架上。如此，无人机的结构设计不需要进行修改，与目前现有的多旋翼无人机结构设计大体相同，仅起落架12做出对应设计改进。
进一步的，为了保持药箱2在水平方向（即平行于换电平台100的方向）能相对稳定的滑动，并且在无人机1腾空后，对药箱2仍起到较好的支撑力，起落架的内侧设有伸入到容纳空间121的空心滑杆12，药箱2上设有能包围在空心滑杆12外的滑槽22，使药箱2能沿空心滑杆12滑动。
可选地，药箱2的外部设有夹持槽21。
结合图示，机械手6包括夹持臂62，能伸入到夹持槽21中，夹紧药箱2，实现对药箱2的夹持。
在可选的实施例中，结合图6所示，锁止机构4包括安装于空心滑杆12内部的弹性锁舌42，药箱2上设有卡槽23，药箱2在被装填至容纳空间内后，处于锁止状态的弹性锁舌42能伸出空心滑杆12并卡在卡槽23中，以限制药箱2滑动。
其中，电池3被设置在药箱2取出/放入操作端的另一端，使药箱2被放入后，电池3与无人机1通电，当药箱2被取出后，电池3与无人机1断电。
结合图6所示，进一步的，空心滑杆12内设有锁舌支架5，锁舌支架5与空心滑杆12滑动连接，且锁舌支架5与空心滑杆12之间设有弹簧51，使锁舌支架5向无人机第一接口11方向具有预紧力，保持弹性锁舌42压紧药箱2。
如此，使药箱2处于稳定的状态，无人机1飞行过程中，药箱2始终能被压紧，电池3的第二接口31保持与第一接口11紧密接触。
结合图8所示，当无人机1停放后待换电时，需要解除弹性锁舌42的压紧状态。具体的，弹性锁舌42与锁舌支架5铰接，并且为了使得弹性锁舌42转动时比较顺滑，弹性锁舌42具有与药箱卡槽23接触的弧形接触面，空心滑杆12内部设有止动块122。
其中，弹性锁舌42包括锁止状态、收缩状态和待锁止状态。
结合图9所示的锁止状态，弹性锁舌42的弧形接触面421与药箱卡槽23接触，并与止动块122脱离，药箱卡槽23具有一段弧形抵触面231；此时，弹性锁舌42受到弹簧51的压力压紧药箱2，保持其位置稳定，提高电连接的可靠性。
结合图10所示的收缩状态，弹性锁舌42的弧形接触面与止动块122接触，并完全缩入到空心滑杆12内；当需要解除锁止状态时，则需要使弹性锁舌42收缩，即弹性锁舌42与药箱2接触部分完全收缩到空心滑杆12内，使药箱2在滑入滑出方向处于自由状态。
在可选的实施例中，弹性锁舌42被使用机械手6上的导杆61抵触弹性锁舌42的斜面而由锁止状态变成收缩状态，结合图4-5所示，导杆61顺着空心滑杆12内部、锁舌支架5靠近无人机的容纳空间一侧形成的空腔22向内移动，触碰到弹性锁舌42的斜面时，使弹性锁舌42绕转轴422转动，即弹性锁舌42完全收纳到空心滑杆12内。
其中，弹性锁舌42的一端由于长度较长，从空心滑杆12的外侧伸出孔124伸出，弹性锁舌42挤压复位弹簧41，保持有向内侧伸出孔123运动的趋势，结合图6所示，当导杆61抽出后，由于复位弹簧41的弹力，弹性锁舌42伸出空心滑杆12。
结合图11所示的待锁止状态，当导杆61抽出后，由于复位弹簧41的弹力，弹性锁舌42伸出空心滑杆12，且由于弹簧51的弹性，使弹性锁舌42的弧形接触面421抵触到空心滑杆12的内侧伸出孔123的孔壁，此时，弹性锁舌42处于稳定状态。
进一步的，结合图9所示，弧形接触面421的形状被设置成：与药箱2接触端（图示的弧形接触面421右端）的弧面距离转动中心的长度大于自由端（图示的弧形接触面421左端）弧面距离转动中心的长度。
如此，当弹性锁舌42在锁止状态时，此时，锁舌支架5受到弹簧51的压力，具有图示中向上的压力，在药箱2进入状态，或导杆61进入状态，均可以使弹性锁舌42逆时针转动，由于弧形接触面421的左端距离中心的长度小，因而可以接触止动块122，并在止动块122上滑动，并逐渐将锁舌支架5向下压，直到弹性锁舌42卡入到药箱卡槽23中。
在另外的一些实施例中，锁止机构4还可以是电磁锁或电控锁，被设置在无人机1的机身上，受控于磁感应信号或压力按钮控制等。
例如，在一些实施例中，压力传感器或磁感应传奇被设置在起落架底部，当被校正机构或机械手6触碰后，锁止机构4处于解锁状态，然后进行换电过程，当换电过程完毕后，机械手6或校正机构脱离，锁止机构4重新锁止，无人机1可以进行喷洒农药作业。
本发明另外一方面提出一种植保无人机换电方法，包括以下步骤：
步骤1、无人机1停放到换电平台100并被校正机构7校正到预定位置；
步骤2、锁止机构4被触发从锁止状态切换至解锁状态；
步骤3、换电机构（例如机械手6）操作集成有电池的药箱2，将药箱2滑出无人机1，并放置到换电平台100，再操作将备用药箱放入到无人机1的容纳空间；
步骤4、锁止机构4被触发成从解锁状态切换至锁止状态，完成换电。
在可选的实施例中，在步骤2和步骤4中，锁止机构4被由机械手6或校正机构7触发，解锁与锁止状态的切换。
通过X向校正杆组或者Y向校正杆组的同步、相对的转动，使得无人机在对应的方向得以被X向校正杆或者Y向校正杆的驱动而发生位移和/或或者转动，以校正无人机的角度与方位，使其最终停放到预设的位置。
其中，X向校正杆组和Y向校正杆组均具有预设的校正位置，即移动到位后的角度与位置。其中，当X向校正杆组和Y向校正杆均到达预设的校正位置时，无人机被校正并定位到预设的位置，即无人机的第一接口与药箱的第二接口沿着Y方向配合，使得换电机构（例如机械手）沿着Y方向的精确直线运动即可实现对药箱的滑入和滑出的操作的位置。定位、对接的精度高，减少对接口的损坏风险，同时，利于锁止和解锁的操作。
优选地，在换电机构进行换电操作的过程中，所述无人机被停放被定位在预设的位置，并且由所述X向校正杆组与Y向校正杆组夹紧限位，阻止其沿着Y向或者Y向的移动。
例如，锁止机构4的弹性锁舌42被由机械手上的导杆61操作而切换解锁与锁止的状态。在另一些实施例中，锁止机构4为电控锁止机构时，被校正机构7或机械手6操作后，锁止机构4切换解锁与锁止的状态。
结合以上实施例，本发明将植保无人机的药箱和电池结合，设计成一体式更换，能实现自动化的对无人机进行换电，提高植保无人机作业的连续性，且通过锁止机构和校正机构的优化，能在换电过程中自动进行快速的无人机角度调整，对其进行位置校正和定位，使后续的换电过程可快速和精确的进行。换电过程中，锁止机构可被换电机构或者校正机构触发控制切换锁止和解锁状态，进行快速的换电处理。在无人机腾空后药箱始终与无人机保持稳固的物理连接与电连接，提高稳定性和电连接的可靠性。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (13)
1.一种植保无人机换电***，其特征在于，包括：
无人机，具有用于向内部电子元件供电的第一接口以及放置药箱的容纳空间；
药箱，被可拆卸的连接到所述无人机的容纳空间；所述药箱上集成有用于向无人机供电的电池，所述电池固定到药箱上并被设置成与药箱同步被更换，所述电池具有与无人机第一接口配合的第二接口；
锁止机构，设置于所述无人机上，所述锁止机构可***作而在解锁状态和锁止状态切换；
换电平台，提供用于无人机停放并被定位的负载面；以所述换电平台的负载面定义X-Y方向，所述药箱被设置成沿着Y方向被锁紧与释放，并且无人机的第一接口与药箱的第二接口被设置成沿着Y方向配合，实现电连接；
其中，所述换电平台上设置有备用药箱，所述备用药箱被设置成在所述无人机在所述负载面停放并被定位后，替换无人机所负载的药箱；
所述锁止机构具有保持锁止状态的趋势，以使得药箱与无人机锁紧连接；所述无人机在负载面上停放并被定位后，锁止机构***作切换至解锁状态，无人机负载的药箱可沿着Y方向并脱离无人机而滑出，并通过换电机构将备用药箱滑入并与第一接口结合，完成换电并由锁止机构锁止。
2.根据权利要求1所述的植保无人机换电***，其特征在于，所述换电平台设有校正机构，用于将停放在负载面上的无人机调整到换电机构能够沿着Y方向进行取放药箱的位置状态。
3.根据权利要求2所述的植保无人机换电***，其特征在于，所述校正机构包括可转动的X向校正杆组和Y向校正杆组，所述X向校正杆组和Y向校正杆组被设置成按照预设的顺序进行相对移动以校正无人机的停放角度和/或方位，将无人机校正至预设的位置。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的植保无人机换电***，其特征在于，所述锁止机构被设置成在锁止状态时，对药箱具有朝向第一接口方向的预紧力，使得电池的第二接口保持朝向无人机第一接口运动的趋势。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的植保无人机换电***，其特征在于，在无人机的两个起落架之间形成所述容纳空间，所述锁止机构被设置在无人机的起落架上。
6.根据权利要求5所述的植保无人机换电***，其特征在于，所述起落架的内侧设有伸入到容纳空间的空心滑杆，所述药箱上设有能包围在所述空心滑杆外的滑槽，使药箱能沿空心滑杆滑动。
7.根据权利要求6所述的植保无人机换电***，其特征在于，所述锁止机构包括安装于空心滑杆内部的弹性锁舌，所述药箱上设有卡槽，药箱在被装填至容纳空间内后，处于锁止状态的弹性锁舌能伸出空心滑杆并卡在所述卡槽中，以限制药箱滑动。
8.根据权利要求7所述的植保无人机换电***，其特征在于，所述空心滑杆内设有锁舌支架，所述锁舌支架与空心滑杆滑动连接，且所述锁舌支架与空心滑杆之间设有弹簧，使锁舌支架具有朝向无人机的第一接口方向的预紧力，并使得弹性锁舌保持压紧药箱的趋势。
9.根据权利要求8所述的植保无人机换电***，其特征在于，所述弹性锁舌与锁舌支架铰接，所述弹性锁舌具有与药箱卡槽接触的弧形接触面，所述空心滑杆内部设有止动块，所述弹性锁舌包括：
锁止状态，所述弹性锁舌的弧形接触面与药箱卡槽接触，并与止动块脱离；
收缩状态，所述弹性锁舌的弧形接触面与止动块接触，并完全缩入到空心滑杆内；
待锁止状态，所述弹性锁舌伸出空心滑杆，且弹性锁舌的弧形接触面抵触到空心滑杆的孔壁。
10.根据权利要求9所述的植保无人机换电***，其特征在于，所述弧形接触面的形状被设置成：与药箱接触端弧面距离转动中心的长度大于自由端弧面距离转动中心的长度。
11.根据权利要求9所述的植保无人机换电***，其特征在于，在所述空心滑杆内部、锁舌支架靠近无人机的容纳空间一侧形成空腔，所述换电机构被设置成操作所述空腔使弹性锁舌由锁止状态切换到解锁状态。
12.一种使用权利要求1-11中任意一项所述的植保无人机换电***的植保无人机换电方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、无人机停放到换电平台并被校正到预定位置；
步骤2、锁止机构被触发从锁止状态切换至解锁状态；
步骤3、换电机构操作集成有电池的药箱，将药箱滑出无人机，并放置到换电平台，再操作将备用药箱放入到无人机的容纳空间；
步骤4、锁止机构被触发从解锁状态切换至锁止状态，完成换电。
13.根据权利要求12所述的植保无人机换电方法，其特征在于，在步骤2和步骤4中，锁止机构被由机械手或校正机构触发，实现解锁与锁止状态的切换。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210730 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |