CN113246790A - 自动固定无人机机身与更换电池一体化的充电站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了自动固定无人机机身与更换电池一体化的充电站，起降装置位于顶板的过孔处；夹紧装置位于起降装置***，实现任意周向位置的无人机都能被调整为其中一个电池槽口对准电池更换装置；驱动装置驱动夹紧装置旋转；电池更换装置位于起降装置一侧，进行更换电池操作；传送带机构在起降装置下降到低工位后对准电池更换装置的电池落料口，将电池槽口内更换下来的电池运送到存电池装置，且在无人机的所有电池槽口都更换好电池后复位；存电池装置位于起降装置另一侧，对从电池槽口内更换下来的电池进行存储和自动充电。本发明实现了自动对落在无人机充电站平台上电量不足的无人机进行固定、更换电池、电池充电一系列操作。

Description

自动固定无人机机身与更换电池一体化的充电站

技术领域

本发明属于无人机充电站技术领域，具体涉及一种自动固定无人机机身与更换电池一体化的充电站。

背景技术

无人机自从被发明开始，其智能化的水平被不断地提升，逐渐脱离人为遥控器控制，使其在工业和农业方向得以持续不断发展。现如今，无人机大量用在工业和农业当中，其中最为主要的是工业无人机的分拣工作，以及植保无人机的自动撒农药等，所以实现其全面自动化对无人机用于工业和农业的工作有极大的意义。现在无人机的工作时长都普遍偏短，有的小型无人机时长甚至只有十几分钟，这一普遍存在的缺点无疑需要加入大量的人为劳动来干预；目前延长无人机工作时长的方法除了增强电池自身的续航能力外，还可以通过无人机充电站的形式，间接解决无人机飞行时长短的缺点。但是，现有无人机充电站要么就是人为干预程度过多，不能实现真正的全自动充电，要么工艺过程过于复杂，需要大量的电路和结构保证其实现自动充电的动作。

为解决无人机自动充电站工艺复杂、可操作性不强等问题，设计一款能够实现自动固定机身，并且自动换取旧电池，安装新电池的充电站，显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种自动固定无人机机身与更换电池一体化的充电站，实现在没有工作人员在场的情况下，自动对落在无人机充电站平台上电量不足的无人机进行固定、更换电池、电池充电一系列操作，不仅可以提高无人机在工业和农业的使用效率，还能够解放劳动力，有着工作范围更大，能适应更复杂工作环境，工作时长更久的优点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明包括顶板、停靠XY平台装置、起降装置、夹紧装置、驱动装置、电池更换装置、传送带机构和存电池装置；所述的停靠XY平台装置位于顶板上，所述的顶板上设有重力传感器；所述的起降装置位于顶板开设的过孔位置处，所述的夹紧装置位于起降装置***位置；所述的驱动装置驱动夹紧装置旋转；起降装置设有高工位和低工位，处于高工位状态下嵌入顶板的过孔内，处于低工位状态下低于夹紧装置；所述的电池更换装置位于起降装置一侧，存电池装置位于起降装置另一侧；所述传送带机构的框架与存电池装置的活动底架固定，传送带机构的输入端高于夹紧装置；所述存电池装置的活动底架由驱动件一驱动沿传送带机构传送方向平移。

所述的电池更换装置包括取电池转盘、液压缸、电池传输通道和手指气缸；所述的取电池转盘与机架构成转动副，并由动力传输机构一驱动；取电池转盘开设有沿周向均布的n个电池轨道，n≥6；每个电池轨道内放置一个电池；所述的电池轨道沿取电池转盘的径向布置；所述的液压缸位于取电池转盘顶部，液压缸的缸体固定在机架上；液压缸的液压杆朝向电池传输通道；所述的电池传输通道固定在机架上；所述手指气缸的缸体固定在电池传输通道远离取电池转盘的一端；电池传输通道的内壁沿轴向铰接有间距排布的多个传输轮；手指气缸的两个手指下方位置处设有摩擦轮；所述的摩擦轮由旋转电机驱动；电池传输通道的底部开设有电池落料口，电池传输通道在电池落料口上方两侧位置均固定有电池导向板；电池落料口靠近摩擦轮的一端设有斜挡板；驱动件二驱动电池传输通道在取电池转盘和起降装置之间沿传送带机构传送方向平移；电池落料口高于传送带机构的输入端。

所述的存电池库装置包括存电池库转盘、连接板、充电装置和活动底架；所述的存电池库转盘与活动底架构成转动副，并位于传送带机构的输出端位置处；存电池库转盘由动力传输机构二驱动；存电池库转盘开设有沿周向均布的n个存电池导向槽；所述的存电池导向槽沿存电池库转盘的径向布置；存电池导向槽的底面倾斜设置，且朝外的一端高于朝内的一端；存电池导向槽的底部开设有安置槽，安置槽内壁与连接板中部通过铰接轴铰接；所述连接板朝内的一端设有端部挡板，朝外的一端固定有充电装置；所述的铰接轴上套置有扭簧；扭簧两端分别与连接板和安置槽内壁固定。

优选地，所述的停靠XY平台装置包括双输出轴电机一、伺服电机一、电机支架一、电机支架二、缓冲机构、X轴丝杠、Y轴丝杠、螺母块一、螺母块二和Y轴方向推杆；所述的电机支架二固定在顶板上；所述的顶板与机架通过缓冲机构连接；双输出轴电机一的壳体固定在电机支架二上；双输出轴电机一的一根输出轴与一根Y轴丝杠固定，另一根输出轴与另一根Y轴丝杠通过同步带机构一连接；所述的Y轴丝杠水平设置，并与电机支架二构成转动副；每根Y轴丝杠与一块螺母块二构成螺旋副，螺母块二与电机支架二构成滑动副；所述的电机支架一与两块螺母块二均固定；所述的X轴丝杠水平设置，并与Y轴丝杠垂直；伺服电机一的壳体固定在电机支架一上，伺服电机一的输出轴与X轴丝杠固定；所述的X轴丝杠与电机支架一构成转动副；螺母块一与X轴丝杠构成螺旋副，并与电机支架一构成滑动副；所述的Y轴方向推杆固定在螺母块一上；双输出轴电机一和伺服电机一均由控制器控制。

更优选地，所述的缓冲机构包括导柱和弹簧；电机支架二与竖直设置的导柱构成滑动副；导柱与机架固定；所述的导柱上套置有弹簧，弹簧两端分别与电机支架二和机架接触。

优选地，所述的起降装置包括伺服电机二、起降台、Z轴丝杠和丝杠支座；伺服电机二由控制器控制；伺服电机二的壳体固定在起降台底面，伺服电机二的输出轴与Z轴丝杠固定；所述的Z轴丝杠与丝杠支座构成螺旋副；丝杠支座固定在机架上。

优选地，所述的夹紧装置包括无人机固定平台、直线模组、半圆形卡盘、固定爪钩、转轮驱动电机、驱动转轮、传动转轮、定滑轮、橡皮绳、钢丝一、钢丝二和钢丝三；所述的无人机固定平台与机架构成转动副，并由驱动装置驱动；两个直线模组对齐设置在无人机固定平台两侧；所述的直线模组包括伺服电机三、电机支架三、水平丝杠一和螺母块三；所述的电机支架三固定在无人机固定平台上，伺服电机三的壳体与电机支架三固定；伺服电机三的输出轴与水平丝杠一固定；伺服电机三由控制器控制；所述的水平丝杠一与电机支架三构成转动副，并与螺母块三构成螺栓副；螺母块三与电机支架三构成滑动副；每个直线模组的螺母块三上固定一个半圆形卡盘；所述的半圆形卡盘开设有沿径向间距排布的两个半圆形卡盘轨道，且靠内侧的半圆形卡盘轨道与固定爪钩构成滑动副；靠外侧的半圆形卡盘轨道中部开设有通槽；所述的固定爪钩与铰接在靠内侧半圆形卡盘轨道端部的定滑轮通过橡皮绳连接，橡皮绳缠绕在定滑轮上；两个半圆形卡盘内的固定爪钩位于不同端；其中一个直线模组的螺母块三上固定有转轮驱动电机，另一个直线模组的螺母块三上铰接有传动转轮；转轮驱动电机由控制器控制；转轮驱动电机的输出轴上固定有上下排布的两个驱动转轮；无人机固定平台上铰接有上下排布的两个传动转轮；钢丝一的一端固定在上方的驱动转轮上，另一端穿过驱动转轮所在侧半圆形卡盘的通槽，并经该半圆形卡盘靠外侧的半圆形卡盘轨道以及靠内侧的半圆形卡盘轨道与该半圆形卡盘内的固定爪钩固定；钢丝二的一端固定并缠绕在下方的驱动转轮上，另一端固定并缠绕在无人机固定平台上位于下方的传动转轮上；钢丝三的一端固定在无人机固定平台上位于上方的传动转轮上，另一端绕过另一个圆形卡盘外侧的传动转轮，并穿过该半圆形卡盘的通槽，经该半圆形卡盘靠外侧的半圆形卡盘轨道和靠内侧的半圆形卡盘轨道与该半圆形卡盘内的固定爪钩固定。

优选地，所述的驱动装置包括齿轮驱动电机、驱动齿轮和内齿轮一；所述的齿轮驱动电机由控制器控制；齿轮驱动电机的壳体固定在机架上；齿轮驱动电机的一根输出轴与驱动齿轮固定，所述的驱动齿轮与固定在无人机固定平台底部的内齿轮一啮合；驱动齿轮与内齿轮一的传动比为n：1；所述的动力传输机构一包括转轴一、传动齿轮一和内齿轮二；所述的转轴一与机架构成转动副，并与驱动装置中齿轮驱动电机的另一根输出轴固定；转轴二通过轴承支承在轴承座上；轴承座与机架固定；所述的转轴二与转轴一通过同步带机构二连接；所述的传动齿轮一固定在转轴二上；内齿轮二固定在取电池转盘的底部，并与传动齿轮一啮合；传动齿轮一与内齿轮二的传动比为n：1；所述的动力传输机构二包括转轴三、传动齿轮二、传动齿轮三、齿轮支柱和内齿轮三；所述的转轴三与机架构成转动副，并与转轴一通过同步带机构三连接；所述的传动齿轮二固定在转轴三上；所述的齿轮支柱与机架构成转动副，齿轮支柱顶端和底端均固定有传动齿轮三；齿轮支柱顶端的传动齿轮三与固定在存电池库转盘底部的内齿轮三啮合，且传动比为n：1；传动齿轮三与传动齿轮二的结构完全一致。

优选地，所述的驱动件一包括双输出轴电机二、水平丝杠二和螺母块四；双输出轴电机二由控制器控制；双输出轴电机二的壳体固定在机架上，双输出轴电机二的一根输出轴与一根水平丝杠二固定，另一根输出轴与另一根水平丝杠二通过同步带机构四连接；所述的水平丝杠二与机架构成转动副；每根水平丝杠二与一块螺母块四构成螺旋副，螺母块四与机构构成滑动副；水平丝杠二平行于传送带机构传送方向。存电池装置的活动底架与各螺母块四均固定。

优选地，所述的驱动件二包括伺服电机四、水平丝杠三和螺母块五；伺服电机四由控制器控制；伺服电机四的壳体与机架固定，伺服电机四的输出轴与水平丝杠三固定；所述的水平丝杠三与机架构成转动副，并与螺母块五构成螺旋副，螺母块五与机构构成滑动副；电池更换装置的电池传输通道与螺母块五固定。

优选地，所述的电池传输通道靠近取电池转盘的一端开设有电池导向槽口。

优选地，所述的传送带机构包括框架、传送带和两个传送带轮；两个传送带轮均与框架铰接，且通过传送带连接；所述传送带的顶面设有传送带挡板，传送带挡板与框架固定。

本发明具有的有益效果：

1、本发明采用停靠XY平台装置对落在起降装置上的无人机X、Y向位置进行定位；采用夹紧装置实现对落在起降装置上的无人机进行周向定位，使得任意周向位置的无人机都能被调整为其中一个电池槽口对准电池更换装置；采用电池更换装置巧妙取下电池槽口内的电池，并向电池槽口内装上充满电的电池；采用可平移的传送带机构在起降装置将无人机下降到低工位后，再对准电池更换装置的电池落料口下方，将电池槽口内更换下来的电池运送到存电池装置，且在无人机的所有电池槽口都更换好电池后，从电池落料口下方移出复位；采用存电池装置对从电池槽口内更换下来的电池进行存储和自动充电。可见，本发明实现了在没有工作人员在场的情况下，自动对落在无人机充电站平台上电量不足的无人机进行固定、更换电池、电池充电一系列操作，在解放劳动力的同时大大提高无人机在工业和农业的使用效率。

2、本发明的电池更换装置利用手指气缸打开无人机的电池卡扣，再利用摩擦轮的摩擦拖动电池向电池传输通道内测移动，并使电池顺着斜挡板由电池落料口落到传送带机构上，结构简单、维修方便；且利用液压缸持续有力的推力，推动充满电的电池沿电池传输通道和电池导向板运动，并越过电池落料口以及摩擦轮，***无人机的电池槽口内；换电池的过程实现了全自动化。

3、本发明的存电池装置利用电池自身的重力以及连接板的杠杆原理，实现充电装置自动给电池充电。

4、本发明利用一个齿轮驱动电机驱动齿轮副以及同步带机构的方式，实现了无人机固定平台、取电池库转盘和存池库转盘的同步转动，纯机械结构的三轴联动，结构简单、易于现场组装与调整维护。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明中起降装置、夹紧装置和驱动装置的一个结构示意图；

图3是本发明中起降装置、夹紧装置和驱动装置的另一个结构示意图；

图4是本发明中电池更换装置的结构示意图；

图5是本发明中电池传输通道及其内部零件的结构示意图；

图6是本发明中传送带机构、存电池装置和驱动件一的结构示意图；

图7是本发明中存电池转盘、连接板和充电装置的结构示意图；

图8是本发明中动力传输机构一和动力传输机构二的结构示意图；

图9是本发明中半圆形卡盘与固定爪钩的装配示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步描述。

如图1所示，自动固定无人机机身与更换电池一体化的充电站，包括顶板10、停靠XY平台装置3、起降装置、夹紧无人机的夹紧装置、驱动装置2、电池更换装置1、将电池移动至存电池装置5的传送带机构4和对电池进行充电的存电池装置5；停靠XY平台装置3位于顶板10上，顶板10上设有重力传感器(检测到信号后，控制器控制停靠XY平台装置3运动)；起降装置位于顶板10开设的过孔位置处，夹紧装置位于起降装置***位置；驱动装置2驱动夹紧装置旋转；起降装置设有高工位和低工位，处于高工位状态下嵌入顶板10的过孔内，处于低工位状态下低于夹紧装置；电池更换装置1位于起降装置一侧，存电池装置5位于起降装置另一侧；传送带机构4的框架与存电池装置5的活动底架39固定，传送带机构4的输入端高于夹紧装置；存电池装置5的活动底架39由驱动件一驱动沿传送带机构4传送方向平移。

如图4和5所示，电池更换装置1包括取电池转盘24、液压缸22、电池传输通道26和手指气缸27；取电池转盘24与机架构成转动副，并由动力传输机构一驱动；取电池转盘24开设有沿周向均布的n个电池轨道，n≥6；每个电池轨道内放置一个电池；电池轨道沿取电池转盘24的径向布置；液压缸22位于取电池转盘24顶部，液压缸22的缸体23固定在机架上；液压缸22的液压杆25朝向电池传输通道26；电池传输通道26固定在机架上；手指气缸27的缸体固定在电池传输通道远离取电池转盘24的一端；电池传输通道26的内壁沿轴向铰接有间距排布的多个传输轮，用于传输电池时减小摩擦；手指气缸27的两个手指下方位置处设有摩擦轮31；摩擦轮31由旋转电机驱动；电池传输通道26的底部开设有电池落料口，电池传输通道26在电池落料口上方两侧位置均固定有电池导向板30，防止充满电的电池落入电池落料口；电池落料口靠近摩擦轮31的一端设有斜挡板28；驱动件二14-1驱动电池传输通道26在取电池转盘24和起降装置之间沿传送带机构4传送方向平移；电池落料口高于传送带机构4的输入端。

如图6和7所示，存电池库装置5包括存电池库转盘35、连接板、充电装置33和活动底架39；存电池库转盘35与活动底架39构成转动副，并位于传送带机构4的输出端位置处；存电池库转盘35由动力传输机构二驱动；存电池库转盘35开设有沿周向均布的n个存电池导向槽34；存电池导向槽34沿存电池库转盘35的径向布置；存电池导向槽34的底面倾斜设置，且朝外的一端高于朝内的一端；存电池导向槽34的底部开设有安置槽，安置槽内壁与连接板中部通过铰接轴铰接；连接板朝内的一端设有端部挡板，朝外的一端固定有充电装置33；铰接轴上套置有扭簧；扭簧两端分别与连接板和安置槽内壁固定。

其中，液压缸22和手指气缸27分别经一个换向阀与液压泵连接，驱动件一、驱动件二14-1、换向阀和旋转电机均由控制器控制，重力传感器的信号输出端与控制器连接。

作为一个优选实施例，如图1和2所示，停靠XY平台装置3包括双输出轴电机一7-1、伺服电机一7-3、电机支架一3-1、电机支架二、缓冲机构、X轴丝杠8-1、Y轴丝杠8-2、螺母块一4-1、螺母块二和Y轴方向推杆；电机支架二固定在顶板10上；顶板10与机架通过缓冲机构连接；双输出轴电机一7-1的壳体固定在电机支架二上；双输出轴电机一7-1的一根输出轴与一根Y轴丝杠8-2固定，另一根输出轴与另一根Y轴丝杠8-2通过同步带机构一连接；Y轴丝杠8-2水平设置，并与电机支架二构成转动副；每根Y轴丝杠8-2与一块螺母块二构成螺旋副，螺母块二与电机支架二构成滑动副；电机支架一3-1与两块螺母块二均固定；X轴丝杠8-1水平设置，并与Y轴丝杠8-2垂直；伺服电机一7-3的壳体固定在电机支架一3-1上，伺服电机一7-3的输出轴与X轴丝杠8-1固定(通过联轴器一1-1连接)；X轴丝杠8-1与电机支架一3-1构成转动副；螺母块一4-1与X轴丝杠8-1构成螺旋副，并与电机支架一3-1构成滑动副；Y轴方向推杆固定在螺母块一4-1上；双输出轴电机一7-1和伺服电机一7-3均由控制器控制。

作为一个更优选实施例，缓冲机构包括导柱和弹簧；电机支架二与竖直设置的导柱构成滑动副；导柱与机架固定；导柱上套置有弹簧，弹簧两端分别与电机支架二和机架接触；更优选地，导柱和弹簧的组合设有阵列排布的四个。

作为一个优选实施例，如图1和2所示，起降装置包括伺服电机二7-4、起降台17、Z轴丝杠8-3和丝杠支座14；伺服电机二7-4由控制器控制；伺服电机二7-4的壳体固定在起降台17底面，伺服电机二7-4的输出轴与Z轴丝杠8-3固定；Z轴丝杠8-3与丝杠支座14构成螺旋副；丝杠支座固定在机架上；更优选地，伺服电机二7-4、Z轴丝杠8-3和丝杠支座的组合设有沿周向均布的三个。

作为一个优选实施例，如图2、3和9所示，夹紧装置包括无人机固定平台21、直线模组、半圆形卡盘11、固定爪钩44、转轮驱动电机、驱动转轮6、传动转轮9、定滑轮、橡皮绳、钢丝一、钢丝二和钢丝三12；无人机固定平台21与机架构成转动副，并由驱动装置2驱动；两个直线模组对齐设置在无人机固定平台21两侧；直线模组包括伺服电机三7、电机支架三、水平丝杠一8和螺母块三4-2；电机支架三固定在无人机固定平台21上，伺服电机三7的壳体与电机支架三固定；伺服电机三7的输出轴与水平丝杠一8固定(通过联轴器二1-2连接)；伺服电机三7由控制器控制；水平丝杠一8与电机支架三构成转动副，并与螺母块三4-2构成螺栓副；螺母块三4-2与电机支架三构成滑动副；优选地，螺母块三4-2底部固定有导向块19，导向块19底部铰接有导向轮20，导向轮20与电机支架三构成滚动摩擦副；每个直线模组的螺母块三4-2上固定一个半圆形卡盘11；半圆形卡盘11开设有沿径向间距排布的两个半圆形卡盘轨道45，且靠内侧的半圆形卡盘轨道45与固定爪钩44构成滑动副；靠外侧的半圆形卡盘轨道45中部开设有通槽；固定爪钩44与铰接在靠内侧半圆形卡盘轨道45端部的定滑轮通过橡皮绳连接，橡皮绳缠绕在定滑轮上；两个半圆形卡盘11内的固定爪钩44位于不同端；优选地，其中一个半圆形卡盘11的两端端面均固定有插柱13，另一个半圆形卡盘11的两端端面均开设有与插柱匹配的插孔18；其中一个直线模组的螺母块三4-2上固定有转轮驱动电机，另一个直线模组的螺母块三4-2上铰接有传动转轮9；转轮驱动电机由控制器控制；转轮驱动电机的输出轴上固定有上下排布的两个驱动转轮6；无人机固定平台21上铰接有上下排布的两个传动转轮9；钢丝一的一端固定在上方的驱动转轮6上，另一端穿过驱动转轮6所在侧半圆形卡盘11的通槽，并经该半圆形卡盘11靠外侧的半圆形卡盘轨道45以及靠内侧的半圆形卡盘轨道45与该半圆形卡盘11内的固定爪钩44固定；钢丝二的一端固定并缠绕在下方的驱动转轮6上，另一端固定并缠绕在无人机固定平台21上位于下方的传动转轮9上；钢丝三12的一端固定在无人机固定平台21上位于上方的传动转轮9上，另一端绕过另一个圆形卡盘11外侧的传动转轮9，并穿过该半圆形卡盘11的通槽，经该半圆形卡盘11靠外侧的半圆形卡盘轨道45和靠内侧的半圆形卡盘轨道45与该半圆形卡盘11内的固定爪钩44固定。

作为一个优选实施例，如图3和8所示，驱动装置2包括齿轮驱动电机16(也是双输出轴电机)、驱动齿轮15和内齿轮一；齿轮驱动电机16由控制器控制；齿轮驱动电机16的壳体固定在机架上；齿轮驱动电机16的一根输出轴与驱动齿轮15固定，驱动齿轮15与固定在无人机固定平台21底部的内齿轮一啮合；驱动齿轮15与内齿轮一的传动比为n：1；动力传输机构一包括转轴一42-1、传动齿轮一和内齿轮二；转轴一42-1与机架构成转动副，并与驱动装置2中齿轮驱动电机16的另一根输出轴固定；转轴二42-2通过轴承支承在轴承座43上；轴承座43(通过底板32)与机架固定；转轴二42-2与转轴一42-1通过同步带机构二连接；传动齿轮一固定在转轴二42-2上；内齿轮二固定在取电池转盘24的底部，并与传动齿轮一啮合；传动齿轮一与内齿轮二的传动比为n：1；动力传输机构二包括转轴三42-3、传动齿轮二36-1、传动齿轮三36、齿轮支柱42和内齿轮三；转轴三42-3与机架构成转动副，并与转轴一42-1通过同步带机构三连接；传动齿轮二36-1固定在转轴三42-3上；齿轮支柱42与机架构成转动副，齿轮支柱42顶端和底端均固定有传动齿轮三36；齿轮支柱42顶端的传动齿轮三36与固定在存电池库转盘35底部的内齿轮三啮合，且传动比为n：1；传动齿轮三36与传动齿轮二36-1的结构完全一致。

作为一个优选实施例，驱动件一包括双输出轴电机二7-2、水平丝杠二8-5和螺母块四14-2；双输出轴电机二7-2由控制器控制；双输出轴电机二7-2的壳体固定在机架上，双输出轴电机二7-2的一根输出轴与一根水平丝杠二8-5固定，另一根输出轴与另一根水平丝杠二8-5通过同步带机构四连接；水平丝杠二8-5与机架构成转动副；每根水平丝杠二8-5与一块螺母块四14-2构成螺旋副，螺母块四与机构构成滑动副；水平丝杠二8-5平行于传送带机构4传送方向。存电池装置5的活动底架39与各螺母块四均固定。

作为一个优选实施例，驱动件二14-1包括伺服电机四、水平丝杠三和螺母块五；伺服电机四由控制器控制；伺服电机四的壳体与机架固定，伺服电机四的输出轴与水平丝杠三固定；水平丝杠三与机架构成转动副，并与螺母块五构成螺旋副，螺母块五与机构构成滑动副；电池更换装置1的电池传输通道26与螺母块五固定。

作为一个优选实施例，电池传输通道26靠近取电池转盘24的一端开设有电池导向槽口29。

作为一个优选实施例，传送带机构4包括框架、传送带40和两个传送带轮；两个传送带轮均与框架铰接，且通过传送带40连接；传送带40顶面设有传送带挡板41，传送带挡板41与框架固定。

其中，同步带机构一、同步带机构二、同步带机构三和同步带机构四均包括皮带38和两个皮带轮37；两个皮带轮37通过皮带38连接；同步带机构一的两个皮带轮37分别与双输出轴电机一7-1的一根输出轴和一根Y轴丝杠8-2固定；同步带机构二的两个皮带轮37分别与转轴二42-2和转轴一42-1固定；同步带机构三的两个皮带轮37分别与转轴三42-3和转轴一42-1固定；同步带机构四的两个皮带轮37分别与双输出轴电机二7-2的一根输出轴和一根水平丝杠二8-5固定。

该自动固定无人机机身与更换电池一体化的充电站，工作原理如下：

1、无人机落到顶板10后，顶板10上的重力传感器检测到信号，控制器控制XY平台装置3将无人机推动到起降装置上；然后，起降装置下降至低工位处，XY平台装置3复位。其中，停靠XY平台装置3的电机支架二和Y轴方向推杆与无人机直接接触，起推动作用；起降装置下降至低工位时，起降台17与夹紧装置的无人机固定平台21平齐。接着，夹紧装置将无人机的其中一个电池槽口对准电池更换装置1并夹紧无人机，同时驱动件一驱动存电池装置5和传送带机构4平移至传送带机构4的输入端位于电池更换装置1的电池落料口下方，此时，动力传输机构二的传动齿轮二36-1与传动齿轮三36啮合；夹紧装置将无人机的电池槽口对准电池更换装置1并夹紧无人机的具体过程如下：转轮驱动电机驱动驱动转轮6，带动钢丝一、钢丝二和钢丝三拉动两个半圆形卡盘11内的固定爪钩44由半圆形卡盘11的一端运动到另一端，使得两个固定爪钩44对无人机的位置进行调整，且无论无人机停留在无人机固定平台21的初始位置怎样，都会被两个固定卡钩44钩住进行位置调整，并且将无人机的其中一个电池槽口对准电池更换装置1；由于固定卡钩44呈钩状，无人机固定后不容易脱钩；随后两个直线模组同步推动两个半圆形卡盘11相向运动，从而夹紧无人机。

2、电池更换装置1对无人机的电池槽口进行更换电池操作，具体过程如下：驱动件二14-1驱动电池传输通道26向起降装置平移，到位后停止；然后，手指气缸27的两个手指扣开电池槽口的卡扣，电池槽口内的电池在由旋转电机驱动的摩擦轮31作用下，向电池传输通道26传输，并顺着斜挡板28由电池落料口落到传送带机构4上；随后，手指气缸27的两个手指复位，将电池槽口的卡扣松开；液压缸22推动取电池转盘24的电池轨道内充满电的电池，使其通过传输轮和电池导向板30，并越过电池落料口以及摩擦轮31，***无人机的电池槽口内；最后，驱动件二14-1驱动电池传输通道26复位。

3、无人机上更换下来的电池由传送带机构4输送至存电池装置5进行储存和充电，具体过程如下：无人机上更换下来的电池被送入存电池库转盘35的存电池导向槽34内，顺着存电池导向槽34的底面斜面滑落，并将连接板朝内的一端向下压，直到被端部挡板限位后，连接板朝外的一端带动充电装置33往上翘；使得充电装置33与电池的电池插口接触，对电池进行充电。

4、驱动装置2驱动无人机固定平台21转动，使无人机的下一个电池槽口对准电池更换装置1；驱动装置2驱动无人机固定平台21转动的同时，也经动力传输机构一带动取电池转盘24转动，并经动力传输机构二带动存电池库转盘35转动，且无人机固定平台21、取电池转盘24和存电池库转盘35转动的角度相等；然后，重复步骤2和步骤3；其中，动力传输机构一和动力传输机构二传动的过程中，能保证无人机固定平台21每次转动时，取电池装置1的取电池转盘24和存电池装置5的存电池库转盘35与无人机固定平台21转过相同的角度，从而保证了无人机的每一个电池槽换下的电池都能准确进入存电池库转盘35的一个存电池导向槽34内进行存储和充电，且无人机的每一个电池槽都能准确对应取电池转盘24的电池轨道内充满电的电池，实现了无人机固定平台、取电池转盘和存电池库转盘三联动传动。

5、重复步骤4，直到无人机的所有电池槽口都更换好电池；然后，驱动件一驱动存电池装置5和传送带机构4从电池更换装置1的电池落料口下方移出复位，动力传输机构二的传动齿轮二36-1与传动齿轮三36分离；接着，起降装置上升至高工位，起降台17与顶板10平齐；最后，夹紧装置松开无人机，具体过程如下：转轮驱动电机驱动驱动转轮6反转，橡皮绳带动两个半圆形卡盘11内的固定爪钩44复位，使得两个固定爪钩44松开无人机；随后两个直线模组同步拉动两个半圆形卡盘11背向运动，从而松开无人机。

Claims (10)

1.自动固定无人机机身与更换电池一体化的充电站，包括顶板、夹紧装置和驱动装置，其特征在于：还包括停靠XY平台装置、起降装置、电池更换装置、传送带机构和存电池装置；所述的停靠XY平台装置位于顶板上，所述的顶板上设有重力传感器；所述的起降装置位于顶板开设的过孔位置处，所述的夹紧装置位于起降装置***位置；所述的驱动装置驱动夹紧装置旋转；起降装置设有高工位和低工位，处于高工位状态下嵌入顶板的过孔内，处于低工位状态下低于夹紧装置；所述的电池更换装置位于起降装置一侧，存电池装置位于起降装置另一侧；所述传送带机构的框架与存电池装置的活动底架固定，传送带机构的输入端高于夹紧装置；所述存电池装置的活动底架由驱动件一驱动沿传送带机构传送方向平移；

所述的电池更换装置包括取电池转盘、液压缸、电池传输通道和手指气缸；所述的取电池转盘与机架构成转动副，并由动力传输机构一驱动；取电池转盘开设有沿周向均布的n个电池轨道，n≥6；每个电池轨道内放置一个电池；所述的电池轨道沿取电池转盘的径向布置；所述的液压缸位于取电池转盘顶部，液压缸的缸体固定在机架上；液压缸的液压杆朝向电池传输通道；所述的电池传输通道固定在机架上；所述手指气缸的缸体固定在电池传输通道远离取电池转盘的一端；电池传输通道的内壁沿轴向铰接有间距排布的多个传输轮；手指气缸的两个手指下方位置处设有摩擦轮；所述的摩擦轮由旋转电机驱动；电池传输通道的底部开设有电池落料口，电池传输通道在电池落料口上方两侧位置均固定有电池导向板；电池落料口靠近摩擦轮的一端设有斜挡板；驱动件二驱动电池传输通道在取电池转盘和起降装置之间沿传送带机构传送方向平移；电池落料口高于传送带机构的输入端；

所述的存电池库装置包括存电池库转盘、连接板、充电装置和活动底架；所述的存电池库转盘与活动底架构成转动副，并位于传送带机构的输出端位置处；存电池库转盘由动力传输机构二驱动；存电池库转盘开设有沿周向均布的n个存电池导向槽；所述的存电池导向槽沿存电池库转盘的径向布置；存电池导向槽的底面倾斜设置，且朝外的一端高于朝内的一端；存电池导向槽的底部开设有安置槽，安置槽内壁与连接板中部通过铰接轴铰接；所述连接板朝内的一端设有端部挡板，朝外的一端固定有充电装置；所述的铰接轴上套置有扭簧；扭簧两端分别与连接板和安置槽内壁固定。

2.根据权利要求1所述自动固定无人机机身与更换电池一体化的充电站，其特征在于：所述的停靠XY平台装置包括双输出轴电机一、伺服电机一、电机支架一、电机支架二、缓冲机构、X轴丝杠、Y轴丝杠、螺母块一、螺母块二和Y轴方向推杆；所述的电机支架二固定在顶板上；所述的顶板与机架通过缓冲机构连接；双输出轴电机一的壳体固定在电机支架二上；双输出轴电机一的一根输出轴与一根Y轴丝杠固定，另一根输出轴与另一根Y轴丝杠通过同步带机构一连接；所述的Y轴丝杠水平设置，并与电机支架二构成转动副；每根Y轴丝杠与一块螺母块二构成螺旋副，螺母块二与电机支架二构成滑动副；所述的电机支架一与两块螺母块二均固定；所述的X轴丝杠水平设置，并与Y轴丝杠垂直；伺服电机一的壳体固定在电机支架一上，伺服电机一的输出轴与X轴丝杠固定；所述的X轴丝杠与电机支架一构成转动副；螺母块一与X轴丝杠构成螺旋副，并与电机支架一构成滑动副；所述的Y轴方向推杆固定在螺母块一上；双输出轴电机一和伺服电机一均由控制器控制。

3.根据权利要求2所述自动固定无人机机身与更换电池一体化的充电站，其特征在于：所述的缓冲机构包括导柱和弹簧；电机支架二与竖直设置的导柱构成滑动副；导柱与机架固定；所述的导柱上套置有弹簧，弹簧两端分别与电机支架二和机架接触。

4.根据权利要求1所述自动固定无人机机身与更换电池一体化的充电站，其特征在于：所述的起降装置包括伺服电机二、起降台、Z轴丝杠和丝杠支座；伺服电机二由控制器控制；伺服电机二的壳体固定在起降台底面，伺服电机二的输出轴与Z轴丝杠固定；所述的Z轴丝杠与丝杠支座构成螺旋副；丝杠支座固定在机架上。

5.根据权利要求1所述自动固定无人机机身与更换电池一体化的充电站，其特征在于：所述的夹紧装置包括无人机固定平台、直线模组、半圆形卡盘、固定爪钩、转轮驱动电机、驱动转轮、传动转轮、定滑轮、橡皮绳、钢丝一、钢丝二和钢丝三；所述的无人机固定平台与机架构成转动副，并由驱动装置驱动；两个直线模组对齐设置在无人机固定平台两侧；所述的直线模组包括伺服电机三、电机支架三、水平丝杠一和螺母块三；所述的电机支架三固定在无人机固定平台上，伺服电机三的壳体与电机支架三固定；伺服电机三的输出轴与水平丝杠一固定；伺服电机三由控制器控制；所述的水平丝杠一与电机支架三构成转动副，并与螺母块三构成螺栓副；螺母块三与电机支架三构成滑动副；每个直线模组的螺母块三上固定一个半圆形卡盘；所述的半圆形卡盘开设有沿径向间距排布的两个半圆形卡盘轨道，且靠内侧的半圆形卡盘轨道与固定爪钩构成滑动副；靠外侧的半圆形卡盘轨道中部开设有通槽；所述的固定爪钩与铰接在靠内侧半圆形卡盘轨道端部的定滑轮通过橡皮绳连接，橡皮绳缠绕在定滑轮上；两个半圆形卡盘内的固定爪钩位于不同端；其中一个直线模组的螺母块三上固定有转轮驱动电机，另一个直线模组的螺母块三上铰接有传动转轮；转轮驱动电机由控制器控制；转轮驱动电机的输出轴上固定有上下排布的两个驱动转轮；无人机固定平台上铰接有上下排布的两个传动转轮；钢丝一的一端固定在上方的驱动转轮上，另一端穿过驱动转轮所在侧半圆形卡盘的通槽，并经该半圆形卡盘靠外侧的半圆形卡盘轨道以及靠内侧的半圆形卡盘轨道与该半圆形卡盘内的固定爪钩固定；钢丝二的一端固定并缠绕在下方的驱动转轮上，另一端固定并缠绕在无人机固定平台上位于下方的传动转轮上；钢丝三的一端固定在无人机固定平台上位于上方的传动转轮上，另一端绕过另一个圆形卡盘外侧的传动转轮，并穿过该半圆形卡盘的通槽，经该半圆形卡盘靠外侧的半圆形卡盘轨道和靠内侧的半圆形卡盘轨道与该半圆形卡盘内的固定爪钩固定。

6.根据权利要求1所述自动固定无人机机身与更换电池一体化的充电站，其特征在于：所述的驱动装置包括齿轮驱动电机、驱动齿轮和内齿轮一；所述的齿轮驱动电机由控制器控制；齿轮驱动电机的壳体固定在机架上；齿轮驱动电机的一根输出轴与驱动齿轮固定，所述的驱动齿轮与固定在无人机固定平台底部的内齿轮一啮合；驱动齿轮与内齿轮一的传动比为n：1；所述的动力传输机构一包括转轴一、传动齿轮一和内齿轮二；所述的转轴一与机架构成转动副，并与驱动装置中齿轮驱动电机的另一根输出轴固定；转轴二通过轴承支承在轴承座上；轴承座与机架固定；所述的转轴二与转轴一通过同步带机构二连接；所述的传动齿轮一固定在转轴二上；内齿轮二固定在取电池转盘的底部，并与传动齿轮一啮合；传动齿轮一与内齿轮二的传动比为n：1；所述的动力传输机构二包括转轴三、传动齿轮二、传动齿轮三、齿轮支柱和内齿轮三；所述的转轴三与机架构成转动副，并与转轴一通过同步带机构三连接；所述的传动齿轮二固定在转轴三上；所述的齿轮支柱与机架构成转动副，齿轮支柱顶端和底端均固定有传动齿轮三；齿轮支柱顶端的传动齿轮三与固定在存电池库转盘底部的内齿轮三啮合，且传动比为n：1；传动齿轮三与传动齿轮二的结构完全一致。

7.根据权利要求1所述自动固定无人机机身与更换电池一体化的充电站，其特征在于：所述的驱动件一包括双输出轴电机二、水平丝杠二和螺母块四；双输出轴电机二由控制器控制；双输出轴电机二的壳体固定在机架上，双输出轴电机二的一根输出轴与一根水平丝杠二固定，另一根输出轴与另一根水平丝杠二通过同步带机构四连接；所述的水平丝杠二与机架构成转动副；每根水平丝杠二与一块螺母块四构成螺旋副，螺母块四与机构构成滑动副；水平丝杠二平行于传送带机构传送方向；存电池装置的活动底架与各螺母块四均固定。

8.根据权利要求1所述自动固定无人机机身与更换电池一体化的充电站，其特征在于：所述的驱动件二包括伺服电机四、水平丝杠三和螺母块五；伺服电机四由控制器控制；伺服电机四的壳体与机架固定，伺服电机四的输出轴与水平丝杠三固定；所述的水平丝杠三与机架构成转动副，并与螺母块五构成螺旋副，螺母块五与机构构成滑动副；电池更换装置的电池传输通道与螺母块五固定。

9.根据权利要求1所述自动固定无人机机身与更换电池一体化的充电站，其特征在于：所述的电池传输通道靠近取电池转盘的一端开设有电池导向槽口。

10.根据权利要求1所述自动固定无人机机身与更换电池一体化的充电站，其特征在于：所述的传送带机构包括框架、传送带和两个传送带轮；两个传送带轮均与框架铰接，且通过传送带连接；所述传送带的顶面设有传送带挡板，传送带挡板与框架固定。

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