CN115610275B - 一种无人机自动换电***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于无人机配套设备技术领域，特别涉及一种无人机自动换电***及方法，它解决了无人机需要人工换电，费时费力，影响工作效率的问题。本无人机自动换电***包括箱体，所述的箱体顶部设有开合门，所述的箱体内设有用于将降落后无人机归边的无人机自动换电平台，所述的无人机自动换电平台底部设有位于无人机归边侧的电池仓，在该侧的箱体内设有用于将无人机电池安装座上的电池与电池仓内的电池交换的换电机械手。本方案中还包括了基于该套无人机自动换电***的无人机自动换电方法。实现了无人机自动换电高效、可靠且结构轻量化的效果。

Description

一种无人机自动换电***及方法

技术领域

本发明属于无人机配套设备技术领域，特别涉及一种无人机自动换电***及方法。

背景技术

无人机发展迅速，已适用于大量领域，但是无人机能量来源基本还是以蓄电池的电能为主，当无人机电池电量不足时，需要及时进行换电或充电，往往由人工具体操作完成，费时费力，影响工作效率，所以，配套一套可靠的无人机自动换电***显得非常必要。

例如大疆的经纬 M300 RTK系列无人机，性能卓越、功能强大，该无人机由两块电池进行供电，设于无人机底部。

公开号为CN112091553A的专利公开了一种无人机电池更换装置及其使用方法，包括：工作台，用于放置无人机；多个抓取装置，各个抓取装置固定于工作台，用于抓取电池；对应于各个抓取装置设有一存储装置，用于放置电池；多个引导固定装置，各个引导固定装置固定于工作台，用于固定无人机脚架；各个抓取装置与各个存储装置分别通过下位机控制，用于在无人机停放工作台时与各个引导固定装置配合，以对无人机更换电池。

上述现有技术设有多个抓取装置，结构相对复杂，也意味着增加了结构重量，增大了成本。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种换电高效可靠且结构精炼的无人机自动换电***及方法。

为了实现创新本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

本无人机自动换电***，包括箱体，所述的箱体顶部设有开合门，其特征在于，所述的箱体内设有用于将降落后无人机归边的无人机自动换电平台，所述的无人机自动换电平台底部设有位于无人机归边侧的电池仓，在该侧的箱体内设有用于将无人机电池安装座上的电池与电池仓内的电池交换的换电机械手。

本发明无人机自动换电***主体设于顶部设有开合门的箱体内，对主体结构起到一定的保护防尘效果，无人机自动换电平台可以将无人机进行归边，移动无人机至合适位置以便换电机械手可以顺利进行换电，在无人机自动换电平台下方设有电池仓，用于放置电池，具体的换装电池操作由换电机械手来完成，换电机械手将电池从无人机上取下，放入电池仓，再从电池仓中取出电池装到无人机上。

在上述的无人机自动换电***中，所述的无人机自动换电平台包括设置在箱体底面中部的停机坪底座，所述的停机坪底座上设有停机坪，所述的停机坪底座通过轻量化升降机构与停机坪相连，所述的停机坪上设有无人机归边装置。

轻量化升降机构可以控制停机坪的升降，无人机归边装置可以将无人机移动到换电机械手可以配合的位置，便于换电机械手进行换电操作，换电效率高，且轻量化设计减轻了自身重量，降低了连接结构和驱动结构的负担，也节省了材料。

在上述的无人机自动换电***中，所述的轻量化升降机构包括设置在停机坪底座和停机坪之间四台呈矩形阵列分布且联动的停机坪丝杠升降机，所述的停机坪丝杠升降机上连接有停机坪升降驱动电机，所述的停机坪与箱体之间设有升降防晃结构。

轻量化升降机构通过四台矩形阵列分布且联动的停机坪丝杠升降机及停机坪升降驱动电机具体实现升降功能，保证了升降的可靠性稳定性，升降防晃结构使得升降过程更加稳定，减弱了停机坪不必要的晃动，防止无人机在升降过程中位置过度偏移甚至滑落。

在上述的无人机自动换电***中，所述的升降防晃结构包括连接在停机坪上沿周向均匀分布的弹性拉力组件。

弹性拉力组件在停机坪上沿轴向均匀分布，对无人机的拉扯施力更加均匀，防晃效果更好，且结构轻盈成本低。

在上述的无人机自动换电***中，所述的无人机归边装置包括设置在停机坪上设有能够当无人机处于停机坪上时使无人机沿横向居中的居中移位机构，所述的居中移位机构包括两根纵向设置在停机坪上方且对置的居中移位杆，在居中移位杆上连接有能够驱动居中移位杆沿着停机坪横向往复移动的居中移位驱动组件，所述的停机坪上设有能够使无人机沿纵向移动至停机坪边沿的归边移位机构，所述的停机坪上还设有能够使归边后的无人机纵向移动并与归边移位机构配合实现无人机居中的复位移动机构。

居中移位机构可以将无人机进行归中，两条居中移位杆由横向往复移动的居中移位驱动组件驱动，在横向方向上往中间合拢及向两侧分开，居中归位效果好。归边移位机构可以将无人机进行归边，移动至便于换电机械手配合的位置，保证了换电机械手可以顺利换电，复位移动机构可以将换电完毕后的无人机进行居中复位，方便无人机可以安全顺利起飞。

在上述的无人机自动换电***中，所述的换电机械手包括固定在箱体内壁上的机械手升降架，所述的机械手升降架上设有能够二次水平伸缩且用于取换电池的换电伸缩机构，所述的机械手升降架与换电伸缩机构之间设有能够使换电伸缩机构沿垂直方向上升降的机械手升降机构。

换电机械手用于具体实施换电动作，通过机械手升降机构的驱动控制，机械手升降架可以升降至换电伸缩机构可以与无人机或电池仓配合的高度，保证换电的顺利进行，换电伸缩机构可以二次水平伸缩，用于具体实现换电，结构简练可靠。

在上述的无人机自动换电***中，所述的换电伸缩机构包括换电底座，所述的换电底座上有换电架，在换电架上设有电池取放仓，所述的电池取放仓内设有电池取放爪手，在电池取放爪手与换电架之间设有能够驱动电池取放爪手水平伸缩的一级伸缩机构，所述的换电架与换电底座之间设有能够驱动换电架水平伸缩的二级伸缩机构。

换电底座上设有换电架，用于具体实现对电池的装卸功能；在换电架上设有电池取放仓，用于放置电池，电池取放仓中的电池取放爪手用于取放电池；在电池取放爪手和换电架之间设有一级伸缩机构，用于驱动电池取放爪手的水平伸缩，用于具体勾抓出或推放入电池；在换电架和换电底座之间设有二级伸缩机构，用于驱动换电架的水平伸缩，使得换电架抵靠无人机保证了换电操作的顺利实施。

在上述的无人机自动换电***中，所述的电池取放爪手包括电池推板，所述的电池推板上设有两对称设置的电池钩爪单元，所述的电池推板通过一级伸缩机构与换电架相连。

电池取放爪手包括电池推板，用于安装电池时提供给电池一定的推力，以及卸下电池前，其上的旋钮结构可以实现无人机的关机操作，电池推板上的电池钩爪单元设有左右两个，可以更稳固地勾抓住两个电池，通过一级伸缩机构，电池推板和换电架连接，可以实现电池取放爪手相对换电架的伸缩，伸出去抓住电池，缩回来带回电池至电池取放仓中。

在上述的无人机自动换电***中，所述的电池仓包括电池架，在电池架上设有若干横向分布的电池充电位，所述的电池架上还设有能够移动电池充电位横向上位置的换位机构。

电池充电位用于存放电池并进行及时的自动充电，保证可以有足够的满电电池供应以换至无人机上，换位机构可以横向移动，移动至合适的电池充电位对准换电机械手位置，在机械手带着换下的电池时，换位机构将空的电池充电位对准机械手，用于放置电池并及时充上电，当需要取电池时，换位机构将放有满电电池的电池充电位对准机械手，让机械手抓取满电电池以对无人机换电，保证了换电操作的顺利进行。

在上述的无人机自动换电***中，所述的换位机构包括设置在电池架上的电池托板，所述的电池托板上设有若干沿横向分布的电池充电位，所述的电池充电位上方设有电池感应器，所述的电池托板与电池托板架之间设有电池托板横移组件 。

电池感应器可以实时感应到该电池充电位是否为空的电池充电位并判断电量是否已满，电池托板横移组件可以控制电池托板的横移，以保证合适的电池充电位对准机械手，保证换上的电池为满电的可用电池，使换电更可靠。

在上述的无人机自动换电***中，所述的箱体上设有用于调整箱体水平位置的自动调平装置。

自动调平装置可以调整箱体实时处于水平状态，保证无人机可以安全顺利地降落起飞，也避免了无人机在停机坪上产生不必要的滑移，导致机械手无法顺利换电。

在上述的无人机自动换电***中，所述的自动调平装置包括设置在箱体底部的四个地脚，所述的地脚通过垂直升降机构与箱体相连，所述的垂直升降机构包括设置在箱体内的丝杆升降机和丝杆升降机驱动电机，所述的丝杠升降机的升降丝杆下端穿设箱体与地脚相连，所述的丝杠升降机上端与丝杠防自转组件相连。

连接在四个地脚上的垂直升降机构互相配合可以实现箱体的水平调整控制，功能实现可靠，丝杆防自传组件保证了丝杆可以通过丝杆升降机顺利实现升降。

在上述的无人机自动换电***中，所述的开合门包括设置在箱体顶部设有两对置且平行于底面的箱盖，所述的箱盖与箱体之间通过箱盖开合组件相连。

开合门具体为两对置且平行于底面的箱盖，箱盖通过箱盖开合组件实现移动控制，提高了开合门打开关闭的控制效率。

一种无人机自动换电方法，包括上述的无人机自动换电***，具体过程如下：

S1.接收无人机：由无人机自动换电平台接收降落的无人机；

S2.进入换电位：将无人机移动至无人机自动换电平台一侧边沿处；

S3.无人机卸电: 换电机械手沿垂直方向上升至与无人机电池安装座水平对准，然后沿水平方向伸出卸下无人机电池，卸下无人机电池后带着电池沿水平方向复位，水平复位后沿垂直方向下降至与电池仓空位水平对准，水平对准后沿水平方向伸出将电池送入电池仓，电池送入完毕后沿水平方向复位;

S4. 无人机装电：电池仓切换工位将满电的电池与换电机械手对准后，换电机械手沿水平方向伸出取出满电电池，取出完毕后沿水平方向复位，水平复位后沿垂直方向上升至与无人机电池安装座水平对准，对准完毕后沿水平方向伸出将电池送入无人机电池安装座，送入完毕后依次沿水平方向和垂直方向复位。

对于适用于上述的无人机自动换电***的无人机自动换电方法，过程简练可靠，换电效率高。

在上述的无人机自动换电方法中，在步骤S1中，无人机自动换电平台接收降落的无人机前，先打开开合门，然后通过轻量化升降机构将停机坪垂直升高，接收完毕后垂直降低。

轻量化升降机构将停机坪升高便于无人机的顺利安全降落，接收完毕后轻量化机构将停机坪降低至可以与机械手配合的高度位置，提高了换电效率。

在上述的无人机自动换电方法中，在步骤S2中，无人机先通过居中移位机构进行横向居中，然后通过归边移位机构进行纵向归边。

通过居中移位机构和归边移动机构的共同作用可以将无人机移动至合适的、可以与机械手顺利配合的位置，为机械手的具体换电操作提供了保障。

在上述的无人机自动换电方法中，在步骤S3和S4中，通过机械手升降架进行垂直方向上升降，通过换电伸缩机构进行水平方向上二次伸缩，由换电架接收电池，由电池取放爪手完成电池的拆装。

升降架垂直升降，将换电伸缩机构升降至合适的高度，便于电池取放爪手二次伸缩顺利实现电池的拆装换电。

在上述的无人机自动换电方法中，在步骤S4后，电池更换完毕的无人机通过复位移动机构将无人机移动至居中，然后停机坪垂直升高，无人机飞离后降低，最后关闭开合门。

复位移动机构将无人机居中且停机坪升高至合适位置，避免了无人机在箱体内发生不必要的碰撞，保证了无人机可以顺利起飞，无人机飞离后开合门关闭对箱体内的结构起到一定的防尘保护作用。

在上述的无人机自动换电方法中，在步骤S4中，通过电池托板横移组件横向移动电池托板完成切换工位。

电池托板横移组件具体实现电池托板的工位切换，保证了机械手可以顺利存放换下的电池，以及可以取到满电的电池，保证了换电工作的顺利可靠完成。

与现有技术相比，

1.本无人机自动换电***设于箱体中，可以较好实现防尘保护的效果。

2.本无人机自动换电***设有归边居中结构，保证了无人机的位置可以顺利地与换电机械手实现配合，具有很好的适应性，此外，换电结束进行居中，使得无人机可以安全顺利地飞离。

3.电池感应器可以实时感应该电池充电位的状态，比如是否为空的电池充电位、电量是否已满，电池托板横移组件可以控制电池托板的横移，以保证合适的电池充电位对准机械手，保证换上的电池为满电的可用电池，使换电更可靠。

4.自动调平装置保证了箱体实时保持水平状态，提高稳定性，使得无人机可以安全顺利地降落在停机坪上，以及可以顺利起飞，同时也避免了无人机在停机坪上产生不必要的滑移，保证换电工作的顺利进行。

5.换电机械手用于具体实施换电动作，通过机械手升降机构的驱动控制，机械手升降架可以升降至换电伸缩机构可以与无人机或电池仓配合的高度，保证换电的顺利进行，换电伸缩机构可以二次水平伸缩，用于具体实现换电，结构简练可靠。

6.弹性拉力组件在停机坪上沿轴向均匀分布，对无人机的拉扯施力更加均匀，防晃效果更好，且结构轻盈成本低。

7.连接在四个地脚上的垂直升降机构互相配合可以实现箱体的水平调整控制，功能实现可靠，丝杆防自传组件保证了丝杆可以通过丝杆升降机顺利实现升降。

8.开合门具体为两对置且平行于底面的箱盖，箱盖通过箱盖开合组件实现移动控制，提高了开合门打开关闭的控制效率。

9.本无人机自动换电***中有大量的轻量化设计，减少了设备自重，减轻了连接结构和驱动结构的压力，同时节省了材料。

10.适用于本无人机自动换电***的无人机自动换电方法，过程简练可靠，换电效率高。

附图说明

图1是本发明无人机自动换电***的整体示意图；

图2是本发明无人机自动换电***的俯视图；

图3是本发明无人机自动换电***的箱体内的示意图（停机坪未示出）；

图4是本发明无人机自动换电***正视图（箱体外壳未示出）；

图5是换电机械手的整体结构前视示意图；

图6是换电机械手的整体结构后视示意图；

图7是换电伸缩机构的侧视图；

图8是换电伸缩机构的正视图；

图9是换电伸缩机构安装在机械手升降架上的示意图（部分电池侧板未示出）；

图10是图8的A位置的细节放大图；

图11是停机坪的结构示意图；

图12是无人机自动换电平台的俯视图；

图13是停机坪的底视图；

图14是停机坪的居中移位杆连接一侧的结构示意图；

图15是停机坪的归边移位杆连接一侧的结构示意图

图16是自动调平装置与箱体配合的结构示意图；

图17是图16中的B位置的结构示意图；

图18是垂直升降机构的结构示意图；

图19是充电仓的结构示意图；

图20是换电机械手、充电仓和无人机自动换电平台大致的相对位置关系的示意图。

图中，箱体1000、开合门1100、箱盖1110、箱盖开合组件1120、自动调平装置1200、地脚1210、不锈钢支撑块1211、螺接孔1212、自适应底垫1213、垂直升降机构1220、丝杆升降机1221、丝杆升降机驱动电机1222、升降丝杆1223、丝杠防自转组件1230、防自转块1231、垂直升降导向单元1240、地脚滑轨座1241、地脚滑轨1242、地脚滑块1243、防水组件1250、环形挡水环1251、无人机自动换电平台2999、停机坪底座2000、停机坪2100、轻量化升降机构2200、停机坪丝杠升降机2210、停机坪丝杠升降机固定座2220、停机坪升降丝杠2230、停机坪升降驱动电机2240、无人机归边装置2300、居中移位机构2310、居中移位杆2311、居中移位驱动组件2320、居中移位光杆2321、居中归位直线轴承2322、居中移位直线驱动单元2330、居中移位传动带2331、居中移位同步块2332、居中移位联动轴2333、传动带转动驱动器2334、升降防晃结构2400、弹性拉力组件2410、弹性拉力绳2411、归边移位机构2500、归边移位杆2510、归边直线驱动机构2520、归边主动丝杆2521、归边从动丝杆2522、归边传动组件2530、归边传动带2531、归边丝杆旋转驱动器2540、复位移动机构2600、复位推杆2610、复位直线驱动机构2620、复位主动丝杆2621、复位从动丝杆2622、复位丝杆旋转驱动器2623、复位传动组件2624、换电机械手3999、机械手升降架3000、升降架背板3010、升降架侧板3020、升降架顶板3030、三角底板3040、升降架轻量化通孔3050、三角底板轻量化通孔3060、机械手升降机构3100、升降滑块滑轨组件3110、垂直升降驱动组件3120、机械手升降丝杆3130、机械手升降螺母座3140、旋转驱动单元3150、升降丝杆驱动电机3151、升降主动轮3152、升降同步轮3153、升降同步带3154、换电伸缩机构4999 、换电底座4000、底座底板4010、底座后板4020、直角支撑架4030、加强杆4040、换电架4100、电池托盘4110、电池侧挡条4111、电池分隔条4112、电池顶盖4120、条形位置传感孔4121、位置感应挡块4122、原位传感器4123、电池侧板4130、电池取放仓4110、电池取放爪手4200、电池推板4210、电池锁开关组件4211、开关旋钮4212、开关旋转驱动4213、电池钩爪单元4220、钩爪舵机座4221、钩爪舵机4222、舵盘4223、电池钩4224、舵机延长座4225、U型支撑臂4226、一级伸缩机构4300、一级滑块滑轨组件4310、一级滑轨4311、一级条形加高座4312、一级条形加高座轻量化通孔4313、一级直线驱动单元4320、一级滑台丝杆4321、一级滑台螺母座4322、一级旋转驱动电机4323、一级滑台轴承座4324、二级伸缩机构4400、二级滑块滑轨组件4410、二级滑轨4411、二级条形加高座4412、二级条形加高座轻量化通孔4413、二级直线驱动单元4420、二级滑台丝杆4421、二级滑台螺母座4422、二级滑台轴承座4423、二级旋转驱动电机4424、电池防伤易入结构4500、无人机电池架凹槽4510、易入斜坡4520、侧挡条弧形倒角4530、防伤斜面4540、导入斜面4550、轻量化结构4600、条形减重斜孔4610、托盘减重孔4620、开关机组件4700、开机臂4710、开机顶针4720、摆动驱动器4730、电池仓5999、电池架5000、电池托板5100、电池充电位5110、电池感应器5120、电池托板架5200、电池托板横移组件5300、电池托板横移组件5310、电池托板横移滑轨5320、电池托板横移驱动组件5330、电池托板横移丝杆5331、电池托板横移螺母座5332、电池托板横移驱动电机5333、电池托板横移丝杆轴承座5334、换位机构5500。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

本无人机自动换电***的具体实施例如图1-20所示，包括箱体1000，箱体1000顶部设有开合门1100，箱体1000内设有用于将降落后无人机归边的无人机自动换电平台2999，无人机自动换电平台2999底部设有位于无人机归边侧的电池仓5999，在该侧的箱体1000内设有用于将无人机电池安装座上的电池与电池仓5999内的电池交换的换电机械手3999。

具体而言，本发明无人机自动换电***主体设于顶部设有开合门1100的箱体1000内，对主体结构起到一定的保护防尘效果，无人机自动换电平台2999可以将无人机进行归边，移动无人机至合适位置以便换电机械手3999可以顺利进行换电，在无人机自动换电平台2999下方设有电池仓5999，用于放置电池，具体的换装电池操作由换电机械手3999来完成，换电机械手3999将电池从无人机上取下，放入电池仓5999，再从电池仓5999中取出电池装到无人机上。

优化的，开合门1100包括设置在箱体1000顶部设有两对置且平行于底面的箱盖1110，箱盖1110与箱体1000之间通过箱盖开合组件1120相连。

换句话说，开合门1100具体为两对置且平行于底面的箱盖1110，箱盖1110通过箱盖开合组件1120实现移动控制，提高了开合门1100打开关闭的控制效率，箱盖1110的开合具体通过滑槽滑轨结构实现可移动，通过电机输出轴上的齿轮与箱盖1110底部的驱动齿配合实现驱动。

无人机自动换电平台2999如图12所示，包括设置在箱体1000底面中部的停机坪底座2000，停机坪底座2000上设有停机坪2100，停机坪底座2000通过轻量化升降机构2200与停机坪2100相连，停机坪2100上设有无人机归边装置2300。

具体而言，轻量化升降机构2200可以控制停机坪的升降，无人机归边装置2300可以将无人机移动到换电机械手3999可以配合的位置，便于换电机械手3999进行换电操作，换电效率高，且轻量化设计减轻了自身重量，降低了连接结构和驱动结构的负担，也节省了材料。

如图3、图4所示，轻量化升降机构2200包括设置在停机坪底座2000和停机坪2100之间四台呈矩形阵列分布且联动的停机坪丝杆升降机2210，停机坪丝杠升降机2210上连接有停机坪升降驱动电机2240，停机坪底座2000顶部的四个角上分别设有停机坪丝杆升降机固定座2220，停机坪丝杆升降机固定座2220上固定有停机坪丝杆升降机2210，停机坪丝杆升降机2210与停机坪丝杆升降机固定座2220一一对应，停机坪丝杆升降机2210的停机坪升降丝杆2230下端穿设在停机坪底座2000上，上端固定在停机坪2100底部。

具体而言，轻量化升降机构2200通过四台矩形阵列分布且联动的停机坪丝杆升降机2210及停机坪升降驱动电机2240具体实现升降功能，保证了升降的可靠性稳定性，停机坪丝杆升降机2210通过固定在停机坪2100顶部四角的停机坪丝杆升降机固定座2220上，结构稳定。

此外，停机坪2100与箱体1000之间设有升降防晃结构2400，升降防晃结构2400包括连接在停机坪2100上沿周向均匀分布的弹性拉力组件2410。弹性拉力组件2410包括能够设置于停机坪2100与箱体1000之间呈倾斜设置的弹性拉力绳2411，弹性拉力绳2411有两根且沿停机坪2100周向均匀分布，弹性拉力绳2411一端固定在停机坪2100上，另一端固定在箱体1000上，弹性拉力绳2411的倾斜方向均为同一旋转方向，弹性拉力绳2411上设置有拉力调节组件,拉力调节组件包括绳长调节扣。

升降防晃结构2400使得升降过程更加稳定，减弱了停机坪不必要的晃动，防止无人机在升降过程中位置过度偏移甚至滑落，弹性拉力绳2411均匀分布且倾斜方向均为同一旋转方向使得停机坪受力均匀，防晃效果好，拉力调节组件包括绳长调节扣，方便调节。

如图11-图15所示，无人机归边装置2300包括设置在停机坪2100上设有能够当无人机处于停机坪2100上时使无人机沿横向居中的居中移位机构2310，停机坪2100的上表面包括停机板，居中移位机构2310包括两根纵向设置在停机坪2100上方且对置的居中移位杆2311，两根居中移位杆2311共用居中移位驱动组件2320，居中移位驱动组件2320包括分别设置在停机板两侧的居中移位光杆2321，两根居中移位杆2311通过居中归位直线轴承2322与居中移位光杆2321相连，居中归位直线轴承2322上连接有能够驱动居中归位直线轴承2322沿居中移位光杆2321轴向往复移动的居中移位直线驱动单元2330，居中移位直线驱动单元2330包括居中移位传动带2331，居中移位传动带2331上设有居中移位同步块2332，同一条居中移位传动带2331上的两块居中移位同步块2332上下错位，两条居中移位传动带2331通过居中移位联动轴2333相连，居中移位联动轴2333与传动带转动驱动器2334相连，该传动带转动驱动器2334为电机。

具体而言，居中移位机构2310可以将无人机进行归中，两条居中移位杆2311由横向往复移动的居中移位驱动组件2320驱动，在横向方向上往中间合拢及向两侧分开，居中归位效果好，适应性强，两根居中移位杆2311共用居中移位驱动组件2320，简化了结构，降低了成本，并且两根居中移位杆2311同步性更高，通过居中移位传动带2331上上下错位的两块居中移位同步块2332带动，结构巧妙。

此外，停机坪2100上设有能够使无人机沿纵向移动至停机坪2100边沿的归边移位机构2500，归边移位机构2500包括横向设置在停机坪2100的停机板上方的归边移位杆2510且归边移位杆2510和居中移位杆2311上下错位，归边移位杆2510上连接有能够驱动归边移位杆2510沿纵向往复移动的归边直线驱动机构2520，归边直线驱动机构2520包括设置在归边移位杆2510两端的归边主动丝杆2521和归边从动丝杆2522，归边主动丝杆2521和归边从动丝杆2522分别通过各自的丝杆螺母与归边移位杆2510两端相连，归边主动丝杆2521和归边从动丝杆2522通过归边传动组件2530相连，归边传动组件2530包括位于归边从动丝杆2522与归边主动丝杆2521一端的归边传动带2531，归边传动带2531与归边从动丝杆2522和归边主动丝杆2521相连，归边主动丝杆2521上连接有归边丝杆旋转驱动器2540，该归边丝杆旋转驱动器2540为电机。

具体而言，归边移位机构2500可以将无人机进行归边，移动至便于换电机械手3999配合的位置，保证了换电机械手3999可以顺利换电，归边移位杆2510和居中移位杆2311上下错位，可以减少不必要的干涉。

不仅如此，停机坪2100上还设有能够使归边后的无人机纵向移动并与归边移位机构2500配合实现无人机居中的复位移动机构2600。复位移动机构2600包括横向设置在停机板上方的复位推杆2610，复位推杆2610上连接有能够驱动复位推杆2610沿纵向往复移动的复位直线驱动机构2620，复位直线驱动机构2620包括设置在复位推杆2610两端的复位主动丝杆2621和复位从动丝杆2622，复位主动丝杆2621和复位从动丝杆2622分别通过各自的丝杆螺母与复位推杆2610两端相连，复位主动丝杆2621和复位从动丝杆2622通过复位传动组件2624相连，在复位主动丝杆2621上连接有复位丝杆旋转驱动器2623，该复位丝杆旋转驱动器2623为电机。

复位移动机构2600可以将换电完毕后的无人机进行居中复位，方便无人机可以安全顺利起飞。

换电机械手3999如图5-图9所示，包括固定在箱体1000内壁上的机械手升降架3000，机械手升降架3000上设有能够二次水平伸缩且用于取换电池的换电伸缩机构4999，机械手升降架3000与换电伸缩机构4999之间设有能够使换电伸缩机构4999沿垂直方向上升降的机械手升降机构3100。

具体而言，无人机自动换电机械手3999包括了机械手升降架3000和换电伸缩机构4999，换电伸缩结构4999设置在机械手升降架3000上，可通过机械手升降机构3100在机械手升降架3000上实现升降，以达到换电池的合适高度，换电伸缩机构4999自身可以二次水平伸缩用于具体实现取换电池。

如图8、图9所示，机械手升降架3000包括升降架背板3010，升降架背板3010两侧均设有升降架侧板3020，升降架背板3010和升降架侧板3020顶部均固定在升降架顶板3030上，升降架背板3010和升降架侧板3020底部均固定在三角底板3040上，升降架背板3010、升降架顶板3030和三角底板3040与换电伸缩机构4999之间设有机械手升降机构3100，机械手升降机构3100包括设置在升降架背板3010与换电伸缩机构4999之间的升降滑块滑轨组件3110，升降架顶板3030和三角底板3040与换电伸缩机构4999之间设有垂直升降驱动组件3120，垂直升降驱动组件3120包括两根分别设置在升降架背板3010两侧的机械手升降丝杆3130，机械手升降丝杆3130两端分别通过轴承与升降架顶板3030和三角底板3040相连，机械手升降丝杆3130通过机械手升降螺母座3140与换电伸缩机构4999相连，机械手升降丝杆3130上连接有旋转驱动单元3150，旋转驱动单元3150包括设置在三角底板3040底部的升降丝杆驱动电机3151，机械手升降丝杆3130下端设有升降同步轮3153，升降丝杆驱动电机3151驱动轴穿设三角底板3040且输出轴上的升降主动轮3152通过升降同步带3154与两个升降同步轮3153相连，升降主动轮3152与两个升降同步轮3153呈三角状分布，且升降主动轮3152与两个升降同步轮3153的直线距离均相等。

具体而言，升降架背板3010和升降架侧板3020的顶部固定在升降架顶板3030上，升降架背板3010和升降架侧板3020底部均固定在三角底板3040上，结构稳定，机械手升降机构3100通过升降滑块滑轨组件3110提供升降条件并限定升降路径，垂直升降驱动组件3120通过丝杆结构加旋转驱动单元3150实现具体升降功能，机械手升降丝杆3130的两端通过轴承可转动地固定在升降架顶板3030和三角底板3040上，结构稳定，在机械手升降丝杆3130上配合有与换电伸缩机构4999相连的机械手升降螺母座3140，随着机械手升降丝杆3130转动，机械手升降螺母座3140可带动换电伸缩机构4999的升降。旋转驱动单元3150主要由升降丝杆1223驱动电机3151提供动力，升降丝杆1223驱动电机3151设于三角底板3040的底部，其升降主动轮3152与两根机械手升降丝杆3130下端的升降同步轮3153呈三角状分布，可以实现两根机械手升降丝杆3130转动的实时同步，保证换电伸缩机构4999的稳定升降，升降主动轮3152与两个升降同步轮3153的直线距离均相等，使得结构更加稳定。

如图5、图6、10所示，换电伸缩机构4999包括换电底座4000，换电底座4000上有换电架4100，在换电架4100上设有电池取放仓4110，电池取放仓4110内设有电池取放爪手4200，在电池取放爪手4200与换电架4100之间设有能够驱动电池取放爪手4200水平伸缩的一级伸缩机构4400，换电架4100与换电底座4000之间设有能够驱动换电架4100水平伸缩的二级伸缩机构4400。

具体而言，换电底座4000上设有换电架4100，用于具体实现对电池的装卸功能；在换电架4100上设有电池取放仓4110，用于放置电池，电池取放仓4110中的电池取放爪手4200用于钩抓住电池；在电池取放爪手4200和换电架4100之间设有一级伸缩机构4300，用于驱动电池取放爪手4200的水平伸缩；在换电架4100和换电底座4000之间设有二级伸缩机构4400，用于驱动换电架4100的水平伸缩。通过二级伸缩机构4400，换电架4100可以伸出至无人机下方，通过一级伸缩机构4300，电池取放爪手4200可以伸缩完成电池的装卸。

如图6、图7、图10电池取放爪手4200包括电池推板4210，电池推板4210上设有两对称设置的电池钩爪单元4220，电池推板4210通过一级伸缩机构4400与换电架4100相连，电池钩爪单元4220包括钩爪舵机座4221，钩爪舵机座4221上设有钩爪舵机4222，钩爪舵机4222与舵盘4223相连，舵盘4223上设有呈L形的电池钩4224，电池钩4224与钩爪舵机座4221之间设有U型支撑臂4226，U型支撑臂4226厚度大于舵盘4223的直径，电池钩4224穿设在U型支撑臂4226上。钩爪舵机座4221通过舵机延长座4225固定在电池推板4210上。

具体而言，电池取放爪手4200包括电池推板4210，用于安装电池时提供给电池一定的推力，电池推板4210上的电池钩爪单元4220设有左右两个，可以更稳固地勾抓住电池，通过一级伸缩机构4300，电池推板4210和换电架4100连接，可以实现电池取放爪手4200相对换电架4100的伸缩。

此外，在电池推板4210上通过舵机延长座4225固定有钩爪舵机座4221，钩爪舵机4222安装在钩爪舵机座4221上，钩爪舵机4222和设有电池钩4224的舵盘4223相连，可以驱动电池钩4224的转动，电池钩4224呈L形，可以在相对或平行两种状态下切换，在需要勾抓的时候切换成电池钩4224相对状态可以实现对电池的勾抓控制，在进入预定位置过程中，不需要勾抓的时候，切换呈平行状态，不会阻碍电池钩4224伸缩至目标位置，U型支撑臂4226的设置保证了足够的结构强度，U型支撑臂4226厚度大于舵盘4223直径，保证了舵盘4223可以很好地安装，并对舵盘4223有一定的保护作用。

如图8、图9、10所示，换电架4100包括设置电池托盘4110上方的电池顶盖4120，电池托盘4110和电池顶盖4120通过两侧的电池侧板4130相连，电池推板4210通过一级伸缩机构4300与电池顶盖4120相连；电池推板4210上设有用于无人机电池解锁和上锁的电池锁开关组件4211，电池锁开关组件4211包括设置在电池推板4210中部的开关旋钮4211，开关旋钮上连接有开关旋转驱动4212，开关旋转驱动4212包括电机，一级伸缩机构4300包括设置在电池顶盖4120与电池推板4210之间的两组一级滑块滑轨组件4310，在两组一级滑块滑轨组件4310之间设有一级直线驱动单元4320，一级直线驱动单元4320包括一级滑台丝杆4321和一级滑台螺母座4322，一级滑台丝杆4321通过两端的一级滑台轴承座4324与电池顶盖4120底面相连，一级滑台螺母座4322与电池推板4210相连，一级滑台丝杆4321后端上连接有一级旋转驱动电机4323，一级旋转驱动电机4323固定在电池顶盖4120后端顶面上；电池顶盖4120顶部设有条形位置传感孔4121，条形位置传感孔4121上穿设有与一级滑台螺母座4322相连的位置感应挡块4122，条形位置传感孔4121一侧设有原位传感器4123。

具体而言，电池托盘4110和电池顶盖4120通过两侧的电池侧板4130相连接，电池推板4210通过一级伸缩机构4300连接在电池顶盖4120上，使得电池推板4210可以相对换电架4100被一级伸缩机构4300驱动移动，且限制移动路径，一级直线驱动单元4320提供移动的动力并加以控制。一级直线驱动单元4320通过丝杆结构实现，一级滑台丝杆4321后端连接有一级旋转驱动电机4323用以驱动丝杆的转动，一级滑台螺母座4322固定在电池推板4210上，通过与一级滑台丝杆4321配合，实现电池推板4210的移动，在电池推板4210上还设有电池锁开关组件4211，可以对无人机电池锁进行一个开关控制，在换电池前打开电池锁，在换完电池之后锁上电池锁。

此外，在电池顶盖4120上设有原位传感器4121，原位传感器4121通过感应位置感应挡块4122实现对位置的监测，并做出相应的反馈信号以做出相应控制。

如图6、图7、图10所示，二级伸缩机构4400包括设置在换电架4100与换电底座4000之间的两组二级滑块滑轨组件4410，在二级滑块滑轨组件4410之间设有二级直线驱动单元4420，二级直线驱动单元4420包括二级滑台丝杆4421和二级滑台螺母座4422，二级滑台丝杆4421通过两端的二级滑台轴承座4423与换电底座4000顶部相连，二级滑台螺母座4422与电池托盘4110底部相连，二级滑台丝杆4421后端连接有二级旋转驱动电机4424，二级旋转驱动电机4424固定在换电底座4000底部。

具体而言，二级伸缩机构4400设于换电架4100与换电底座4000之间，二级滑块滑轨组件4410用与赋予换电架4100相对换电底座4000运动的能力，同时加以移动路径的限制，二级直线驱动单元4420用于施加驱动力，以驱动换电架4100的移动，二级直线驱动单元4420具体通过丝杆结构驱动换电架4100运动，二级滑台轴承座4423固定在换电底座4000的顶部，二级滑台螺母座4422固定在换电架4100上，在换电底座4000的底部固定有二级旋转驱动电机4424，用以驱动二级滑台丝杆的转动，进而控制换电架4100相对换电底座4000的运动。

如图6、图10所示，电池托盘4110上设有分别位于两侧的电池侧挡条4111，在两条电池侧挡条4111之间设有与其互相平行的电池分隔条4112，电池托盘4110与电池侧挡条4111和电池分隔条4112连为一体式结构，电池托盘4110、电池侧挡条4111和电池分隔条4112之间设有电池防伤易入结构4500，电池防伤易入结构4500包括设置在电池托盘4110前端中部的无人机电池架5000凹槽4510，电池托盘4110前端还设有易入斜坡4520，电池侧挡条4111前端内侧设有侧挡条弧形倒角4530，电池分隔条4112前端设有由内端至外端逐渐向下倾斜的防伤斜面4540，防伤斜面4540与电池分隔条4112侧面之间均设有由内端至外端逐渐向中心倾斜的导入斜面4550。

优化而言，在电池托盘4110的两侧设置有电池侧挡条4111，起到一个导向限位的作用，在电池侧挡条4111的中间设有电池分隔条4112，用以起到分隔电池的限位效果，电池托盘4110、电池侧挡条4111和电池分隔条4112为一体结构，结构稳固，此外，还设有电池防伤易入结构4500，起到一定的导向效果且可以防止碰伤电池。电池防伤易入结构4500具体包括了电池托盘4110前部的无人机电池架5000凹槽4510，避免对无人机电池架5000产生碰撞损伤；电池托盘4110前端设有的易入斜坡4520起到导向作用，便于电池托盘4110伸入电池下方；在电池侧挡条4111前端内侧设有的侧挡条弧形倒角4530避免了电池托盘4110在伸入无人机下方时对电池下侧产生碰撞损伤，同时也有导向效果；导入斜面4550的设置提供了良好的导向作用，防止对电池的撞伤。

如图10所示，换电底座4000和换电架4100上设有轻量化结构4600，轻量化结构4600包括开设在电池侧板4130上若干上下对称设置且沿水平方向上分布的条形减重斜孔4610，电池托盘4110上设有两个托盘减重孔4620，换电底座4000包括底座底板4010和底座后板4020，底座底板4010垂直于底座后板4020，在底座底板4010与底座后板4020之间设有直角支撑架4030，在直角支撑架4030中部设有加强杆4040。

优化而言，轻量化结构4600减轻了设备的自重，减少了驱动结构和连接结构的负担，同时也节省了一定的材料，轻量化结构4600具体表现为条形减重斜孔4610、托盘减重孔4620，在不影响结构强度的前提下，达到轻量化的效果。换电底座4000由垂直设置的底座后板4020和底座底板4010组成，直角支撑架4030中部加设加强杆4040，加强了三角形的稳定结构，保证了结构强度，且重量较轻。

不仅如此，为了保障高度并降低重量，一级滑块滑轨组件4310的一级滑轨4311通过一级条形加高座4312与电池推板4210相连，一级条形加高座4312上设有若干沿轴向分布的一级条形加高座轻量化通孔4313；二级滑块滑轨组件4410的二级滑轨4411通过二级条形加高座4412与换电底座4000相连，二级条形加高座4412上设有若干沿轴向分布的二级条形加高座轻量化通孔4413。很好的达到了轻量化效果。

电池仓5999如图19所示，包括电池架5000，在电池架5000上设有若干横向分布的电池充电位5110，电池架5000上还设有能够移动电池充电位5110横向上位置的换位机构5500。换位机构5500包括设置在电池架5000上的电池托板5100，电池托板5100上设有若干沿横向分布的电池充电位5110，电池充电位5110上方设有电池感应器5120，电池托板5100与电池托板架5200之间设有电池托板横移组件5300 。

具体而言，电池充电位5110用于存放电池并进行及时的自动充电，保证可以有足够的满电电池供应以换至无人机上，换位机构5500可以横向移动，移动至合适的电池充电位5110对准换电机械手3999位置，在换电机械手3999带着换下的电池时，换位机构5500将空的电池充电位5110对准机械手，用于放置电池并及时充上电，当需要取电池时，换位机构5500将放有满电电池的电池充电位5110对准换电机械手3999，让换电机械手3999抓取满电电池以对无人机换电，保证了换电操作的顺利进行。

此外，电池感应器5120可以实时感应到该电池充电位5110是否为空的电池充电位5110并判断电量是否已满，电池托板横移组件5300可以控制电池托板的横移，以保证合适的电池充电位5110对准换电机械手3999，保证换上的电池为满电的可用电池，使换电更可靠。

如图19所示，电池托板横移组件5300包括电池托板横移滑轨5320，电池托板横移滑轨5320横向设置，在电池托板5100底部设有可与电池托板横移滑轨配合的电池托板横移滑槽，在电池托板和电池托板架5200间还设有电池托板横移驱动组件5330，电池托板横移驱动组件5330包括电池托板横移丝杆5331、电池托板横移螺母座5332和电池托板横移驱动电机5333，电池托板横移螺母座5332设置在电池托板下部前侧的中间位置，电池托板架5200上设有两个电池托板横移丝杆轴承座5334，电池托板横移丝杆5331仅可转动地穿设其中，电池托板横移丝杆5331一端与电池托板横移驱动电机5333的输出轴连接。

优化的，箱体1000上设有用于调整箱体1000水平位置的自动调平装置1200，自动调平装置1200包括设置在箱体1000底部的四个地脚1210，地脚1210通过垂直升降机构1220与箱体1000相连，垂直升降机构1220包括设置在箱体1000内的丝杆升降机1221和丝杆升降机驱动电机1222，丝杆升降机1221的升降丝杆1223下端穿设箱体1000与地脚1210相连，丝杆升降机1221上端与丝杆防自转组件1230相连。丝杆防自转组件1230包括设置升降丝杆1223上端与其固定相连的防自转块1231，防自转块1231通过垂直升降导向单元1240与丝杆升降机1221壳体相连。垂直升降导向单元1240包括设置在丝杆升降机壳体上的地脚滑轨座1241，地脚滑轨座1241上设有地脚滑轨1242，地脚滑轨1242上设有地脚滑块1243，地脚滑块1243与防自转块1231通过螺栓相连，防自转块1231通过螺栓固定在升降丝杆1223上。

连接在四个地脚1210上的垂直升降机构1220互相配合可以实现箱体1000的水平调整控制，功能实现可靠，丝杆防自传组件1230保证了丝杆可以通过丝杆升降机1221顺利实现升降，防自传块连接在地脚滑块1243上，在实现放置自转的同时不影响升降。

优化的，升降丝杆1223与箱体1000之间设有防水组件1250,防水组件1250包括套设在升降丝杆1223上且位于丝杆升降机1221与箱体1000之间的环形挡水环1251。防水组件1250对丝杆升降机1221等结构起到一个防水保护作用。

此外，箱体1000上设有一个陀螺仪，陀螺仪和丝杆升降机驱动电机1222连接在控制器上；地脚滑轨座1241上还设有位于地脚滑轨1242一侧的位置传感装置，位置传感装置连接在控制器上，位置传感装置包括位于地脚滑轨1242一侧的上传感器和下传感器，控制器上还连接有警告灯、报警喇叭和GSM报警器。

陀螺仪用于判断箱体1000是否处于水平状态，并将信号传至控制器以做出相应的控制，位置传感装置可以对丝杆的位置进行检测，以发出信号及时对丝杆升降机驱动电机1222的动作加以控制，已顺利达到调至水平的目的，警告灯、报警喇叭和GSM报警器保证了信息交互的成功率，便于发现异常，及时处理异常。

优化的，地脚1210包括不锈钢支撑块1211，不锈钢支撑块1211上设有螺接孔1212，不锈钢支撑块1211底部设有自适应底垫1213，自适应底垫1213为橡胶材料制成，自适应底垫1213内复合有若干金属颗粒。

换句话说，自适应底垫1213使得地脚1210的固定更加稳定可靠，复合有若干金属颗粒保证了一定的硬度和结构强度。

综上，基于上述自动调平装置1200的具体自动调平方法，包括以下步骤：

S01.箱体1000放置在地面后，控制器控制垂直升降机构1220运行至初始位置；

S02. 控制器通过陀螺仪实时获取箱体1000的水平角度；

S03.若箱体1000处于倾斜状态，则升高低处的丝杆升降机1221，直至箱体1000水平后停止；

S04.若低处的丝杆升降机升高至最高处后，箱体1000仍未被调平，则先将被升高的丝杆升降机1221恢复至升高前，然后降低位于高位处的丝杆升降机1221，直至箱体1000水平后停止。

若执行步骤S04后还未调平箱体1000，则通过警告灯、报警喇叭和GSM报警器同步发送警报信息。由人工对设备进行检查调整。

换句话说，本自动调平方法具有良好的闭环控制，调平效果好，在出现异常时也可以及时做出信号反馈，便于及时对异常进行检查和维护。

优化的，在步骤S04中，通过位置传感装置获得地脚滑块1243的高度位置从而判断升降丝杆1223的伸出长度，提高了调平的效率。

综上就整体而言，基于本方案的无人机自动换电***的无人机自动换电方法，具体过程如下：

S1.接收无人机：由无人机自动换电平台2999接收降落的无人机；

S2.进入换电位：将无人机移动至无人机自动换电平台2999一侧边沿处；

S3.无人机卸电: 换电机械手3999沿垂直方向上升至与无人机电池安装座水平对准，然后沿水平方向伸出卸下无人机电池，卸下无人机电池后带着电池沿水平方向复位，水平复位后沿垂直方向下降至与电池仓5999空位水平对准，水平对准后沿水平方向伸出将电池送入电池仓5999，电池送入完毕后沿水平方向复位;

S4. 无人机装电：电池仓5999切换工位将满电的电池与换电机械手3999对准后，换电机械手3999沿水平方向伸出取出满电电池，取出完毕后沿水平方向复位，水平复位后沿垂直方向上升至与无人机电池安装座水平对准，对准完毕后沿水平方向伸出将电池送入无人机电池安装座，送入完毕后依次沿水平方向和垂直方向复位。

上述方法过程简练可靠，换电效率高。

在步骤S1中，无人机自动换电平台2999接收降落的无人机前，先打开开合门1100，然后通过轻量化升降机构2200将停机坪2100垂直升高，接收完毕后垂直降低。

换句话说，轻量化升降机构2200将停机坪2100升高便于无人机的顺利安全降落，接收完毕后轻量化升降机构2200将停机坪2100降低至可以与换电机械手3999配合的高度位置，提高了换电效率。

在步骤S2中，无人机先通过居中移位机构2310进行横向居中，然后通过归边移位机构2500进行纵向归边。

换句话说，通过居中移位机构2310和归边移动机构的共同作用可以将无人机移动至合适的、可以与换电机械手3999顺利配合的位置，为换电机械手3999的具体换电操作提供了保障。

在步骤S3和S4中，通过机械手升降架3000进行垂直方向上升降，通过换电伸缩机构4999进行水平方向上二次伸缩，由换电架4100接收电池，由电池取放爪手4200完成电池的拆装。

换句话说，升降架垂直升降，将换电伸缩机构4999升降至合适的高度，便于电池取放爪手4200二次伸缩顺利实现电池的拆装换电。

在步骤S4后，电池更换完毕的无人机通过复位移动机构2600将无人机移动至居中，然后停机坪2100垂直升高，无人机飞离后降低，最后关闭开合门1100。

换句话说，复位移动机构2600将无人机居中且停机坪2100升高至合适位置，避免了无人机在箱体1000内发生不必要的碰撞，保证了无人机可以顺利起飞，无人机飞离后开合门1100关闭对箱体1000内的结构起到一定的防尘保护作用。

在步骤S4中，通过电池托板横移组件5300横向移动电池托板5100完成切换工位。

换句话说，电池托板横移组件5300具体实现电池托板5100的工位切换，将合适的电池充电位5110对准换电机械手3999，保证了换电机械手3999可以顺利存放换下的电池，以及可以取到满电的电池，保证了换电工作的顺利可靠完成。

具体工作原理：打开箱盖1110，停机坪2100升至最高处，等待无人机降落后，四根归位杆将飞机归中后停机坪2100降至最低处，箱盖1110关闭。

开始执行换电动作，第一步归位杆动作将飞机从停机坪2100正中间位置推到换电机械手3999附近，换电机械手3999伸出换电架4100，将电池托盘4110抵在无人机电池面前，再伸出电池取放爪手4200，勾爪舵机4222动作，电池钩4224抓住无人机上的电池，再旋开旋钮，并且摆动驱动器4730动作，驱动开机臂4710的开机顶针4720关机之后，换电架4100缩回，带出无人机上的两块电池，将电池拽到换电机械手3999的电池托盘4110上。电池取放爪手4200缩回完成后，换电架4100也退回到原位。

换电机械手3999通过带着电池在机械手升降架3000上做向下运动，同时，电池仓5999通过电池托板横移驱动电机5333驱动左右运动，切换一个空的电池仓5999位，供换电机械手3999存放电池。

换电机械手3999的电池托盘4110与电池仓5999的电池托板5100齐平后，先伸出换电架4100，再伸出电池取放爪手4200，将电池推至电池仓5999内，之后打开电池钩4224同时缩回换电架4100和电池取放爪手4200，换电机械手3999回原位，完成换下无人机电池的动作。

从电池仓5999上抽电池，插回无人机的过程即是换下电池的同理反向流程。

当换电完成后，复位推杆2610将无人机复位至中间位置，打开箱盖1110，同时停机坪2100升至最高处，无人机起飞，飞离后箱盖1110关闭。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (16)

1.一种无人机自动换电***，包括箱体（1000），所述的箱体（1000）顶部设有开合门（1100），其特征在于，所述的箱体（1000）内设有用于将降落后无人机归边的无人机自动换电平台（2999），所述的无人机自动换电平台（2999）底部设有位于无人机归边侧的电池仓（5999），在该侧的箱体（1000）内设有用于将无人机电池安装座上的电池与电池仓（5999）内的电池交换的换电机械手（3999）;所述的换电机械手（3999）包括固定在箱体（1000）内壁上的机械手升降架（3000），所述的机械手升降架（3000）上设有能够二次水平伸缩且用于取换电池的换电伸缩机构（4999），所述的机械手升降架（3000）与换电伸缩机构（4999）之间设有能够使换电伸缩机构（4999）沿垂直方向上升降的机械手升降机构（3100）;所述的换电伸缩机构（4999）包括换电底座（4000），所述的换电底座（4000）上有换电架（4100），在换电架（4100）上设有电池取放仓，所述的电池取放仓内设有电池取放爪手（4200），在电池取放爪手（4200）与换电架（4100）之间设有能够驱动电池取放爪手（4200）水平伸缩的一级伸缩机构（4300），所述的换电架（4100）与换电底座（4000）之间设有能够驱动换电架（4100）水平伸缩的二级伸缩机构（4400）;所述的电池取放爪手（4200）包括电池推板（4210），所述的电池推板（4210）上设有两对称设置的电池钩爪单元（4220），所述的电池推板（4210）通过一级伸缩机构（4300）与换电架（4100）相连;所述的电池钩爪单元（4220）包括钩爪舵机座（4221），所述的钩爪舵机座（4221）上设有钩爪舵机（4222），所述的钩爪舵机（4222）与舵盘（4223）相连，所述的舵盘（4223）上设有呈L形的电池钩（4224），所述的电池钩（4224）与钩爪舵机座（4221）之间设有U型支撑臂（4226），所述的U型支撑臂（4226）厚度大于舵盘（4223）的直径，所述的电池钩（4224）穿设在U型支撑臂（4226）上; 所述的换电架（4100）包括设置电池托盘上方的电池顶盖（4120），所述的电池托盘和电池顶盖（4120）通过两侧的电池侧板（4130）相连，电池推板（4210）通过一级伸缩机构（4300）与电池顶盖（4120）相连。

2.根据权利要求1所述的无人机自动换电***，其特征在于，所述的无人机自动换电平台（2999）包括设置在箱体（1000）底面中部的停机坪底座（2000），所述的停机坪底座（2000）上设有停机坪，所述的停机坪底座（2000）通过轻量化升降机构（2200）与停机坪相连，所述的停机坪上设有无人机归边装置（2300）。

3.根据权利要求2所述的无人机自动换电***，其特征在于，所述的轻量化升降机构（2200）包括设置在停机坪底座（2000）和停机坪之间四台呈矩形阵列分布且联动的停机坪丝杆升降机（2210），所述的停机坪丝杆升降机（2210）上连接有停机坪升降驱动电机（2240），所述的停机坪与箱体（1000）之间设有升降防晃结构（2400）。

4.根据权利要求3所述的无人机自动换电***，其特征在于，所述的升降防晃结构（2400）包括连接在停机坪（2100）上沿周向均匀分布的弹性拉力组件（2410）。

5.根据权利要求2或3或4所述的无人机自动换电***，其特征在于，所述的无人机归边装置（2300）包括设置在停机坪（2100）上设有能够当无人机处于停机坪上时使无人机沿横向居中的居中移位机构（2310），所述的居中移位机构（2310）包括两根纵向设置在停机坪（2100）上方且对置的居中移位杆（2311），在居中移位杆（2311）上连接有能够驱动居中移位杆（2311）沿着停机坪横向往复移动的居中移位驱动组件（2320），所述的停机坪（2100）上设有能够使无人机沿纵向移动至停机坪（2100）边沿的归边移位机构（2500），所述的停机坪（2100）上还设有能够使归边后的无人机纵向移动并与归边移位机构（2500）配合实现无人机居中的复位移动机构（2600）。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的无人机自动换电***，其特征在于，所述的电池仓（5999）包括电池架（5000），在电池架（5000）上设有若干横向分布的电池充电位（5110），所述的电池架（5000）上还设有能够移动电池充电位（5110）横向上位置的换位机构（5500）。

7.根据权利要求6所述的无人机自动换电***，其特征在于，所述的换位机构（5500）包括设置在电池架（5000）上的电池托板，所述的电池托板上设有若干沿横向分布的电池充电位（5110），所述的电池充电位（5110）上方设有电池感应器（5120），所述的电池托板与电池托板架（5200）之间设有电池托板横移组件（5300） 。

8.根据权利要求1或2或3或4所述的无人机自动换电***，其特征在于，所述的箱体（1000）上设有用于调整箱体（1000）水平位置的自动调平装置（1200）。

9.根据权利要求8所述的无人机自动换电***，其特征在于，所述的自动调平装置（1200）包括设置在箱体（1000）底部的四个地脚（1210），所述的地脚（1210）通过垂直升降机构（1220）与箱体（1000）相连，所述的垂直升降机构（1220）包括设置在箱体（1000）内的丝杆升降机（1221）和丝杆升降机驱动电机（1222），所述的丝杆升降机的升降丝杆（1223）下端穿设箱体（1000）与地脚（1210）相连，所述的丝杆升降机上端与丝杆防自转组件（1230）相连。

10.根据权利要求1或2或3或4所述的无人机自动换电***，其特征在于，所述的开合门（1100）包括设置在箱体（1000）顶部设有两对置且平行于底面的箱盖（1110），所述的箱盖（1110）与箱体（1000）之间通过箱盖开合组件（1120）相连。

11.一种无人机自动换电方法，其特征在于，包括权利要求1-10任意一项所述的无人机自动换电***，具体过程如下：

S1.接收无人机：由无人机自动换电平台（2999）接收降落的无人机；

S2.进入换电位：将无人机移动至无人机自动换电平台（2999）一侧边沿处；

S3.无人机卸电: 换电机械手（3999）沿垂直方向上升至与无人机电池安装座水平对准，然后沿水平方向伸出卸下无人机电池，卸下无人机电池后带着电池沿水平方向复位，水平复位后沿垂直方向下降至与电池仓（5999）空位水平对准，水平对准后沿水平方向伸出将电池送入电池仓（5999），电池送入完毕后沿水平方向复位;

S4. 无人机装电：电池仓（5999）切换工位将满电的电池与换电机械手（3999）对准后，换电机械手（3999）沿水平方向伸出取出满电电池，取出完毕后沿水平方向复位，水平复位后沿垂直方向上升至与无人机电池安装座水平对准，对准完毕后沿水平方向伸出将电池送入无人机电池安装座，送入完毕后依次沿水平方向和垂直方向复位。

12.根据权利要求11所述的无人机自动换电方法，其特征在于，在步骤S1中，无人机自动换电平台（2999）接收降落的无人机前，先打开开合门（1100），然后通过轻量化升降机构（2200）将停机坪（2100）垂直升高，接收完毕后垂直降低。

13.根据权利要求11所述的无人机自动换电方法，其特征在于，在步骤S2中，无人机先通过居中移位机构（2310）进行横向居中，然后通过归边移位机构（2500）进行纵向归边。

14.根据权利要求11所述的无人机自动换电方法，其特征在于，在步骤S3和S4中，通过机械手升降架（3000）进行垂直方向上升降，通过换电伸缩机构（4999）进行水平方向上二次伸缩，由换电架（4100）接收电池，由电池取放爪手（4200）完成电池的拆装。

15.根据权利要求11所述的无人机自动换电方法，其特征在于，在步骤S4后，电池更换完毕的无人机通过复位移动机构（2600）将无人机移动至居中，然后停机坪（2100）垂直升高，无人机飞离后降低，最后关闭开合门（1100）。

16.根据权利要求11所述的无人机自动换电方法，其特征在于，在步骤S4中，通过电池托板横移组件（5300）横向移动电池托板（5100）完成切换工位。

Images