CN219857654U - 一种小型无人机换电机场 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种小型无人机换电机场，包括机库，机库顶部设有可开闭的机舱门，机库中安装有用于存放电池并对电池进行充电的存充电装置、由升降装置驱动升降运动的停机平台和用于转移更换电池的换电装置，换电装置包括夹爪和用于驱动夹爪运动的移动驱动组件，夹爪包括基座和两个夹指，两个夹指以能相互靠近和远离的方式安装在基座上，基座还设有用于驱动两个夹指相互靠近和远离的驱动机构，夹指上设有用于接触并夹持电池的柔性夹持垫，柔性夹持垫接触并夹持电池的夹持面上设有用于容纳电池上凸起按钮的凹腔，凹腔的深度小于凸起按钮凸出电池被夹持表面的高度。该小型无人机换电机场具有结构简单紧凑、成本低、易于控制、工作效率高等优点。

Description

一种小型无人机换电机场

技术领域

本实用新型涉及无人机充换电设备技术领域，具体涉及一种小型无人机换电机场。

背景技术

近几年，随着无人机技术的不断发展成熟，无人机已经慢慢进入大众的视野，目前在部分行业的部分工作中，无人机已经能代替人工进行更高效的工作，例如用于摄影、测绘、巡检等其它一些特种作业。无人机作业需要无人机飞手进行操作，相比于人工作业大大减少了工作量，不过在部分场景仍使用不便，例如输电线路的巡检，因巡检距离长、巡检位置大多较为偏僻、巡检频率高等特殊情况，对于无人机操作人员来说仍有许多困难。为了实现无人机的自动化，出现了无人机自动机场，无人机自动机场为无人机提供了一个可存放的区域，在软件层面上，能通过远程控制、设定航线等方式实现无人机的自动巡检，在机械结构的层面上，无人机自动机场具有机舱门，机舱门关闭时能够将无人机保护于机场中，免受外界的干扰，在机场中还有能为无人机供电的装置。

现有的无人机自动化机场为无人机供电可分为充电和换电两种结构，无人机充电机场的原理就是在无人机自动机场中设置弹簧触点，在无人机上设置触碰片，通过无人机降落回到机库中使机库无人机触点与无人机触碰片自动接触实现充电，无人机充电机场的优点是结构简单、占用空间小、充电稳定性高，缺点是充电时间长、充电过程中无法起飞作业。无人机换电机场是在机库中设置可存放电池并对电池进行充电的存充电装置，通过机械臂驱动夹爪动作，将无人机上的电池转移至存充电装置或者将存充电装置中的电池转移安装到无人机上，从而实现电池的更换，其优点是效率高，近乎可以实现不间断作业，然而现有无人机的电池都是采用卡扣与无人机本体进行卡接，在电池上设置卡扣解锁的凸起按钮，在更换电池时，不仅要可靠的夹持住电池本身，还需要对凸起按钮进行按压以对卡扣进行解锁，使电池能够从无人机上取下，现有技术的做法是在夹爪上设置一套独立的自动按压机构，导致夹爪整体的结构复杂、占用空间大、成本高，并且夹爪的动作和自动按压机构的动作是分开进行控制的，控制难度也大、效率低。

为确保无人机起降的安全性，在无人机自动机场通常在机库中设置一个由升降装置驱动升降运动的停机平台，通过抬升停机平台可实现无人机在机库外面或者尽可能靠近机库出口位置处进行起降，通过下降停机平台又能使无人机整体下降至机库内部，从而能够关闭机舱门将无人机保护于机场中。然而，现有无人机自动机场的升降装置都是采用丝杆模组的结构形式，为保证无人机的平稳往往需要设置至少两个丝杆模组，需要两个电机及驱动器分别进行驱动，其重量较重、成本高，还容易因各丝杆模组运动不同步造成停机平台倾斜，导致安全事故。并且，传统丝杠模组由于形成限制往往无法进行较大距离的升降，无法满足无人机起降高度的安全性需求，尤其无法满足大尺寸无人机起降高度的安全性需求，需要增加丝杆模组的规格甚至需要进行定制生产，这又会大大增加重量和成本。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种结构简单紧凑、成本低、易于控制、工作效率高的小型无人机换电机场。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种小型无人机换电机场，包括机库，所述机库顶部设有可开闭的机舱门，所述机库中安装有用于存放电池并对电池进行充电的存充电装置、由升降装置驱动升降运动的停机平台和用于转移更换电池的换电装置，所述换电装置包括夹爪和用于驱动夹爪运动的移动驱动组件，所述夹爪包括基座和两个夹指，两个所述夹指以能相互靠近和远离的方式安装在基座上，所述基座还设有用于驱动两个所述夹指相互靠近和远离的驱动机构，所述夹指上设有用于接触并夹持电池的柔性夹持垫，所述柔性夹持垫接触并夹持电池的夹持面上设有用于容纳电池上凸起按钮的凹腔，所述凹腔的深度小于凸起按钮凸出电池被夹持表面的高度。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述凹腔由设于柔性夹持垫上的通孔和夹指的夹持面围成。

所述凹腔的开口端具有朝开口方向逐渐扩大的渐扩口。

所述驱动机构包括电机、齿轮和两条齿条，所述夹指滑设安装在基座上，所述齿轮转动安装在基座上，所述电机与所述齿轮相连并驱动齿轮转动，两条齿条分设于齿轮的相对两侧并与齿轮啮合，两条齿条分别对应与两个夹指连接。

所述移动驱动组件包括沿第一水平方向滑设安装在机库上的X向移动座、沿竖直方向滑设安装在所述X向移动座上的Z向移动座、沿第二水平方向滑设安装在所述Z向移动座上的Y向移动座、用于驱动X向移动座滑动的X向驱动机构、用于驱动Y向移动座滑动的Y向驱动机构和用于驱动Z向移动座滑动的Z向驱动机构，所述夹爪安装在Y向移动座上，所述第一水平方向和第二水平方向相互垂直。

所述存充电装置和停机平台位于Z向移动座的同一侧且均在Y向移动座的运动行程范围内。

所述存充电装置包括至少两个用于容纳电池的容置套，所述容置套具有供电池进出容置套的开口，所述开口边缘设有用于避让电池上凸起按钮的凹槽。

所述机舱门滑设安装在机库上并能通过滑动打开和关闭所述机库，所述机库上安装有驱动所述机舱门滑动的伸缩驱动件。

所述升降装置包括连接于机库和停机平台之间的剪叉式升降机构以及用于驱动所述剪叉式升降机构伸缩动作的一个驱动部件。

所述剪叉式升降机构包括两个交叉杆单元，所述交叉杆单元包括中部相互铰接的第一杆件和第二杆件，所述第一杆件的一端与机库铰接，所述第一杆件的另一端连接有第一连接轴，所述停机平台上设有第一条形孔，所述第一连接轴以能沿第一条形孔移动和在第一条形孔中转动的方式穿设安装在第一条形孔中，所述第二杆件的一端与停机平台铰接，所述第二杆件的另一端连接有第二连接轴，所述机库上设有第二条形孔，所述第二连接轴以能沿第二条形孔移动和在第二条形孔中转动的方式穿设安装在第二条形孔中；两个交叉杆单元的第一连接轴为同一根连接轴，所述驱动部件为安装在机库中的电动推杆，所述电动推杆的伸缩端与所述同一根连接轴铰接。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

本实用新型的小型无人机换电机场中换电装置的夹指上设有柔性夹持垫并形成凹腔，且凹腔的深度小于凸起按钮凸出电池被夹持表面的高度，在夹指夹持电池时，电池上的凸起按钮可先被容置在凹腔中，随着夹指的进一步动作，凸起按钮会先与凹腔的底面接触并被按压对电池进行解锁，然后柔性夹持垫与电池的夹持面形成大面积接触来夹持电池，仅利用夹指本身的夹持动作，就能够同时实现按压凸起按钮进行解锁和稳定可靠的夹持电池，不需要另外设置单独对凸起按钮进行按压操作的按压机构，能够大大提高结构简单紧凑性、降低成本，还简化了控制，可提升工作效率。并且，采用柔性夹持垫夹取电池，形成柔性接触，能提供一个预紧力和缓冲，避免电池损坏，在保证按压凸起按钮到位同时稳定可靠仅仅电池的基础上，还可降低凹腔的尺寸匹配精度要求，降低制作难度。

附图说明

图1为小型无人机换电机场在停机平台下降时的主视结构示意图。

图2为小型无人机换电机场在停机平台上升时的主视结构示意图。

图3为夹爪和电池的立体结构示意图。

图4为图3中A处放大结构示意图。

图5为存充电装置的立体结构示意图。

图例说明：

1、机库；11、机舱门；2、存充电装置；21、容置套；22、凹槽；3、升降装置；31、剪叉式升降机构；311、第一杆件；312、第二杆件；32、驱动部件；4、停机平台；5、换电装置；51、夹爪；511、基座；512、夹指；513、柔性夹持垫；514、凹腔；515、渐扩口；52、移动驱动组件；521、X向移动座；522、Z向移动座；523、Y向移动座；100、电池；101、凸起按钮。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

如图1至图4所示，本实施例的小型无人机换电机场，包括机库1，机库1顶部设有可开闭的机舱门11，机库1中安装有用于存放电池100并对电池100进行充电的存充电装置2、由升降装置3驱动升降运动的停机平台4和用于转移更换电池100的换电装置5，升降装置3驱动停机平台4升降运动可实现停机平台4在机库1内部和机库1外部的位置进行切换，换电装置5包括夹爪51和用于驱动夹爪51运动的移动驱动组件52，夹爪51包括基座511和两个夹指512，两个夹指512以能相互靠近和远离的方式安装在基座511上，基座511还设有用于驱动两个夹指512相互靠近和远离的驱动机构，两个夹指512相互靠近时能够夹持电池100，两个夹指512相互远离时能够松开电池100，夹指512上设有用于接触并夹持电池100的柔性夹持垫513，柔性夹持垫513接触并夹持电池100的夹持面上设有用于容纳电池100上凸起按钮101的凹腔514，凹腔514的深度小于凸起按钮101凸出电池100被夹持表面的高度。该小型无人机换电机场中换电装置5的夹指512上设有柔性夹持垫513并形成凹腔514，且凹腔514的深度小于凸起按钮101凸出电池100被夹持表面的高度，在夹指512夹持电池100时，电池100上的凸起按钮101可先被容置在凹腔514中，随着夹指512的进一步动作，凸起按钮101会先与凹腔514的底面接触并被按压对电池100进行解锁，然后柔性夹持垫513与电池100的夹持面形成大面积接触来夹持电池100，仅利用夹指512本身的夹持动作，就能够同时实现按压凸起按钮101进行解锁和稳定可靠的夹持电池100，不需要另外设置单独对凸起按钮101进行按压操作的按压机构，能够大大提高结构简单紧凑性、降低成本，还简化了控制，可提升工作效率。并且，采用柔性夹持垫513夹取电池100，形成柔性接触，能提供一个预紧力和缓冲，避免电池100损坏，在保证按压凸起按钮101到位同时稳定可靠仅仅电池100的基础上，还可降低凹腔514的尺寸匹配精度要求，降低制作难度。

优选的，上述柔性夹持垫513采用硅胶垫。

本实施例中，优选的，凹腔514由设于柔性夹持垫513上的通孔和夹指512的夹持面围成，这样直接在柔性夹持垫513上的通孔，将柔性夹持垫513连接到夹指512的夹持面上，即可得到凹腔514，其易于制作、制作成本低。在其他实施例中，凹腔514也可以是直接开设在柔性夹持垫513上的凹入沉孔。

本实施例中，凹腔514的开口端具有朝开口方向逐渐扩大的渐扩口515，利于凸起按钮101进入凹腔514，可增大夹持电池100时的误差允许量，利于降低制作精度和动作控制精度要求。该渐扩口515类似与喇叭形口，渐扩口515优选在凹腔514的开口端四周边沿设置斜面形成。

本实施例中，驱动机构包括电机、齿轮和两条齿条，夹指512滑设安装在基座511上，齿轮转动安装在基座511上，电机与齿轮相连并驱动齿轮转动，两条齿条分设于齿轮的相对两侧并与齿轮啮合，两条齿条分别对应与两个夹指512连接。电机驱动齿轮正方转动，即可通过齿轮驱使两条齿条同步做相向或向背运动，从而驱使两个夹指512相互靠近和远离运动，该驱动机构的结构简单、成本低、易于控制，且两个夹指512的动作同步性好，利于稳定可靠的夹持电池100。在其他实施例中，驱动机构也可采用其他现有技术，只要能够实现驱动两个夹指512相互靠近运动和相互远离运动即可。

本实施例中，如图1和图2所示，移动驱动组件52包括沿第一水平方向滑设安装在机库1上的X向移动座521、沿竖直方向滑设安装在X向移动座521上的Z向移动座522、沿第二水平方向滑设安装在Z向移动座522上的Y向移动座523、用于驱动X向移动座521滑动的X向驱动机构、用于驱动Y向移动座523滑动的Y向驱动机构和用于驱动Z向移动座522滑动的Z向驱动机构，夹爪51安装在Y向移动座523上，第一水平方向和第二水平方向相互垂直。通过控制X向移动座521、Z向移动座522和Y向移动座523的滑动位置，可驱使夹爪51在三维空间内任意位置运动，从而在存充电装置2和停机平台4上无人机之间转移电池100，实现电池100的更换。该移动驱动组件52的结构简单、易于控制、灵活性高，且占用空间小。上述X向移动座521、Z向移动座522和Y向移动座523的滑动安装方式可参考现有技术，优选通过滑块和导轨组合结构滑动设置。X向驱动机构、Y向驱动机构和Z向驱动机构也可以参考现有技术，优选采用电机和丝杆机构的组合，电机优选采用伺服电机，以保证精度。

本实施例中，存充电装置2和停机平台4位于Z向移动座522的同一侧且均在Y向移动座523的运动行程范围内。在空间上减小了移动驱动组件52的尺寸体积和运动范围，可提高结构紧凑性，减少占用空间

本实施例中，如图5所示，存充电装置2包括至少两个用于容纳电池100的容置套21，容置套21具有供电池100进出容置套21的开口，开口边缘设有用于避让电池100上凸起按钮101的凹槽22。采用具有开口的容置套21，电池100可通过平移运动进出容置套21，在保证电池100能够简便进出的同时，能够稳定可靠的容纳电池100。凹槽22能够避让电池100上凸起按钮101，使电池100能够具有更多部分进入容置套21，可提高电池100在容置套21中的稳定性。

本实施例中，机舱门11滑设安装在机库1上并能通过滑动打开和关闭机库1，机库1上安装有驱动机舱门11滑动的伸缩驱动件，伸缩驱动件伸缩运动可驱动机舱门11相应滑动，实现打开和关闭机库1，其工作稳定可靠，易于控制。机舱门11的滑动安装方式可参考现有技术，优选通过滑块和导轨组合结构滑动设置。伸缩驱动件优选采用电动推杆。

本实施例中，如图1和图2所示，升降装置3包括连接于机库1和停机平台4之间的剪叉式升降机构31以及用于驱动剪叉式升降机构31伸缩动作的一个驱动部件32。相比于传统采用丝杆模组的形式，该升降装置3采用剪叉式升降机构31，且只需一个驱动部件32，其结构简单、重量轻、成本低、易于控制，动作平稳性好、停机平台4不易倾斜。并且，剪叉式升降机构31的尺寸和升降高度易于调整，利于在不增加重量和成本的基础上，满足无人机起降高度的安全性需求。

本实施例中，剪叉式升降机构31包括两个交叉杆单元，交叉杆单元包括中部相互铰接的第一杆件311和第二杆件312，第一杆件311的一端与机库1铰接，第一杆件311的另一端连接有第一连接轴，停机平台4上设有第一条形孔，第一连接轴以能沿第一条形孔移动和在第一条形孔中转动的方式穿设安装在第一条形孔中，第二杆件312的一端与停机平台4铰接，第二杆件312的另一端连接有第二连接轴，机库1上设有第二条形孔，第二连接轴以能沿第二条形孔移动和在第二条形孔中转动的方式穿设安装在第二条形孔中；两个交叉杆单元的第一连接轴为同一根连接轴，驱动部件32为安装在机库1中的电动推杆，电动推杆的伸缩端与该同一根连接轴铰接。该剪叉式升降机构31中两个交叉杆单元的第一连接轴为同一根连接轴，电动推杆的伸缩端与同一根连接轴铰接，即实现了两个交叉杆单元同步动作，确保停机平台4不倾斜。上述剪叉式升降机构31的结构和装配方式均可参考现有技术。

本实施例中，优选的，机库1下方设有多个用于将机库1抬高的脚垫，方便机库1的运输。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种小型无人机换电机场，包括机库(1)，所述机库(1)顶部设有可开闭的机舱门(11)，所述机库(1)中安装有用于存放电池(100)并对电池(100)进行充电的存充电装置(2)、由升降装置(3)驱动升降运动的停机平台(4)和用于转移更换电池(100)的换电装置(5)，其特征在于：所述换电装置(5)包括夹爪(51)和用于驱动夹爪(51)运动的移动驱动组件(52)，所述夹爪(51)包括基座(511)和两个夹指(512)，两个所述夹指(512)以能相互靠近和远离的方式安装在基座(511)上，所述基座(511)还设有用于驱动两个所述夹指(512)相互靠近和远离的驱动机构，所述夹指(512)上设有用于接触并夹持电池(100)的柔性夹持垫(513)，所述柔性夹持垫(513)接触并夹持电池(100)的夹持面上设有用于容纳电池(100)上凸起按钮(101)的凹腔(514)，所述凹腔(514)的深度小于凸起按钮(101)凸出电池(100)被夹持表面的高度。

2.根据权利要求1所述的小型无人机换电机场，其特征在于：所述凹腔(514)由设于柔性夹持垫(513)上的通孔和夹指(512)的夹持面围成。

3.根据权利要求2所述的小型无人机换电机场，其特征在于：所述凹腔(514)的开口端具有朝开口方向逐渐扩大的渐扩口(515)。

4.根据权利要求1所述的小型无人机换电机场，其特征在于：所述驱动机构包括电机、齿轮和两条齿条，所述夹指(512)滑设安装在基座(511)上，所述齿轮转动安装在基座(511)上，所述电机与所述齿轮相连并驱动齿轮转动，两条齿条分设于齿轮的相对两侧并与齿轮啮合，两条齿条分别对应与两个夹指(512)连接。

5.根据权利要求1所述的小型无人机换电机场，其特征在于：所述移动驱动组件(52)包括沿第一水平方向滑设安装在机库(1)上的X向移动座(521)、沿竖直方向滑设安装在所述X向移动座(521)上的Z向移动座(522)、沿第二水平方向滑设安装在所述Z向移动座(522)上的Y向移动座(523)、用于驱动X向移动座(521)滑动的X向驱动机构、用于驱动Y向移动座(523)滑动的Y向驱动机构和用于驱动Z向移动座(522)滑动的Z向驱动机构，所述夹爪(51)安装在Y向移动座(523)上，所述第一水平方向和第二水平方向相互垂直。

6.根据权利要求5所述的小型无人机换电机场，其特征在于：所述存充电装置(2)和停机平台(4)位于Z向移动座(522)的同一侧且均在Y向移动座(523)的运动行程范围内。

7.根据权利要求1所述的小型无人机换电机场，其特征在于：所述存充电装置(2)包括至少两个用于容纳电池(100)的容置套(21)，所述容置套(21)具有供电池(100)进出容置套(21)的开口，所述开口边缘设有用于避让电池(100)上凸起按钮(101)的凹槽(22)。

8.根据权利要求1所述的小型无人机换电机场，其特征在于：所述机舱门(11)滑设安装在机库(1)上并能通过滑动打开和关闭所述机库(1)，所述机库(1)上安装有驱动所述机舱门(11)滑动的伸缩驱动件。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的小型无人机换电机场，其特征在于：所述升降装置(3)包括连接于机库(1)和停机平台(4)之间的剪叉式升降机构(31)以及用于驱动所述剪叉式升降机构(31)伸缩动作的一个驱动部件(32)。

10.根据权利要求9所述的小型无人机换电机场，其特征在于：所述剪叉式升降机构(31)包括两个交叉杆单元，所述交叉杆单元包括中部相互铰接的第一杆件(311)和第二杆件(312)，所述第一杆件(311)的一端与机库(1)铰接，所述第一杆件(311)的另一端连接有第一连接轴，所述停机平台(4)上设有第一条形孔，所述第一连接轴以能沿第一条形孔移动和在第一条形孔中转动的方式穿设安装在第一条形孔中，所述第二杆件(312)的一端与停机平台(4)铰接，所述第二杆件(312)的另一端连接有第二连接轴，所述机库(1)上设有第二条形孔，所述第二连接轴以能沿第二条形孔移动和在第二条形孔中转动的方式穿设安装在第二条形孔中；两个交叉杆单元的第一连接轴为同一根连接轴，所述驱动部件(32)为安装在机库(1)中的电动推杆，所述电动推杆的伸缩端与所述同一根连接轴铰接。