TWI678320B - 空中充電無人機組及其充電用無人機以及功能型無人機 - Google Patents

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Chen Yi Liang
張永承
Yung Chen Chang
張仕沅
Shih Yuan Chang
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Abstract

一種空中充電無人機組包括一充電用無人機以及一功能型無人機。充電用無人機包括一第一無人機本體、複數個第一推進單元、一旋轉座、一第一電池槽、一第二電池槽以及一第一連結桿。第一推進單元、旋轉座以及第一連結桿均設於該第一無人機本體。第一電池槽及第二電池槽設於該旋轉座。功能型無人機包括一第二無人機本體、複數個第二推進單元、一第三電池槽、一電池蓋以及一第二連結桿。第二推進單元、第三電池槽、電池蓋以及第二連結桿均設於該第二無人機本體。

Description

空中充電無人機組及其充電用無人機以及功能型無人機
本發明係有關於一種無人機，特別係有關於一種空中充電無人機組。
現今無人機的應用是越來越廣範，例如執行監測、偵測工作，或進行貨品的輸送等任務。然而，續航力不足是無人機在應用上的重要問題。若電力不足的情況發生於監測、偵測工作時，監測、偵測等工作必須被中斷，而無法提供充分的監測、偵測效果。此外，若電力不足的情況發生於貨品輸送時，無人機也必須中斷輸送工作而返航，降低了貨品輸送的效率。
本發明係為了欲解決習知技術之問題而提供之一種空中充電無人機組包括一充電用無人機以及一功能型無人機。充電用無人機包括一第一無人機本體、複數個第一推進單元、一旋轉座、一第一電池槽、一第二電池槽以及一第一連結桿。第一推進單元設於該第一無人機本體。旋轉座設於該第一無人機本體，並適於相對該第一無人機本體而自動旋轉。第一電池槽設於該旋轉座。第二電池槽設於該旋轉座。第一連結桿 設於該第一無人機本體，其中，該第一連結桿適於在一第一位置以及一第二位置之間移動。功能型無人機包括一第二無人機本體、複數個第二推進單元、一第三電池槽、一電池蓋以及一第二連結桿。第二推進單元設於該第二無人機本體。第三電池槽設於該第二無人機本體。電池蓋設於該第二無人機本體，並以可自動移動的方式覆蓋該第三電池槽。第二連結桿設於該第二無人機本體，其中，該第二連結桿適於在一第三位置以及一第四位置之間移動。當該第一連結桿位於該第一位置時且該第二連結桿位於該第三位置，該第二連結桿連接該第一連接桿，藉此該功能型無人機連接該充電用無人機。
在一實施例中，該空中充電無人機組更包括一旋轉單元，當該第二連接桿連接該第一連接桿時，該等第二推進單元停止提供推進力，該旋轉單元將該第二無人機本體旋轉並重疊該第一無人機本體。
在一實施例中，當該第二無人機本體重疊該第一無人機本體時，該等第二推進單元不重疊於該等第一推進單元。
在一實施例中，在一電池卸除狀態下，該旋轉座處於一第一方位，該第一電池槽對應該第三電池槽，在一電池置入狀態下，該旋轉座處於一第二方位，該第二電池槽對應該第三電池槽。
在一實施例中，該充電用無人機更包括一第一機械手臂以及一第二機械手臂，在該電池卸除狀態下，該第一機械手臂從該第三電池槽取出一第一電池，並將該第一電池收納 於該第一電池槽之中，在該電池置入狀態下，該第二機械手臂從該第二電池槽取出一第二電池，並將該第二電池置入於該第三電池槽之中。
在一實施例中，該第一電池包括一第一導電片，該第一導電片設於該第一電池之一側面，該第一機械手臂包括複數個第一電接點，當該第一機械手臂夾持該第一電池時，該第一導電片導通該等第一電接點。
在一實施例中，該第二電池包括一第二導電片，該第二導電片設於該第二電池之一底面，該第三電池槽包括複數個第二電接點，當該第二電池被置入於該第三電池槽時，該第二導電片導通該等第二電接點。
在一實施例中，該充電用無人機包括一連接架，該功能型無人機包括一電磁閥、一第三導電片以及一連接槽，該第三導電片設於該連接槽，該連接架包括複數個第三電接點，當該連接架伸入該連接槽而使該等第三電接點接觸該第三導電片時，該等第三電接點被導通而該電磁閥據此卡合連接該連接架。
在另一實施例中，本發明另提供一種充電用無人機，適於連接一功能型無人機，包括一第一無人機本體、複數個第一推進單元、一旋轉座、一第一電池槽以及一第二電池槽。第一推進單元設於該第一無人機本體。旋轉座設於該第一無人機本體，並適於相對該第一無人機本體而自動旋轉。第一電池槽設於該旋轉座。第二電池槽設於該旋轉座。
在一實施例中，該充電用無人機更包括一第一連 結桿，設於該第一無人機本體，其中，該第一連結桿適於在一第一位置以及一第二位置之間移動，當該第一連結桿位於該第一位置時，該第一連結桿連接該功能型無人機。
在一實施例中，充電用無人機更包括一旋轉單元，當該第一連接桿連接該功能型無人機時，該旋轉單元將該功能型無人機之一第二無人機本體旋轉並重疊該第一無人機本體。
在又一實施例中，本發明另提供一種功能型無人機，適於連接一充電用無人機，包括一第二無人機本體、複數個第二推進單元、一第三電池槽以及一電池蓋。第二推進單元設於該第二無人機本體。第三電池槽設於該第二無人機本體。電池蓋設於該第二無人機本體，並以可自動移動的方式覆蓋該第三電池槽。
應用本發明實施例之空中充電無人機組，由充電用無人機對功能型無人機在空之進行電池置換，因此可提高功能型無人機的續航力，並可使功能型無人機正在進行的各種工作得以不被中斷。
U‧‧‧空中充電無人機組
U1‧‧‧充電用無人機
11‧‧‧第一無人機本體
12‧‧‧第一推進單元
13‧‧‧旋轉座
141‧‧‧第一電池槽
142‧‧‧第二電池槽
15‧‧‧第一連結桿
161‧‧‧連接架
162‧‧‧第三電接點
171‧‧‧第一機械手臂
173‧‧‧第一電接點
191‧‧‧控制電路
192‧‧‧定位通訊模組
193‧‧‧電量通訊模組
194‧‧‧影像擷取單元
195‧‧‧充電控制器
196‧‧‧馬達組
197‧‧‧固定電池
U2‧‧‧功能型無人機
21‧‧‧第二無人機本體
22‧‧‧第二推進單元
241‧‧‧第三電池槽
242‧‧‧電池蓋
243‧‧‧第二電接點
25‧‧‧第二連結桿
261‧‧‧電磁閥
262‧‧‧第三導電片
263‧‧‧連接槽
291‧‧‧控制電路
292‧‧‧定位通訊模組
293‧‧‧電量通訊模組
294‧‧‧影像擷取單元
295‧‧‧充電控制器
296‧‧‧馬達組
3‧‧‧旋轉單元
31‧‧‧第一電池
311‧‧‧第一導電片
312‧‧‧側面
32‧‧‧第二電池
321‧‧‧第二導電片
322‧‧‧底面
第1圖係顯示本發明實施例之空中充電無人機組。
第2A圖係顯示本發明實施例之充電用無人機的細部結構。
第2B圖係顯示本發明實施例之功能型無人機的細部結構。
第3A以及3B圖係顯示本發明實施例之充電用無人機與功能型無人機的空中連接過程。
第4A、4B以及4C圖係顯示本發明實施例之充電用無人機與功能型無人機之間進一步的固定連接過程。
第5A以及5B圖係顯示本發明實施例之充電用無人機與功能型無人機之間的電池置換過程。
第6A、6B、6C以及6D圖係顯示本發明實施例之機械手臂取放電池的情形。
第7A圖係顯示本發明實施例之電池被取出時的情形。
第7B圖係顯示本發明實施例之電池被置放時的情形。
第8A圖係顯示本發明實施例之充電用無人機的電路示意圖。
第8B圖係顯示本發明實施例之功能型無人機的電路示意圖。
第1圖係顯示本發明一實施例之空中充電無人機組。參照第1圖，本發明實施例之空中充電無人機組U包括一充電用無人機U1以及一功能型無人機U2。
第2A圖係顯示充電用無人機U1的細部結構。參照第2A圖，充電用無人機U1包括一第一無人機本體11、複數個第一推進單元12、一旋轉座13、一第一電池槽141、一第二電池槽142以及一第一連結桿15(未顯示)。第一推進單元12設於該第一無人機本體11。旋轉座13設於該第一無人機本體11，並適於相對該第一無人機本體11而自動旋轉。第一電池槽141設於該旋轉座13。第二電池槽142設於該旋轉座13。第一連結桿15設於該第一無人機本體11，其中，該第一連結桿15適於在一第 一位置以及一第二位置之間移動。
第2B圖係顯示功能型無人機U2的細部結構。參照第2B圖，功能型無人機U2包括一第二無人機本體21、複數個第二推進單元22、一第三電池槽241、一電池蓋242以及一第二連結桿25(未顯示)。第二推進單元22設於該第二無人機本體21。第三電池槽241設於該第二無人機本體21。電池蓋242設於該第二無人機本體21，並以可自動移動的方式覆蓋該第三電池槽241。第二連結桿25(未顯示)設於該第二無人機本體21，其中，該第二連結桿25(未顯示)適於在一第三位置以及一第四位置之間移動。
以下描述該充電用無人機U1與該功能型無人機U2的空中連接過程。參照第3A以及3B圖，當該充電用無人機U1欲連接該功能型無人機U2時，該第一連結桿15位於該第一位置時且該第二連結桿25位於該第三位置，該第二連結桿25連接該第一連接桿15，藉此該功能型無人機U2連接該充電用無人機U1。在一實施例中，該空中充電無人機組更包括一旋轉單元3。在此實施例中，該旋轉單元3設於該第一連結桿15。上述揭露並未限制本發明，該旋轉單元3亦可設於該第二連結桿25。當該第二連接桿25連接該第一連接桿15時，該等第二推進單元22停止提供推進力，該等第一推進單元12的轉速提高。接著，如第3B圖所顯示，該旋轉單元3將該第二無人機本體21旋轉並重疊該第一無人機本體11。
透過上述之第一連結桿15以及第二連結桿25的設計，可以達成空中連接之功能，並將連接過程中的氣流干擾降 至最低。參照第1圖，在一實施例中，當該第二無人機本體21重疊該第一無人機本體11時，該等第二推進單元22不重疊於該等第一推進單元12。藉此，該等第一推進單元12的推進效能可不受該等第二推進單元22的干擾。
在該第二無人機本體21重疊該第一無人機本體11之後，該第二無人機本體21與該第一無人機本體11之間接著進行更穩固的連接。參照第4A、4B、4C圖，在一實施例中，該充電用無人機U1包括一連接架161，該功能型無人機U2包括一電磁閥261、一第三導電片262以及一連接槽263，該第三導電片262設於該連接槽263，該連接架161包括複數個第三電接點162。首先，該連接架161伸入該連接槽263(第4A圖)。接著，該等第三電接點接觸162該第三導電片262，該等第三電接點162因此被導通(第4B圖)。再，該電磁閥261依據該等第三電接點162導通回傳之訊號而卡合連接該連接架161(第4C圖)。透過連接架161、電磁閥261以及連接槽263的設計，該第二無人機本體21與該第一無人機本體11之間達成良好的固定連接狀態。
以下描述該充電用無人機U1與該功能型無人機U2之間的電池置換過程。參照第5A、5B圖，該旋轉座13可自動旋轉，在此實施例中，該第一電池槽141以及該第二電池槽142上設有可自動旋轉之電池蓋，然上述揭露並未限制本發明，在其他型式的設計下，電池蓋亦可以省略。在一電池卸除狀態下，該旋轉座13處於一第一方位，該第一電池槽141對應該第三電池槽241，藉此，該第三電池槽241內的一第一電池(電耗盡電池)可以被取出而收納至該第一電池槽141。在一電池置入 狀態下，該旋轉座處於一第二方位，該第二電池槽142對應該第三電池槽241，藉此，該第二電池槽142內的一第二電池(電飽滿電池)可以被取出而收納至第三電池槽241。
就細部而言，在一實施例中，該充電用無人機U1更包括一第一機械手臂以及一第二機械手臂。在該電池卸除狀態下，該第一機械手臂從該第三電池槽241取出該第一電池，並將該第一電池收納於該第一電池槽141之中。在該電池置入狀態下，該第二機械手臂從該第二電池槽142取出該第二電池，並將該第二電池置入於該第三電池槽241之中，藉此完成電池的置換。參照第6A~6D圖，為簡化說明，在此以電池卸除狀態的動作為例，該第一機械手臂171從該第三電池槽241取出該第一電池31，並將該第一電池31收納於該第一電池槽141之中。電池置入狀態的動作則相反，不另行贅述。
參照第7A圖，在一實施例中，該第一電池31包括一第一導電片311，該第一導電片311設於該第一電池31之一側面312，該第一機械手臂171包括複數個第一電接點173，當該第一機械手臂171夾持該第一電池31時，該第一導電片311導通該等第一電接點173。藉此充電用無人機U1的控制電路可確知該第一電池31已被該第一機械手臂171確實夾持。
參照第7B圖，在一實施例中，該第二電池32包括一第二導電片321，該第二導電片321設於該第二電池32之一底面322，該第三電池槽241包括複數個第二電接點243，當該第二電池32被置入於該第三電池槽241時，該第二導電片321導通該等第二電接點243。藉此功能型無人機U2的控制電路可確知 該第二電池32已確實被置入該第三電池槽241。
參照第8A圖，其係顯示充電用無人機U1的電路示意圖，其包括控制電路191、定位通訊模組192、電量通訊模組193、影像擷取單元194、充電控制器195、馬達組196、固定電池197以及待置換電池(如前述之第二電池32)。定位通訊模組192、電量通訊模組193、影像擷取單元194、充電控制器195均耦接該控制電路191。控制電路191包括中央處理器。影像擷取單元194用於確認充電用無人機U1與功能型無人機U2之間的相對位置。充電控制器195耦接馬達組196、固定電池197以及待置換電池(如前述之第二電池32)。馬達組196包含複數個馬達，其個別用於旋轉座、旋轉單元、機械手臂的驅動。前述之第一電接點的回傳訊號也係經過充電控制器195而回傳至控制電路191。
參照第8B圖，其係顯示功能型無人機U2的電路示意圖，其包括控制電路291、定位通訊模組292、電量通訊模組293、影像擷取單元294、充電控制器295、馬達組296以及待置換電池(如前述之第一電池31)。定位通訊模組292、電量通訊模組293、影像擷取單元294、充電控制器295均耦接該控制電路291。控制電路291包括中央處理器。影像擷取單元294用於確認充電用無人機U1與功能型無人機U2之間的相對位置。充電控制器295耦接馬達組296以及待置換電池(如前述之第一電池31)。馬達組296包含複數個馬達，其個別用於，例如，電池蓋的驅動。前述之第二電接點的回傳訊號也係經過充電控制器295而回傳至控制電路291。
應用本發明實施例之空中充電無人機組，由充電用無人機對功能型無人機在空中進行電池置換，因此可提高功能型無人機的續航力，並可使功能型無人機正在進行的各種工作得以不被中斷。
雖然本發明已以具體之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此項技術者，在不脫離本發明之精神和範圍內，仍可作些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (16)

  1. 一種空中充電無人機組，包括：一充電用無人機，包括：一第一無人機本體；複數個第一推進單元，設於該第一無人機本體；一旋轉座，設於該第一無人機本體，並適於相對該第一無人機本體而自動旋轉；一第一電池槽，設於該旋轉座；一第二電池槽，設於該旋轉座；一第一連結桿，設於該第一無人機本體，其中，該第一連結桿適於在一第一位置以及一第二位置之間移動；以及一功能型無人機，包括：一第二無人機本體；複數個第二推進單元，設於該第二無人機本體；一第三電池槽，設於該第二無人機本體；一電池蓋，設於該第二無人機本體，並以可自動移動的方式覆蓋該第三電池槽；以及一第二連結桿，設於該第二無人機本體，其中，該第二連結桿適於在一第三位置以及一第四位置之間移動；其中，當該第一連結桿位於該第一位置時且該第二連結桿位於該第三位置，該第二連結桿連接該第一連接桿，藉此該功能型無人機連接該充電用無人機。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之空中充電無人機組，其更包括一旋轉單元，當該第二連接桿連接該第一連接桿時，該等第二推進單元停止提供推進力，該旋轉單元將該第二無人機本體旋轉並重疊該第一無人機本體。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之空中充電無人機組，其中，當該第二無人機本體重疊該第一無人機本體時，該等第二推進單元不重疊於該等第一推進單元。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之空中充電無人機組，其中，在一電池卸除狀態下，該旋轉座處於一第一方位，該第一電池槽對應該第三電池槽，在一電池置入狀態下，該旋轉座處於一第二方位，該第二電池槽對應該第三電池槽。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之空中充電無人機組，其中，該充電用無人機更包括一第一機械手臂以及一第二機械手臂，在該電池卸除狀態下，該第一機械手臂從該第三電池槽取出一第一電池，並將該第一電池收納於該第一電池槽之中，在該電池置入狀態下，該第二機械手臂從該第二電池槽取出一第二電池，並將該第二電池置入於該第三電池槽之中。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之空中充電無人機組，其中，該第一電池包括一第一導電片，該第一導電片設於該第一電池之一側面，該第一機械手臂包括複數個第一電接點，當該第一機械手臂夾持該第一電池時，該第一導電片導通該等第一電接點。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之空中充電無人機組，其中，該第二電池包括一第二導電片，該第二導電片設於該第二電池之一底面，該第三電池槽包括複數個第二電接點，當該第二電池被置入於該第三電池槽時，該第二導電片導通該等第二電接點。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之空中充電無人機組，其中，該充電用無人機包括一連接架，該功能型無人機包括一電磁閥、一第三導電片以及一連接槽，該第三導電片設於該連接槽，該連接架包括複數個第三電接點，當該連接架伸入該連接槽而使該等第三電接點接觸該第三導電片時，該等第三電接點被導通而該電磁閥據此卡合連接該連接架。
  9. 一種充電用無人機，適於連接一功能型無人機，包括：一第一無人機本體；複數個第一推進單元，設於該第一無人機本體；一旋轉座，設於該第一無人機本體，並適於相對該第一無人機本體而自動旋轉；一第一電池槽，設於該旋轉座；一第二電池槽，設於該旋轉座；以及一第一連結桿，設於該第一無人機本體，其中，該第一連結桿適於在一第一位置以及一第二位置之間移動，當該第一連結桿位於該第一位置時，該第一連結桿連接該功能型無人機。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之充電用無人機，其更包括一旋轉單元，當該第一連接桿連接該功能型無人機時，該旋轉單元將該功能型無人機之一第二無人機本體旋轉並重疊該第一無人機本體。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之充電用無人機，其中，在一電池卸除狀態下，該旋轉座處於一第一方位，該第一電池槽對應該功能型無人機之一第三電池槽，在一電池置入狀態下，該旋轉座處於一第二方位，該第二電池槽對應該第三電池槽。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之充電用無人機，其中，該充電用無人機更包括一第一機械手臂以及一第二機械手臂，在該電池卸除狀態下，該第一機械手臂從該第三電池槽取出一第一電池，並將該第一電池收納於該第一電池槽之中，在該電池置入狀態下，該第二機械手臂從該第二電池槽取出一第二電池，並將該第二電池置入於該第三電池槽之中。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之充電用無人機，其中，該第一電池包括一第一導電片，該第一導電片設於該第一電池之一側面，該第一機械手臂包括複數個第一電接點，當該第一機械手臂夾持該第一電池時，該第一導電片導通該等第一電接點。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之充電用無人機，其中，該第二電池包括一第二導電片，該第二導電片設於該第二電池之一底面，該第三電池槽包括複數個第二電接點，當該第二電池被置入於該第三電池槽時，該第二導電片導通該等第二電接點。
  15. 如申請專利範圍第9項所述之充電用無人機，其中，該充電用無人機包括一連接架，該功能型無人機包括一電磁閥、一第三導電片以及一連接槽，該第三導電片設於該連接槽，該連接架包括複數個第三電接點，當該連接架伸入該連接槽而使該等第三電接點接觸該第三導電片時，該等第三電接點被導通而該電磁閥據此卡合連接該連接架。
  16. 一種功能型無人機，適於連接一充電用無人機，包括：一第二無人機本體；複數個第二推進單元，設於該第二無人機本體；一第三電池槽，設於該第二無人機本體；一電池蓋，設於該第二無人機本體，並以可自動移動的方式覆蓋該第三電池槽；以及一第二連結桿，設於該第二無人機本體，其中，該第二連結桿適於在一第三位置以及一第四位置之間移動，當該第二連結桿位於該第三位置時，該第二連結桿連接該充電用無人機。
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