一种无人机空中更换电池系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种无人机空中更换电池系统，包括无人机、为所述无人机进行空中更换电池的装置，所述装置包括：飞行机构，以及安装在所述飞行机构上的电池储放机构、电池更换机构和控制驱动机构；采用飞行机构搭载电池储放机构、电池更换机构和控制驱动机构飞行至空中，并飞行至进行巡检任务的无人机正上方，保持与无人机相对静止，再通过各个机构的配合实现对无人机在空中进行电池更换，保证巡检无人机的不断电工作，本实用新型专利技术解决了现有的无人机更换方法需要在停机坪进行，无法应对无人机突发性电量不足的情况，以及电池更换效率低等问题。

A battery replacement system for UAV in the air

【技术实现步骤摘要】
一种无人机空中更换电池系统
本技术涉及无人机设备
，尤其涉及一种无人机空中更换电池系统。
技术介绍
如今无人机被广泛应用于电力的巡检邻域，利用无人机进行自动化地巡检更加是目前较有优势的一种方式，但是无人机由于需要搭载检查设备的重量较大，其电量耗损较快因此工作的持续时间较于普通的缩短受限，常用的无人机一般只能使用半个小时左右；目前多通过在电塔塔杆上设置供给无人机充电的停机坪，当无人机电量不足时，则停在停机坪上通过自动更换电池装置为其更换新电池，但是该技术需要在一定距离塔杆上布置停机坪，并且需要提前计算无人机电量不足的距离并登上在停机坪装好更换电池，当出现电池老化提前电量不足时，无人机由于需频繁更换电池使得多次往返路程，影响无人机的自动巡检的效率。
技术实现思路
本技术为解决现有的无人机更换方法需要在停机坪进行，无法应对无人机突发性电量不足的情况，以及电池更换效率低等问题，提供了一种无人机空中更换电池系统。为实现以上技术目的，而采用的技术手段是：一种无人机空中更换电池系统，包括无人机、为所述无人机进行空中更换电池的装置，所述装置包括：飞行机构，以及安装在所述飞行机构上的电池储放机构、电池更换机构和控制驱动机构；所述无人机上设置有电池容纳槽；所述飞行机构用于搭载电池储放机构、电池更换机构和控制驱动机构飞行；所述电池储放机构用于储放至少两块电池，所述电池储放机构包括电池滑行单元和电池推动单元，所述电池滑行单元用于限定电池推进或推出电池储放机构的轨迹，所述电池推动单元为位于电池滑行单元内的电池提供推进力或推出力；所述电池更换机构用于在更换电池时抓取所述电池储放机构的电池和/或所述电池容纳槽的电池；所述控制驱动机构，用于控制驱动所述电池推动单元为位于电池滑行单元内的电池提供推进力或推出力，控制驱动所述电池更换机构在更换电池时抓取所述电池储放机构的电池和/或所述电池容纳槽的电池。上述方案中，采用飞行机构搭载电池储放机构、电池更换机构和控制驱动机构飞行至空中，并飞行至进行巡检任务的无人机正上方，保持与无人机相对静止，再通过各个机构的配合实现对无人机在空中进行电池更换。优选的，所述电池更换机构包括至少一组多自由机械臂和机械爪的组合体，所述多自由机械臂的一端安装于飞行机构的一端上，所述多自由机械臂的另一端与机械爪的一端固定连接，所述多自由机械臂和机械爪的动作均由所述控制驱动机构进行控制驱动。在本优选方案中，在所述控制驱动机构的控制驱动作用下，多自由机械臂和机械爪可以在电池储放机构以及无人的电池容纳槽之间移动，从而在更换电池时抓取所述电池储放机构的电池和/或所述电池容纳槽的电池。优选的，所述机械爪包括两个机械指，两个机械指的一端铰接后与多自由机械臂的另一端固定连接，两个机械指的另一端分别设有一圆球。在本优选方案中，通过在机械指的另一端设置圆球，可以保证机械爪无论处于何种姿态，电池均能够被抓取牢固，且电池的姿态为竖直向下。优选的，所述电池滑行单元包括电池储放板和设置在电池储放板上的电池滑行轨道；所述电池储放板通过连接件与所述飞行机构连接，所述电池滑行轨道为U形轨道，其开口朝向所述多自由机械臂的安装侧，所述U形轨道包括两条直线轨道，其中第一直线轨道用于限定电池推进电池储放机构的轨迹，第二直线轨道用于限定电池推出电池储放机构的轨迹。优选的，所述电池滑行单元还包括若干个进弧形限位件、若干个出弧形限位件，所述进弧形限位件对称设置在所述第一直线轨道的两侧壁上，用于限定所述电池的滑行方向为进方向，同一侧壁上的进弧形限位件等距离设置，所述距离为电池的长度，用于作为一个电池槽位限制电池的移动；所述出弧形限位件对称设置在所述第二直线轨道的两侧壁上，用于限定所述电池的滑行方向为出方向，同一侧壁上的出弧形限位件等距离设置，所述距离为电池的长度，用于作为一个电池槽位限制电池的移动，用于限制电池的移动和晃动。优选的，所述电池推动单元包括两个电池推力器，两个电池推力器分别设置在所述第一直线轨道的末端和第二直线轨道的始端。在本优选方案中，电池推力器为位于电池滑行单元内的电池提供推进力或推出力。优选的，所述电池设有电池锁定槽以及抓取凹槽，所述电池锁定槽设置在电池的外壁上，用于将电池锁定于所述电池容纳槽内，所述抓取凹槽为半球形凹槽且半球形的直径大于所述机械指另一端的圆球直径，所述抓取凹槽设置在电池的两侧壁上。在本优选方案中，通过设置电池锁定槽，电池受到重力作用滑行到电池容纳槽底部时锁定电池，防止电池移动导致接触不良；通过在电池的两侧壁上半球形凹槽，使得机械爪抓取电池时能与凹槽更好地契合，从而提高抓取的稳定度。优选的，所述电池容纳槽上还连接有一个倒置的中空四棱台，所述中空四棱台的开口大小大于电池的宽度。在本优选方案中，由于中空四棱台的开口大于电池容纳槽的开口以及电池宽度，电池首先进入中空四棱台的开口，再顺其边沿滑到电池容纳槽入口，提高电池进入的成功率；另外，相比于原始的电池容纳槽，也更容易辨识出中控四棱台的位置从而进行调整，进一步提高了电池进入的成功率。优选的，所述飞行机构的另一端上还安装有无线通信机构和视觉机构，所述无线通信机构用于使所述无人机与所述为所述无人机进行空中更换电池的装置进行信息交互；所述视觉机构，用于检测并调整所述电池更换机构和所述电池容纳槽的对接位置；所述视觉机构包括摄像头云台、旋转板、摄像头、所述摄像头设有IMU传感器，用于获取所述摄像头的姿态信息，所述摄像头通过旋转板与摄像头云台活动连接，所述摄像头云台安装在所述飞行机构的另一端上，所述摄像头云台由所述控制驱动机构控制驱动。优选的，所述飞行机构为一子无人机本体，所述电池储放机构和控制驱动机构安装在所述子无人机本体的底部，所述多自由机械臂的一端安装于所述子无人机本体一端的机翼上，所述摄像头云台安装在所述子无人机本体另一端的机翼上。与现有技术相比，本技术技术方案的有益效果是：本技术的无人机空中更换电池系统采用飞行机构搭载各个组成机构飞行至空中，并飞行至进行巡检任务的无人机正上方，保持与无人机相对静止，再通过各个机构的配合实现对无人机在空中进行电池更换，保证巡检无人机的不断电工作。在空中巡检的无人机更换电池时无需在停机坪进行，减少了停机坪铺设的成本以及无人机往返路程的时间，提高了电池的更换效率；同时无人机突发性电量不足时，亦可通过本技术中的装置立刻进行更换电池，不再受限于提前计算的无人机电量不足的距离，提高了无人机持续执行任务的市场以及工作范围。附图说明图1为本技术系统的整体结构示意图。图2为本技术中电池滑行单元的平面图。图3为本技术中中空四棱台的俯视图。图4为本技术中中空四棱台和电池容纳槽的组合示意图。图5为本技术中电池的示意图。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人机空中更换电池系统，其特征在于，包括无人机、为所述无人机进行空中更换电池的装置，所述装置包括：飞行机构，以及安装在所述飞行机构上的电池储放机构、电池更换机构和控制驱动机构；/n所述无人机上设置有电池容纳槽；所述飞行机构用于搭载电池储放机构、电池更换机构和控制驱动机构飞行；所述电池储放机构用于储放至少两块电池，所述电池储放机构包括电池滑行单元和电池推动单元，所述电池滑行单元用于限定电池推进或推出电池储放机构的轨迹，所述电池推动单元为位于电池滑行单元内的电池提供推进力或推出力；所述电池更换机构用于在更换电池时抓取所述电池储放机构的电池和/或所述电池容纳槽的电池；所述控制驱动机构，用于控制驱动所述电池推动单元为位于电池滑行单元内的电池提供推进力或推出力，控制驱动所述电池更换机构在更换电池时抓取所述电池储放机构的电池和/或所述电池容纳槽的电池。/n

【技术特征摘要】
1.一种无人机空中更换电池系统，其特征在于，包括无人机、为所述无人机进行空中更换电池的装置，所述装置包括：飞行机构，以及安装在所述飞行机构上的电池储放机构、电池更换机构和控制驱动机构；
所述无人机上设置有电池容纳槽；所述飞行机构用于搭载电池储放机构、电池更换机构和控制驱动机构飞行；所述电池储放机构用于储放至少两块电池，所述电池储放机构包括电池滑行单元和电池推动单元，所述电池滑行单元用于限定电池推进或推出电池储放机构的轨迹，所述电池推动单元为位于电池滑行单元内的电池提供推进力或推出力；所述电池更换机构用于在更换电池时抓取所述电池储放机构的电池和/或所述电池容纳槽的电池；所述控制驱动机构，用于控制驱动所述电池推动单元为位于电池滑行单元内的电池提供推进力或推出力，控制驱动所述电池更换机构在更换电池时抓取所述电池储放机构的电池和/或所述电池容纳槽的电池。


2.根据权利要求1所述的无人机空中更换电池系统，其特征在于，所述电池更换机构包括至少一组多自由机械臂和机械爪的组合体，所述多自由机械臂的一端安装于飞行机构的一端上，所述多自由机械臂的另一端与机械爪的一端固定连接，所述多自由机械臂和机械爪的动作均由所述控制驱动机构进行控制驱动。


3.根据权利要求2所述的无人机空中更换电池系统，其特征在于，所述机械爪包括两个机械指，两个机械指的一端铰接后与多自由机械臂的另一端固定连接，两个机械指的另一端分别设有一圆球。


4.根据权利要求1所述的无人机空中更换电池系统，其特征在于，所述电池滑行单元包括电池储放板和设置在电池储放板上的电池滑行轨道；所述电池储放板通过连接件与所述飞行机构连接，所述电池滑行轨道为U形轨道，其开口朝向所述多自由机械臂的安装侧，所述U形轨道包括两条直线轨道，其中第一直线轨道用于限定电池推进电池储放机构的轨迹，第二直线轨道用于限定电池推出电池储放机构的轨迹。


5.根据权利要求4所述的无人机空中更换电池系统，其特征在于，所述电池滑行单元还包括若干个进弧形限位件、若干个出弧形限位件，所述进弧形限位件对称设...

【专利技术属性】
技术研发人员：连仕康，孟伟，鲁仁全，付敏跃，张斌，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：新型
国别省市：广东;44