无人机换电系统的制作方法

1.本发明涉及农业无人机技术领域，具体而言涉及无人机换电系统。


背景技术：

2.目前的植保无人机一般由无人机、安装于机身下方的药箱以及喷洒系统构成，无人机和药箱单独供电，无人机内部电源给飞控系统供电，药箱内的电源给喷洒系统供电，如此，会出现作为药箱载体的无人机和药箱本身能源消耗和更换不匹配的情况，药箱和无人机任意一个耗尽资源都需要返回换电。
3.为了增加无人机作业的连续性，在目前电池容量一定的情况下，采用同步更换电池和药桶的方式，如专利文献1所示的，采用对无人机进行校正定位-单方向换电的方式更换电池，但是上述的方案对设备控制系统要求高，尤其是需要使用到机械手，机械手增加了成本以及控制系统的难度，不利于大规模的应用在农业环境中。
4.现有技术文献：
5.专利文献1cn113183824a植保无人机换电系统及换电方法


技术实现要素：

6.本发明目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种无人机换电系统，包括：
7.无人机，设有带有电池的药箱以及用于容纳药箱的第一电池仓；
8.换电平台，具有承载无人机的负载面，所述负载面定义x-y向；
9.充电电池仓，被设置到所述第一电池仓出口的延伸方向，具有沿z轴分布的多个第二电池仓和至少一个位于其中一个第二电池仓内的备用药箱；
10.转移机构，被设置在所述换电平台和所述充电电池仓之间，用于将所述药箱在第一电池仓和第二电池仓之间进行转移；
11.其中，所述转移机构包括：
[0012]-转移平台，第一端延伸到所述第一电池仓的出口处，第二端延伸到所述第二电池仓的入口处，能沿z轴方向移动以及绕z轴旋转；
[0013]-辊组，被设置到所述转移平台上，并对应所述第一电池仓的出口方向；
[0014]-限位杆，被设置成能往复运动于所述转移平台的第一端和第二端；
[0015]
其中，所述药箱带有锁扣，所述第一电池仓和第二电池仓内均设有用于将药箱的锁扣进行解锁的脱扣机构，且所述第一电池仓和第二电池仓内还设有弹簧。
[0016]
优选的，所述辊组的上切面与所述第一电池仓的底面位于同一水平高度。
[0017]
优选的，所述辊组包括多个连接伺服电机的辊轴，所述辊轴的轴向垂直于y向。
[0018]
优选的，所述第一电池仓和第二电池仓内设有与所述锁扣配合的卡槽，所述脱扣机构包括压舌，所述压舌能将锁扣推出所述卡槽，使锁扣处于解锁状态。
[0019]
优选的，所述压舌被设置成电磁驱动，使其沿锁扣滑动方向移动至解锁位置和锁止位置。
[0020]
优选的，所述限位杆包括第一组限位杆和第二组限位杆，第一组限位杆位于转移平台的第一端，第二组限位杆位于转移平台的第二端，所述限位杆具有限位状态和收缩状态，在限位状态时，所述限位杆位于转移平台之上，在收缩状态时，所述限位杆位于转移平台之下。
[0021]
优选的，所述锁扣包括连接到药箱的螺旋弹簧以及连接到螺旋弹簧另一端的卡块，所述药箱上设有容纳所述卡块的凹槽，所述卡块的滑动方向与y向垂直。
[0022]
优选的，所述转移平台上设有导向部件，所述导向部件在所述转移平台上形成导向通道，所述导向通道在所述转移平台第一端的宽度大于在转移平台第二端的宽度。
[0023]
优选的，所述导向部件包括设置在辊组上的导向纹，所述辊组沿转移平台第一端至第二端的方向被分为导向区和限位区，位于导向区的辊组上导向纹由边缘向内宽度逐渐增加，使处于边缘的药箱被导向至中间位置。
[0024]
优选的，所述负载面上设有扶正机构，使降落到预定区域内的所述第一电池仓出口被扶正到y向。
[0025]
应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。
[0026]
结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
[0027]
附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
[0028]
图1是本发明所示的无人机换电系统的结构示意图；
[0029]
图2是本发明所示的电池换电方向的示意图；
[0030]
图3a-3c是本发明所示的电池在第一电池仓转移至充电电池仓的结构示意图；
[0031]
图4a-4c是本发明所示的电池在充电电池仓转移至第一电池仓的结构示意图；
[0032]
图5是本发明所示的转移机构和充电电池仓的结构示意图；
[0033]
图6是本发明所示的导向部件的结构示意图；
[0034]
图7是本发明所示的导向部件的另一种结构示意图。
具体实施方式
[0035]
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
[0036]
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意无人机换电系统及换电方法来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组
合来使用。
[0037]
目前无人机的自动换电一般都需要机械手的控制，在换电过程中，涉及机械手空间位置的识别、解锁以及抓取动作的控制，造成换电平台控制精度高，成本高，故障率高，提高人为干涉的概率，本发明旨在提出一种应用范围广，可靠性高，成本低，且利于推广的针对于农业无人机的药箱-电池模块的换电平台。
[0038]
【无人机换电系统】
[0039]
结合图1所示，本发明提供一种无人机换电系统，主要包括无人机1、换电平台2、转移机构和充电电池仓4：无人机1停放在换电平台2上后被扶正，然后无人机1中待更换的药箱及电池被弹出至转移机构上，并被转移机构转移至充电电池仓4的空仓中，再弹出一块备用药箱到转移机构上，并被转移机构重新装载到无人机1中。
[0040]
无人机
[0041]
在可选的实施例中，无人机1是用于农业的植保无人机，为了降低往返于换电点的次数，电池和药箱被集成的设置，同时更换电池以及药箱，具体的，电池被设置在药箱的一侧，其端部的插头露出，无人机上设有带有电池的药箱以及用于容纳药箱的第一电池仓11，第一电池仓中设有与插头对应的插孔，药箱被卸出的抽拉方向与插孔插头的配合方向相同。
[0042]
结合图3a-3c所示，进一步的，药箱5上设有带有锁扣51，第一电池仓11内设有与锁扣51配合的卡槽，当锁扣51卡在卡槽内时，药箱5被定位。
[0043]
进一步的，第一电池仓11内设有脱扣机构，且第一电池仓11内设有弹簧12，弹簧12在药箱5滑入/出的反方向，当药箱5被填入到第一电池仓11时，弹簧12被压缩，具有向外弹出药箱5的弹力。
[0044]
进一步的，锁扣51锁扣包括连接到药箱5的螺旋弹簧以及连接到螺旋弹簧另一端的卡块，药箱5上设有容纳卡块的凹槽，卡块的滑动方向与y向垂直。
[0045]
在可选的实施例中，锁扣51通过螺旋弹簧连接到药箱5上，当锁扣51弹出时，一部分露出并卡在卡槽内，使药箱5不会被弹簧12弹出，当锁扣被沿滑动方向按压直至锁扣51完全收缩到药箱5的轮廓以内时，药箱5被弹簧12弹出。
[0046]
进一步的，第一电池仓11内设有脱扣机构，脱扣机构包括第一压舌13，第一压舌13能将锁扣51推出卡槽，使锁扣51处于解锁状态。
[0047]
在优选的示例中，第一压舌13被设置成电磁驱动，如，电磁部件的吸引和排斥，其中，驱动器可以被设置到无人机1或换电平台2上。使其沿锁扣51滑动方向移动至解锁位置和锁止位置。
[0048]
在具体的示例中，无人机1停放到换电平台2上，电磁部件感受到压力信号，通过计时器计时，以满足无人机1的扶正时间，在预设时间后，触发解锁，使第一压舌13顶开锁扣51，药箱5被弹簧12弹出。
[0049]
在其他的实施例中，电磁部件还可以设置成与无人机1之间进行通讯连接，以控制何时进行解锁。
[0050]
换电平台
[0051]
结合图1所示，换电平台2旨在提供无人机1降落的负载面，其中，负载面定义x-y向，由于无人机搭载药箱以及电池，重量较重，在停放时，位置精度相对较低，为了保持无人
机1位置相对可靠。
[0052]
在优选的示例中，在负载面上设有扶正机构21，使降落到预定区域内的无人机1第一电池仓11出口被准确的扶正到y向，以保证后续换电步骤顺利完成。
[0053]
在可选的实施例中，扶正机构21包括至少包括y向校正杆组，y向校正杆组包括两个校正杆，两个校正杆以逐渐靠近的方式，不断的贴近无人机底部的起落架，使无人机起落架与y向校正杆平行，保持无人机的第一电池仓11处于y向。
[0054]
进一步的，扶正机构21还包括一个x向限位杆，被设置在第一电池仓11出口方向的反向，以在塞入电池-药箱时，限制无人机1移动。
[0055]
充电电池仓
[0056]
结合图1-2和图5所示，充电电池仓4被设置到第一电池仓11出口的延伸方向，以便于使用简单的转移机构进行电池转移和换电。充电电池仓4具有沿z轴分布的多个第二电池仓41和至少一个位于其中一个第二电池仓41内的备用药箱401。备用药箱401和药箱5的结构相同。
[0057]
其中，第二电池仓41和第一电池仓11的结构相同。
[0058]
进一步的，第二电池仓41的插头为充电插头，可对塞入的电池进行充电。还设有补药口，对药箱5补充药液，形成备用药箱401。
[0059]
在可选的实施例中，第二电池仓41内也设有脱扣机构，且第二电池仓41内也设有弹簧12，弹簧12在药箱5或备用药箱401滑入/出的反方向，当药箱5被填入到第二电池仓41时，弹簧12被压缩，具有向外弹出药箱5的弹力。
[0060]
进一步的，脱扣机构包括第二压舌42，第二压舌42能将锁扣51推出卡槽，使锁扣51处于解锁状态。
[0061]
在优选的示例中，第二压舌42被设置成电磁驱动，如，电磁部件的吸引和排斥，其中，驱动器被设置到充电电池仓4中。使其沿锁扣51滑动方向移动至解锁位置和锁止位置。
[0062]
在具体的示例中，电磁部件与转移机构之间进行通讯连接，以获取充电电池仓4中各个第二电池仓41的位置和电池状态。
[0063]
在可选的实施例中，充电电池仓4内的第二电池仓41被顺序的取出和存放，并在转移机构靠近并停留预定时长后，通过近场通讯的方式触发解锁，使压舌13顶开锁扣51，药箱5被弹簧12弹出。
[0064]
转移机构
[0065]
转移机构被设置在换电平台2和充电电池仓4之间，用于将药箱5在第一电池仓11和第二电池仓41之间进行转移。
[0066]
结合图2-4c所示，转移机构包括转移平台3、辊组31和限位杆33。
[0067]
转移平台3的第一端延伸到第一电池仓11的出口处，第二端延伸到第二电池仓41的入口处。
[0068]
进一步的，转移平台3的底部设有驱动部件，能带动转移平台3沿z轴方向移动以及绕z轴旋转，在可选的实施例中，驱动部件为电动伸缩杆以及周转电机。
[0069]
辊组31被设置到转移平台3上，并对应第一电池仓11的出口方向。如此，可保证第一电池仓11弹出的药箱5直接滑动到辊组31上。
[0070]
在可选的实施例中，辊组31的上切面与第一电池仓11的底面位于同一水平高度。
如此，以保证药箱5被弹出后，平稳的转移到辊组31上。
[0071]
在可选的实施例中，辊组31包括多个连接伺服电机的辊轴，辊轴的轴向垂直于y向，辊轴为橡胶辊，若弹簧12的弹力不足以使药箱5弹出，使用辊轴的主动驱动，使药箱5持续沿y向移动。
[0072]
为了防止药箱5滑出，并且能使药箱5被塞入到第一电池仓11或第二电池仓41，限位杆33被设置成能往复运动于转移平台3的第一端和第二端。
[0073]
在可选的实施例中，转移平台3上还设有线性驱动部件32，以带动限位杆33沿y向移动。
[0074]
结合图3a-4c所示，限位杆33包括第一组限位杆331和第二组限位杆332，第一组限位杆331位于转移平台3的第一端，第二组限位杆332位于转移平台3的第二端，限位杆33具有限位状态和收缩状态，在限位状态时，限位杆33位于转移平台3之上，在收缩状态时，限位杆33位于转移平台3之下。
[0075]
在优选的实施例中，线性驱动部件32包括伺服电机以及同步带，限位杆33被安装到同步带上，以保证实现往返于转移平台3的第一端和第二端，并能切换限位状态和收缩状态。
[0076]
在另外的实施例中，线性驱动部件32包括两个电动伸缩杆，能驱动第一组限位杆331或第二组限位杆332往返于转移平台3的第一端和第二端。且限位杆33被安装到周转部件上，使限位杆33能沿电动伸缩杆的轴线转动，切换限位状态和收缩状态。
[0077]
在可选的实施例中，为了保持在转移平台3转动时，药箱3不会被惯性甩出，第一组限位杆331在转移平台3转动时贴在药箱5的另一侧，保持药箱5被可靠定位。
[0078]
导向部件
[0079]
矫正药箱5输送到辊组31之前，若无人机1停放方向不准确，或药箱5弹出时发生偏移，可能导致药箱5无法被准确的沿y向输送，因此，转移平台3上设有导向部件，导向部件在转移平台3上形成导向通道，导向通道在转移平台3第一端的宽度大于在转移平台第二端的宽度。
[0080]
结合图6所示，在优选的示例中，导向部件为设置在转移平台3上的栏杆312，其中，栏杆312由转移平台3第一端向内收窄，形成倾斜的导向面，并在导向后保持药箱5被准确的沿y向输送至转移平台3的第二端。
[0081]
结合图7所示，在可选的示例中，导向部件包括设置在辊轴上的导向纹311，辊轴为橡胶辊，橡胶辊的外壁设有倾斜的导向纹311，导向纹为凸起的薄膜，当辊轴转动时，导向纹能将其表面的物体向内传送，一个辊轴的两端均设有向内传送的导向纹311，可以使位于辊轴上的物体向辊轴中心靠拢。
[0082]
结合图7所示，进一步的，辊组31沿转移平台3第一端至第二端的方向被分为导向区301和限位区302，位于导向区301中辊轴的上导向纹311由边缘向内宽度逐渐增加。
[0083]
如此，当药箱5由转移平台3第一端进入到辊组31时，通过导向纹311的导向作用，药箱5不断的被向中间靠拢，使即使处于边缘的药箱也能被导向至中间位置，保证药箱5到达转移平台3第二端时，被准确的沿y向输送。
[0084]
控制器
[0085]
控制器旨在实现控制转移机构的驱动状态，尤其是转移平台3与充电电池仓4以及
换电平台2之间的对接。
[0086]
结合图3a-3c所示，在卸载药箱5时：扶正机构21扶正好无人机1后，控制器被设置成能控制第一电池仓11内的脱扣机构解锁，同时转移机构3到预定位置等待，并控制第二组限位杆332处于限位状态，当脱扣机构沿z轴方向抵触锁扣51至预设状态解锁时，药箱5被弹簧12沿y向弹出第一电池仓11并滑动至辊组31上，且当药箱5抵触到第二组限位杆332时，转移平台3被控制器控制转动一百八十度。
[0087]
具体的，当药箱5抵触第二组限位杆332时，对第二组限位杆332产生压力，尤其是驱动第二组限位杆332的同步带获得推力，产生动作信号，控制器控制转移平台3转动一百八十度，然后再推动药箱5向第二电池仓41方向移动。
[0088]
进一步的，转移机构3沿z轴移动至空的第二电池仓41入口对应高度，第二组限位杆332被控制器控制向第二电池仓41的方向移动，将辊组31上的药箱5推入至第二电池仓41。
[0089]
结合图4a-图5所示，装载药箱5时：控制器控制转移平台3移动到带有备用药箱401的第二电池仓41，控制器控制第二电池仓41的脱扣机构解锁，当脱扣机构沿z轴方向抵触锁扣51至预设状态解锁时，药箱5被弹簧12沿y向弹出第二电池仓41并滑动至辊组31上，且当药箱5抵触到第二组限位杆332时，转移平台3被控制器控制转动一百八十度，并沿z轴移动至空的第一电池仓11入口对应高度，第二组限位杆332被控制器控制向第一电池仓11方向移动，将辊组31上的药箱5推入至第一电池仓11。
[0090]
【无人机换电方法】
[0091]
本发明提出另一种技术方案，一种无人机换电方法，包括以下步骤：
[0092]
步骤1、扶正定位：无人机1降落到换电平台2的预定位置；在可选的实施例中，无人机1可依靠自身的飞控能力，将无人机1停放在预定位置，可以控制第一电池仓11的出口在y向大致方向上。
[0093]
在优选的示例中，无人机1降落到换电平台2的预定位置后，被设置在换电平台2的扶正机构21将无人机1扶正至第一电池仓11对准y向，保持换电方向准确可靠。
[0094]
步骤2、卸出药箱：控制器控制转移平台3沿z向移动至第一电池仓11出口的延伸方向，优选为辊组31的上切面与第一电池仓11的底面位于同一水平高度，如此，以保证药箱5被弹出后，平稳的转移到辊组31上。
[0095]
同时控制第二组限位杆331处于限位状态，第一电池仓11内的脱扣机构解锁，使药箱5能被弹簧沿y向弹出。
[0096]
在可选的示例中，无人机1停放到换电平台2上，电磁部件感受到压力信号，通过计时器计时，以满足无人机1的扶正时间，在预设时间后，触发解锁，使第一压舌13顶开锁扣51，药箱5被弹簧12弹出。
[0097]
在其他的实施例中，电磁部件还可以设置成与无人机1之间进行通讯连接，以控制何时进行解锁。
[0098]
步骤3、转移药箱：药箱5从第一电池仓内11弹出滑动至转移平台的辊组31上，直至抵触到第二组限位杆331，控制器控制转移平台3沿z轴转动180
°
，然后沿z轴移动到合适的高度，到达空的第二电池仓41的入口处，第二组限位杆332推动药箱向第二电池仓41内移动，直至药箱5的锁扣51与第二电池仓41处于锁定状态。
[0099]
具体的，当药箱5由转移平台3第一端进入到辊组31时，通过导向纹311的导向作用，药箱5不断的被向中间靠拢，使即使处于边缘的药箱也能被导向至中间位置，保证药箱5到达转移平台3第二端时，被准确的沿y向输送，直至抵触到第二组限位杆331。
[0100]
在可选的实施例中，位于转移平台3上方处于限位状态的第二组限位杆331被同步带驱动，向第二电池仓41的方向传输，将药箱5向第二电池仓41方向推送，直至药箱5进入到第二电池仓41内，并且锁扣51与第二电池仓41内的卡槽卡合固定，此时药箱5可以在第二电池仓41内被补充电能或药液。
[0101]
步骤4、取出备用药箱401：控制器控制转移平台3移动至合适的高度，到达带有备用药箱401的第二电池仓41的入口处，第二组限位杆332返回至原位置，第二电池仓内的脱扣机构解锁，使药箱能被弹簧沿y向弹出；
[0102]
控制器控制第二电池仓41的脱扣机构解锁，当脱扣机构沿z轴方向抵触锁扣51至预设状态解锁时，药箱5被弹簧12沿y向弹出第二电池仓41并滑动至辊组31上。
[0103]
步骤5、装载药箱：药箱5从第二电池仓内41弹出滑动至转移平台3的辊组31上，直至抵触到第二组限位杆332，控制器控制转移平台3沿z轴转动180
°
，然后沿z轴移动到第一电池仓11的高度，第二组限位杆332推动药箱5向第一电池仓11内移动，直至药箱5的锁扣51与第一电池仓11处于锁定状态，完成换电。
[0104]
结合以上实施例：本发明提出的换电系统，通过第一电池仓和第二电池仓解锁弹出的方式，使药箱主动的转移到转移平台上的辊组上，并利用辊组配合限位杆的推动，将药箱转移到充电电池仓或无人机，部件间配合要求控制精度低，部件动作可靠性高，有利于大规模应用在农业生产。
[0105]
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。