全自动充换电无人机机场的制作方法

1.本实用新型属于无人机技术领域，尤其涉及一种全自动充换电无人机机场。


背景技术：

2.随着对无人机应用价值认知的加深，无人机在消费级、工业级和军用级市场均呈现出迅猛发展之势，在诸多领域得到越来越多的运用。但是无人机的续航时间成为了阻碍无人机发展的最大瓶颈，虽然锂电池是目前市场上综合性能最好的电池，但依旧无法完全满足无人机续航需求，因此在无人机使用过程中必须要考虑到无人机充电问题。
3.目前无人机换电池存在以下缺点：无人机需要频繁充电、换电池操作，按照传统方式由工作人员手动为之换电池需要巨大的人力投入，且需要人员值守，无法长时间在野外工作。无人机机场应运而生，但现有无人机机场的电池都是放入单独的充电槽内进行充电，当无人机需要返航换电池时，无人机落在无人机机场起降平台后，整个起降平台带动无人机降落至无人机机场内部进行自动换电操作，导致无人机机场尺寸要非常大，需要容纳起降平台的空间，增加了全自动无人机机舱整体的尺寸及重量，成本也增高。整个起降平台带动无人机降落后，机械臂工作夹取电池放入充电槽内，再夹取已经充满的电池放回无人机内。通过机械臂进行夹取、存放电池，控制机械臂运行程序及运行轨迹非常复杂，使得无人机机场尺寸大且造价非常昂贵。再者，由于无人机降落后存在一定的位置误差，机械臂无法精准夹取电池，也给无人机自动换电池带来难题，需要采用复杂的工序使无人机降落到精准的位置。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种成本低、空间小、结构紧凑，不需要机械臂夹取电池，控制逻辑简单且稳定性强的全自动充换电无人机机场。旨在解决现有技术中无人机充、换电工序复杂且无人机机舱整体尺寸大、重量重、成本高的技术问题。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：提供一种全自动充换电无人机机场，包括机舱及活动的机舱门，所述机舱内设有支架、起降平台机构、升降机构及充换电机构，所述起降平台机构包括降落板、横向归中装置及纵向夹紧装置，所述降落板置于所述支架上方，通过所述支架固定在所述机舱内，所述横向归中装置置于起降板上表面，横向往复运动推动无人机向起降板中心运动；所述降落板上设有“工”字型通孔，所述纵向夹紧装置位于通孔内用于纵向夹紧、松开无人机，并通过升降机构驱动通过通孔上、下运动，所述升降机构置于纵向夹紧装置下方用于驱动纵向夹紧装置上、下运动，所述充换电机构置于纵向夹紧装置下方并与纵向夹紧装置垂直，所述充换电机构包括两对称设置的电池槽、备用电池驱动装置，两池槽之间设有容置腔，备用电池置于任一所述电池槽内充电，备用电池驱动装置推动备用电池在电池槽内往返运动，所述纵向夹紧装置夹紧无人机在升降机构的带动向下运动至所述容置腔内进行换电。
6.进一步的，所述活动的机舱门包括左、右两扇机舱门，分别通过左右活动连杆与所
述机舱连接，所述活动连杆通过舱门电机驱动平行摆臂旋转开、关机舱门。
7.进一步的，所述纵向夹紧装置包括对称设置的两夹持部、两丝杆、两第一电机及两支撑板，所述两夹持部分别置于所述起降板纵向两侧，所述两撑板形状与所述通孔适配，当无人机起飞或降落时，所述两支撑板与所述降落板在同一平面上，所述两第一电机分别驱动所述两丝杆运动，所述两丝杆分别带动两夹持部往复运动，当无人机降落时夹持无人机纵向归中；当无人机起飞时松开无人机。
8.进一步的，所述横向归中装置包括对称设置的两推杆、两第二电机，所述两推杆分别置于所述起降板横向两侧，所述两第二电机分别驱动两推杆横向往复运动，无人机降落在起降板上后推动无人机进行横向归中。
9.进一步的，所述升降机构包括固定块、伸缩杆及升降电机，通过所述固定块将纵向夹紧装置与所述伸缩杆连接，所述伸缩杆在升降电机的推动下伸缩运动，进而使纵向夹紧装置向上、向下运动。
10.进一步的，所述备用电池驱动装置包括底板、电池推板及换电电机，所述底板位于电池槽底部，所述电池推板分别设于所述底板两端，所述换电电机驱动电池推板推动备用电池在电池槽内往返运动。
11.进一步的，所述备用电池驱动装置还包括滑块及导轨，所述导轨固定在所述电池槽的两侧通过所述滑块与所述电池推板连接，所述电池推板通过滑块在所述导轨上往返运动。
12.进一步的，所述电池槽内设有横向插入方式的充电插头，备用电池通过所述充电插头进行充电。
13.进一步的，所述电池槽内能容纳一块及一块以上的备用电池。
14.进一步的，所述机舱门上表面设有气象站，所述气象站用于采集环境温湿度、压强、风速及雨量数据。
15.本实用新型的有益效果在于：全自动充换电无人机机场，通过在起降平台机构上设“工”字型通孔，无人机在横向归中装置及纵向夹紧装置先后的作用下归中，纵向夹紧装置夹紧无人机在升降机构的带动下运动至充换电机构内进行换电。无需整个起降平台下降进行换电，有效降低全自动充换电无人机机场的整体重量、节省空间。备用电池置于充换电机构电池槽内，当无人机需要换电池时，纵向夹紧装置夹紧无人机经升降机构的驱动向下移动，备用电池驱动装置推动备用电池水平移动一个电池的距离，无人机内需要充电的电池同步推动，充满电的备用电池推入无人机内，纵向夹紧装置夹紧无人机在升降机构的驱动下向上运动至与起降板平行后执行飞行任务，完成一次换电操作步骤。该结构简单，成本低，对无人机降落后电池位置的精度要求低，无需机械臂夹取电池节约成本、控制逻辑简单且稳定性强，同时也减少了无人机机场的尺寸，方便运输。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本实用新型全自动充换电无人机机场立体图；
18.图2为本实用新型全自动充换电无人机机场开门状态示意图；
19.图3为本实用新型全自动充换电无人机机场机舱内部示意图；
20.图4为本实用新型纵向夹紧装置夹紧无人机向下运动示意图；
21.图5为本实用新型纵向夹紧装置夹紧无人机换电后向上运动示意图；
22.图6为本实用新型充换电机构对无人机进行换电示意图；
23.图7为本实用新型纵向夹紧装置夹紧无人机示意图；
24.图8为本实用新型起降平台机构示意图；
25.图9为本实用新型充换电机构示意图；
26.图10为本实用新型充换电机构爆炸图；
27.图11为本实用新型升降机构示意图。
28.标号说明：
29.10、无人机；11、螺旋桨；12、电池；13、备用电池；
30.20、机场；21、机舱；22、机舱门；23、活动连杆；
31.231、舱门电机；24、支架；25、气象站；26、图传天线；
32.27、起降平台机构；271、降落板；272、横向归中装置；2721、推杆；
33.273、纵向夹紧装置；2731、支撑板；2732、夹持部；2733、丝杆；
34.28、充换电机构；281、备用电池驱动装置；282、电池槽；
35.283、导轨；284、充电插头；285、容置腔；286、滑块；
36.287、底板288、电池推板；289、换电电机；
37.29、升降机构；291、固定块；292、丝杆；293、升降电机；294、升降板。
具体实施方式
38.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
39.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
40.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
41.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个
元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
42.如图1～11所示，本实用新型实施例提供一种全自动充换电无人机机场20，包括机舱21及活动的机舱门22，所述机舱21内设有支架24、起降平台机构27、升降机构29及充换电机构28，所述起降平台机构27包括降落板271、横向归中装置272及纵向夹紧装置273，所述降落板271置于所述支架24上方，通过所述支架24固定在所述机舱21内，所述横向归中装置272置于起降板271上表面，横向往复运动推动无人机10向起降板中心运动；所述降落板271上设有“工”字型通孔，所述纵向夹紧装置273位于通孔内用于纵向夹紧、松开无人机10，无人机10的螺旋桨11回收到水平位置，升降机构29驱动通过通孔上、下运动，所述升降机构29置于纵向夹紧装置273下方用于驱动纵向夹紧装置273上、下运动，所述充换电机构28置于纵向夹紧装置273下方并与纵向夹紧装置273垂直，所述充换电机构28包括两对称设置的电池槽282、备用电池驱动装置281，电池槽282之间设有容置腔285，备用电池13置于任一所述电池槽282内充电，备用电池驱动装置281推动备用电池13在电池槽282内往返运动，所述纵向夹紧装置273夹紧无人机10在升降机构29的带动向下运动至所述容置腔285内进行换电。无人机10优选设有4个螺旋桨，电池12给无人机供电。当电池12低电时，无人机需要返回全自动充换电无人机机场进行换电，换上备用电池13继续执行飞行任务。换下来的电池12在机场内进行充电。
43.本实用新型全自动充换电无人机机场，通过在起降平台机构上设“工”字型通孔，无人机在横向归中装置及纵向夹紧装置先后的作用下归中，纵向夹紧装置夹紧无人机在升降机构的带动下运动至充换电机构内进行换电。无需整个起降平台下降进行换电，有效降低全自动充换电无人机机场的整体重量、节省空间。备用电池置于充换电机构电池槽内，当无人机需要换电池时，纵向夹紧装置夹紧无人机经升降机构的驱动向下移动，备用电池驱动装置推动备用电池水平移动一个电池的距离，无人机内需要充电的电池同步推动，充满电的备用电池推入无人机电池槽内，纵向夹紧装置夹紧无人机在升降机构的驱动下向上运动至与起降板平行后执行飞行任务，完成一次换电操作步骤。支架采用碳纤维方管制作，重量只有传统铝型材框架的四分之一，充换电机构大面积架构件都采用碳纤维板材加工制作，连接件采用铝合金件制作，重量相对全金属的机构重量轻一半，本全自动充换电无人机机场结构简单、重量轻、成本低，对无人机降落后电池位置的精度要求低，无需机械臂夹取电池节约成本、控制逻辑简单且稳定性强，同时也减少了无人机机场的尺寸，方便运输。
44.进一步的，如图1-图3所示，所述活动的机舱门22包括左、右两扇机舱门，分别通过左右活动连杆23与所述机舱21连接，所述活动连杆23通过舱门电机231驱动平行摆臂旋转开、关机舱门。机舱门采用平行摆臂旋转架构，在有限的机场体积下，无人机能有更大的降落面积，也不会应为机舱门的阻挡产生扰流影响降落。
45.进一步的，如图6、图7所示，所述纵向夹紧装置273包括对称设置的两夹持部2732、两丝杆2733、两第一电机及两支撑板2731，所述两夹持部2732分别置于所述起降板271纵向两侧，所述两撑板2731形状与所述通孔适配，当无人机起飞或降落时，所述两支撑板2731与所述降落板271在同一平面上，所述两第一电机分别驱动所述两丝杆2733运动，所述两丝杆2733分别带动两夹持部2732往复运动，当无人机10降落时夹持无人机纵向归中；当无人机起飞时松开无人机。优选的，夹持部2732为楔形，当需要固定无人机时，所述夹持部在两第
一电机的带动下夹紧无人机。本实施例通过丝杆带动夹持部夹紧及带动无人机运动，使得无人机能准确定位，防止晃动，提高了换电时无人机电池位置的精度。同时，纵向夹紧装置采用碳纤维板材加工制作，连接件采用铝合金件制作，降落板为吸塑成型件，重量相对全金属的机构重量更轻，对升降机构的电机扭矩要求更低，更容易实现。
46.进一步的，如图4、图8所示，所述横向归中装置272包括对称设置的两推杆2721、两第二电机，所述两推杆2721分别置于所述起降板271横向两侧，所述两第二电机分别驱动两推杆2721横向往复运动，无人机降落在起降板271上后两推杆2721推动无人机进行横向归中。本实施例中为两第二电机，也可以设置4个第二电机，分别置于起降板的四角，进一步防止推杆晃动，在推无人机归中的过程中使无人机平稳移动。
47.进一步的，如图4、图5所示，所述夹持部为楔形，当需要固定无人机时，所述夹持部在两第一电机的带动下夹紧无人机。通过楔形设计使得夹持无人机更稳定。
48.进一步的，如图11所示，所述升降机构29包括固定块291、伸缩杆292及升降电机293，通过所述固定块291将纵向夹紧装置273与所述伸缩杆292连接，所述伸缩杆292在升降电机293的推动下伸缩运动，进而使纵向夹紧装置272向上、向下运动。本实施例中，优选还设有升降板294，伸缩杆通过升降板运动，当向下运动至升降板294时，进行换电操作步骤，换电完成后伸缩杆向上运动。升降机构设为伸缩杆结构，安装方便，且可实现模块化组装。
49.进一步的，如图9、图10所示，所述备用电池驱动装置281包括底板287、电池推板288及换电电机289，所述底板287位于电池槽282底部，所述电池推板288分别设于所述底板287两端，所述换电电机289驱动电池推板288推动备用电池13在电池槽282内往返运动。
50.进一步的，图10所示，所述备用电池驱动装置281还包括滑块286及导轨283，所述导轨283固定在所述电池槽282的两侧通过所述滑块286与所述电池推板288连接，所述电池推板288通过滑块286在所述导轨283上往返运动。
51.进一步的，图9、图10所示，所述电池槽282内设有横向插入方式的充电插头284，备用电池13通过所述充电插头284进行充电。充电插头采用横向插入方式，方便备用电池移动，可以实现快速充、换电。
52.进一步的，图9、图10所示，所述电池槽282内能容纳一块及一块以上的备用电池13，优选为3块备用电池。
53.进一步的，图1、图2所示，所述机舱门上表面设有气象站25，所述气象站25用于采集环境温湿度、压强、风速及雨量数据。优选的，在机舱门上表面上还设有图传天线26，提高图像传输的质量。
54.本实用新型中，所有电机都采用外转子无刷减速电机，相同扭矩下相比传统的伺服电机体积更小、重量更轻。
55.如4-图6所示，本实用新型全自动充换电无人机机场工作流程如下：
56.无人机无需执行飞行任务时，停放在本全自动充换电无人机机场内。当需要执行飞行任务时，打开机舱门，升降机构驱动纵向夹紧装置向上运动与起降板平行，纵向夹紧装置松开无人机，无人机起飞执行飞行任务。当无人机飞行电力不足时，无人机电量低进行报警，返回无人机机场进行换电池，无人机自动返航，降落到本全自动充换电无人机机场的起降板上，因降落点的精度问题，需要对无人机位置进行调整。此时，横向归中装置工作，横向归中装置的横杆推动无人机向起降板横向中心运动，当无人机到达起降板横向中心时，纵
向夹紧装置开始工作，在第一电机的作用下，丝杆转动带动夹紧部运动无人机，使得无人机运动至起降板纵向中心位置。至此，无人机完成位置归中，位于通孔内。而后，纵向夹紧装置夹紧无人机在升降机构的作用下降到设定位置时进行换电操作。此时，充换电机构开始工作，备用电池驱动装置推动备用电池水平移动一个电池的距离，无人机内需要充电的电池同步推动，充满电的备用电池推入无人机内，纵向夹紧装置夹紧无人机在升降机构的驱动下向上运动至与起降板平行后，纵向夹紧装置松开无人机，无人机起飞执行飞行任务，完成一次换电操作步骤。如此往复。换下来的电池在全自动无人机机场内进行充电，可以循环往复多次使用。需要换电时重复上述步骤，在此不再一一赘述。
57.综上所述，本实用新型结构简单，成本低。纵向夹紧机构夹紧无人机在通孔内运动，而不需要整个起降平台上、下运动，节省空间，采用碳纤维材料，所有电机都采用外转子无刷减速电机，减轻无人机机场的尺寸、重量。节约成本、方便运输、方便自动化操作。并通过简单的控制逻辑就能实现，不需要机械臂夹、取电池。且对无人机降落的位置精度要求底，同时也减少了无人机机场的成本。
58.以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

技术特征：
1.全自动充换电无人机机场，其特征在于：包括机舱及活动的机舱门，所述机舱内设有支架、起降平台机构、升降机构及充换电机构，所述起降平台机构包括降落板、横向归中装置及纵向夹紧装置，所述降落板置于所述支架上方，通过所述支架固定在所述机舱内，所述横向归中装置置于起降板上表面，横向往复运动推动无人机向起降板中心运动；所述降落板上设有“工”字型通孔，所述纵向夹紧装置位于通孔内用于纵向夹紧、松开无人机，并通过升降机构驱动通过通孔上、下运动，所述升降机构置于纵向夹紧装置下方用于驱动纵向夹紧装置上、下运动，所述充换电机构置于纵向夹紧装置下方并与纵向夹紧装置垂直，所述充换电机构包括两对称设置的电池槽、备用电池驱动装置，两池槽之间设有容置腔，备用电池置于任一所述电池槽内充电，备用电池驱动装置推动备用电池在电池槽内往返运动，所述纵向夹紧装置夹紧无人机在升降机构的带动向下运动至所述容置腔内进行换电。2.根据权利要求1所述的全自动充换电无人机机场，其特征在于，所述活动的机舱门包括左、右两扇机舱门，分别通过左右活动连杆与所述机舱连接，所述活动连杆通过舱门电机驱动平行摆臂旋转开、关机舱门。3.根据权利要求1所述的全自动充换电无人机机场，其特征在于，所述纵向夹紧装置包括对称设置的两夹持部、两丝杆、两第一电机及两支撑板，所述两夹持部分别置于所述起降板纵向两侧，所述两支撑板形状与所述通孔适配，当无人机起飞或降落时，所述两支撑板与所述降落板在同一平面上，所述两第一电机分别驱动所述两丝杆运动，所述两丝杆分别带动两夹持部往复运动，当无人机降落时夹持无人机纵向归中；当无人机起飞时松开无人机。4.根据权利要求1所述的全自动充换电无人机机场，其特征在于，所述横向归中装置包括对称设置的两推杆、两第二电机，所述两推杆分别置于所述起降板横向两侧，所述两第二电机分别驱动两推杆横向往复运动，无人机降落在起降板上后推动无人机进行横向归中。5.根据权利要求1所述的全自动充换电无人机机场，其特征在于，所述升降机构包括固定块、伸缩杆及升降电机，通过所述固定块将纵向夹紧装置与所述伸缩杆连接，所述伸缩杆在升降电机的推动下伸缩运动，进而使纵向夹紧装置向上、向下运动。6.根据权利要求1所述的全自动充换电无人机机场，其特征在于，所述备用电池驱动装置包括底板、电池推板及换电电机，所述底板位于电池槽底部，所述电池推板分别设于所述底板两端，所述换电电机驱动电池推板推动备用电池在电池槽内往返运动。7.根据权利要求6所述的全自动充换电无人机机场，其特征在于，所述备用电池驱动装置还包括滑块及导轨，所述导轨固定在所述电池槽的两侧通过所述滑块与所述电池推板连接，所述电池推板通过滑块在所述导轨上往返运动。8.根据权利要求6所述的全自动充换电无人机机场，其特征在于，所述电池槽内设有横向插入方式的充电插头，备用电池通过所述充电插头进行充电。9.根据权利要求1所述的全自动充换电无人机机场，其特征在于，所述电池槽内能容纳一块及一块以上的备用电池。10.根据权利要求1所述的全自动充换电无人机机场，其特征在于，所述机舱门上表面设有气象站，所述气象站用于采集环境温湿度、压强、风速及雨量数据。

技术总结
本实用新型提供一种全自动充换电无人机机场，包括机舱及活动的机舱门，所述机舱内设有支架、起降平台机构、升降机构及充换电机构，所述起降平台机构包括降落板、横向归中装置及纵向夹紧装置，降落板上设有“工”字型通孔，纵向夹紧装置位于通孔内用于纵向夹紧、松开无人机，并通过升降机构驱动通过通孔上、下运动，升降机构置于纵向夹紧装置下方用于驱动纵向夹紧装置上、下运动，充换电机构置于纵向夹紧装置下方并与纵向夹紧装置垂直，纵向夹紧装置夹紧无人机在升降机构的带动向下运动至所述充换电机构内进行换电，本实用新型结构简单，成本低，方便运输。且通过充电换机构对电池进行充、换电，不需要机械臂夹取电池，控制逻辑简单且稳定性强。且稳定性强。且稳定性强。


技术研发人员：李坤煌
受保护的技术使用者：深圳高度创新技术有限公司
技术研发日：2023.01.18
技术公布日：2023/6/20