一种多旋翼无人机机械臂自主更换电池的装置的制作方法

1.本发明属于多旋翼飞行器领域，具体涉及一种多旋翼无人机机械臂自主更换电池的装置。


背景技术：

2.多旋翼无人机凭借其良好的机动性、操控的平稳性等优点在各个行业都有着广泛的应用。在军事领域，其可应用于战场侦察、目标攻击、蜂群作战、通信中继等场合；在民用领域，其可应用于电力巡检、灾害救援、影视航拍、地理勘测、农业植保等场合。当前，在民用领域，随着数字化新基建对传统基础设施的升级，降低人力成本、提高巡检效率成为无人机在巡检巡逻领域的关键问题，无人化、自动化、智能化无疑将是无人机发展的重要方向。
3.但是，多旋翼无人机在续航方面的短板是制约其提高连续工作时间和巡检工作效率的瓶颈，大多数无人机持续工作时间不超过30分钟。人工充电或更换电池费时费力，影响工作效率，极大地限制了多旋翼无人机应用范围与工作模式。针对该问题，目前国内外相关机构已开发出了多种无人机场方案，其中大多数方案均采用了无人在无人机场进行自主充电的解决办法，该种方案在一定程度上解决了无人机人工更换电池的问题，但是，充电过程耗费时间较长，并未完全发挥出无人机无间断执行工作任务的全部潜能。


技术实现要素：

4.本发明的目的：为了解决无人机连续执行任务的续航能力问题，最大化提升无人机无间断执行任务能力，本发明提供了一种多旋翼飞行器电池更换模块。该模块可与机械臂末端机械爪配合完成无人机电池的自主拆装，模块为纯机械式结构，不依赖电气系统，结构简易，稳定可靠，操作机械卡扣即可完成电池的释放与锁定。进一步缩短了无人机能源补给过程的时间，提高了无间断工作能力，真正实现了无人机智能化、无人化、自动化水平。
5.本发明的技术方案：按照本发明提供的技术方案，该多旋翼无人机机械臂自主更换电池的装置包括：电池仓1、电池外壳2、电池3、电池外壳上盖4、限位板5、弹性卡扣6、平衡插头公头7、电源插头公头8、平衡插头母头9、电源插头母头10。
6.所述电池仓1包括：电池仓固定座101、卡槽102；所述电池外壳2包括：电池上盖固定接口201、卡扣安装槽202、平衡线线槽203、电源线线槽204；所述弹性卡扣6包括：卡扣固定板601、拆装夹持头602、弹性片603、锁紧卡头604。
7.优选地，所述弹性卡扣6通过卡扣固定板601固定于卡槽102中，弹性卡扣6可在卡槽102中上下滑动实现拆卸。
8.优选地，所述电池3置于电池外壳2腔体中；所述电池3的电源线置于电源线线槽204中，电池3的电源线与电源插头母头10相连接；所述电池3的平衡线置于平衡线线槽203中，电池3的平衡线与平衡插头母头9相连接。
9.优选地，所述电池外壳上盖4通过电池上盖固定接口201固定于电池外壳2上，将电池3固定于电池外壳2腔体中。
10.优选地，所述限位板5固定于电池外壳上盖4上，可限制弹性卡扣6上下滑动实现固定；限位板5外轮廓大于电池外壳上盖4的外轮廓，机械爪抓取弹性卡扣6后，限位板5可卡住机械爪，使电池外壳2顺利脱离电池仓1。
11.优选地，所述平衡插头公头7及电源插头公头8固定于电池仓1腔体底部。
12.优选地，所述电池外壳2可在电池仓1的腔体内上下滑动，机械爪夹持住拆装夹持头602后，电池外壳2可安装于电池仓1中，释放拆装夹持头602后，锁紧卡头604卡住卡槽102，电池外壳2锁定；拆卸电池时，机械爪夹持住拆装夹持头602后，锁紧卡头604脱离卡槽102，电池外壳2释放。
13.本发明的有益效果：本发明与现有技术相比，优点在于：
14.(1)与现有操作过程复杂的电池仓结构相比，本发明所涉及的电池仓结构简单，拆装电池过程快速便捷，拆装过程仅需对卡扣操作即可。在拆卸电池时，机械爪只需按下卡扣，电池即可释放，机械手随即可拆下电池；同理，安装电池时，机械爪抓取电池将其放入电池仓到位后，释放电池，卡扣即可卡入卡槽中实现电池锁定；本发明提出的电池仓可适配多种无人机型号，适配时，仅需将供电系统替换为本发明的电池仓即可，该无人机便可具备自主换电功能。
15.(2)本发明在设计上，增加了电池防插反设计，具体的，在电池仓底部设计有两个插头，两个插头非中心对称；使用时，若电池反装，则无法实现电池插合。
16.(3)常规的无人机自主更换电池模块基本为横向电池插拔设计，本发明所涉及的多旋翼无人机机械臂自主更换电池模块为上下式插拔结构，在机械臂插拔过程中进行上下纵向操作，相比于横向插拔过程，不会引起无人机的附加横向移动，使得操纵过程更加简易、便捷；同时纵向的电池仓体结构设计使得电池刀插在电池重力下接触得更紧密，不会在外部振动下出现松动、脱离等问题，增加了整个系统的可靠性。
17.(4)传统换电模式多利用电气系统作为辅助，本发明多旋翼无人机机械臂自主更换电池模块为纯机械式结构，不依赖电气系统；防止电气系统信号传导出错，导致换电环节中断；纯机械式结构屏蔽掉电气系统不可靠因素，使得系统更为可靠。
18.(5)该多旋翼飞行器电池更换模块解决了无人机续航时间问题，提升了巡检工作效率。同时，相比自主充电式方案，进一步节省了充电过程时间，提升了工作效率。兼具结构简单、操作便捷、可靠性高的优点。进一步扩展了无人机应用范围，挖掘了无人机应用潜能，提升了无人机智能化、无人化、自动化水平。
附图说明
19.图1为本发明整体结构爆炸图；
20.图2为本发明整体结构示意图；
21.图3为本发明卡扣安装示意图；
22.图4为本发明电池仓结构示意图；
23.图5为本发明电池外壳结构示意图；
24.图6为本发明卡扣结构示意图；
25.附图标记说明：
26.图1中，标号表示内容如下：1—电池仓、2—电池外壳、3—电池、4—电池外壳上盖、
5—限位板、6—卡扣；
27.图4中，标号表示内容如下：7—平衡插头公头、8—电源插头公头、101—电池仓固定座、102—卡槽；
28.图5中，标号表示内容如下：9—平衡插头母头、10—电源插头母头、201—电池上盖固定接口、202—卡扣安
29.装槽、203—平衡线线槽、204—电源线线槽；
30.图6中，标号表示内容如下：601—卡扣固定板、602—拆装夹持头、603—弹性片、604—锁紧卡头。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.如图1所示，本发明主要包括：电池仓1、电池外壳2、电池3、电池外壳上盖4、限位板5、弹性卡扣6、平衡插头公头7、电源插头公头8、平衡插头母头9、电源插头母头10；如图4所示，所述电池仓1包括：电池仓固定座101、卡槽102；如图5所示，所述电池外壳2包括：电池上盖固定接口201、卡扣安装槽202、平衡线线槽203、电源线线槽204；如图6所示，所述弹性卡扣6包括：卡扣固定板601、拆装夹持头602、弹性片603、锁紧卡头604。
33.所述电池3置于电池外壳2腔体中；所述电池3的电源线置于电源线线槽204中，电池3的电源线与电源插头母头10相连接；所述电池3的平衡线置于平衡线线槽203中，电池3的平衡线与平衡插头母头9相连接；所述电池外壳上盖4通过电池上盖固定接口201固定于电池外壳2上，将电池3固定于电池外壳2腔体中；所述限位板5固定于电池外壳上盖4上，可限制弹性卡扣6上下滑动实现固定；限位板5外轮廓大于电池外壳上盖4的外轮廓，机械爪抓取弹性卡扣6后，限位板5可卡住机械爪，使电池外壳2顺利脱离电池仓1；所述平衡插头公头7及电源插头公头8固定于电池仓1腔体底部；所述电池外壳2可在电池仓1的腔体内上下滑动，机械爪夹持住拆装夹持头602后，电池外壳2可安装于电池仓1中，释放拆装夹持头602后，锁紧卡头604卡住卡槽102，电池外壳2锁定；拆卸电池时，机械爪夹持住拆装夹持头602后，锁紧卡头604脱离卡槽102，电池外壳2释放；平衡插头公头7及电源插头公头8采用非中心对称布置。
34.具体应用时，如图1、图2所示，当无人机在工作状态时，电池外壳2安装于电池仓1中，卡扣6卡在卡槽102中，电池处于锁紧状态。当电池低电量需要更换电池时，无人机降落，机械爪由上部靠近电池外壳2，机械爪夹持住卡扣6的拆装夹持头602，此时弹性片603产生弹性变形，卡扣6的锁紧卡头604会脱离卡槽102，此时电池外壳2即实现了解锁释放，机械爪夹持电池外壳2向上运动即可完成电池拆卸；同理，安装电池时，机械爪夹持住拆装夹持头602，由电池仓1上方将电池外壳2慢慢放入电池仓1腔体内，平衡插头公头7与平衡插头母头9对接连接，电源插头公头8与电源插头母头10对接连接，电池外壳2安装到位，机械爪释放，卡扣6的锁紧卡头604卡入卡槽102，电池外壳2实现锁定，更换电池完成，无人机继续执行中断的任务。
35.以上所述，仅为本发明的具体实施例，对本发明进行详细描述，未详尽部分为常规技术。但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种多旋翼无人机机械臂自主更换电池的装置，其特征在于，所述装置包括：电池仓、电池外壳、电池、电池外壳上盖、限位板、弹性卡扣、平衡插头公头、电源插头公头、平衡插头母头、电源插头母头；所述电池仓包括：电池仓固定座、卡槽；所述电池外壳包括：电池上盖固定接口、卡扣安装槽、平衡线线槽、电源线线槽；所述弹性卡扣包括：卡扣固定板、拆装夹持头、弹性片、锁紧卡头。2.如权利要求1所述的多旋翼无人机机械臂自主更换电池的装置，其特征在于，所述弹性卡扣通过卡扣固定板固定于卡槽中，弹性卡扣可在卡槽中上下滑动实现拆卸。3.如权利要求1所述的多旋翼无人机机械臂自主更换电池的装置，其特征在于，所述电池置于电池外壳腔体中；所述电池的电源线置于电源线线槽中，电池的电源线与电源插头母头相连接；所述电池的平衡线置于平衡线线槽中，电池的平衡线与平衡插头母头相连接。4.如权利要求1所述的多旋翼无人机机械臂自主更换电池的装置，其特征在于，所述电池外壳上盖通过电池上盖固定接口固定于电池外壳上，将电池固定于电池外壳腔体中。5.如权利要求1所述的多旋翼无人机机械臂自主更换电池的装置，其特征在于，所述限位板固定于电池外壳上盖上，可限制弹性卡扣上下滑动实现固定；限位板外轮廓大于电池外壳上盖的外轮廓，机械爪抓取弹性卡扣后，限位板可卡住机械爪，使电池外壳顺利脱离电池仓。6.如权利要求1所述的多旋翼无人机机械臂自主更换电池的装置，其特征在于，所述平衡插头公头及电源插头公头固定于电池仓腔体底部。7.如权利要求6所述的多旋翼无人机机械臂自主更换电池的装置，其特征在于，两个插头非中心对称；使用时，若电池反装，则无法实现电池插合。8.如权利要求1所述的多旋翼无人机机械臂自主更换电池的装置，其特征在于，所述电池外壳可在电池仓的腔体内上下滑动，机械爪夹持住拆装夹持头后，电池外壳可安装于电池仓中，释放拆装夹持头后，锁紧卡头卡住卡槽，电池外壳锁定；拆卸电池时，机械爪夹持住拆装夹持头后，锁紧卡头脱离卡槽，电池外壳释放。

技术总结
本发明属于多旋翼飞行器领域，具体涉及一种多旋翼无人机机械臂自主更换电池的装置。本发明解决无人机连续执行任务的续航能力问题，最大化提升无人机无间断执行任务能力，本发明提供了一种多旋翼飞行器电池更换模块。该模块可与机械臂末端机械爪配合完成无人机电池的自主拆装，模块为纯机械式结构，不依赖电气系统，结构简易，稳定可靠，操作机械卡扣即可完成电池的释放与锁定。进一步缩短了无人机能源补给过程的时间，提高了无间断工作能力，真正实现了无人机智能化、无人化、自动化水平。自动化水平。自动化水平。


技术研发人员：余立强 侯祥民 黄志勇 王可心 马东林 周亨 张学东 王兆山 郭佼
受保护的技术使用者：江西神州六合直升机有限责任公司
技术研发日：2022.11.17
技术公布日：2023/5/12