一种基于升降平台车的无人机换电池及入库系统

1.本发明涉及了一种无人机换电池及入库系统，具体涉及一种基于升降平台车的无人机换电池及入库系统。


背景技术：

2.多旋翼无人机经常用于监测、搜索等任务，但其持续工作的时间很短，需要及时更换电池来继续完成空中侦察。
3.目前也有许多专利依靠地面车辆或无人机箱来更换电池，但均需要无人机先降落到指定地点，对无人机降落的精度有要求，增加了无人机的控制难度，此外，现有的方案无法实现同时对多架无人机更换电池。


技术实现要素：

4.为了解决背景技术中存在的问题，本发明所提供一种基于升降平台车的无人机换电池及入库系统，能够实现无人机电池的自动更换，并且更换结构简单，可以用于需要无人机长时间工作的场景。
5.本发明采用的技术方案是：
6.一、一种基于升降平台车的无人机换电池及入库系统：
7.无人机换电池及入库系统包括无人机、两个动力电池盒、两个升降平台车和无人机仓库，无人机、两个动力电池盒和两个升降平台车均位于无人机仓库中；无人机的底部中心安装有一个动力电池盒并相互电连接，其中一个升降平台车的顶部中心放置有另一个动力电池盒；无人机和两个升降平台车无线连接外部任务规划控制站；更换电池时升降平台车位于无人机下方并为无人机更换动力电池盒。
8.所述的无人机的底部中心安装有电池对接平台，电池对接平台的底部安装有四个激光发射器、两个电磁铁和一个动力电池母头，四个激光发射器对称安装在电池对接平台底部的四个顶角处，动力电池母头安装在电池对接平台的底部中心，两个电磁铁安装在电池对接平台的底部并位于动力电池母头的对称两侧，其中一个动力电池盒通过两个电磁铁和一个动力电池母头安装在电池对接平台的底部并相互电连接；四个激光发射器、两个电磁铁和一个动力电池母头均电连接无人机内部的无人机控制模块，无人机控制模块无线连接外部任务规划控制站。电池对接平台上的激光发射器、电磁铁由无人机自身的动力电池供电。
9.所述的动力电池盒包括电池盒体、两个det电工纯铁和一个动力电池公头，动力电池公头安装在电池盒体的顶部中心，两个det电工纯铁安装在电池盒体的顶部并位于动力电池公头的对称两侧；动力电池公头电连接电池盒体；安装在电池对接平台底部的其中一个动力电池盒的两个det电工纯铁和无人机的两个电磁铁分别相对布置并相互磁吸，动力电池盒的动力电池公头和无人机的动力电池母头相互正对插接，无人机通过动力电池母头和动力电池公头电连接动力电池盒的电池盒体。无人机可以控制电磁铁的通断，实现电磁
铁与det电工纯铁的分离与结合。
10.所述的动力电池盒的动力电池公头所在的一侧面的尺寸小于无人机的电池对接平台的底面的尺寸。
11.所述的每个升降平台车包括两个驱动轮后轮、两个驱动轮前轮、两个车桥、支架结构和升起平台，两个驱动轮后轮分别套装在其中一个车桥的两端，两个驱动轮前轮分别套装在另一个车桥的两端，两个车桥通过支架结构安装在升起平台的底部；升起平台的顶面中部开设有凹槽，升起平台的顶面四个顶角处还分别对称安装有激光接收器，四个激光接收器对称布置于凹槽外，四个激光接收器分别正对无人机的四个激光发射器；放置在其中一个升降平台车的顶部中心的另一个动力电池盒的远离动力电池公头的一侧部置于凹槽内；两个驱动轮后轮、两个驱动轮前轮和四个激光接收器均电连接升降平台车内部的平台车控制模块，平台车控制模块无线连接外部任务规划控制站。
12.四个激光发射器发出的激光能够对应被四个激光接收器接收，用于定位升降平台车的位置，四个激光接收器能够保证动力电池公头的位置正确。四个激光发射器的位置与四个激光接收器的位置一一对应，激光发射器发出的激光能够被激光接收器接收，用于定位升降平台车的位置。
13.动力电池公头与动力电池母头之间的配合能够确保电磁铁断开后，动力电池盒能够掉落。动力电池盒与平台的凹槽之间的配合能够确保动力电池盒在升降平台车运动过程中不掉落，并且两者之间的摩擦力总和小于电磁铁与det电工纯铁之间的吸引力。
14.所述的动力电池盒的远离动力电池公头的一侧部的尺寸和升起平台的凹槽的尺寸相同。
15.所述的支架结构包括第一支架和第二支架，升起平台的底部的一侧还设有水平的沿升降平台车前进方向的滑槽，滑槽内设有沿滑槽滑动的滑块，其中一个车桥的中部铰接第一支架的一端，第一支架的另一端铰接在升起平台的底部靠近另一个车桥的一侧；滑槽位于升起平台的底部远离另一个车桥的一侧，另一个车桥的中部铰接第二支架的一端，第二支架的另一端连接滑块；第一支架和第二支架呈x型布置，第一支架和第二支架的中部铰接。
16.所述的滑槽的长度小于升降平台车长度的一半。
17.二、一种无人机换电池及入库系统的控制方法：
18.方法包括如下步骤：
19.所述的无人机在更换电池时，首先通过外部任务规划控制站控制平台车控制模块将未放置动力电池盒的一台升降平台车行驶至无人机的正下方，然后无人机的无人机控制模块断开两个电磁铁，两个电磁铁和两个det电工纯铁的分离，动力电池公头和动力电池母头断开，需要充电的动力电池盒落入升降平台车的凹槽内，取下动力电池盒；然后外部任务规划控制站控制平台车控制模块将放置有动力电池盒的另一台升降平台车行驶至无人机的正下方，无人机控制模块开启两个电磁铁，使得两个电磁铁和动力电池盒的两个电磁铁磁吸，进而将充满电的动力电池盒安装到无人机的底部，使得动力电池公头和动力电池母头插接，完成无人机的电池更换。
20.升降平台车在移动和更换电池过程中，通过外部任务规划控制站控制平台车控制模块将两个驱动后轮锁止或两个驱动前轮锁止，控制两个驱动后轮靠近两个驱动前轮，从
而通过支架结构将升起平台竖直向上抬升，控制两个驱动后轮远离两个驱动前轮，从而通过支架结构将升起平台竖直向下降低。
21.当无人机完成工作后，通过外部任务规划控制站控制平台车控制模块将未放置动力电池盒的一台升降平台车行驶至无人机的正下方，无人机向下降落同在升降平台车顶面，使得无人机下方的动力电池盒嵌入升降平台车的凹槽内，外部任务规划控制站控制平台车控制模块使得升降平台车将无人机运送至无人机仓库中。
22.升降平台车的驱动后轮与驱动前轮可通过电机独立驱动或锁止，当驱动前轮固定，驱动后轮向驱动前轮的方向移动时，第一支架与第二支架之间、第一支架与车桥之间、第二支架与升起平台之间、第二支架与车桥之间发生转动，第二支架与升起平台之间发生滑动，升起平台水平向上移动。
23.本发明的有益效果是：
24.1、升降平台车可以通过升起平台来增加纵向通过角，提高车辆的越野性能。
25.2、无需无人机返航到指定地点，提前将升降平台车行驶到电量不足的无人机附近，提高工作效率。
26.3、升降平台车体积不大，便于携带，容易移植到任意需要无人机持续工作的场景中。
27.4、通过布置多辆升降平台车，可以对多架无人机进行电池更换，实现无人机和升降平台车的协同工作系统。
28.5、升降平台车可以托起无人机进行运动，将无人机运送回仓库或其他指定位置，回收方便。
29.总之，本发明能够实现无人机电池的自动更换，并且能将无人机运送回无人机仓库，此外，多辆升降平台车可以同时为多架无人机更换电池以及运送无人机，此系统可以用于无人机群机场，实现无人机的自动化工作。
附图说明
30.图1为本发明无人机换电池及入库系统的立体结构图；
31.图2为本发明无人机底部电池对接平台结构图；
32.图3为本发明升降平台车的顶部结构图；
33.图4为本发明升降平台车的纵向截面图；
34.图5为本发明动力电池盒的立体结构图；
35.图中：10、无人机，11、电池对接平台，12、激光发射器，13、电磁铁，14、动力电池母头，20、动力电池盒，21、det4电工纯铁，22、动力电池公头，30、升降平台车，31、驱动轮后轮，32、驱动轮前轮，33、车桥，34、第一支架，35、第一支架，36、升起平台，361、滑槽，362、凹槽，363、激光接收器，37、滑块，40、无人机仓库。
具体实施方式
36.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术的附图，对本技术的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，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技术方案是示例性
的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。基于本技术中的技术方案，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
37.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
38.本发明的无人机换电池及入库系统包括无人机10、两个动力电池盒20、两个升降平台车30和无人机仓库40，无人机10、两个动力电池盒20和两个升降平台车30均位于无人机仓库40中；无人机10的底部中心安装有一个动力电池盒20并相互电连接，其中一个升降平台车30的顶部中心放置有另一个动力电池盒20；无人机10和两个升降平台车30无线连接外部任务规划控制站；更换电池时升降平台车30位于无人机10下方并为无人机10更换动力电池盒20。
39.无人机10的底部中心安装有电池对接平台11，电池对接平台11的底部安装有四个激光发射器12、两个电磁铁13和一个动力电池母头14，四个激光发射器12对称安装在电池对接平台11底部的四个顶角处，动力电池母头14安装在电池对接平台11的底部中心，两个电磁铁13安装在电池对接平台11的底部并位于动力电池母头14的对称两侧，其中一个动力电池盒20通过两个电磁铁13和一个动力电池母头14安装在电池对接平台11的底部并相互电连接；四个激光发射器12、两个电磁铁13和一个动力电池母头14均电连接无人机10内部的无人机控制模块，无人机控制模块无线连接外部任务规划控制站。电池对接平台11上的激光发射器12、电磁铁13由无人机自身的动力电池供电。
40.动力电池盒20包括电池盒体、两个det4电工纯铁21和一个动力电池公头22，动力电池公头22安装在电池盒体的顶部中心，两个det4电工纯铁21安装在电池盒体的顶部并位于动力电池公头22的对称两侧；动力电池公头22电连接电池盒体；安装在电池对接平台11底部的其中一个动力电池盒20的两个det4电工纯铁21和无人机10的两个电磁铁13分别相对布置并相互磁吸，动力电池盒20的动力电池公头22和无人机10的动力电池母头14相互正对插接，无人机10通过动力电池母头14和动力电池公头22电连接动力电池盒20的电池盒体。无人机10可以控制电磁铁13的通断，实现电磁铁13与det4电工纯铁21的分离与结合。
41.动力电池盒20的动力电池公头22所在的一侧面的尺寸小于无人机10的电池对接平台11的底面的尺寸。
42.每个升降平台车30包括两个驱动轮后轮31、两个驱动轮前轮32、两个车桥33、支架结构和升起平台36，两个驱动轮后轮31分别套装在其中一个车桥33的两端，两个驱动轮前轮32分别套装在另一个车桥33的两端，两个车桥33通过支架结构安装在升起平台36的底部；升起平台36的顶面中部开设有凹槽362，升起平台36的顶面四个顶角处还分别对称安装有激光接收器363，四个激光接收器363对称布置于凹槽362外，四个激光接收器363分别正对无人机10的四个激光发射器12；放置在其中一个升降平台车30的顶部中心的另一个动力电池盒20的远离动力电池公头22的一侧部置于凹槽362内；两个驱动轮后轮31、两个驱动轮前轮32和四个激光接收器363均电连接升降平台车30内部的平台车控制模块，平台车控制
模块无线连接外部任务规划控制站。
43.四个激光发射器12发出的激光能够对应被四个激光接收器363接收，用于定位升降平台车30的位置，四个激光接收器363能够保证动力电池公头22的位置正确。四个激光发射器12的位置与四个激光接收器363的位置一一对应，激光发射器12发出的激光能够被激光接收器接收，用于定位升降平台车30的位置。
44.动力电池公头22与动力电池母头14之间的配合能够确保电磁铁13断开后，动力电池盒20能够掉落。动力电池盒20与平台36的凹槽362之间的配合能够确保动力电池盒20在升降平台车30运动过程中不掉落，并且两者之间的摩擦力总和小于电磁铁13与det4电工纯铁21之间的吸引力。
45.动力电池盒20的远离动力电池公头22的一侧部的尺寸和升起平台36的凹槽的尺寸相同。
46.支架结构包括第一支架34和第二支架35，升起平台36的底部的一侧还设有水平的沿升降平台车30前进方向的滑槽361，滑槽361内设有沿滑槽361滑动的滑块37，其中一个车桥33的中部铰接第一支架34的一端，第一支架34的另一端铰接在升起平台36的底部靠近另一个车桥33的一侧；滑槽361位于升起平台36的底部远离另一个车桥33的一侧，另一个车桥33的中部铰接第二支架35的一端，第二支架35的另一端连接滑块37；第一支架34和第二支架35呈x型布置，第一支架34和第二支架35的中部铰接。
47.滑槽361的长度小于升降平台车30长度的一半。
48.无人机换电池及入库系统的控制方法具体如下：
49.无人机10在更换电池时，首先通过外部任务规划控制站控制平台车控制模块将未放置动力电池盒20的一台升降平台车30行驶至无人机10的正下方，然后无人机10的无人机控制模块断开两个电磁铁13，两个电磁铁13和两个det4电工纯铁21的分离，动力电池公头22和动力电池母头14断开，需要充电的动力电池盒20落入升降平台车30的凹槽362内，取下动力电池盒20；然后外部任务规划控制站控制平台车控制模块将放置有动力电池盒20的另一台升降平台车30行驶至无人机10的正下方，无人机控制模块开启两个电磁铁13，使得两个电磁铁13和动力电池盒20的两个电磁铁13磁吸，进而将充满电的动力电池盒20安装到无人机10的底部，使得动力电池公头22和动力电池母头14插接，完成无人机10的电池更换。
50.升降平台车30在移动和更换电池过程中，通过外部任务规划控制站控制平台车控制模块将两个驱动后轮31锁止或两个驱动前轮32锁止，控制两个驱动后轮31靠近两个驱动前轮32，从而通过支架结构将升起平台36竖直向上抬升，控制两个驱动后轮31远离两个驱动前轮32，从而通过支架结构将升起平台36竖直向下降低。
51.当无人机10完成工作后，通过外部任务规划控制站控制平台车控制模块将未放置动力电池盒20的一台升降平台车30行驶至无人机10的正下方，无人机向下降落同在升降平台车30顶面，使得无人机下方的动力电池盒20嵌入升降平台车30的凹槽362内，外部任务规划控制站控制平台车控制模块使得升降平台车30将无人机10运送至无人机仓库40中。
52.升降平台车30的驱动后轮31与驱动前轮32可通过电机独立驱动或锁止，当驱动前轮32固定，驱动后轮31向驱动前轮32的方向移动时，第一支架34与第二支架35之间、第一支架34与车桥33之间、第二支架34与升起平台36之间、第二支架35与车桥33之间发生转动，第二支架35与升起平台36之间发生滑动，升起平台36水平向上移动。
53.最后需要指出的是，以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种基于升降平台车的无人机换电池及入库系统，其特征在于：包括无人机(10)、两个动力电池盒(20)、两个升降平台车(30)和无人机仓库(40)，无人机(10)、两个动力电池盒(20)和两个升降平台车(30)均位于无人机仓库(40)中；无人机(10)的底部中心安装有一个动力电池盒(20)并相互电连接，其中一个升降平台车(30)的顶部中心放置有另一个动力电池盒(20)；无人机(10)和两个升降平台车(30)无线连接外部任务规划控制站。2.根据权利要求1所述的一种基于升降平台车的无人机换电池及入库系统，其特征在于：所述的无人机(10)的底部中心安装有电池对接平台(11)，电池对接平台(11)的底部安装有四个激光发射器(12)、两个电磁铁(13)和一个动力电池母头(14)，四个激光发射器(12)对称安装在电池对接平台(11)底部的四个顶角处，动力电池母头(14)安装在电池对接平台(11)的底部中心，两个电磁铁(13)安装在电池对接平台(11)的底部并位于动力电池母头(14)的对称两侧，其中一个动力电池盒(20)通过两个电磁铁(13)和一个动力电池母头(14)安装在电池对接平台(11)的底部并相互电连接；四个激光发射器(12)、两个电磁铁(13)和一个动力电池母头(14)均电连接无人机(10)内部的无人机控制模块，无人机控制模块无线连接外部任务规划控制站。3.根据权利要求2所述的一种基于升降平台车的无人机换电池及入库系统，其特征在于：所述的动力电池盒(20)包括电池盒体、两个det4电工纯铁(21)和一个动力电池公头(22)，动力电池公头(22)安装在电池盒体的顶部中心，两个det4电工纯铁(21)安装在电池盒体的顶部并位于动力电池公头(22)的对称两侧；动力电池公头(22)电连接电池盒体；安装在电池对接平台(11)底部的其中一个动力电池盒(20)的两个det4电工纯铁(21)和无人机(10)的两个电磁铁(13)分别相对布置并相互磁吸，动力电池盒(20)的动力电池公头(22)和无人机(10)的动力电池母头(14)相互正对插接，无人机(10)通过动力电池母头(14)和动力电池公头(22)电连接动力电池盒(20)的电池盒体。4.根据权利要求3所述的一种基于升降平台车的无人机换电池及入库系统，其特征在于：所述的动力电池盒(20)的动力电池公头(22)所在的一侧面的尺寸小于无人机(10)的电池对接平台(11)的底面的尺寸。5.根据权利要求3所述的一种基于升降平台车的无人机换电池及入库系统，其特征在于：所述的每个升降平台车(30)包括两个驱动轮后轮(31)、两个驱动轮前轮(32)、两个车桥(33)、支架结构和升起平台(36)，两个驱动轮后轮(31)分别套装在其中一个车桥(33)的两端，两个驱动轮前轮(32)分别套装在另一个车桥(33)的两端，两个车桥(33)通过支架结构安装在升起平台(36)的底部；升起平台(36)的顶面中部开设有凹槽(362)，升起平台(36)的顶面四个顶角处还分别对称安装有激光接收器(363)，四个激光接收器(363)对称布置于凹槽(362)外，四个激光接收器(363)分别正对无人机(10)的四个激光发射器(12)；放置在其中一个升降平台车(30)的顶部中心的另一个动力电池盒(20)的远离动力电池公头(22)的一侧部置于凹槽(362)内；两个驱动轮后轮(31)、两个驱动轮前轮(32)和四个激光接收器(363)均电连接升降平台车(30)内部的平台车控制模块，平台车控制模块无线连接外部任务规划控制站。6.根据权利要求5所述的一种基于升降平台车的无人机换电池及入库系统，其特征在于：所述的动力电池盒(20)的远离动力电池公头(22)的一侧部的尺寸和升起平台(36)的凹槽的尺寸相同。
7.根据权利要求5所述的一种基于升降平台车的无人机换电池及入库系统，其特征在于：所述的支架结构包括第一支架(34)和第二支架(35)，升起平台(36)的底部的一侧还设有水平的沿升降平台车(30)前进方向的滑槽(361)，滑槽(361)内设有沿滑槽(361)滑动的滑块(37)，其中一个车桥(33)的中部铰接第一支架(34)的一端，第一支架(34)的另一端铰接在升起平台(36)的底部靠近另一个车桥(33)的一侧；滑槽(361)位于升起平台(36)的底部远离另一个车桥(33)的一侧，另一个车桥(33)的中部铰接第二支架(35)的一端，第二支架(35)的另一端连接滑块(37)；第一支架(34)和第二支架(35)呈x型布置，第一支架(34)和第二支架(35)的中部铰接。8.根据权利要求7所述的一种基于升降平台车的无人机换电池及入库系统，其特征在于：所述的滑槽(361)的长度小于升降平台车(30)长度的一半。9.根据权利要求1-8任一所述的无人机换电池及入库系统的控制方法，其特征在于：所述的无人机(10)在更换电池时，首先通过外部任务规划控制站控制平台车控制模块将未放置动力电池盒(20)的一台升降平台车(30)行驶至无人机(10)的正下方，然后无人机(10)的无人机控制模块断开两个电磁铁(13)，两个电磁铁(13)和两个det4电工纯铁(21)的分离，动力电池公头(22)和动力电池母头(14)断开，动力电池盒(20)落入升降平台车(30)的凹槽(362)内，取下动力电池盒(20)；然后外部任务规划控制站控制平台车控制模块将放置有动力电池盒(20)的另一台升降平台车(30)行驶至无人机(10)的正下方，无人机控制模块开启两个电磁铁(13)，使得两个电磁铁(13)和动力电池盒(20)的两个电磁铁(13)磁吸，进而将动力电池盒(20)安装到无人机(10)的底部，使得动力电池公头(22)和动力电池母头(14)插接，完成无人机(10)的电池更换；升降平台车(30)在移动和更换电池过程中，通过外部任务规划控制站控制平台车控制模块将两个驱动后轮(31)锁止或两个驱动前轮(32)锁止，控制两个驱动后轮(31)靠近两个驱动前轮(32)，从而通过支架结构将升起平台(36)竖直向上抬升，控制两个驱动后轮(31)远离两个驱动前轮(32)，从而通过支架结构将升起平台(36)竖直向下降低；当无人机(10)完成工作后，通过外部任务规划控制站控制平台车控制模块将未放置动力电池盒(20)的一台升降平台车(30)行驶至无人机(10)的正下方，无人机向下降落同在升降平台车(30)顶面，使得无人机下方的动力电池盒(20)嵌入升降平台车(30)的凹槽(362)内，外部任务规划控制站控制平台车控制模块使得升降平台车(30)将无人机(10)运送至无人机仓库(40)中。

技术总结
本发明公开了一种基于升降平台车的无人机换电池及入库系统。无人机、动力电池盒和升降平台车均位于无人机仓库中；无人机的底部安装有动力电池盒并相互电连接，升降平台车的顶部放置有动力电池盒；无人机和升降平台车无线连接外部任务规划控制站。本发明能够实现无人机电池的自动更换，且能将无人机运送回无人机仓库，此外，多辆升降平台车可以同时为多架无人机更换电池以及运送无人机，提高工作效率，便于携带，回收方便，可以用于无人机群机场，实现无人机的自动化工作。现无人机的自动化工作。现无人机的自动化工作。


技术研发人员：邹俊 郭欣雨 唐威
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2023.04.04
技术公布日：2023/6/27