一种货运无人机电池快速更换装置及更换方法

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种货运无人机电池快速更换装置及更换方法。

背景技术

无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，机上无驾驶舱，但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备，地面对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输，随着无人机技术的发展和普及，无人机已经逐渐应用至各个行业，其中货运无人机是其应用的一种，主要用于搬运或转移货物。

通常使用的货物无人机，一般在无人机的下方两侧设置有电控夹爪，将货物固定于夹爪之间然后工作人员从地面遥控，而利用货运无人机将货物搬运或转移至相应地方，而实际使用货运无人机时往往会工作较长的时间，而直接充电会影响工作效率，所以往往在工作过程中会经常进行电池更换，但是现有技术在无人机的小空间范围进行大量电池的更换很不方便，严重影响实际的工作效率。

发明内容

基于背景技术的技术问题，本发明提出了一种货运无人机电池快速更换装置。

本发明提出的一种货运无人机电池快速更换装置，包括无人机主体和电池更换平台，所述无人机主体的底部设置有电池安装座，且电池安装座的一端开设有多个穿透设置的安装腔，安装腔内放置有可从开口取出的电池主体，安装腔两侧内壁的底部滑动连接有水平方向等距离分布的限位机构，限位机构远离安装腔的一侧滑动接触有竖直伸缩机构，所述电池更换平台顶部的中间位置设置有电磁承载座，电磁承载座通电后与电池安装座的底部之间磁性相吸，电磁承载座通电后的磁性与竖直伸缩机构之间磁性相斥将竖直伸缩机构向上压缩，竖直伸缩机构向上压缩时限位机构向靠近竖直伸缩机构的一侧滑动而与电池主体分离。

优选的，所述无人机主体的两侧均设置有支撑架和运货夹爪，竖直伸缩机构的底端连接有磁块，限位机构与竖直伸缩机构之间连接有倾斜放置的第二弹簧，第二弹簧向着远离限位机构的一侧倾斜向下，电磁承载座通电后的磁性与磁块之间磁性相斥，电池更换平台顶部的两端分别设置有电池推动机构和电池收纳机构；

电池更换平台两端外壁的顶部中间位置均固定有第一电动导轨，且第一电动导轨的顶部连接有第二电动导轨，第一电动导轨与第二电动导轨之间垂直设置，第二电动导轨的顶部连接有旋转座，电池推送机构和电池收纳机构的底部分别与两个旋转座的顶部连接，电池推送机构和电池收纳机构的端部均设置有与电池主体相适配的空腔，电池推送机构的空腔内设置有推动机构，推动机构设置有电动推杆和推板，电动推杆伸缩作业使推板在空腔内水平移动来推动电池。

优选的，所述电池安装座两端位于安装腔的上方位置嵌入式固定有安装块，且安装块的端面设置有多个环形分布的红外感应器，电池推送机构和电池收纳机构一端与红外感应器对应的位置设置有与其相适配的红外发射器，电池更换平台上设置有微处理器，红外发射器通过信号线与微处理器的信号输入端连接，通过红外发射器与对应位置红外感应器之间的对准与偏移，传送至微处理器而利用微处理器控制第一电动导轨、第二电动导轨和旋转座。

优选的，所述电池安装座位于安装腔的两侧均开设有两端穿透的连接腔，且竖直伸缩机构设置有固定于连接腔顶部内壁的固定杆，固定杆位于连接腔内远离对应位置安装腔的一侧，固定杆外壁的底部滑动连接有两端开口的固定管，固定管的底端固定有磁块，固定杆底端与磁块之间连接有第一弹簧，第一弹簧滑动套设于固定管的内部，连接腔底部与磁块对应的位置开设有穿槽，穿槽内壁与磁块的外壁之间滑动连接，固定管外壁靠近安装腔的一侧外壁固定有与限位机构接触的固定块，固定块设置成向远离固定管一侧拱起的半球状结构。

优选的，所述安装腔侧壁与限位机构对应的位置开设有嵌入槽，且限位机构设置有与嵌入槽滑动连接的限位件，限位件竖直向上延伸，电池主体两侧外壁底部与限位件对应的位置开设有限位槽，嵌入槽一侧内壁的底部开设有穿孔，限位件外壁与穿孔对应的位置开设有与穿孔内壁滑动连接的连接杆，连接杆远离限位件的一端固定有连接块，连接块的外壁与连接腔的底部内壁滑动连接，连接块设置成类圆台状结构，连接块靠近竖直伸缩机构一侧的外径向着远离竖直伸缩机构的一侧逐渐增加，连接块的圆周外壁设置成向外拱起的弧形结构，连接块圆周外壁的顶部与固定块球形外壁的底部滑动接触，第二弹簧固定于连接块和固定管之间。

优选的，所述安装腔的底部设置有多个沿着侧边分布的定位机构，且定位机构设置有向着两端延伸的定位件，定位件的截面设置成宽度向上逐渐减小的梯形结构，电池主体的底部开设有与定位件适配的定位槽,定位槽两端穿透设置，安装腔底部内壁与定位件对应的位置开设有与定位件两侧外壁底端滑动连接的移动槽，移动槽的底部开设有通孔，定位件的底部外壁与移动槽的底部内壁之间连接有第三弹簧，定位件的底部固定有与通孔内壁滑动连接的滑杆。

优选的，所述定位件的顶部固定有橡胶套，且橡胶套两侧外壁的顶部均开设有水平方向等距离分布的吸附槽，吸附槽的内壁设置成弧形结构，定位件一端外壁的顶部和两侧底端位置均开设有第一贯穿槽，橡胶套内壁与第一贯穿槽对应的位置开设有第二贯穿槽，对应位置的第一贯穿槽和第二贯穿槽之间构成圆柱状结构。

优选的，所述电池安装座一端外壁位于移动槽的下方开设有穿透设置的固定槽，且固定槽的内壁固定有隔磁板，定位件和滑杆均采用隔磁材料制作而成，滑杆的底端固定有磁片，隔磁板外壁与滑杆对应的位置开设有穿透设置的第一滑孔，电池安装座底部与滑杆对应的位置开设有穿透设置的第二滑孔，滑杆的外壁与第一滑孔和第二滑孔的内壁均滑动连接。

优选的，所述电池主体设置有顶部开口的电池安装盒，且电池安装盒的内部装载有电池，电池安装盒的顶部开口可拆卸连接有盖板，电池安装盒顶部外壁的两端位置均固定有电极片，将电池安装盒朝向安装腔两端开口的侧壁设置成前后两侧，将电池安装盒与安装腔两侧内壁贴合的侧壁设置成左右两侧，电池安装盒向着前后两侧延伸设置，电池安装盒的左右两侧底部均开设限位槽，电池安装盒的底部开设定位槽，电池安装盒左右两侧外壁的顶部均开设有竖直方向等距离分布的连通槽，连通槽向着两端前后两侧延伸并穿透设置，连通槽的内壁固定有水平方向等距离分布的导热片，导热片穿透设置。

一种货运无人机电池更换方法，采用货运无人机电池快速更换装置，包括有无人机主体和电池更换平台，无人机主体底部设置有可从端部抽出电池的安装腔，安装腔两侧设置有对电池进行限位固定的限位机构，以及与限位机构接触在竖直方向上伸缩的竖直伸缩机构，电池更换平台上设置有电磁板，而在更换电池时将无人机降落于电磁板上，通电后利用电磁板的磁性辅助稳定无人机，而利用磁性移动竖直伸缩机构来松开电池两侧的限位机构，而在完成电池更换后，使竖直伸缩机构和限位机构自动复位而对更换后的电池进行锁定。

本发明中的有益效果为：

1、本发明实施例中，在需要更换电池时，工作人员遥控将无人机主体落在电磁承载座上，将电磁承载座通电而对无人机主体产生磁性吸附以保持无人机主体的稳定性，同时与磁块之间产生相斥的磁力，将竖直伸缩机构向上顶起，而使限位机构远离电池主体从而松开对电池主体的限位，以利用一端位置的电池推送机构将新的电池向对应位置的安装腔推入，将旧电池推出至电池收纳机构内，从而同时完成装卸作业，大大提高实际对无人机电池的装卸速率。

2、本发明实施例中，将新电池推入后断开电磁承载座的通电而使限位机构回位完成电池固定而进行使用，此时第二弹簧向着远离限位机构的一侧倾斜，在飞行过程中电池主体对限位机构的冲击力和震动力通过垂直传导至竖直伸缩机构而分散，且利用第二弹簧反向倾斜的弹力增大阻力，以提高对电池主体限位固定的稳定性，并且限位机构受到水平冲击而向竖直伸缩机构一侧施力时，倾斜设置的第二弹簧斜向下向竖直伸缩机构施力，而使竖直伸缩机构向下挤压限位机构的一侧，使得竖直伸缩机构对限位机构的反馈作用力与限位机构自身产生的施力反向设置，从而通过机构之间的连接与配合，在实现电池快速更换的同时，进一步提高电池使用过程中的稳定性。

3、本发明实施例中，在无人机主体降落进行电池更换时，通过红外发射器和红外感应器之间的位置偏差，自动启动第一电动导轨、第二电动导轨和旋转座，以调整距离、水平位置和偏移角度，而将电池推动机构和电池收纳机构与安装腔的位置对应，保证电池更换作业的正常进行，且实现快速定位而避免人工调差误差而影响更换效率。

4、本发明实施例中，利用竖直伸缩机构的半球状固定块与限位机构的圆台状连接块接触滑动，一方面通过弧面滑动而减少两个机构之间的摩擦力以快速做出反应进行电池更换，另一方面使固定块与连接块接触位置施力方向与第二弹簧的倾斜方向沿着水平线对称设置，从而提高利用第一弹簧和第二弹簧对限位机构的阻力，以保证对电池固定的稳定性，并且通过固定块与连接块接触位置的倾斜施力，而进一步增强竖直伸缩机构对限位机构反馈施力时的作用效果，以增强使用过程中电池主体的稳定性。

5、本发明实施例中，在更换电池时，电磁承载座产生的磁力将定位件向下吸引一定距离，从而在保证对电池限位移动的同时，减小对电池的推动摩擦力，从而实现快速更快，在更换完成后进行使用时，定位件因为底部第三弹簧的弹力顶出电池主体的底部，从而对电池进行辅助固定，且通过电池主体底部定位槽穿透的设置，在使用过程中因为晃动而使定位件在竖直方向上小幅度晃动，从而使定位槽上的间隙往复变化，从而增加定位槽内的气体流通效果，以提高对电池的散热效果。

6、本发明实施例中，利用第一贯穿槽和第二贯穿槽的穿透设置可增加电池主体底部的气体流通效果，且在定位件随着第三弹簧在竖直方向上往复运动的过程中，第一贯穿槽和第二贯穿槽之间价格压缩扩张而不断变化，从而增加气流波动效果，进一步增强实际对电池的散热效果，利用位于电池主体两侧穿透设置的连通槽以及分布的导热片，配合底部往复运动的定位件而进一步增强实际对电池的散热效果。

附图说明

图1为本发明提出的一种货运无人机电池快速更换装置的整体结构示意图；

图2为本发明提出的一种货运无人机电池快速更换装置的电池安装座结构示意图；

图3为本发明提出的一种货运无人机电池快速更换装置的电池安装座剖视结构示意图；

图4为本发明提出的一种货运无人机电池快速更换装置的连接腔内部结构示意图；

图5为本发明提出的一种货运无人机电池快速更换装置的定位机构结构示意图；

图6为本发明提出的一种货运无人机电池快速更换装置的安装块结构示意图；

图7为本发明提出的一种货运无人机电池快速更换装置的电池更换平台结构示意图；

图8为本发明提出的一种货运无人机电池快速更换装置的电池主体结构示意图。

图中：1无人机主体、101支撑架、102运货夹爪、2电池更换平台、201电池推送机构、202电池收纳机构、203电磁承载座、204第一电动导轨、205第二电动导轨、206旋转座、3电池安装座、301第二滑孔、4安装腔、401嵌入槽、402移动槽、5电池主体、501限位槽、502盖板、503电极片、504连通槽、505导热片、6连接腔、7竖直伸缩机构、701固定管、702第一弹簧、703固定杆、704固定块、8磁块、9限位机构、901限位件、902连接杆、903连接块、10第二弹簧、11隔磁板、1101第一滑孔、12定位机构、1201定位件、12011第一贯穿槽、1202滑杆、1203第三弹簧、1204铁片、13橡胶套、1301第二贯穿槽、1302吸附槽、14安装块、1401红外感应器。

具体实施方式

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，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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发明和简化描述，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发明的限制。

实施例1

参照图1-7，一种货运无人机电池快速更换装置，包括无人机主体1和电池更换平台2，无人机主体1的底部设置有电池安装座3，且电池安装座3的一端开设有多个穿透设置的安装腔4，安装腔4内放置有可从开口取出的电池主体5，安装腔4两侧内壁的底部滑动连接有水平方向等距离分布的限位机构9，限位机构9远离安装腔4的一侧滑动接触有竖直伸缩机构7，电池更换平台2顶部的中间位置设置有电磁承载座203，电磁承载座203通电后与电池安装座3的底部之间磁性相吸，电磁承载座203通电后的磁性与竖直伸缩机构7之间磁性相斥将竖直伸缩机构7向上压缩，竖直伸缩机构7向上压缩时限位机构7向靠近竖直伸缩机构7的一侧滑动而与电池主体5分离,同时完成电池卸料和电池装载的作业，提高实际对无人机电池的装卸速率，在实现电池快速更换的同时，进一步提高电池使用过程中的稳定性。

本发明中，无人机主体1的两侧均设置有支撑架101和运货夹爪102，竖直伸缩机构7的底端连接有磁块8，限位机构9与竖直伸缩机构7之间连接有倾斜放置的第二弹簧10，第二弹簧10向着远离限位机构9的一侧倾斜向下，电磁承载座203通电后的磁性与磁块8之间磁性相斥，电池更换平台2顶部的两端分别设置有电池推动机构201和电池收纳机构202；

电池更换平台2两端外壁的顶部中间位置均固定有第一电动导轨204，且第一电动导轨204的顶部连接有第二电动导轨205，第一电动导轨204与第二电动导轨205之间垂直设置，第二电动导轨205的顶部连接有旋转座206，电池推送机构201和电池收纳机构202的底部分别与两个旋转座206的顶部连接，电池推送机构201和电池收纳机构202的端部均设置有与电池主体5相适配的空腔，电池推送机构201的空腔内设置有推动机构，推动机构设置有电动推杆和推板，电动推杆伸缩作业使推板在空腔内水平移动来推动电池；

在需要更换电池时，工作人员遥控将无人机主体1落在电磁承载座203上，将电磁承载座203通电而对无人机主体1产生磁性吸附以保持无人机主体1的稳定性，同时与磁块8之间产生相斥的磁力，将竖直伸缩机构7向上顶起，而使限位机构9远离电池主体5从而松开对电池主体5的限位，以利用一端位置的电池推送机构201将新的电池向对应位置的安装腔4推入，将旧电池推出至电池收纳机构202内，从而同时完成装卸作业，大大提高实际对无人机电池的装卸速率；

将新电池推入后断开电磁承载座203的通电而使限位机构9回位完成电池固定而进行使用，此时第二弹簧10向着远离限位机构9的一侧倾斜，在飞行过程中电池主体5对限位机构9的冲击力和震动力通过垂直传导至竖直伸缩机构7而分散，且利用第二弹簧10反向倾斜的弹力增大阻力，以提高对电池主体5限位固定的稳定性，并且限位机构9受到水平冲击而向竖直伸缩机构7一侧施力时，倾斜设置的第二弹簧10斜向下向竖直伸缩机构7施力，而使竖直伸缩机构7向下挤压限位机构9的一侧，使得竖直伸缩机构7对限位机构9的反馈作用力与限位机构9自身产生的施力反向设置，从而通过机构之间的连接与配合，在实现电池快速更换的同时，进一步提高电池使用过程中的稳定性。

本发明中，电池安装座3两端位于安装腔4的上方位置嵌入式固定有安装块14，且安装块14的端面设置有多个环形分布的红外感应器1401，电池推送机构201和电池收纳机构202一端与红外感应器1401对应的位置设置有与其相适配的红外发射器，电池更换平台2上设置有微处理器，红外发射器通过信号线与微处理器的信号输入端连接，通过红外发射器与对应位置红外感应器1401之间的对准与偏移，传送至微处理器而利用微处理器控制第一电动导轨204、第二电动导轨205和旋转座206；

从而在无人机主体1降落进行电池更换时，通过红外发射器和红外感应器1401之间的位置偏差，自动启动第一电动导轨204、第二电动导轨205和旋转座206，以调整距离、水平位置和偏移角度，而将电池推动机构201和电池收纳机构202与安装腔4的位置对应，保证电池更换作业的正常进行，且实现快速定位而避免人工调差误差而影响更换效率。

本发明中，电池安装座3位于安装腔4的两侧均开设有两端穿透的连接腔6，且竖直伸缩机构7设置有固定于连接腔6顶部内壁的固定杆703，固定杆703位于连接腔6内远离对应位置安装腔4的一侧，固定杆703外壁的底部滑动连接有两端开口的固定管701，固定管701的底端固定有磁块8，固定杆703底端与磁块8之间连接有第一弹簧702，第一弹簧702滑动套设于固定管701的内部，连接腔6底部与磁块8对应的位置开设有穿槽，穿槽内壁与磁块8的外壁之间滑动连接，固定管701外壁靠近安装腔4的一侧外壁固定有与限位机构9接触的固定块704，固定块704设置成向远离固定管701一侧拱起的半球状结构。

本发明中，安装腔4侧壁与限位机构9对应的位置开设有嵌入槽401，且限位机构9设置有与嵌入槽401滑动连接的限位件901，限位件901竖直向上延伸，电池主体5两侧外壁底部与限位件901对应的位置开设有限位槽501，嵌入槽40一侧内壁的底部开设有穿孔，限位件901外壁与穿孔对应的位置开设有与穿孔内壁滑动连接的连接杆902，连接杆902远离限位件901的一端固定有连接块903，连接块903的外壁与连接腔6的底部内壁滑动连接，连接块903设置成类圆台状结构，连接块903靠近竖直伸缩机构7一侧的外径向着远离竖直伸缩机构7的一侧逐渐增加，连接块903的圆周外壁设置成向外拱起的弧形结构，连接块903圆周外壁的顶部与固定块704球形外壁的底部滑动接触，第二弹簧10固定于连接块903和固定管701之间；

利用竖直伸缩机构7的半球状固定块704与限位机构9的圆台状连接块903接触滑动，一方面通过弧面滑动而减少两个机构之间的摩擦力以快速做出反应进行电池更换，另一方面使固定块704与连接块903接触位置施力方向与第二弹簧10的倾斜方向沿着水平线对称设置，从而提高利用第一弹簧702和第二弹簧10对限位机构9的阻力，以保证对电池固定的稳定性，并且通过固定块704与连接块903接触位置的倾斜施力，而进一步增强竖直伸缩机构7对限位机构9反馈施力时的作用效果，以增强使用过程中电池主体5的稳定性。

本发明中，安装腔4的底部设置有多个沿着侧边分布的定位机构12，且定位机构12设置有向着两端延伸的定位件1201，定位件1201的截面设置成宽度向上逐渐减小的梯形结构，电池主体5的底部开设有与定位件1201适配的定位槽,定位槽两端穿透设置，安装腔4底部内壁与定位件1201对应的位置开设有与定位件1201两侧外壁底端滑动连接的移动槽402，移动槽402的底部开设有通孔，定位件1201的底部外壁与移动槽402的底部内壁之间连接有第三弹簧1203，定位件1201的底部固定有与通孔内壁滑动连接的滑杆1202；

在更换电池时，电磁承载座203产生的磁力将定位件1201向下吸引一定距离，从而在保证对电池限位移动的同时，减小对电池的推动摩擦力，从而实现快速更快，在更换完成后进行使用时，定位件1201因为底部第三弹簧1203的弹力顶出电池主体5的底部，从而对电池进行辅助固定，且通过电池主体5底部定位槽穿透的设置，在使用过程中因为晃动而使定位件1201在竖直方向上小幅度晃动，从而使定位槽上的间隙往复变化，从而增加定位槽内的气体流通效果，以提高对电池的散热效果。

本发明中，定位件1201的顶部固定有橡胶套13，且橡胶套13两侧外壁的顶部均开设有水平方向等距离分布的吸附槽1302，吸附槽1302的内壁设置成弧形结构，利用橡胶套13和弧形结构而增加定位件1201顶部与电池主体5底部定位槽之间的吸附稳定性，从而在实现快速更快电池的同时进一步增强对电池固定的稳定性，定位件1201一端外壁的顶部和两侧底端位置均开设有第一贯穿槽12011，橡胶套13内壁与第一贯穿槽12011对应的位置开设有第二贯穿槽1301，对应位置的第一贯穿槽12011和第二贯穿槽1301之间构成圆柱状结构；

利用第一贯穿槽12011和第二贯穿槽1301的穿透设置可增加电池主体5底部的气体流通效果，且在定位件1201随着第三弹簧1203在竖直方向上往复运动的过程中，第一贯穿槽12011和第二贯穿槽1301之间价格压缩扩张而不断变化，从而增加气流波动效果，进一步增强实际对电池的散热效果。

本发明中，电池安装座3一端外壁位于移动槽402的下方开设有穿透设置的固定槽，且固定槽的内壁固定有隔磁板11，定位件1201和滑杆1202均采用隔磁材料制作而成，滑杆1202的底端固定有磁片1204，隔磁板11外壁与滑杆1202对应的位置开设有穿透设置的第一滑孔1101，电池安装座3底部与滑杆1202对应的位置开设有穿透设置的第二滑孔301，滑杆1202的外壁与第一滑孔1101和第二滑孔301的内壁均滑动连接，从而在保证定位机构12正常使用的同时，利用隔磁板11避免更换电池时电磁承载座203产生的磁力过多地影响到电池主体5，避免磁力过大而导致电池主体5下压而影响更换作业，从而保证该装置实际快速更换电池的有效性。

实施例2

实施例2包括实施例1的所有结构和方法，参照图1-8，一种货运无人机电池快速更换装置，还包括有，电池主体5设置有顶部开口的电池安装盒，且电池安装盒的内部装载有电池，电池安装盒的顶部开口可拆卸连接有盖板502，电池安装盒顶部外壁的两端位置均固定有电极片503，将电池安装盒朝向安装腔4两端开口的侧壁设置成前后两侧，将电池安装盒与安装腔4两侧内壁贴合的侧壁设置成左右两侧，电池安装盒向着前后两侧延伸设置，电池安装盒的左右两侧底部均开设限位槽501，电池安装盒的底部开设定位槽，电池安装盒左右两侧外壁的顶部均开设有竖直方向等距离分布的连通槽504，连通槽504向着两端前后两侧延伸并穿透设置，连通槽504的内壁固定有水平方向等距离分布的导热片505，导热片505穿透设置，利用位于电池主体5两侧穿透设置的连通槽504以及分布的导热片505，配合底部往复运动的定位件1201而进一步增强实际对电池的散热效果。

实施例3

实施例3包括实施例1的所有结构和方法，参照图1-7，一种货运无人机电池更换方法，采用上述的一种货运无人机电池更换装置，其特征在于，包括有无人机主体1和电池更换平台2，无人机主体1底部设置有可从端部抽出电池的安装腔4，安装腔4两侧设置有对电池进行限位固定的限位机构9，以及与限位机构9接触在竖直方向上伸缩的竖直伸缩机构7，电池更换平台2上设置有电磁板，而在更换电池时将无人机降落于电磁板上，通电后利用电磁板的磁性辅助稳定无人机，而利用磁性移动竖直伸缩机构7来松开电池两侧的限位机构9，而在完成电池更换后，使竖直伸缩机构7和限位机构9自动复位而对更换后的电池进行锁定。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。