一种无人机巡航自动返航换电式充电底座及其操作方法与流程

本发明涉及巡航无人机，具体为一种无人机巡航自动返航换电式充电底座及其操作方法。

背景技术：

1、多旋翼无人机由于其操控便捷，飞行稳定性高的特点，在各专业领域都得到了广泛的应用。在巡检领域，巡检无人机需要连续执行巡检任务，而无人机大都续航时间短，故需要频繁更换电池；

2、目前的无人机换电装置，如公告号cn113511102b，名为一种巡检无人机智能换电站及智能换电方法，其中系统包括自动换电站以及安装在无人机上的辅助换电模块；自动换电站包括机座、无人机定位装置、电池充电座以及换电池机构辅助换电模块包括辅助定位装置以及对接固定装置；无人机定位装置通过无人机定位装置与辅助定位装置对接以实现无人机相对于机座的定位与固定；电池充电座具备多个用于容置电池的充电舱，换电池机构用于在无人机与电池充电座之间取换电池；

3、但是，现有的无人机换电装置为单臂操作，其工作模式为先将无人机电池取下，再将电池放置于充电舱，之后取出一个充电舱内满电电池，重新将其装入无人机内，整个过程较为繁琐，为此，我们提供一种无人机巡航自动返航换电式充电底座及其操作方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种无人机巡航自动返航换电式充电底座及其操作方法，以解决上述背景技术中提出的现有无人机换电装置为单臂操作，其工作模式为先将无人机电池取下，再将电池放置于充电舱，之后取出一个充电舱内满电电池，重新将其装入无人机内，整个过程较为繁琐的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种无人机巡航自动返航换电式充电底座，包括换电舱，所述换电舱上端的一侧安装有电动平开舱门；

3、还包括：

4、双臂换电机构，其安装在所述换电舱内部的后端；

5、链带传动机构，其安装在所述换电舱的后端，所述链带传动机构下端的后方安装有第一步进电机，所述第一步进电机的输出端通过链带传动机构与双臂换电机构传动连接；

6、滚珠丝杆导轨，其安装在所述换电舱内部前端的一侧，所述滚珠丝杆导轨上安装有滑台，且滑台与滚珠丝杆导轨传动连接，所述滑台的外壁上安装有电池收纳座，且电池收纳座设置有三个；

7、升降平台，其安装在所述换电舱内部前端的另一侧，所述升降平台的上端设置有无人机。

8、优选的，所述双臂换电机构包含有导轨、液压缸、夹臂传动座和夹臂，所述导轨内部的中间位置处安装有中心传动座，所述中心传动座的上端安装有第一伺服电机，所述中心传动座的两侧均安装有第一滚珠丝杆，所述第一伺服电机的输出端贯穿并延伸至中心传动座的内部，且安装有第一伞齿，所述第一滚珠丝杆的一端贯穿并延伸至中心传动座的内部，且安装有第二伞齿，所述第一伺服电机的输出端通过第一伞齿与第二伞齿啮合传动连接，所述第一滚珠丝杆上安装有第一滑块，所述第一滑块的前端安装有外延板，所述外延板的前端安装有液压缸座，所述液压缸安装在液压缸座的内部，所述夹臂传动座安装在液压缸的输出端上，所述夹臂设置有两个，且两个夹臂对向设置在夹臂传动座的前端，所述外延板和液压缸座的连接处安装有两个三角加固片。

9、优选的，两个所述夹臂的后端均贯穿并延伸至夹臂传动座的内部，且安装有第二滑块，所述第二滑块的内部安装有第二滚珠丝杆，所述第二滚珠丝杆的一端与夹臂传动座的连接处安装有轴承，所述第二滚珠丝杆的另一端安装有第三伞齿，所述夹臂传动座的上端安装有第二伺服电机，所述第二伺服电机的输出端贯穿并延伸至夹臂传动座的内部，且安装有第四伞齿，所述第二伺服电机的输出端通过第四伞齿与第三伞齿啮合传动连接，所述夹臂传动座内部的后端安装有导柱，所述第二滑块的后端通过导块与导柱滑动连接。

10、优选的，所述无人机的内部设置有电池滑槽，所述电池滑槽的内部安装有电池，所述电池的两侧均设置有定位槽，所述夹臂的内壁上设置有定位凸条。

11、优选的，所述电池的前端通过舌锁片与电池滑槽锁闭连接，所述液压缸座的下端安装有定位座，所述定位座的后端安装有第二步进电机，所述第二步进电机的输出端贯穿并延伸至定位座的外部，且安装有传动轴，所述传动轴的前端安装有舌锁传动块。

12、优选的，所述夹臂传动座的下端安装有保持座，且夹臂传动座通过保持座与夹臂传动座滑动连接。

13、优选的，所述电池收纳座内部的后端安装有充电座，所述电池收纳座的内部设置有滑槽，所述滑槽的两侧设置有夹臂导槽。

14、优选的，所述升降平台包含有剪叉式升降机、柔性护套和承接台，所述承接台安装在剪叉式升降机的上端，所述柔性护套设置在剪叉式升降机的外侧，所述承接台上端的两侧设置有起落架卡槽，所述无人机下端的两侧安装有起落架。

15、优选的，所述起落架卡槽两端的内部均安装有激光发射器，所述起落架卡槽中间的内部安装有两个电磁铁，所述起落架两端下方的内部安装有激光接收器。

16、优选的，一种无人机巡航自动返航换电式充电底座的操作方法，包括以下步骤：

17、步骤一：工控机接收服务器发出的飞控指令信号，控制换电舱的电动平开舱门开启，使无人机定时沿执行航线进行巡检任务，巡航完毕后，无人机返舱降落；

18、步骤二：返舱对接时，升降平台内的剪叉式升降机向上抬升，而无人机则保持预设路线下降，使起落架内的激光接收器持续对接升降平台承接台上激光发射器发出的信号，直至无人机起落架平稳卡入承接台的起落架卡槽后，起落架卡槽内的电磁铁驱动，实现无人机与升降平台的稳定吸附对接；

19、步骤三：无人机对接完毕后，升降平台下降，同时工控机控制电动平开舱门关闭，待升降平台下降至无人机舌锁片卡入双臂换电机构一侧夹臂组下方的舌锁传动块后，升降平台停止下降；

20、步骤四：进行取电操作，首先由无人机侧的夹臂换电机构驱动第二步进电机运行，带动舌锁传动块旋转一周，利用舌锁片以及电池内置舌锁解除电池与无人机的锁定，完毕后升降平台下移一定距离，使夹臂与电池平行，利用液压缸控制夹臂伸出，使两组夹臂分别置于电池两侧，之后驱动第二伺服电机运行，由第二伺服电机带动第四伞齿旋转，使两侧的第三伞齿朝不同方向旋转，利用第三伞齿上的第二滚珠丝杆配合第二滑块带动两组夹臂对向移动，对电池进行包夹夹持，夹持完毕后液压缸收缩复位，将电池沿着无人机的电池滑槽抽出，完成对无人机的取电，同时，靠近另一侧夹臂换电机构的滚珠丝杆导轨运行，控制滑台上的其中一个电池收纳座移动至夹臂换电机构高度，使电池收纳座内部倒置放置的电池舌锁片卡入该侧夹臂换电机构的舌锁传动块中，以同样方法解锁舌锁传动块后，由滚珠丝杆导轨控制电池收纳座与该侧夹臂平行，将电池收纳座内的电池取出；

21、步骤五：进行同步换电操作，无人机和电池收纳座内的电池取电完毕后，双臂换电机构上的第一伺服电机驱动，利用伞齿和滚珠丝杆的传动作用，带动两侧的夹臂换电机构朝中心对向移动靠拢，完毕后第一步进电机驱动，利用链带传动机构控制双臂换电机构翻转，使电池收纳座侧电量充足的电池和无人机侧电量不足的电池对调位置，对调完毕后双臂换电机构上的第一伺服电机翻转，控制两组夹臂换电机构复位重新对准无人机和电池收纳座位置，反向重复步骤四，即可同步完成无人机和电池收纳座的换电工作。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

23、本发明采用双臂换电机构，进行取电操作，两组夹臂换电机构可同步驱动，分别从无人机和电池收纳座内中取出电池，完毕后由步进电机配合链带传动机构带动两组夹臂换电机构翻转换位，即可快速完成后续换电工作，相较于传统单臂结构，换电效率显著提升，解决了现有的无人机换电装置为单臂操作，其工作模式为先将无人机电池取下，再将电池放置于充电舱，之后取出一个充电舱内满电电池，重新将其装入无人机内，整个过程较为繁琐的问题。

24、本发明在换电前，由第一伺服电机带动第一伞齿旋转，使其与第二伞齿传动，带动第一滚珠丝杆旋转，让两组夹臂换电机构能够沿导轨向中心靠拢，以减小两组夹臂换电机构旋转时的半径，避免旋转半径过大造成干涉。

25、本发明无人机在返舱对接时，升降平台内的剪叉式升降机向上抬升，无人机保持预设路线下降，使起落架内的激光接收器持续对接升降平台承接台上激光发射器发出的信号，直至无人机起落架平稳卡入承接台的起落架卡槽后，起落架卡槽内的电磁铁驱动，实现无人机与升降平台的稳定吸附对接。