一种电池自动更换装置的制作方法

本实用新型涉及无人机技术领域，尤其涉及一种电池自动更换装置。

背景技术：

全自动的无人机使用系统中，为了保证无人机的长时间续航能力，需要对无人机的电池进行更换。

现有技术中，对无人机的电池进行自动更换时，需要人工对无人机开关机；且无人机上有固定电池的固定旋钮，更换电池时，需要将固定旋钮旋转至垂直方向，解锁电池；电池装好后，再将固定旋钮旋转至水平方向将电池锁定，防止电池掉落，最后再手动将无人机开机，以使无人机继续工作。由于无人机电池持续工作时间很短，需要频繁更换。现有技术中人工开关机和旋转固定旋钮的方式增加了工作人员的劳动强度，自动化程度低，从而导致电池的更换效率低。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种电池自动更换装置，以实现更换电池的高自动化，提高电池的更换效率。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种电池自动更换装置，包括机械臂，所述机械臂用于自动更换无人机的电池，其中所述机械臂包括：

底板；

开关机机构、电池旋钮旋转机构和夹持机构，所述开关机机构、所述电池旋钮旋转机构和所述夹持机构均滑设于所述底板上；

所述无人机上设置有开关机按钮，所述开关机机构用于按压所述开关机按钮，以使所述无人机开机或关机；

所述无人机上设置有固定所述电池的固定旋钮，所述电池旋钮旋转机构用于旋转所述固定旋钮，以解锁所述电池或锁定所述电池；

所述夹持机构能够将所述电池夹持，以将所述电池从所述无人机内拔出或运送至所述无人机内。

可选地，所述底板包括第一底板和第二底板，所述第二底板与所述第一底板滑动连接，所述开关机机构、所述电池旋钮旋转机构和所述夹持机构均设置于所述第二底板上。

可选地，所述开关机机构包括第一驱动部件、转动臂和压块，所述转动臂的一端与所述第一驱动部件转动连接，所述转动臂的另一端与所述压块连接，所述第一驱动部件驱动所述转动臂转动，以使所述压块按压所述开关机按钮。

可选地，所述开关机机构还包括第一传感器，所述第一传感器设置于所述转动臂的一侧，用于检测所述转动臂是否转动到位。

可选地，所述电池旋钮旋转机构包括第二驱动部件和旋转轴，所述旋转轴的一端与所述第二驱动部件转动连接，所述旋转轴的另一端设置有旋转部，所述旋转部与所述固定旋钮的端面配合连接，以使所述第二驱动部件通过所述旋转轴驱动所述固定旋钮旋转。

可选地，所述电池旋钮旋转机构还包括至少一个第二传感器和至少一个信号盘，所述信号盘固定连接于所述旋转轴上，所述第二传感器设置于所述旋转轴的一侧，所述第二传感器通过所述信号盘检测所述旋转轴的旋转位置。

可选地，所述夹持机构包括推块、卡钩和第一安装座，所述推块设置于所述第一安装座的端面，所述卡钩设置于所述第一安装座的侧面，且所述卡钩与所述第一安装座转动连接。

可选地，所述夹持机构还包括卡钩开关组件，所述卡钩开关组件包括斜滑槽，所述斜滑槽滑设于所述第二底板上，且所述斜滑槽内设置有第一连接件，所述第一连接件与所述卡钩的非钩端固定连接，且所述卡钩的钩端与所述非钩端之间设置有转轴，所述卡钩通过所述转轴与所述第一安装座转动连接。

可选地，所述第一连接件包括滚轮、第一连接柱和紧固螺母，所述滚轮设置于所述斜滑槽内，且与所述斜滑槽滚动连接，所述第一连接柱的一端设置于所述滚轮内，所述第一连接柱的另一端设置有紧固螺母，所述卡钩的所述非钩端连接于所述滚轮与所述紧固螺母之间。

可选地，所述夹持机构为两个，用以夹持两个所述电池，所述底板上设置有两个侧板和一个中间板，两个所述电池能够分别位于所述侧板与所述中间板之间；

所述侧板包括固定挡板和浮动挡板，所述浮动挡板通过弹性件设置于所述固定挡板的内侧。

本实用新型至少包括以下有益效果：

1)本实用新型提供的电池自动更换装置，通过将开关机机构、电池旋钮旋转机构和夹持机构均滑设于底板上，使得机械臂与无人机的电池仓对接后，开关机机构能够移动到与无人机的开关机按钮对应位置，按压开关机按钮，以将无人机开机或关机。电池旋钮旋转机构移动至与无人机的固定旋钮对位连接，以旋转固定旋钮，将电池解锁或锁定。该电池自动更换装置实现了高自动化，降低了工作人员的劳动强度，提高了更换电池的效率。

2)通过设置卡钩开关组件，以使卡钩能够相对于第一安装座转动连接，当夹持机构伸进无人机的电池仓后，电池的一端与推块抵接，卡钩转动将电池的另一端钩住，然后将电池从电池仓内拔出；当拔出的电池移动至空电电池放置处，卡钩转动打开，推块将电池推送至空电电池放置处。

3)本实用新型提供的电池自动更换装置，设置两个夹持机构，同时更换无人机内的两个电池，底板上设置有两个侧板和中间板，侧板包括固定挡板和浮动挡板，浮动挡板能够将电池的内侧与中间板抵接，避免电池左右晃动；另外，电池使用一段时间后，两侧会出现鼓包，浮动挡板可容纳这种鼓包带来的宽度增加。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的无人机的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的电池自动更换装置的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的机械臂的第一视角结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的开关机机构的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的电池旋钮旋转机构的结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的机械臂的第二视角结构示意图；

图7是本实用新型实施例提供的第一连接件的结构示意图；

图8是本实用新型实施例提供的机械臂与无人机对位结构示意图。

图中：

100、无人机；

101、电池仓；102、电池；103、固定旋钮；104、开关机按钮；

1、底板；2、开关机机构；3、电池旋钮旋转机构；4、夹持机构；5、水平移动机构；6、竖直移动机构；7、第一连接板；

11、第一底板；12、第二底板；21、第一驱动部件；22、转动臂；23、压块；24、第一传感器；25、缓冲弹簧；26、限位块；27、第二支架；31、第二驱动部件；32、旋转轴；33、第二传感器；34、信号盘；35、第三支架；41、推块；42、卡钩；43、第一安装座；44、卡钩开关组件；45、第一固定座；

111、侧板；112、中间板；113、第一支架；114、直角三角形挡板；121、第三驱动部件；351、第三连接板；352、第四连接板；441、斜滑槽；442、第二连接件；443、第一连接件；444、转轴；445、第四驱动部件；

4431、滚轮；4432、第一连接柱；4433、紧固螺母。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。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。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；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。

除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

如图1所示，无人机100更换电池102时，降落在无人机降落平台上。无人机100的电池仓101为两侧开口设置，电池仓101内设置有两个电池102，电池仓101的前端设置有一个固定电池102的固定旋钮103，将固定旋钮103旋转至水平方向，可将两个电池102锁住，以防电池102掉落；当需要更换电池102时，需要将固定旋钮103旋转至竖直方向，以将两个电池102解锁。电池仓101的顶部设置有无人机100的开关机按钮104。

如图2和图3所示，本实施例提供了一种电池自动更换装置，包括机械臂，机械臂用于自动更换无人机100的电池102，机械臂包括底板1、开关机机构2、电池旋钮旋转机构3和夹持机构4。开关机机构2、电池旋钮旋转机构3和夹持机构4均滑设于底板1上；无人机100上设置有开关机按钮104，开关机机构2用于按压开关机按钮104，以使无人机100开机或关机；无人机100上设置有固定电池102的固定旋钮103，电池旋钮旋转机构3用于旋转固定旋钮103，以使解锁电池102或锁定电池102；夹持机构4能够将电池102夹持，以将电池102从无人机100内拔出或运送至无人机100内。

本实施例提供的电池自动更换装置，通过将开关机机构2、电池旋钮旋转机构3和夹持机构4均滑设于底板1上，使得机械臂与无人机100的电池仓101对接后，开关机机构2能够移动到与无人机100的开关机按钮104对应位置，按压开关机按钮104，以将无人机100开机或关机。电池旋钮旋转机构3移动至与无人机100的固定旋钮103对位连接，以旋转固定旋钮103，将电池102解锁或锁定。实现了电池自动更换装置的高自动化，降低了工作人员的劳动强度，提高了更换电池102的效率。

在本实施例中，如图2所示，电池自动更换装置还包括水平移动机构5和竖直移动机构6，水平移动机构5和竖直移动机构6设置于无人机降落平台上。机械臂设置于竖直移动机构6上，且与竖直移动机构6滑动连接；竖直移动机构6设置于水平移动机构5上，且与水平移动机构5滑动连接。机械臂与竖直移动机构6和竖直移动机构6与水平移动机构5均通过滑轨和滑块配合滑动连接。在本实施例中，底板1的一侧设置有第一连接板7，底板1通过第一连接板7与竖直移动机构6滑动连接。水平移动机构5和竖直移动机构6带动机械臂在水平方向和竖直方向移动，以使机械臂与降落在无人机降落平台上的无人机100的电池仓101对位。

可选地，如图3所示，底板1包括第一底板11和第二底板12，第二底板12与第一底板11滑动连接，开关机机构2、电池旋钮旋转机构3和夹持机构4均设置于第二底板12上。在本实施例中，第一底板11和第二底板12通过滑轨和滑块滑动连接，第一底板11上设置有滑轨，第二底板12上设置有滑块，第一底板11上设置有开口槽，第一底板11的下方设置有第三驱动部件121，第三驱动部件121包括第三电机、丝杠和丝杆螺母，丝杆螺母的一端固定连接有第二连接板，第二连接板穿过开口槽与第二底板12固定连接，第三电机通过第二连接板驱动第二底板12在第一底板11上滑动，以将开关机机构2、电池旋钮旋转机构3和夹持机构4移动至相应位置。

可选地，如图2和图3所示，夹持机构4为两个，用以夹持两个电池102，底板1上设置有两个侧板111和一个中间板112，两个电池102能够分别位于侧板111与中间板112之间；侧板111包括固定挡板和浮动挡板，浮动挡板通过弹性件设置于固定挡板的内侧。在本实施例中，电池旋钮旋转机构3设置于第二底板12的中间位置，对应无人机100电池仓101前端的电池102固定旋钮103。两个夹持机构4分别设置于电池旋钮旋转机构3的两侧，用于夹持两个电池102。在第二底板12的中部设置有第一支架113，第一支架113的高度高于电池仓101顶部的高度。开关机机构2设置于第一支架113上，以使开关机机构2能够按压位于电池仓101顶部的无人机开关机按钮104。侧板111和中间板112设置于第一底板11靠近电池仓101的一端，用于夹持从电池仓101拔出的电池102，以防在电池自动更换装置将电池102运送至空电电池放置处的过程中掉落。浮动挡板通过弹簧连接在固定挡板的内侧，以适应鼓包电池102宽度的增加。在第一底板11远离电池仓101一端的两侧还设置有直角三角形挡板114，直角三角形挡板114的其中一条直角边与第一连接板7固定连接，另一条直角边与第一底板11固定连接。

本实施例提供的电池自动更换装置，设置两个夹持机构4，同时更换无人机100内的两个电池102，底板1上设置有两个侧板111和中间板112，侧板111包括固定挡板和浮动挡板，浮动挡板能够将电池102的内侧与中间板112抵接，避免电池102左右晃动；另外，电池102使用一段时间后，两侧会出现鼓包，浮动挡板可容纳这种鼓包带来的宽度增加。

可选地，如图4所示，开关机机构2包括第一驱动部件21、转动臂22、压块23和第一传感器24，转动臂22的一端与第一驱动部件21转动连接，转动臂22的另一端与压块23连接，第一驱动部件21驱动转动臂22转动，以使压块23按压开关机按钮104。第一传感器24设置于转动臂22的一侧，用于检测转动臂22是否转动到位。在本实施例中，第一驱动部件21包括第一电机和第一减速机，第一电机的输出端与第一减速机连接，第一减速机的输出端与转动臂22转动连接。压块23与转动臂22之间设置有缓冲弹簧25，缓冲弹簧25的设置为压块23对开关机按钮104的压力提供了缓冲空间，避免了压块23对开关机按钮104的损坏。第一减速机和转动臂22之间设置有第二支架27，第二支架27的两侧分别设置有一个第一传感器24，转动臂22靠近第二支架27的一侧设置有限位块26，第一传感器24上设置有与限位块26对应的限位槽，当限位块26运动至限位槽内，则转动臂22转动到位。当开关机机构2按压开关机按钮104时，转动臂22上的限位块26运动至靠近电池仓101一侧的第一传感器24的限位槽内，实现对开关机按钮104的按压；然后转动臂22在第一驱动部件21的驱动下转动180度，转动臂22上的限位块26运动至远离电池仓101一侧的第一传感器24的限位槽内，等待下一次按压。

可选地，如图5所示，电池旋钮旋转机构3包括第二驱动部件31和旋转轴32，旋转轴32的一端与第二驱动部件31转动连接，旋转轴32的另一端设置有旋转部，旋转部与固定旋钮103的端面配合连接，以使第二驱动部件31通过旋转轴32驱动固定旋钮103旋转。在本实施例中，第二驱动部件31包括第二电机和第二减速机，第二电机的输出端与第二减速机连接，第二减速机的输出端与旋转轴32转动连接。固定旋钮103的端面设置有旋钮槽，旋钮槽为一字型，旋转轴32的旋转部设置为与旋钮槽相匹配的一字型，以使旋转部能够插入固定旋钮103的旋钮槽内，在第二驱动部件31的驱动下带动固定旋钮103旋转，以将固定旋钮103旋转至竖直方向，解锁电池仓101的两个电池102。在第二底板12下的滑块的一侧设置有压缩弹簧，滑块的端面与压缩弹簧抵接，旋转轴32的旋转部插入旋钮槽内和未插入旋钮槽内时，旋转轴32处于不同的位置。旋转轴32的位置通过设置于第二底板12末端的感应片和设置于第一底板11末端的第三传感器检测。

当然，在其他实施例中，固定旋钮103的旋转槽也可以设置为十字型或方型等其他结构，相应地，将旋转轴32的旋转部设置为十字型或方型等其他结构。

可选地，如图5所示，电池旋钮旋转机构3还包括至少一个第二传感器33和至少一个信号盘34，信号盘34固定连接于旋转轴32上，第二传感器33设置于旋转轴32的一侧，第二传感器33通过信号盘34检测旋转轴32的旋转位置。在本实施例中，电池旋钮旋转机构3包括两个第二传感器33和两个信号盘34。在第二减速机和旋转轴32之间设置有第三支架35，第三支架35包括第三连接板351和第四连接板352，旋转轴32穿过第三连接板351与第二减速机转动连接，第四连接板352位于旋转轴32的一侧且垂直于第三连接板351。两个信号盘34和两个第二传感器33上均设置有开口槽。两个信号盘34间隔设置于旋转轴32上，两个第二传感器33其中一个设置于第三连接板351的一端，且其上的开口槽与其中一个信号盘34对应设置，另一个第二传感器33设置于第四连接板352的一端，且其上的开口槽与另一个信号盘34对应设置。旋转轴32转动，当信号盘34上的开口槽转到对应的第二传感器33上的开口槽内时，则旋转轴32转动到位。在本实施例中，其中一个第二传感器33和与其对应的信号盘34用于检测旋转轴32是否将固定旋钮103旋转至竖直方向，另一个第二传感器33和与其对应的信号盘34用于检测旋转轴32是否将固定旋钮103旋转至水平方向。

当然，在其他实施例中，也可以只设置一个第二传感器33和一个信号盘34或两个第二传感器33和一个信号盘34。在一个信号盘34上间隔90度设置两个开口槽，设置一个第二传感器33时，用一个第二传感器33分别感应信号盘34上两个开口槽，设定感应到第一个开口槽时固定旋钮103的方向，则感应到第二个开口槽时，固定旋钮103为另一个方向；设置两个第二传感器33时，两个第二传感器33分别设置于旋转轴32的两侧，其中一个第二传感器33用于检测旋转轴32是否将固定旋钮103旋转至竖直方向，另一个第二传感器33用于检测旋转轴32是否将固定旋钮103旋转至水平方向。

可选地，如图3和图6所示，夹持机构4包括推块41、卡钩42和第一安装座43，推块41设置于第一安装座43的端面，卡钩42设置于第一安装座43的侧面，且卡钩42与第一安装座43转动连接。在本实施例中，夹持机构4设置为两个，两个第一安装座43分别对应电池仓101的两个电池102设置，推块41能够与电池102靠近推块41的一端抵接；卡钩42设置在第一安装座43的外侧面，使得两个卡钩42能够分别将两个电池102远离推块41的一端钩住，从而将两个电池102从无人机100的电池仓101内拔出。

可选地，夹持机构4还包括卡钩开关组件44，卡钩开关组件44包括斜滑槽441，斜滑槽441滑设于第二底板12上，且斜滑槽441内设置有第一连接件443，第一连接件443与卡钩42的非钩端固定连接，且卡钩42的钩端与非钩端之间设置有转轴444，卡钩42通过转轴444与第一安装座43转动连接。在本实施例中，卡钩开关组件44还包括第二连接件442，第二连接件442的一端与第一连接件443固定连接，第二连接件442的另一端与卡钩42的非钩端固定连接，第二连接件442的截面为l型，l型的一端与第一连接件443连接，l型的另一端与卡钩42的非钩端连接。第一安装座43的侧面设置有第一固定座45，第一固定座45为u型，u型的底部与第一安装座43固定连接，u型的两侧壁上设置有铰接孔，卡钩42上的转轴444与铰接孔铰接。卡钩42从u型的开口端进入第一固定座45内，通过转轴444与第一固定座45转动连接。

优选地，卡钩开关组件44还包括第四驱动部件445，第四驱动部件445包括第四电机、第三连接件和第四连接件，第四电机的输出端通过第三连接件与第四连接件连接，第三连接件为l型，l型的一端与第四电机的输出端连接，l型的另一端与第四连接件连接，第四连接件的底部设置有滑槽，第二底板12上设置有滑块，第四电机驱动第四连接件在第二底板12上滑动。斜滑槽441设置于第四连接件上，斜滑槽441为腰型孔，且自远离电池102的一端逐渐向内倾斜。第四电机驱动第四连接件向靠近电池仓101的方向运动时，卡钩42向靠近电池102侧面的方向转动，直至卡钩42的钩端将电池102的端面钩住；第四电机驱动第四连接件向远离电池仓101的方向运动时，卡钩42向远离电池102侧面的方向转动，直至卡钩42的钩端释放电池102的端面。

通过设置卡钩开关组件44，以使卡钩42能够相对于第一安装座43转动连接，当夹持机构4伸进无人机100的电池仓101后，电池102的一端与推块41抵接，卡钩42转动将电池102的另一端钩住，然后将电池102从电池仓101内拔出；当拔出的电池102移动至空电电池放置处，卡钩42转动打开，推块41将电池102推送至空电电池放置处。

可选地，如图7所示，第一连接件443包括滚轮4431、第一连接柱4432和紧固螺母，滚轮4431设置于斜滑槽441内，且与斜滑槽441滚动连接，第一连接柱4432的一端设置于滚轮4431内，第一连接柱4432的另一端设置有紧固螺母4433，卡钩的非钩端连接于滚轮4431与紧固螺母4433之间。在本实施例中，第二连接件442的一端固定于滚轮4431与紧固螺母4433之间。在第四电机驱动第四连接件运动时，带动滚轮4431在斜滑槽441内移动，从而加快第一连接件443在斜滑槽441内的移动速度，从而提高卡钩42打开的速度，以使卡钩42的钩端能够在设定行程内将电池102释放或钩住。

本实施例提供的电池自动更换装置的工作过程为：

(1)在无人机降落平台的一侧设置有满电电池放置处和空电电池放置处；

(2)如图8所示，当无人机100降落到无人机100降落平台上时，水平位移机构和垂直位移机构将第一底板11移动至与无人机100电池仓101对位处；

(3)第一驱动部件21驱动转动臂22转动180°，按压开关机按钮104，将无人机100关机，然后第一驱动部件21驱动转动臂22再回转180°，等待下一次按压；

(4)第三驱动部件121驱动第二底板12相对第一底板11滑动，使得电池旋钮旋转机构3插入电池仓101的固定旋钮103，第二驱动部件31驱动的旋转轴32旋转90°，将固定旋钮103旋转至竖直方向，即将电池仓101内的两个电池102解锁；

(5)第三驱动部件121驱动第二底板12继续相对第一底板11运动，直至推块41与电池102的一端抵接；

(6)第四驱动部件445驱动第四连接件向靠近电池仓101的方向运动，直至两侧的卡钩42的钩端将电池102的另一端钩住；

(7)第三驱动部件121驱动第二底板12向远离电池仓101的方向运动，将两个电池102钩至第一底板11上，使得两个电池102分别被两侧的侧板111和中间板112夹紧固定；

(8)水平移动机构5和垂直移动机构6将机械臂移动至空电电池放置处，第三驱动部件121驱动第二底板12向前运动，直至推块41将两个电池102推至空电电池放置处；

(9)然后水平移动机构5和垂直移动机构6将机械臂移动至满电电池放置处，将满电电池夹持，第三驱动部件121驱动第二底板12向后运动，通过夹持机构4将满电电池102放置在第一底板11上；

(10)水平移动机构5和垂直移动机构6再将机械臂移动至与无人机100的电池仓101对位处；

(11)第三驱动部件121驱动第二底板12相对第一底板11运动，直至将满电电池102推至电池仓101内；

(12)第二驱动部件31驱动电池旋钮旋转机构3的旋转轴32旋转90°，将固定旋钮103旋转至水平方向，将电池仓101内的两个电池102锁定；

(13)第一驱动部件21驱动转动臂22转动180°，按压开关机按钮104，将无人机100开机，无人机100继续执行飞行任务，第一驱动部件21驱动转动臂22再回转180°；

(14)无人机100的电池102更换完成，水平移动机构5和竖直移动机构6将机械臂移动至原位，等待下一次电池102的更换任务。

以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

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