一種旋翼無人機及其更換電池系統的制作方法

本發明涉及無人機應用技術領域，尤其涉及一種旋翼無人機及其更換電池系統。

背景技術：

利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機稱之為無人駕駛飛機，簡稱為“無人機”，從技術角度，無人機可分為：無人固定翼機、無人垂直起降機、無人飛艇、無人直升機、旋翼無人機以及傘翼無人機等。近年來，隨著地震、洪水、核污染等大型自然災害頻發，由于旋翼無人機具有成本低、效費比高、無人員傷亡風險及可以涉足到有人機無法到達的區域(核，化學，細菌感染區域)等優點，旋翼無人機的研究逐漸成為無人機研究的熱點。此外，在軍用和民用領域也具有廣泛的應用前景，如低空偵察、氣象勘測、航空攝影、交通巡邏等。但是由于局限于旋翼無人機的機體大小，旋翼無人機在空中飛行時間很短，需要經常更換電池，旋翼無人機工作過程中若是多次更換電池，不僅麻煩，還會浪費好多人力物力資源。因此，針對旋翼無人機的電池自動更換系統的研究相當必要。

“太陽能旋翼無人機自動充電樁的設計”(彭柴揚，《科技創新導報》，2015年30期)公開了一種無線自適應充電系統，其由由降落引導模塊、通訊識別裝置及無線充電板3個部分組成。當無人機通過gps定位在自主充電樁附近，需要降落在無線充電板上進行充電。由于無線充電板的表面通常是光滑的，在有風等天氣下，無法對正在充電的旋翼無人機起到固定作用，容易使無人機產生水平及豎直移動，甚至從充電板上滑落，造成電能的損耗。雖然無線自適應充電系統采用的是給無人機充電的方式，但是采用該無線自適應充電系統給無人機充電完成后，旋翼無人機無法快速再次起飛，使得旋翼無人機充電的效率低，無法應用到實時性高的場所。

技術實現要素：

(一)要解決的技術問題

本發明提供一種旋翼無人機及其更換電池系統，用于解決現有旋翼無人機充電后無法快速起飛、效率低的問題。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供一種旋翼無人機，包括電池掛載板，所述電池掛載板上設有失電型電磁鐵，所述失電型電磁鐵包括外殼、設于所述外殼內且上下依次設置的線圈和永磁鐵，所述線圈通電產生的磁性與所述永磁鐵的磁性相反，以抵消所述永磁體的磁性。

其中，所述電池掛載板上設有供電裝置，用于向所述失電型電磁鐵供電。

其中，所述外殼為圓柱形外殼。

其中，所述外殼為導體材料。

本發明還提供了一種旋翼無人機更換電池系統，包括旋翼無人機和電池樁，所述旋翼無人機包括電池掛載板，所述電池掛載板上設有失電型電磁鐵，所述失電型電磁鐵包括外殼、設于所述外殼內且上下依次設置的線圈和永磁鐵，所述線圈通電產生的磁性與所述永磁鐵的磁性相反，以抵消所述永磁體的磁性；所述電池樁的頂面為停機坪，所述停機坪上設有空電池槽和裝有充滿電電池的儲備電池槽，所述空電池槽用來承接從旋翼無人機落下的電池。

其中，所述停機坪的兩側均設有w型的機械推桿，每個所述機械推桿的w型的兩個突尖的距離與所述旋翼無人機的降落架的間距相等。

其中，所述機械推桿通過齒條聯動裝置連接驅動電機。

其中，所述電池樁內部設有向所述電池充電的電池充電系統。

其中，所述電池樁的兩側均設有太陽能電池板。

其中，所述太陽能電池板可轉動的設置在所述電池樁的兩側。

其中，所述停機坪的表面材料為亞克力。

其中，所述電池包括電池殼體，所述電池殼體的上下表面均設有作為電源接口的導體凹槽。

其中，所述電池殼體的材料為絕緣高強度塑料。

(三)有益效果

本發明提供的旋翼無人機及其更換電池系統，相比于現有技術具有以下特點：

1、本發明提供的旋翼無人機，通過設置包括線圈和永磁鐵的失電型電磁鐵，在線圈不通電時，電池在永磁鐵的作用下被吸附，電池向旋翼無人機提供動力，在對線圈通電時，線圈產生的電磁性抵消永磁鐵的磁性，整體表現為無磁性，電池在失電型電磁鐵上落下，從而實現電池的自動更換，具有該失電型電磁鐵的旋翼無人機在電池充電過程中，由于更換速度較快、旋翼無人機能夠快速再次起飛，效率高，能夠應用到實時性高的場所；

2、本發明提供的旋翼無人機更換電池系統，通過設置具有失電型電磁鐵的旋翼無人機和電池樁的配合，實現旋翼無人機電池的快速更換，能夠實現自動化，提高效率，降低勞動強度；

3、本發明提供的旋翼無人機更換電池系統，通過在電池樁的兩側設置太陽能電池板，通過太陽能電池板向電池供電，可以解決野外沒有電源的問題；

4、本發明提供的旋翼無人機更換電池系統，通過在電池樁的兩側設置w型的機械推桿，能夠對旋翼無人機實現精確定位，并能實現對旋翼無人機的移動，以便使得失電型電磁鐵對準電池樁頂部的不同槽位置。

附圖說明

圖1為本發明提供的旋翼無人機的結構圖；

圖2為本發明提供的電池掛載板的結構圖；

圖3為本發明提供的失電型電磁鐵的結構圖；

圖4為本發明提供的旋翼無人機更換電池系統的結構圖；

圖5為本發明提供的旋翼無人機充電裝置的結構圖；

圖6為本發明提供的機械推桿的結構圖；

圖7為本發明提供的電池的結構圖；

圖中，1：電池掛載板；2：失電型電磁鐵；201：外殼；202：線圈；203：永磁鐵；3：電池樁；301：空電池槽；302：儲能電池槽；4：機械推桿；5：降落架；6：齒條聯動裝置；7：驅動電機；8：太陽能電池板；9：電池；901：電池外殼；902：導體凹槽。

具體實施方式

為了便于理解本發明，下面將參照相關附圖對本發明進行更全面的描述。附圖中給出了本發明的較佳實施方式。以上僅為本發明的優選實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施方式的目的，不是旨在于限制本發明。本文所使用的術語“及/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

本發明提供一種旋翼無人機及其更換電池系統，用于解決現有旋翼無人機充電后無法快速起飛、效率低的問題。

如圖1、2、3所示，本發明實施例中提供一種旋翼無人機，包括電池掛載板1，電池掛載板1上設有失電型電磁鐵2，可以理解的是，失電型電磁鐵2可以并列設置為多個，以便有多個電池被吸附，向旋翼無人機提供足夠的動力，本實施例中，失電型電磁鐵2設有兩個，其中，失電型電磁鐵2包括外殼201、設于外殼201內線圈202和永磁鐵203，且線圈202和永磁鐵203在外殼201內從上到下依次設置，線圈202通電產生的磁性與永磁鐵203的磁性相反，以抵消永磁體203的磁性。本發明提供的旋翼無人機，在旋翼無人機正常用電過程中，線圈202不通電，永磁鐵203吸附電池9，電池向旋翼無人機提供動力，在需要對電池進行充電時，線圈202通電，線圈202產生電磁性，由于線圈202產生的電磁性與永磁鐵203的磁性相反，且磁力相同，則在線圈通電時，線圈202的電磁性抵消永磁鐵203的磁性，失電型電磁鐵2此時整體表現為無磁性，吸附在失電型電磁鐵2上的電池9就會落下。該設有失電型電磁鐵2的電池掛載板1，既能夠達到可控的目的，也能夠節省電能，還可以作為供電接口為無人機提供電能。

本發明提供的旋翼無人機，通過設置包括線圈202和永磁鐵203的失電型電磁鐵2，在線圈202不通電時，電池在永磁鐵203的作用下被吸附，電池向旋翼無人機提供動力，在對線圈202通電時，線圈202產生的電磁性抵消永磁鐵203的磁性，整體表現為無磁性，電池在失電型電磁鐵上落下，從而實現電池的自動更換，具有該失電型電磁鐵的旋翼無人機在電池充電過程中，由于更換速度較快、旋翼無人機能夠快速再次起飛，效率高，能夠應用到實時性高的場所

本實施例中，為了便于在需要將沒有電的電池落下，電池掛載板1上設有供電裝置(圖中未示出)。該供電裝置向失電型電磁鐵2供電時，線圈202產生磁性，抵消永磁鐵203的磁性，從而使得沒有電的電池落下，此外，該供電裝置還能夠在沒有電池供電時，短時間向旋翼無人機提供少量電能，保證旋翼無人機不關機。

本實施例中，為了方便線圈202和永磁鐵203的設置，失電型電磁鐵2的外殼201為圓柱形外殼。此外，失電型電磁鐵2的外殼201為導體材料，導體材料的外殼201與旋翼無人機內部的供電接口相連，當失電型電磁鐵2吸附電池時，電池中的電能通過導體外殼向旋翼無人機供電。

如圖4、5所示，本發明還提供了一種旋翼無人機更換電池系統，包括旋翼無人機和旋翼無人機充電裝置，旋翼無人機包括電池掛載板1，電池掛載板1上設有失電型電磁鐵2，可以理解的是，失電型電磁鐵2可以并列設置為多個，以便有多個電池被吸附，向旋翼無人機提供足夠的動力，本實施例中，失電型電磁鐵2設有兩個，其中，失電型電磁鐵2包括外殼201、設于外殼201內線圈202和永磁鐵203，且線圈202和永磁鐵203在外殼201內從上到下依次設置，線圈202通電產生的磁性與永磁鐵203的磁性相反，以抵消永磁體203的磁性；旋翼無人機充電裝置包括電池樁3，電池樁3的頂面為停機坪，旋翼無人機上設有控制系統，該控制系統可以控制旋翼無人機降落在停機坪上，停機坪上設有空電池槽301和裝有充滿電電池的儲備電池槽302，空電池槽301用來承接從旋翼無人機落下的電池9，空電池槽301和儲備電池槽302的尺寸和電池9的尺寸相當，以便將旋翼無人機的電池落入孔電池槽301中，且空電池槽301和儲備電池槽302之間間隔約1cm。當旋翼無人機需要充電時，可將旋翼無人機降落在電池樁3的停機坪上，先將旋翼無人機的無電的電池9對準空電池槽301，對線圈202通電，吸附在旋翼無人機上的無電電池落入空電池槽301內，再將旋翼無人機的失電型電磁鐵2對準儲備電池槽302，斷開線圈202的電源，充滿電的電池在永磁鐵203的作用下被吸附在失電型電磁鐵2上，實現電池的自動更換。

本發明提供的旋翼無人機更換電池系統，通過采用具有失電型電磁鐵2的旋翼無人機和電池樁3的配合，實現旋翼無人機電池的快速更換，能夠實現自動化，提高效率，降低勞動強度。

本實施例中，如圖6所示，停機坪的兩側均設有w型的機械推桿4，每個機械推桿4的w型的兩個突尖的距離與旋翼無人機的降落架5的間距相等。w型的機械推桿4可以在旋翼無人機降落在停機坪上時，實現對旋翼無人機的定位。其中，起落架5為四條間距相等成矩陣分布的細柱狀體，由于每個w型的機械推桿4的兩個突尖的距離與旋翼無人機的降落架5的間距相等，可以將旋翼無人機的降落架5的細柱狀體卡在兩個w型機械推桿4的w型的兩個突尖里，從而將旋翼無人機分別定位在不同的位置，該定位方式的定位精準，且工作效率高。

本實施例中，為了實現機械推桿的移動，以便于定位旋翼無人機，機械推桿4通過齒條聯動裝置6連接驅動電機7，在驅動電機7的動力作用下，齒條聯動裝置6帶動機械推桿4移動，從而實現對降落架5的夾緊，以及對旋翼無人機的移動，以便分別對準空電池槽301和儲備電池槽302。

本發明提供的旋翼無人機更換電池系統，通過在電池樁3的兩側設置w型的機械推桿4，能夠對旋翼無人機實現精確定位，并能實現對旋翼無人機的移動，以便使得失電型電磁鐵2對準電池樁3頂部的空電池槽301和儲備電池槽302。

本實施例中，電池樁3內部設有向電池充電的電池充電系統。為了便于向沒有電的電池內充電，電池樁3的內部設有具有總控中線電路、總蓄電池和電池充電電路的電池充電系統，當沒有電的電池從旋翼無人機落入空電池槽301內后，電池背面的充電接口連接電池充電系統，在電池充電系統的作用下，實現對無電電池的充電。

本實施例中，電池樁3的兩側均設有太陽能電池板8，本發明提供的旋翼無人機更換電池系統，通過在電池樁3的兩側均設置太陽能電池板8，可以通過太陽能電池板向電池供電，解決野外沒有電源的問題。更進一步的，太陽能電池板8可轉動的設置在電池樁3上，在野外無電源的情況下，將兩側的太陽能電池板8拉開撐起，利用太陽能進行供電。

本實施例中，停機坪的表面材料為亞克力，停機坪的表面為光滑的亞克力材質，可以減少旋翼無人機降落時的摩擦。

本實施例中，如圖7所示，電池9包括電池殼體901，該電池為長方形組合式電池，電池殼體901的材料為絕緣高強度塑料，電池殼體901的上下表面均設有導體凹槽902，導體凹槽902的材質為1mm厚合金鐵板，該具有導體凹槽902的長方形組合式電池，可以被永磁鐵203吸附，并提供電能。可以理解的是，電池9的頂面有分別接正極和負極的兩個導體導槽902，電池9的底面有接一個正極和三負極的四個導體凹槽902，電池9的頂面設有向旋翼無人機供電的供電接口，電池9的底面設有向電池9充電的充電接口，電池9的供電接口和充電接口均采用弱磁吸式，可以方便的進行拆卸，弱磁性能夠保證接口的充分接觸，又不至于很難分離。電池9的頂面被失電型電磁鐵2吸附后，會與旋翼無人機的供電接口吸合，從而對旋翼無人機進行供電；電池9的底面陷入停機坪的空電池槽301內時，會與電池樁3上的充電接口吸合，從而進行充電。

旋翼無人機更換電池系統的工作過程如下所述：

在具有gps定位技術的控制系統的控制下，旋翼無人機飛行到電池樁3的上方時，向電池樁3發出信號，電池樁3做好工作準備。機械推桿4張開，旋翼無人機按照固定的方向降落到停機坪的隨機地方，此時，機械推桿4推出，旋翼無人機的起落架5為四條間距相等成矩陣分布的細柱狀體，當機械推桿4接觸起落架5并移動的過程中，起落架5的四條細柱狀體分別嵌入到w的兩個突尖的凹槽處，通過左右移動實現定位。此時，停機坪上的儲能電池槽內302嵌有充滿電的電池，空電池槽301內沒有電池。完成精準定位后，首先將旋翼無人機推向停機坪的空電池槽301處，而后，電池掛載板1的供電裝置給失電型磁鐵2的線圈202通電，失電型電磁鐵2失去磁性，通過永磁鐵203的磁性吸附在失電型磁鐵2上的電池因為重力掉落到下方的空電池槽301內，空電池槽301在電池樁3內部的電池充電系統的作用下自動對此沒電的電池進行充電。當電池樁3檢測到旋翼無人機沒有電池后，將其移動到另外有電池的儲能電池槽302處，此時停止向失電型電磁鐵2的線圈202供電，失電型電磁鐵2表現磁性，重新吸附下方充滿電的電池，當旋翼無人機檢測到吸附有電池，重新起飛。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。