本發(fā)明具體涉及一種四旋翼飛行器電池自動更換裝置，屬于無人機技術領域。

背景技術：

隨著無人飛行器的興起，四軸飛行器作為其中之一也大受歡迎，被應用到各行各業(yè)之中，承擔各種工作。四軸飛行器有一個嚴重的短板，就是續(xù)航能力。讓四軸飛行器迅速的自動更換電池（這比現(xiàn)場充電快），并回到原來的工作中，一直是一個需要解決的問題。

如中國發(fā)明專利，授權公告號CN104494833，公開了一種智能飛行器充電方法，雖然可以實現(xiàn)飛行器的野外充電，但是同大多數(shù)現(xiàn)有技術一樣，不能實現(xiàn)電池的更換，使得飛行器不能夠迅速的回到持續(xù)的工作中。

技術實現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的解決現(xiàn)有技術飛行器不能自動更換電池，不能持續(xù)工作的問題。

具體的，本發(fā)明的四旋翼飛行器電池自動更換裝置，包括電池吊艙單元及電池更換充電平臺單元，電池吊艙單元安裝在四旋翼飛行器底部，所述電池吊艙單元包括電池吊艙、電池盒、電池吊艙鎖，電池盒安裝在電池吊艙內(nèi)，電池吊艙鎖設置在電池吊艙底部，所述電池更換充電平臺單元包括底板、電池盒放置及充電模塊，電池運輸平臺、運輸模塊、環(huán)形降落臺，所述運輸模塊包括兩根并列設置的由同步帶驅動的光桿，電池運輸平臺安裝在光桿上，電池運輸平臺上設有電池吊艙鎖觸發(fā)裝置，電池盒放置及充電模塊包括支撐架及安裝在支撐架上的充電倉，充電倉的位置位于光桿上方且電池運輸平臺上的電池盒可插入充電倉內(nèi)，所述環(huán)形降落臺包括安裝在光桿兩側的兩個扇環(huán)形降落臺，電池運輸平臺及電池盒可從兩個扇環(huán)形降落臺之間的空隙穿過。

進一步的，所述電池盒與電池運輸平臺之間設有相互對應的凹槽及凸塊。

進一步的，所述電池運輸平臺數(shù)量為兩個，所述電池盒放置及充電模塊數(shù)量為兩個，分別設置在光桿兩端的位置。

進一步的，所述電池盒為T型結構。

進一步的，所述扇環(huán)形降落臺的扇環(huán)部分向內(nèi)傾斜。

進一步的，所述充電倉數(shù)量為兩個以上，所述支撐架底部還設有橫移裝置，所述橫移裝置包括步進電機、聯(lián)軸器、滑動絲桿、驅動絲桿，滑動絲桿連接支撐架。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明的四旋翼飛行器電池自動更換裝置，通過充電平臺結構上的改進，實現(xiàn)了飛行器電池倉的直接更換，相比于在線充電的方式，更適合于飛行器的持續(xù)工作。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種四旋翼飛行器電池自動更換裝置電池更換充電平臺單元的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明的一種四旋翼飛行器電池自動更換裝置電池吊艙單元的結構示意圖；

圖3為圖1中環(huán)形降落臺的結構示意圖；

圖4為圖1中取下環(huán)形降落臺后的結構示意圖；

圖5為電池盒的結構示意圖；

圖6為圖4中電池盒放置及充電模塊的結構示意圖；

圖7為電池倉上下活動的原理和結構圖；

圖8為電池吊艙鎖的原理和結構圖；

圖9為同步帶的調(diào)節(jié)的原理和結構圖；

圖10為圖9中一套調(diào)節(jié)片的結構示意圖；

圖11為運輸模塊的結構示意圖；

圖12、圖13為運輸平臺的結構示意圖；

圖14為圖13中同步帶夾的示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行說明：

如圖1、圖2、圖3、圖4所示，一種四旋翼飛行器電池自動更換裝置，本發(fā)明的裝置包括飛行器上的電池吊艙單元的改進，以及電池更換充電平臺單元的改進兩部分。

電池更換充電平臺單元的結構如圖1所示，包括底板1、電池盒放置及充電模塊2，電池運輸平臺3、運輸模塊4、環(huán)形降落臺5。

電池吊艙單元如圖2所示，安裝在四旋翼飛行器底部，所述電池吊艙單元包括電池吊艙5、電池盒9、電池吊艙鎖6，電池盒9安裝在電池吊艙內(nèi)，電池吊艙鎖6設置在電池吊艙5底部。

環(huán)形降落臺的結構如圖3所示，環(huán)形降落臺5包括安裝在光桿兩側的兩個扇環(huán)形降落臺7，電池運輸平臺及電池盒9可從兩個扇環(huán)形降落臺7之間的空隙穿過。飛行器降落在環(huán)模塊上，在環(huán)的斜面的作用下滑落到正確的位置，然后開始更換電池。為方便準確降落，扇環(huán)形降落臺7的扇環(huán)部分優(yōu)選向內(nèi)傾斜。環(huán)的支柱8與環(huán)不是固定連接，只是托著環(huán)。在所有支柱8上加減墊片即可調(diào)節(jié)環(huán)的高度，給某一側的支柱8上加墊片就可以調(diào)節(jié)環(huán)與水平面的夾角角度。

如圖4所示，運輸模塊4包括兩根并列設置的由同步帶驅動的光桿10，電池運輸平臺3安裝在光桿10上，電池運輸平臺3上設有電池吊艙鎖觸發(fā)裝置11。

電池盒9的結構如圖5所示，電池盒放置及充電模塊2的結構如圖6所示，電池盒放置及充電模塊2包括支撐架12及安裝在支撐架12上的充電倉13，充電倉13的位置位于光桿10上方且電池運輸平臺3上的電池盒9可插入充電倉13內(nèi)。支撐架12底部還設有橫移裝置，橫移裝置包括步進電機14、聯(lián)軸器15、滑動絲桿16、驅動絲桿17，滑動絲桿16連接支撐架12。

充電部分原理為：當同步帶帶動電池運輸平臺3將電池盒9送入其中一個電池充電倉13后，步進電機14帶動滑動絲桿16、驅動絲桿17轉動，讓整個充電平臺沿光桿10方向左右移動，使另一塊充滿電的電池盒9移動到電池載板上，然后電池運輸平臺3就可以沿著垂直于光桿10的方向將已經(jīng)充滿電的電池盒9抽出運回飛行器上。

優(yōu)選的，電池盒9與電池運輸平臺3之間設有相互對應的凹槽及凸塊。飛行器降落在環(huán)模塊之后電池吊倉鎖觸發(fā)平臺11觸發(fā)電池吊倉鎖6打開，電池運輸平臺3上的凹/凸槽與電池盒9底部的凸/凹槽對應結合，電池運輸平臺3在同步帶的帶動下沿光桿10把電池盒9送進充電模塊充電，同時為飛行器裝上一個已經(jīng)充好電的電池盒9。電池盒9為T型結構。電池裝在電池盒9中，用電線和銅片與外界連接， T型的電池盒9用于讓電池盒9吊掛在飛行器底部的電池吊艙5。

電池盒9吊掛在電池吊艙5，當飛行器降落后觸發(fā)電池吊艙鎖6打開，讓電池盒9移出或進入電池吊艙5。

電池吊艙5上下活動的原理和結構如圖7所示：

電池蓋板101和飛行器的中心板102之間的空間的高度就是電池吊艙5的可以上下活動的范圍。電池吊艙5的上下活動機構，由一個帶方孔的支撐板，和一個上端較寬、中部較細剛好能通過支撐板上的方孔的矮方柱構成。當飛行器的電池吊艙5沒有支撐時，整個電池吊艙5的力由支撐板提供，當飛行器降落后，降落平臺上的支撐桿會將電池吊艙5頂?shù)焦潭ǖ母叨?，方便電池的拆裝。

電池吊艙鎖6的原理和結構如圖8所示：

擋塊結構103擋住電池盒9，把電池盒9固定在電池倉的鎖扣，突出物104讓T型的電池盒9掛在電池吊艙5內(nèi)，拉簧105將觸發(fā)桿106離開觸發(fā)平臺后讓鎖扣自動復位，觸發(fā)桿106底部被底板上的觸發(fā)平臺頂起來，鎖扣整個向上運動，使擋塊結構103不再擋住電池盒9。

圖4中光桿10引導導軌作用，由同步帶驅動。

同步帶的調(diào)節(jié)的原理和結構如圖9所示：

同步帶輪固定座107，齒輪軸承同步帶輪108，光面軸承同步帶輪109，8mm螺紋桿110，用于固定同步帶輪，調(diào)節(jié)片111，用來調(diào)節(jié)光面同步帶輪的位置，進而調(diào)節(jié)同步帶的松緊，傾斜角度等。

原理：該機構的兩端各配備一套調(diào)節(jié)片111（每端選兩片），通過兩端裝不同組合的調(diào)節(jié)片111便可調(diào)節(jié)同步帶傾斜，松緊等。

一套調(diào)節(jié)片111如圖10所示：

不同的組合可以把同步帶輪固定在6個不同的位置，也就是同步帶有6種不同的松緊狀態(tài)。

運輸模塊4如圖11所示：

連接桿112，裝在兩個電池運輸平臺3之間，用于固定兩個電池運輸平臺3之間的距離， 齒輪軸承113同步帶輪， 驅動端114的光面軸承同步帶輪 ，步進電機115 ，電池運輸平臺3。

運輸模塊的原理及結構：同步帶由步進電機115驅動，繞過輪，兩端分別接在兩個電池運輸平臺3下面，拉動電池運輸平臺3來回運動，電池運輸平臺3裝在兩條平行的光桿10上，光桿10起到支撐和導軌的作用。

電池運輸平臺3如圖12及圖13所示：

運輸平臺的上部分116，有凹/凸槽與電池盒9底部的凸/凹槽對應 ，上下兩部分之間的空隙117用于加減墊片進行微調(diào)電池運輸平臺3上表面高度的微調(diào) ，運輸平臺下部分118，用于裝在光桿10上和連接同步帶，通過同步帶夾120，安裝在運輸平臺的下表面，用于讓光桿穿過的孔119，同步帶夾120自行設計。

同步帶夾120的結構如圖14所示。

整個裝置的工作過程為：飛行器在機器視覺等其他引導下大概降落在環(huán)上，環(huán)的曲面會引導飛行器降落在正確的位置上，然后底板上的觸發(fā)平臺打開電池吊倉鎖6，同時飛行器腳架下的球觸發(fā)霍爾傳感器，驅動步進電機帶動同步帶，兩個電池運輸平臺3從一邊帶出舊電池的同時在另一端帶進新電池，完成后飛行器即可起飛，離地后鎖扣自動合上。飛行器離開后，剛剛裝上沒電電池一邊的電池倉由步進電機左右控制，將旁邊的充滿電的電池運送到中間位置，等待下一次換電池。而另一邊剛被取出電池的電池倉不動，保存一個空的位置給下一次沒電的電池裝上。

電池充電倉13的充電功能具體設計為：在硬件上，電池充電倉13和電池之間由兩片銅片連接，在電池充電倉13上有電壓傳感器，當電池與充電倉13成功連接并且被檢測到電壓低于12.6V的時候，上位機會自動將連接在兩銅片上的鋰電池充電器開啟到充電狀態(tài)，對電壓低于12.6V的電池進行充電。充電器的功能有充滿自動停止，因此不需要擔心過充問題。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明還存在以下優(yōu)點：

1、環(huán)模塊讓飛行器自動對位到正確位置而不需要額外引導。

2、移出舊電池和移進新電池同時進行，節(jié)省時間。

3、充電模塊自己給電池進行充電，飛行器換電池就行，不用等待充電，節(jié)省時間。

4、機構盡量多使用可活動可調(diào)節(jié)的辦法，應對盡量多的無法意料的現(xiàn)實中的問題或需求。

5、環(huán)兩端的缺口除了用于讓運輸平臺和電池通過，本身也起到對位的作用。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。