一种垂直起降固定翼无人机自动回收充电机巢转让专利
申请号 : CN202110771646.X
文献号 : CN113247289B
文献日 : 2021-10-22
发明人 : 李靖 , 王亮平 , 高智华 , 张欢飞 , 焦鹏飞 , 刘帆 , 蔡旭东 , 房东儒
申请人 : 西安羚控电子科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种垂直起降固定翼无人机自动回收充电机巢,包括舱体(1)和安装在舱体(1)顶部的可开合的顶盖(2),所述的舱体(1)内还安装有内舱(3),所述的内舱(3)与舱体(1)的高度相同,其特征在于,所述的内舱(3)内部还布置有旋转机构(4),内舱(3)顶部安装有夹持对中装置(5),所述的夹持对中装置(5)上还安装有锁紧充电装置(6);
所述的锁紧充电装置(6)包括与夹持对中装置(5)连接的底座(7)和连接在底座(7)上的充电用气动液压钳(8);
所述的夹持对中装置(5)包括与内舱(3)顶板连接的X1轴(15)和X2轴(16)以及与X1轴(15)和X2轴(16)连接的Y1轴(17)和Y2轴(18);
X1轴(15)和X2轴(16)平行布置在旋转机构(4)两侧,Y1轴(17)和Y2轴(18 )平行布置在X1轴(15)和X2轴(16)上方;
所述的X1轴(15)包括第一丝杠安装板(20)和沿第一丝杠安装板(20)长度方向的一侧垂直连接的X轴导轨安装板(19),X轴导轨安装板(19)与内舱(3)顶板连接;
所述的第一丝杠安装板(20)上通过第一X轴支承座(21)安装有第一X轴丝杠(22)和第二X轴丝杠(23),第一X轴丝杠(22)和第二X轴丝杠(23)分别通过X轴联轴器(24)与安装在第一丝杠安装板(20)上的直角换向器(25)连接,直角换向器(25)上连接有X轴电机(26);
所述的X轴导轨安装板(19)上安装有X轴导轨(27),X轴导轨(27)上安装有X轴滑块(28);
所述的第一X轴丝杠(22)和第二X轴丝杠(23)的旋向相反,第一X轴丝杠(22)和第二X轴丝杠(23)上均通过螺母(29)连接有Y轴连接装置(30),Y轴连接装置(30)与X轴滑块(28)连接;
所述的X2轴(16)与X1轴(15)结构相同;
所述的Y1轴(17)包括与Y轴连接装置(30)连接的第二丝杠连接板(35),第二丝杠连接板(35)的中部连接有Y轴联轴器(36),Y轴联轴器(36)的两端分别连接有第一Y轴丝杠(37)和第二Y轴丝杠(38),第一Y轴丝杠(37)和第二Y轴丝杠(38)分别通过Y轴支承座(39)与第二丝杠连接板(35)连接;
所述的第二丝杠连接板(35)沿第二丝杠连接板(35)长度方向的一侧垂直连接有第一Y轴导轨安装板(40)和第二Y轴导轨安装板(41),第一Y轴导轨安装板(40)和第二Y轴导轨安装板(41)上分别安装有Y轴导轨(42),Y轴导轨(42)上安装有Y轴滑块(43);
所述的第一Y轴丝杠(37)和第二Y轴丝杠(38)的旋向相反,第一Y轴丝杠(37)和第二Y轴丝杠(38)上均连接有推板(44),推板(44)与Y轴滑块(43)连接,第一Y轴丝杠(37)的一端与Y轴联轴器(36)连接,第一Y轴丝杠(37)的另一端与Y轴电机(45)连接;
所述的Y2轴(18)与Y1轴(17)结构相同;
所述的锁紧充电装置(6)包括与第二丝杠连接板(35)连接的底座(7)和连接在底座(7)上的充电用气动液压钳(8);
所述的充电用气动液压钳(8)包括连接在底座(7)上表面的导向块(46)和连接在导向块(46)上表面的第一连接板(47),所述的第一连接板(47)可以在导向块(46)上表面上移动;
第一连接板(47)的一端伸出导向块(46)上表面外,第一连接板(47)伸出导向块(46)的一端还连接有充电板(48),充电板(48)背向导向块(46)的一端开有充电槽(49),充电槽(49)内布置有充电弹片(50);
所述的底座(7)上还连接有动力块(51),所述的动力块(51)上布置有电气接口(52)和气动接口(53),电气接口(52)用于给充电弹片(50)供电,气动接口(53)用于给第一连接板(47)供能。
2.如权利要求1所述的垂直起降固定翼无人机自动回收充电机巢,其特征在于,所述的旋转机构(4)包括安装在内舱(3)底板上的支撑架(9)和通过安装轴(10)与支撑架(9)连接的旋转台(11);
所述的安装轴(10)上套接有从动齿轮(12),从动齿轮(12)与主动齿轮(13)啮合,所述的主动齿轮(13)与电机(14)连接。
3.如权利要求1所述的垂直起降固定翼无人机自动回收充电机巢,其特征在于,所述的内舱(3)顶板开口,旋转台(11)的表面与内舱(3)顶板平齐。
4.如权利要求1所述的垂直起降固定翼无人机自动回收充电机巢,其特征在于,所述的X轴导轨安装板(19)长度方向的两端还垂直连接有端板(31),端板(31)上安装有第二X轴支承座(32);
所述的第一X轴丝杠(22)和第二X轴丝杠(23)远离X轴联轴器(24)的一端分别安装有限位开关(33);
所述的第一丝杠安装板(20)沿长度方向的另一侧还垂直连接有防尘板(34)。
5.如权利要求1所述的垂直起降固定翼无人机自动回收充电机巢,其特征在于,所述的Y2轴(18)与Y1轴(17)上分别布置有一对充电用气动液压钳(8),一对充电用气动液压钳(8)之间的距离根据无人机起落架之间的距离确定。
6.如权利要求1所述的垂直起降固定翼无人机自动回收充电机巢,其特征在于,所述的顶盖(2)包括盖合在舱体(1)顶部的第一顶盖(54)和第二顶盖(55),所述的第一顶盖(54)和第二顶盖(55)分别通过连接机构(56)和舱体(1)连接,所述的连接机构(56)包括连接第一顶盖(54)和舱体(1)的第一连接机构(57)和连接第二顶盖(55)和舱体(1)的第二连接机构(58);
所述的第一连接机构(57)包括铰接在舱体(1)长度方向的侧壁上的连杆Ⅱ(59)和与连杆Ⅱ(59)铰接的电动推杆Ⅱ(60),电动推杆Ⅱ(60)的一端与连杆Ⅱ(59)铰接,电动推杆Ⅱ(60)的另一端与舱体(1)长度方向的侧壁铰接,所述的连杆Ⅱ(59)呈L型;
所述的第一连接机构(57)还包括铰接在舱体(1)长度方向的侧壁上的连杆Ⅰ(61)和与连杆Ⅰ(61)铰接的电动推杆Ⅰ(62),电动推杆Ⅰ(62)的一端与连杆Ⅰ(61)铰接,电动推杆Ⅰ(62)的另一端与内舱(3)朝向舱体(1)长度方向侧壁铰接,铰接点的高度与舱体(1)高度相同,所述的连杆Ⅰ(61)呈L型;
所述的第二连接机构(58)的结构与第一连接机构(57)的结构相同。
7.如权利要求2所述的垂直起降固定翼无人机自动回收充电机巢,其特征在于,所述的支撑架(9)上还连接有无线充电发射端(63),无线充电发射端(63)位于旋转台(11)正下方;
所述的内舱(3)中还布置有温控装置(64)和除湿装置(65)。
说明书 :
一种垂直起降固定翼无人机自动回收充电机巢
技术领域
背景技术
人机技术的迅速发展,无人机的使用已经逐渐在航拍、农业、植保、测绘、新闻报道、电力巡
检、救灾、影视拍摄等领域进行推广和应用,但是随着无人机的使用要求不断提高,无人机
在降落过程中依旧存在一些不足急需去完善。
机、多光谱相机、双光吊舱、激光雷达等载荷,垂起载重能力最大可达10公斤,最长航时可达
到4个小时,可同时携带多种载荷作业。
无需人工干预。
飞和降落过程中的姿态产生不可预测的变化,严重者会造成无人机的倾斜和翻倒,增加无
人机使用的安全隐患。
发明内容
现有机巢对中定位找准精准度不足、整体环境适应性能不佳的技术问题。
还安装有内舱,所述的内舱与舱体的高度相同,所述的内舱内部还布置有旋转机构,内舱顶
部安装有夹持对中装置,所述的夹持对中装置上还安装有锁紧充电装置;
向器连接,直角换向器上连接有X轴电机;
和第二Y轴丝杠分别通过Y轴支承座与第二丝杠连接板连接;
轴导轨,Y轴导轨上安装有Y轴滑块;
机构和连接第二顶盖和舱体的第二连接机构;
间夹角为α为153°;
体高度相同,所述的连杆Ⅰ呈L型,中间夹角为α为153°;
阻系数较低的一种,表面和合盖边缘加软性覆盖,令合盖后密封性好,且对无人机的误碰撞
起到保护作用。
附图说明
轮,13‑主动齿轮,14‑电机,15‑X1轴,16‑X2轴,17‑Y1轴,18‑Y2轴,19‑X轴导轨安装板,20‑第
一丝杠安装板,21‑第一X轴支承座,22‑第一X轴丝杠,23‑第二X轴丝杠,24‑ X轴联轴器,25‑
直角换向器,26‑X轴电机,27‑X轴导轨,28‑X轴滑块,29‑螺母,30‑Y轴连接装置,31‑端板,
32‑第二X轴支承座,33‑限位开关,34‑防尘板,35‑第二丝杠连接板,36‑Y轴联轴器,37‑第一
Y轴丝杠,38‑第二Y轴丝杠,39‑Y轴支承座,40‑第一Y轴导轨安装板,41‑第二Y轴导轨安装
板,42‑Y轴导轨,43‑Y轴滑块,44‑推板,45‑Y轴电机,46‑导向块,47‑第一连接板,48‑充电
板,49‑充电槽,50‑充电弹片,51‑动力块,52‑电气接口,53‑气动接口,54‑第一顶盖,55‑第
二顶盖,56‑连接机构,57‑第一连接机构,58‑第二连接机构,59‑连杆Ⅱ,60‑电动推杆Ⅱ,
61‑连杆Ⅰ,62‑电动推杆Ⅰ,63‑无线充电发射端,64‑温控装置,65‑除湿装置。
具体实施方式
方位、以特定的方位构造和操作,“内”、“外”是指相应部件轮廓的内和外,不能将上述术语
理解为对本发明的限制。
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。对于本领域的技术人员而言,可以根据具体情况理解上
述术语在本发明中的具体含义。
述的内舱3与舱体1的高度相同,所述的内舱3内部还布置有旋转机构4,内舱3顶部安装有夹
持对中装置5,所述的夹持对中装置5上还安装有锁紧充电装置6;
与非金属结构件,稳定的固定在所需位置,电源为外接地埋线缆,变电所供电。如需要移动,
机巢设计为整体结构,外部一圈有多个地面固定拉钩,拉钩安装时在地面使用膨胀螺钉等
方式固定,并保证机巢在受风力影响时保持稳定,以上措施,可使机巢承受六到七级大风。
无空间使用密封圈结构而有可能发生渗漏的区域,采用防水型发泡胶密封来防止雨水渗漏
结构,
钢丝杠与铜制螺母。
转动,飞机四个落地支撑脚宽410*长350,所占空间为1040mm,包含±500mm偏移量,总体转
台空间直径2100mm,可以基本覆盖99.6%的降落位置,如遇到极端的降落位置,可以根据偏
离方向与角度,命令飞机再次低空起飞降落或其它定位方式令飞机进入到更准确的区域
内。
统,通过两种方式传递风向信息,在一方气象监测性能失效时,可由另一方完成风向信息传
递,保证无人机在迎风起降阶段的稳定性;其次,控制系统通过PLC及驱动器控制转动平台
进行方位旋转,将转动机构基线角度与无人机降落角度方向一致,无人机得到机巢允许降
落指令后开始降落,降落完成后,将进行下一步对中动作。
板20上的直角换向器25连接,直角换向器25上连接有X轴电机26;
的可靠性;其中直角换向器25的主要功能是改变轴的方向,使X轴电机26可以同时带动第一
X轴丝杠22和第二X轴丝杠23旋转,并且两根轴具有相同的转速;另外,X轴电机26第一X轴丝
杠22和第二X轴丝杠23之间呈90°位置分布,两个丝杠具有相同的转速,当X轴电机26旋转
时,可带动X轴电机26第一X轴丝杠22和第二X轴丝杠23旋转。使得其上的Y1轴与17Y2轴18相
向或相背运动。
加寿命。防尘板34的设置是为了减少外界杂物进入的可能。
第一Y轴丝杠37和第二Y轴丝杠38,第一Y轴丝杠37和第二Y轴丝杠38分别通过Y轴支承座39
与第二丝杠连接板35连接;
上分别安装有Y轴导轨42,Y轴导轨42上安装有Y轴滑块43;
45;
于第一X轴丝杠22和第二X轴丝杠23具有相反的旋向,将带动X1轴和X2轴上的Y轴连接装置
30对称压缩,从而使分别安装在Y轴连接装置30的Y1轴和Y2轴一起对称压缩,推动无人机向
X轴中心方向移动,待X轴运动到极限位置后,限位开关发送信号给PLC,使X轴电机停止运
动,此时,完成X轴方向的对中;然后,Y轴电机开始旋转,由于第一Y轴丝杠37和第二Y轴丝杠
38具有相反的旋向,将带动Y1轴和Y2上的推板44对称压缩,推动无人机向Y轴中心方向移
动,待Y轴运动到极限位置后,限位开关将信号反馈给PLC,电机停止运动,此时,完成Y轴方
向的对中。该种对中机构具有结构简单、成本低、易于维护的优点,并且PLC及传感器组成的
控制系统,可实现机巢联动,有效提高电机的定位精度及对中动作的可靠性,避免Y1轴和Y2
轴将无人机损坏。
到位。
发脉冲信号给驱动器,通过X、Y轴驱动器放大电流去控制相应的步进电机行走,由于X、Y轴
分别由两根左旋和右旋的滚珠丝杠串联组成,当步进电机转动时,丝杠螺母带动Y1轴17和
Y2轴18对称压缩,将落地支撑脚推到规定位置。通过PLC系统控制,可实现X、Y轴在行程范围
内的精准定位,步进电机配有旋转编码器,用于旋转机构位置的反馈显示。
损坏。
地支撑脚会将飞机下部的空间留出,可以在这个高度内安装上部保护盖的电机、液压管路
及转动限位机构等部件。
弹片50;
机构56包括连接第一顶盖54和舱体1的第一连接机构57和连接第二顶盖55和舱体1的第二
连接机构58;
Ⅱ59呈L型;
点的高度与舱体1高度相同,所述的连杆Ⅰ61呈L型;
和连杆Ⅱ向机巢外侧方向旋转,连杆Ⅰ和连杆Ⅱ带动右盖运动使其逐渐打开,待电动推杆Ⅰ
和电动推杆Ⅱ分别运动到极限设置位置时停止运动,右盖完全打开。第二顶盖55打开原理
及方式与第一顶盖54一致,故此处不再赘述。
Ⅱ向机巢内侧方向旋转,连杆Ⅰ和连杆Ⅱ带动右盖运动使其逐渐闭合,待电动推杆Ⅰ和电动
推杆Ⅱ分别运动到极限设置位置时停止运动,第一顶盖54完全闭合。第二顶盖55闭合原理
及方式与第一顶盖54一致,故不再赘述。
盖可以正常打开与闭合,而且可以优化蜂巢内部的空间布局,降低蜂巢整体结构的复杂性。
巢停机台的力学平衡,还有利于以提高系统可靠性和可拓展性;接收线圈安装在机腹中部,
由于机身材质是碳纤维,机头黄色部分是布置罗盘、传感器等设备的区间,绿色部分是安装
电池的区间,红色部分是可安装无线充电接收端线圈的区间。由于机腹中部机械强度最高,
且安装线圈后对飞机整体平衡影响最小,因此将接收线圈安装在机腹中部,有利于减小线
圈的安装对于飞机飞行稳定性及强度的影响。
量,漏磁量较小,经过对接收端和发射端相对位置对互感的影响进行仿真模拟,可以看出在
飞机降落水平位置偏差±10cm时,系统仍能保持较好的耦合,维持较高的充电效率。
机的定位系统、精密器件等均无不良影响。
给充电设备充电,确保了充电的稳定性。
不到20%的损耗能量内,仅有一小部分以辐射的形式存在,而这一部分辐射的能量比家用电
磁炉向外辐射的能量还要小,因此无线充电的辐射量微小,对于蜂巢内部各系统的影响较
小。为了保证无线充电的长期稳定性,发射端和接收端的线圈均使用具有较强聚磁作用以
及品质因数较高的导磁材料制成,而且品质因数随充电功率的升高也有较大的提升,因此
可大大减少向外辐射的能量,提高安全性能。
控制,与无人机电池管理系统通信获取电池状态与运行信息等实时参数,根据无人机电池
管理系统需求,实现磁耦合功率传输单元能量供给的自适应匹配,快速无损地补充电池能
量,延长电池使用寿命。
部空气循环,当外界温度过高/低时,空调开启制冷/热模式保证巢内设备工作在适宜温度,
降低设备高温工作风险增加设备使用寿命,如图3。
方向一致,偏差不大于5度,等待接收无人机;
进行Y轴夹持,通过X/Y轴平推定位,使无人机自动停在旋转平台中央,保证无人机对正在平
台的固定位置。机脚可通过Y轴夹持机构自动固定锁定。
为止;
向,无人机起飞,随后机巢关闭顶盖,转台旋转至零位,机巢转入等待接收无人机状态。
或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。