本申請涉及用于無人機(jī)的可升降換電，特別是涉及一種用于無人機(jī)的可升降換電機(jī)構(gòu)及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著無人機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，無人機(jī)在農(nóng)業(yè)、物流、安防監(jiān)控等多個領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。無人機(jī)的高效作業(yè)通常依賴于其電池的續(xù)航能力，而在大多數(shù)應(yīng)用場景中，長時間的連續(xù)作業(yè)對于電池的快速更換提出了更高的要求。無人機(jī)換電機(jī)構(gòu)作為一種關(guān)鍵設(shè)備，能夠在無人干預(yù)的情況下高效完成電池的取換操作，從而提升無人機(jī)的作業(yè)效率。針對這一需求，無人機(jī)智能航空站(以下簡稱“航站”)逐漸成為實現(xiàn)無人機(jī)換電的主要平臺。

2、然而，現(xiàn)有的無人機(jī)航站換電機(jī)構(gòu)普遍存在技術(shù)局限性。大部分航站中的無人機(jī)換電操作需要通過升降無人機(jī)平臺來避免與換電機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)干涉，這種方式容易導(dǎo)致操作流程復(fù)雜且換電效率下降。尤其是在多電池倉布局的航站中，由于換電機(jī)構(gòu)的動作路徑較長，平臺升降不僅增加了作業(yè)節(jié)拍時間，還可能因槳葉與換電機(jī)構(gòu)碰撞而導(dǎo)致設(shè)備故障。此外，現(xiàn)有技術(shù)中換電機(jī)構(gòu)的多軸聯(lián)動設(shè)計多集中于水平方向，對豎直方向的適應(yīng)性不足，難以滿足高低不同電池倉的布局需求，進(jìn)一步限制了無人機(jī)換電操作的可靠性和靈活性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請?zhí)峁┮环N用于無人機(jī)的可升降換電機(jī)構(gòu)及方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中換電機(jī)構(gòu)的多軸聯(lián)動設(shè)計多集中于水平方向，對豎直方向的適應(yīng)性不足的問題。

2、第一方面，一種用于無人機(jī)的可升降換電機(jī)構(gòu)，所述機(jī)構(gòu)包括：

3、x軸運動單元，用于驅(qū)動換電機(jī)構(gòu)沿水平方向移動至電池倉位置或無人機(jī)電池更換位置；

4、y軸運動單元，用于驅(qū)動換電機(jī)構(gòu)水平伸出或收回，以靠近目標(biāo)電池位置；

5、z軸運動單元，用于驅(qū)動換電機(jī)構(gòu)沿豎直方向升降，以對準(zhǔn)電池倉中的目標(biāo)電池位置或無人機(jī)電池更換位置，并避讓無人機(jī)的干涉區(qū)域；

6、勾手機(jī)構(gòu)，用于抓取或釋放目標(biāo)電池；

7、伺服驅(qū)動系統(tǒng)，為所述x軸運動單元、y軸運動單元、z軸運動單元及勾手機(jī)構(gòu)提供動力；

8、可編程邏輯控制器，通過ecat總線協(xié)議與所述伺服驅(qū)動系統(tǒng)通信，用于控制所述x軸運動單元、y軸運動單元、z軸運動單元及勾手機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)動作。

9、上述方案中，可選地，所述x軸運動單元具有三個預(yù)設(shè)位置，分別為左側(cè)電池倉位置、右側(cè)電池倉位置及無人機(jī)電池更換位置。

10、上述方案中，可選地，所述y軸運動單元具有三個預(yù)設(shè)位置，包括初始位置、電池倉的伸出位置及無人機(jī)的伸出位置。

11、上述方案中，可選地，所述z軸運動單元具有三個高度位置，分別為對應(yīng)低層電池倉的目標(biāo)電池位置、高層電池倉的目標(biāo)電池位置及無人機(jī)電池位置。

12、上述方案中，可選地，所述勾手機(jī)構(gòu)通過伺服電機(jī)驅(qū)動同步連桿旋轉(zhuǎn)，連桿末端設(shè)置有勾手，勾手用于抓取或釋放目標(biāo)電池。

13、上述方案中，可選地，所述換電機(jī)構(gòu)整體安裝在直線導(dǎo)軌上，所述x軸運動單元沿直線導(dǎo)軌運動。

14、上述方案中，可選地，所述伺服驅(qū)動系統(tǒng)通過ecat總線協(xié)議接收所述plc的運動控制指令，以實現(xiàn)所述x軸運動單元、y軸運動單元、z軸運動單元及勾手機(jī)構(gòu)的絕對定位控制。

15、第二方面，一種用于無人機(jī)的可升降換電方法，所述換電方法包括以下步驟：

16、控制x軸運動單元移動至電池倉位置或無人機(jī)電池更換位置；

17、控制z軸運動單元升降以對準(zhǔn)目標(biāo)電池位置；

18、控制y軸運動單元水平伸出；

19、控制勾手機(jī)構(gòu)抓取或釋放目標(biāo)電池；

20、控制y軸運動單元及z軸運動單元依次回到初始位置。

21、上述方案中，可選地，在控制x軸運動單元移動時，若路徑需要跨越無人機(jī)，則控制z軸運動單元升至高層電池倉對應(yīng)位置，避讓無人機(jī)的干涉區(qū)域。

22、上述方案中，可選地，換電操作包括以下兩部分：

23、取電池操作：控制x軸運動單元移動至電池倉位置，控制z軸運動單元升降至電池倉中的目標(biāo)電池位置，控制y軸運動單元伸出，控制勾手機(jī)構(gòu)抓取目標(biāo)電池，控制y軸運動單元及z軸運動單元依次回到初始位置；

24、還電池操作：控制x軸運動單元移動至無人機(jī)電池更換位置，控制z軸運動單元升降至無人機(jī)電池更換位置，控制y軸運動單元伸出，控制勾手機(jī)構(gòu)釋放目標(biāo)電池，控制y軸運動單元及z軸運動單元依次回到初始位置。

25、相比現(xiàn)有技術(shù)，本申請至少具有以下有益效果：

26、本申請基于對現(xiàn)有技術(shù)問題的進(jìn)一步分析和研究，認(rèn)識到中換電機(jī)構(gòu)的多軸聯(lián)動設(shè)計多集中于水平方向，對豎直方向的適應(yīng)性不足，通過多軸聯(lián)動設(shè)計和伺服驅(qū)動系統(tǒng)的精準(zhǔn)控制，解決了傳統(tǒng)無人機(jī)換電操作效率低下、路徑規(guī)劃復(fù)雜以及對多層電池倉適應(yīng)性差等問題。本發(fā)明的換電機(jī)構(gòu)利用x軸、y軸和z軸的多軸聯(lián)動，實現(xiàn)了對目標(biāo)電池或無人機(jī)電池更換位置的快速對準(zhǔn)，顯著減少了換電操作時間。同時，z軸的升降功能有效避免了槳葉干涉問題，無需無人機(jī)平臺升降即可完成路徑避讓，優(yōu)化了作業(yè)節(jié)拍。本發(fā)明完全由plc控制，無需人工干預(yù)，達(dá)到了無人化操作的目的，消除了人工換電的效率低下和誤操作風(fēng)險。此外，多軸設(shè)計增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性，適配高低層電池倉和多種無人機(jī)布局場景，同時伺服驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)合ecat總線協(xié)議確保了每個動作的高精度執(zhí)行，提升了整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。本發(fā)明適用于各種無人機(jī)智能航空站，在農(nóng)業(yè)、物流和安防監(jiān)控等領(lǐng)域，能夠顯著提高無人機(jī)的續(xù)航能力，滿足連續(xù)作業(yè)的需求，全面解決了背景技術(shù)中的技術(shù)瓶頸。

技術(shù)特征：

1.一種用于無人機(jī)的可升降換電機(jī)構(gòu)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于無人機(jī)的可升降換電機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述x軸運動單元具有三個預(yù)設(shè)位置，分別為左側(cè)電池倉位置、右側(cè)電池倉位置及無人機(jī)電池更換位置。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于無人機(jī)的可升降換電機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述y軸運動單元具有三個預(yù)設(shè)位置，包括初始位置、電池倉的伸出位置及無人機(jī)的伸出位置。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于無人機(jī)的可升降換電機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述z軸運動單元具有三個高度位置，分別為對應(yīng)低層電池倉的目標(biāo)電池位置、高層電池倉的目標(biāo)電池位置及無人機(jī)電池位置。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于無人機(jī)的可升降換電機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述勾手機(jī)構(gòu)通過伺服電機(jī)驅(qū)動同步連桿旋轉(zhuǎn)，連桿末端設(shè)置有勾手，勾手用于抓取或釋放目標(biāo)電池。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于無人機(jī)的可升降換電機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述換電機(jī)構(gòu)整體安裝在直線導(dǎo)軌上，所述x軸運動單元沿直線導(dǎo)軌運動。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于無人機(jī)的可升降換電機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述伺服驅(qū)動系統(tǒng)通過ecat總線協(xié)議接收所述plc的運動控制指令，以實現(xiàn)所述x軸運動單元、y軸運動單元、z軸運動單元及勾手機(jī)構(gòu)的絕對定位控制。

8.一種用于無人機(jī)的換電方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1至7中任一項所述的換電機(jī)構(gòu)，所述換電方法包括以下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種用于無人機(jī)的換電方法，其特征在于，在控制x軸運動單元移動時，若路徑需要跨越無人機(jī)，則控制z軸運動單元升至高層電池倉對應(yīng)位置，避讓無人機(jī)的干涉區(qū)域。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種用于無人機(jī)的換電方法，其特征在于，換電操作包括以下兩部分：

技術(shù)總結(jié)
本申請公開了一種用于無人機(jī)的可升降換電機(jī)構(gòu)及方法，通過多軸聯(lián)動設(shè)計和伺服驅(qū)動系統(tǒng)的精準(zhǔn)控制，解決了傳統(tǒng)無人機(jī)換電操作效率低下、路徑規(guī)劃復(fù)雜以及對多層電池倉適應(yīng)性差等問題。本發(fā)明的換電機(jī)構(gòu)利用X軸、Y軸和Z軸的多軸聯(lián)動，實現(xiàn)了對目標(biāo)電池或無人機(jī)電池更換位置的快速對準(zhǔn)，顯著減少了換電操作時間。同時，Z軸的升降功能有效避免了槳葉干涉問題，無需無人機(jī)平臺升降即可完成路徑避讓，優(yōu)化了作業(yè)節(jié)拍。本發(fā)明完全由PLC控制，無需人工干預(yù)，達(dá)到了無人化操作的目的，消除了人工換電的效率低下和誤操作風(fēng)險。適用于各種無人機(jī)智能航空站，能夠顯著提高無人機(jī)的續(xù)航能力，滿足連續(xù)作業(yè)的需求，全面解決了背景技術(shù)中的技術(shù)瓶頸。

技術(shù)研發(fā)人員：姜野,馬威
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華軟科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28