本发明涉及无人机技术领域，更具体地，涉及一种用于无人机电池更换的车载移动机巢系统。

背景技术

随着经济和科学技术的不断发展，各种电力系统也得到了完善。近年来，无人机在电力系统当中的应用范围越来越广泛，无人机的有效应用促进了电力行业的可持续发展。电力系统的应用范围比较广泛，因此传统意义上的电力管理体系渐渐无法满足当前电力行业的发展需求。而无人机的应用则解决了相关问题，降低了电力建设与运维难度，解决了区域巡检问题。

目前在野外巡检过程中通常采用人工携带无人机的方式进行巡检，通过手动打开无人机机箱，手动进行更换电池，开启无人机电源，将取下的无人机电池带回去进行充电。在无人机巡检降落后，手动收起来装箱。此传统巡检方式主要存在以下问题：1、每次巡检需要携带多块电池，携带重量较大，行动不便；2、更换电池时效性不高，操作较为麻烦；3、由于电池续航有限，如果不能进行实时充电，那么在有限的电池数量下，每次野外巡检的线路和铁塔的数量和范围就受到限制。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中存在的人工携带无人机巡检带来的不便的技术问题，提供了一种基于车载移动机巢系统的无人机电池更换方法，所述车载移动机巢系统包括：

舱体，所述舱体的顶端设置有舱门；

停机平台，所述停机平台设置于所述舱体的内部；

定位机构，所述定位机构位于所述停机平台的上方，所述定位机构用于驱使降落在所述停机平台的无人机移动到预定位置；

电池仓，所述电池仓位于所述停机平台的一侧，所述电池仓用于存储备用和更换的电池；

机械臂，所述机械臂用于规整无人机的桨叶、取下无人机的电池以及将所述电池仓中的备用电池安装到所述无人机上；

所述无人机电池更换方法包括：

S1，打开所述舱门，无人机降落到所述停机平台上；

S2，所述定位机构驱使降落在所述停机平台的无人机移动到预定位置；

S3，所述机械臂将无人机近侧的两个桨叶规整至与无人机的支架平行的位置；

S4，所述机械臂取下无人机的电池放入到所述电池仓中，并将所述电池仓中的备用电池安装到无人机上。

优选地，所述定位机构包括：

第一定位部，所述第一定位部与所述停机平台的一侧平行，所述第一定位部包括两个第一定位杆和驱动两个所述第一定位杆相对运动的第一驱动单元；

第二定位部，所述第二定位部与所述第一定位部垂直设置，所述第二定位部包括两个第二定位杆和驱动两个所述第二定位杆相对运动的第二驱动单元。

优选地，所述第一驱动单元包括第一丝杠和驱动所述第一丝杠转动的第一电机，所述第一丝杠上具有旋向相反的第一螺纹部和第二螺纹部，所述两个第一定位杆分别与所述第一螺纹部、所述第二螺纹部连接；

所述第二驱动单元包括第二丝杠和驱动所述第二丝杠转动的第二电机，所述第二丝杠上具有旋向相反的第三螺纹部和第四螺纹部，所述两个第二定位杆分别与所述第三螺纹部、所述第四螺纹部连接；

所述定位机构驱使降落在所述停机平台的无人机移动到预定位置包括：

无人机停落在所述两个第一定位杆和所述两个第二定位杆之间的位置，所述第一电机和所述第二电机分别驱动所述第一丝杠和第二丝杠转动，使得所述两个第一定位杆和所述两个第二定位杆分别进行相对运动，从而驱使无人机移动到预定位置。

优选地，所述第一电机和所述第二电机为伺服步进电机，所述第一电机和所述第二电机内置编码器反馈转速和进给行程。

优选地，所述机械臂将无人机面向近侧的两个桨叶规整至与无人机的支架平行的位置包括：

所述机械臂移动至靠近上方桨叶的第一起点位置，所述机械臂向前推动至第一极限位置，然后回退至所述第一起点位置，再向上推动至第二极限位置；

所述机械臂移动至靠近下方桨叶的第二起点位置，所述机械臂向前推动至第三极限位置，然后回退至所述第二起点位置，再向下推动至第四极限位置。

优选地，所述机械臂包括机械臂本体，所述机械臂本体的前端设置有电动夹爪，所述电动夹爪用于抓取电池，所述电动夹爪包括上夹和下夹，所述上夹和所述下夹中的一者设置有拨片，所述拨片用于推动无人机的桨叶。

优选地，所述电池仓内设置有蓄电池和与所述蓄电池连接的多个充电头，用于对更换的电池进行充电。

优选地，所述电池仓内设置有充电管理系统，所述充电管理系统用于根据充电电流的大小控制充电的通断。

优选地，所述车载移动机巢系统还包括连接装置，所述连接装置包括设置在所述舱体底部的多个安装块，所述安装块用于连接车辆顶部的行李架。

优选地，所述舱体的内部设置有多个摄像头，所述多个摄像头用于监控所述舱体的内部情况。

本发明提供的一种基于车载移动机巢系统的无人机电池更换方法中采用的车载移动机巢系统设置有顶部可打开的舱体，舱体中设置有供无人机起降的停机平台，无人机降落到停机平台上后，通过定位机构驱使无人机移动到预定位置，从而能实现无人机的精确定位，机械臂根据预设的控制程序自动对完成无人机取换电池，并将更换的电池放入电池仓进行充电，从而解决了人工携带无人机以及更换电池的不便，同时提高了无人机的续航能力，大大提高了野外电力巡检的巡检范围和工作效率；并且，机械臂可以将无人机近侧的两个桨叶规整至与无人机的支架平行的位置，从而避免处于无序位置的桨叶阻碍机械臂下一步更换无人机电池的动作，避免桨叶被碰坏。

附图说明

图1为本发明提供的用于无人机电池更换的车载移动机巢系统的立体图之一(舱门关闭状态)；

图2为本发明提供的用于无人机电池更换的车载移动机巢系统的立体图之二(舱门打开状态)；

图3为本发明提供的用于无人机电池更换的车载移动机巢系统的俯视图；

图4为本发明提供的用于无人机电池更换的车载移动机巢系统的定位机构的结构示意图；

图5为本发明提供的用于无人机电池更换的车载移动机巢系统的机械臂的结构示意图；

图6为图1中A处的放大图；

图7为本发明提供的基于车载移动机巢系统的无人机电池更换方法的流程图；

图8A至图8H为本发明提供的基于车载移动机巢系统的无人机电池更换方法中桨叶规整的示意图；

图9A至图9C为本发明提供的基于车载移动机巢系统的无人机电池更换方法中取换电池的示意图。

附图标记：

1、舱体；2、舱门；3、停机平台；4、定位机构；41、第一定位杆；42、第二定位杆；43、第一丝杠；44、第二丝杠；5、电池仓；6、机械臂；61、机械臂本体；62、电动夹爪；63、拨片；7、安装块；8、摄像头。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1为本发明提供的用于无人机电池更换的车载移动机巢系统的立体图之一(舱门关闭状态)，图2为本发明提供的用于无人机电池更换的车载移动机巢系统的立体图之二(舱门打开状态)，图3为本发明提供的用于无人机电池更换的车载移动机巢系统的俯视图，如图1至图3所示，一种用于无人机电池更换的车载移动机巢系统，该车载移动机巢系统可以包括：

舱体1，舱体1可以为塑料壳体，舱体1的顶端可以设置有舱门2，舱门2可以包括两个转动设置的对开式舱门2；

停机平台3，停机平台3可以设置于舱体1的内部；

定位机构4，定位机构4可以位于停机平台3的上方，定位机构4可以用于驱使降落在停机平台3的无人机移动到预定位置；

电池仓5，电池仓5可以位于停机平台3的一侧，电池仓5可以用于存储备用和更换的电池；

机械臂6，机械臂6可以用于规整无人机的桨叶、取下无人机的电池以及将电池仓5中的备用电池安装到无人机上；

连接装置，连接装置位于舱体1的底部，连接装置用于将舱体1安装于车辆的顶部。

本发明提供的一种用于无人机电池更换的车载移动机巢系统设置有舱体1，舱体1的顶部转动设置有对开式的舱门2，舱体1中设置有供无人机起降的停机平台3，无人机降落到停机平台3上后，通过定位机构4驱使无人机移动到预定位置，从而能实现无人机的精确定位，机械臂6根据预设的控制程序自动完成对无人机取换电池，并将更换的电池放入电池仓5进行充电，从而解决了人工携带无人机以及更换电池的不便，同时提高了无人机的续航能力，大大提高了野外电力巡检的巡检范围和工作效率。同时该用于无人机电池更换的车载移动机巢系统通过舱体底部的连接装置直接安装于SUV车辆顶部，利用车载平台运输方便。

图4为本发明提供的用于无人机电池更换的车载移动机巢系统的定位机构的结构示意图。如图4所示，在本发明的一种实施方式中，该用于无人机电池更换的车载移动机巢系统的定位机构4可以包括：

第一定位部，第一定位部与停机平台3的一侧平行，第一定位部可以包括两个第一定位杆41和驱动两个第一定位杆41相对运动的第一驱动单元；

第二定位部，第二定位部与第一定位部垂直设置，第二定位部可以包括两个第二定位杆42和驱动两个第二定位杆42相对运动的第二驱动单元。

进一步地，第一驱动单元可以包括第一丝杠43和驱动第一丝杠43转动的第一电机，第一丝杠43上具有旋向相反的第一螺纹部和第二螺纹部，两个第一定位杆41分别与第一螺纹部、第二螺纹部连接；

第二驱动单元可以包括第二丝杠44和驱动第二丝杠44转动的第二电机，第二丝杠44上具有旋向相反的第三螺纹部和第四螺纹部，两个第二定位杆42分别与第三螺纹部、第四螺纹部连接。

由于无人机降落时，其停落在停机平台3的位置是不固定的，这对于机械臂6更换电池的动作造成不便，机械臂6无法准确地抓取无人机的电池。针对上述技术问题，本发明提供的用于无人机电池更换的车载移动机巢系统设置有定位机构4，本领域技术人员可以理解，两个第一定位杆41和两个第二定位杆42在起始状态下均位于停机平台3的边缘处的上方，工作人员可以控制无人机停落在两个第一定位杆41和两个第二定位杆42之间的位置，通过第一电机和第二电机分别驱动第一丝杠43和第二丝杠44转动，使得两个第一定位杆41和两个第二定位杆42分别进行相对运动，从而驱使无人机移动到一个固定的预定位置，从而实现无人机的精确定位，随后机械臂6可以根据预设的控制程序自动完成对无人机取换电池的动作。第一电机和第二电机可以采用伺服步进电机，内置编码器反馈转速和进给行程，可使得两个第一定位杆41和两个第二定位杆42精准停止在任意位置，重复精度高。

图5为本发明提供的用于无人机电池更换的车载移动机巢系统的机械臂的结构示意图。如图5所示，在本发明的一种实施方式中，机械臂6包括机械臂本体61，机械臂本体61的前端可以设置有电动夹爪62，电动夹爪62用于抓取电池，电动夹爪62包括上夹和下夹，上夹和下夹中的一者设置有拨片63，拨片63用于推动无人机的桨叶。机械臂6的电控系统中预先写入控制程序，在定位机构4完成无人机的精确定位后，机械臂6根据控制程序自动完成对位于预定位置的无人机桨叶规整和取换电池的动作，并将更换的电池放入电池仓5进行充电，从而解决了人工更换电池的不便，同时提高了无人机的续航能力。

在本发明的实施方式中，无人机的电池采用插接的方式安装，在实现无人机的精确定位以及桨叶规整之后，机械臂6通过电动夹爪62可以精准地抓取无人机的电池并进行更换，而且无人机的结构更新迭代较快，在更换不同的无人机机型时，只需要更换对应型号和尺寸的电动夹爪62与电池仓5即可，从而提高该用于无人机电池更换的车载移动机巢系统的适用范围。

在该用于无人机电池更换的车载移动机巢系统不工作时，机械臂6在舱体1内处于平躺的位置，可降低整体装置的高度，从而得整体高度不超过500mm，提高了便携性。

在本发明的的一种实施方式中，该用于无人机电池更换的车载移动机巢系统的电池仓5内设置有蓄电池和与蓄电池连接的多个充电头，蓄电池和多个充电头可以用于对更换的电池进行充电，从而提高无人机的续航能力。电池仓5内设置有充电管理系统，该充电管理系统可以根据充电电流的大小控制充电的通断。在一些具体的实施例中，电池仓5中可以设置六个存放电池的存储位。

图6为图1中A处的放大图。如图6所示，在本发明的一种实施方式中，该用于无人机电池更换的车载移动机巢系统的连接装置包括设置在舱体1底部的多个安装块7，安装块7用于连接车辆顶部的行李架。通过安装块7可以将该用于无人机电池更换的车载移动机巢系统直接安装在SUV车辆顶部的行李架上，这样的设计无需对车辆进行改装，避免车辆改装的不便以及车管部门的审核问题，利用车载平台运输方便，解决人工携带的困难，进一步提高了野外电力巡检的巡检范围和工作效率。安装块7上可以设置自适应的调节件，从而适应不同行李架的尺寸，以便于完成安装，例如锁紧螺栓。

如图1、图8A至图H以及图9A至图9C所示，该用于无人机电池更换的车载移动机巢系统的舱体1的内部设置有多个摄像头8，多个摄像头8用于监控舱体1的内部情况。工作人员可以通过多个摄像头8实时监控舱体1内无人机定位、桨叶规整、取换电池等操作的进行，当出现问题可以及时发现并进行干预和调整。

本发明的实施方式提供的用于无人机电池更换的车载移动机巢系统可以适应绝大多数的地理与气候环境，可以应用于应急抢险，地质勘察，农情监测，交通、安防等多种作业场景。工作人员可以通过随车提供的快速响应平台直接操控该用于无人机电池更换的车载移动机巢系统，工作人员只需要在车内按下按钮即可打开舱门2并对机械臂6进行开机，该用于无人机电池更换的车载移动机巢系统可以通过自动化控制程序自动控制定位机构4对无人机的精准定位以及机械臂6取换电池等作业过程，并通过摄像头8实施监控舱体1内的情况，从而实现无人机更换电池后持续进行完成巡检功能，整个过程简单且高效，只需要一位工作人员就可以完成整个流程，不需要多人协同以及手动操作。

图7为本发明提供的基于车载移动机巢系统的无人机电池更换方法的流程图。本发明的实施方式中还提供了一种基于车载移动机巢系统的无人机电池更换方法，该方法包括：

S1，打开车载移动机巢系统舱体1上的舱门2，无人机降落到停机平台3上；

S2，定位机构4驱使降落在停机平台3的无人机移动到预定位置；

S3，机械臂6将无人机近侧的两个桨叶规整至与无人机的支架平行的位置；

S4，机械臂6取下无人机的电池放入到电池仓5中，并将电池仓5中的备用电池安装到无人机上。

具体地，在本发明一种实施方式中，定位机构4驱使降落在停机平台3的无人机移动到预定位置包括：

无人机停落在两个第一定位杆41和两个第二定位杆42之间的位置，第一电机和第二电机分别驱动第一丝杠43和第二丝杠44转动，使得两个第一定位杆41和两个第二定位杆42分别进行相对运动，从而驱使无人机移动到预定位置。

图8A至图8H为本发明提供的基于车载移动机巢系统的无人机电池更换方法中桨叶规整的示意图。在本发明一种实施方式中，机械臂6将无人机面向近侧的两个桨叶规整至与无人机的支架平行的位置包括：

如图8A至图8D所示，机械臂6移动至靠近上方桨叶的第一起点位置，机械臂6向前推动至第一极限位置，然后回退至第一起点位置，再向上推动至第二极限位置，通过拨片63推动上方桨叶移动至与无人机右上方支架平行的位置；

如图8E至图8H所示，机械臂6移动至靠近下方桨叶的第二起点位置，机械臂6向前推动至第三极限位置，然后回退至第二起点位置，再向下推动至第四极限位置，通过拨片63推动下方桨叶移动至与无人机右下方支架平行的位置。

无人机的桨叶在降落停止后静止的角度是任意的、无序的，通过单次推动的调整并不能实现对任意角度的桨叶进行规整，本发明通过上述技术方案，机械臂6对上方和下方的桨叶分别进行两次推动的动作，无论无人机的桨叶在降落停止后静止在哪种角度，均可以使得桨叶被规整至与支架平行的位置，从而避免桨叶阻碍机械臂下一步更换无人机电池的动作，避免桨叶被碰坏。

图9A至图9C为本发明提供的基于车载移动机巢系统的无人机电池更换方法中取换电池的示意图。在本发明的一种实施方式中，如图9A至图9C所示，在完成无人机桨叶规整之后，机械臂6通过电动夹爪62可以精准地抓取无人机的电池并进行更换，并将更换的电池放入电池仓5进行充电，从而解决了人工更换电池的不便，同时提高了无人机的续航能力。如图9A至图9C所示，无人机近侧下方的桨叶没有处于与与支架平行的位置，因此在机械臂6取换电池的过程中容易与桨叶发生撞击导致桨叶被碰坏，因此在机械臂6取换电池之前需要先完成对桨叶的规整，图9A至图9C仅仅是用于示出取换电池的动作，在实际作业中取换电池的动作必须在完成桨叶规整之后进行。

工作原理：

使用时，本发明提供的用于无人机电池更换的车载移动机巢系统可以通过安装块7直接安装在SUV车辆顶部的行李架上；完成巡检无人机需要降落时，舱体1顶部的舱门2打开，工作人员控制无人机停落在两个第一定位杆41和两个第二定位杆42之间的位置，通过第一电机和第二电机分别驱动第一丝杠43和第二丝杠44转动，使得两个第一定位杆41和两个第二定位杆42分别进行相对运动，从而驱使无人机移动到一个固定的预定位置，从而实现无人机的精确定位，机械臂6根据控制程序自动完成对位于预定位置的无人机取换电池的动作，并将更换的电池放入电池仓5进行充电，从而解决了人工更换电池的不便，同时提高了无人机的续航能力；该用于无人机电池更换的车载移动机巢系统通过舱体1底部的安装块7直接安装于SUV车辆顶部的行李架，无需改装车辆，利用车载平台运输方便，车载移动机巢对无人机收纳维护较为灵活方便，不需要额外架设停机坪；并且，机械臂6可以通过拨片63将无人机近侧的两个桨叶规整至与无人机的支架平行的位置，从而避免处于无序位置的桨叶阻碍机械臂下一步更换无人机电池的动作，避免桨叶被碰坏。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。