无人机电池置换方法与流程

本发明涉及一种无人机电池置换方法，尤指一种于欲更换第一飞行器的被置换电池单元时，可藉由第二飞行器于空中置换第一飞行器的被置换电池单元。

背景技术：

无人机的发展迅速，且其种类于市面上所在多有，较为常见，于无人机装载摄影装置，使赋予无人机具影像撷取的功能，藉可予以进行观察或拍摄周遭的环境，政府等相关单位亦常利用来进行建物、环境的探查及侦测，显见，使用无人机进行情报的搜集已成趋势；如近日发生的加州森林大火，即可使用无人机进行火势的分析及观测，以利于找出起火原因及进行火势的大小及范围控制；而为达致节能减碳之效果，并顾及于操作时的安全性，故现今多数的无人机皆系采用电池作为能源的供给。

惟此，无人机的续航力受限于电池的电量，就高阶的无人机而言，其单一电池的电量仅可供无人机滞空约30分钟，且目前中国台湾警政署与中国台湾工研院合作发表的「警用无人机」，其续航力亦仅有20分钟，因此，若需藉由无人机进行相关商业行为(如：宅配)，则其仍具有相当的技术须予克服之。

习知为解决续航力之问题，相关厂商，如：facebook及google，其皆各自研制基于太阳能发电的无人机，其即系于无人机安装太阳能板，藉以供电或充电于无人机，惟其实用性不足，面积过小的太阳能所产生的电力并无法有效驱动无人机；且对于小型或微型无人机而言，搭载太阳能板的方式可能较不符合实际。

波音公司亦开发一种无人机空中充电系统，其系透过建置复数充电塔，使无人机会在接近充电塔后悬停，而后垂降伸缩的充电线以连接至充电塔而自行充电，并于充电完毕后之后自行断开而续行航行；然而，其充电塔的架设成本及维护成本高，且机动性仍显不足。

huawei现亦研发一种无人机空中充电的方法，其主要系透过电磁波进行空中充电，惟其发电量对于无人机而言仍显不足。

亚马逊公司另提供一种透过架设将充电站于车辆顶端，藉以于无人机电力不足时，可透过讯号传输予配对的车辆，以利驾驶人可前往无人机附近，以利于无人机可降落于车辆车顶而充电；惟，其架设所需的成本高昂，且若交通阻塞，或于车辆无法达致之处，其即无法予以充电，显见其适用性不佳。

有鉴于此，吾等发明人乃潜心进一步研究无人机的续航力，并着手进行研发及改良，期以一较佳发明以解决上述问题，且在经过不断试验及修改后而有本发明的问世。

技术实现要素：

本发明额目的为解决前述问题，为达致以上目的，发明人提供一种无人机电池置换方法，其步骤包括：提供一第一飞行器，于该第一飞行器配置至少一定位部件、分别容置于所述定位部件的被置换电池单元，且该第一飞行器配置一第一控制单元、一第一动力单元、一第一定位单元及至少一供电单元；其中，该第一动力单元用以控制该第一飞行器的飞行位置；所述被置换电池单元及供电单元供电于该第一动力单元；该第一定位单元界定每一所述被置换电池单元的位置值；依据所述被置换电池单元的电量界定一电量值；依据该第一动力单元界定运动状态量值；提供一第二飞行器，于该第二飞行器配置一第二控制单元、一第二动力单元、一第二定位单元、一操作单元及至少一具有电力之置换用电池单元；其中，该第二动力单元用以控制该第二飞行器的飞行位置；将该其一所述被置换电池单元的位置值及电量值，以及该运动状态量值传予该第二控制单元；该第二控制单元控制该第二动力单元，使该第二飞行器的第二定位单元持续同步校准于该第一飞行器的该第一定位单元；以及使该第二控制单元控制该操作单元将该置换用电池单元安装于所述定位部件，以置换所述被置换电池单元。

据上所述的无人机电池置换方法，其中，所述被置换电池单元对应充电于所述供电单元，且由所述供电单元供电于该第一动力单元。

据上所述的无人机电池置换方法，其步骤还包括：于该第一飞行器配置至少二所述定位部件，所述供电单元被置换电池单元，且分别容置于所述定位部件内；以及将电力之供给来源切换至另一所述被置换电池单元，并将该其一所述被置换电池单元的位置值及电量值，以及该运动状态量值传予该第二控制单元。

据上所述的无人机电池置换方法，其步骤还包括：于该第一飞行器配置有至少一槽体，并于所述槽体分别配置一电磁单元，藉以令所述定位部件包括所述槽体及所述电磁单元，且所述被置换电池单元及该置换用电池单元分别设有至少一对应所述电磁单元的磁性件；该第一控制单元令欲更换的所述被置换电池单元的电磁单元产生对应排斥所述磁性件的磁性，使该欲更换的所述被置换电池单元退出所述槽体；以及于该操作单元欲将该置换用电池单元安装于所述定位部件时，该第一控制单元令原被更换的所述被置换电池单元的电磁单元产生对应吸附所述磁性件的磁性，使该第二控制单元控制该操作单元将该置换用电池单元安装于所述定位部件，以置换欲更换的所述被置换电池单元。

据上所述的无人机电池置换方法，其步骤还包括：于该第一飞行器配置一第一远程定位单元，以侦测该第一飞行器配置的空间坐标值；且于该第二飞行器配置一第二远程定位单元，以侦测该第二飞行器的空间坐标值；将第一飞行器的空间坐标值传输予该第二控制单元；以及令该第二控制单元控制该第二动力单元，使该第二飞行器移动至该第一飞行器的空间坐标值处，并令第二定位单元持续同步校准于该第一飞行器的该第一定位单元。

据上所述的无人机电池置换方法，其中，该第一定位单元及该第二定位单元为相互对应的接触式或非接触式定位传感器；且该第一飞行器及该第二飞行器可分别为飞机、四轴飞行器或机翼型无人机。

据上所述的无人机电池置换方法，其步骤还包括：于该第一飞行器配置一耦接于该第一控制单元的感测单元；以及透过该感测单元系侦测该第一飞行器的该运动状态量值，且该运动状态量值为该第一飞行器空间位移的方向、速度及加速度。

据上所述的无人机电池置换方法，其步骤还包括：于该第二飞行器配置一耦接于该第二控制单元的驱动单元，且该驱动单元末端设有一对应于所述被置换电池单元的承接部；以及于该第二控制单元控制该操作单元置换所述被置换电池单元时，同步控制伸展该驱动单元，该操作单元系将置换的所述被置换电池单元置放于该承接部。

是由上述说明及设置，显见本发明主要具有下列数项优点及功效，兹逐一详述如下：

1.本发明藉由第一定位单元以定位被置换电池单元的位置，藉以于需置换被置换电池单元时，可由供电单元，或切换为另一被置换电池单元进行供电，以防止第一飞行器失去动力，而第二飞行器可予飞行至第一飞行器处，并与第一飞行器同步飞行，令第二定位单元可同步校准于第一定位单元，使操作单元可将置换用电池单元安装至定位部件，藉以透过于空中置换电池，以提升第一飞行器的续航力及执行相关任务的效率，进而可更进一步提升第一飞行器的适用性。

2.本发明可应用于一般航空器，如：飞机，亦可为机翼型无人机或四轴飞行器；而因飞机的耗电量较高，故以适用于小型的机翼型无人机或四轴飞行器为较佳者；此外，由于机翼型无人机具有续航力高的优点，然其灵活度较低，而四轴飞行器的续航力差但操控性及灵活度较高，常用以进行相关环境的观测，是以，第一飞行器可为四轴飞行器，而第二飞行器可为机翼型无人机，藉以于四轴飞行器电力不足时，机翼型无人机及四轴飞行器的飞行速度将予以同步，并予更换四轴飞行器的电池，藉可有效改善四轴飞行器续航力差的缺失，使四轴飞行器更具执行相关任务的执行力及适用领域或范围。

附图说明

图1为本发明第一实施例的立体示意图。

图2为本发明第一实施例的流程示意图。

图3为系本发明第一实施例的架构示意图。

图4为第1图于a－a位置的剖视暨电磁单元产生磁性排斥力排出被置换电池单元的示意图。

图5为图1于a－a位置的剖视暨操作单元夹持更换置换用电池单元的示意图。

图6为图1于a－a位置的剖视暨电磁单元产生磁性吸力吸附而安装置换用电池单元的示意图。

图7为本发明第二实施例第一飞行器的立体示意图。

图8为图7于b－b位置的剖视暨电磁单元产生磁性排斥力排出被置换电池单元的示意图。

图9为图7于b－b位置的剖视暨操作单元夹持更换置换用电池单元的示意图。

图10为图7于b－b位置之剖视暨电磁单元产生磁性吸力吸附而安装置换用电池单元的示意图。

其中：1、第一飞行器，11、定位部件，12、被置换电池单元，12’、供电单元，13、第一控制单元，131、感测单元，132、第一远程定位单元，14、第一动力单元，15、第一定位单元，16、槽体，17、电磁单元，2、第二飞行器，21、第二控制单元，211、第二远程定位单元，22、第二动力单元，23、第二定位单元，24、操作单元，25、置换用电池单元，251、磁性件，26、驱动单元，27、承接部，3、导面，s001～s004、步骤。

具体实施方式

关于吾等发明人的技术手段，兹举数种较佳实施例配合附图于下文进行详细说明，以便深入了解并认同本发明。

请先参阅图1至4所示，为本发明的第一实施例，本发明为一种无人机电池置换方法，其应用于一种无人机电池置换装置，其包括：

一第一飞行器1，在一具体的实施例中，可为飞机、四轴飞行器或机翼型无人机，于本实施例中可为四轴飞行器，惟其仅系举例说明，并不以此作为限定，该第一飞行器1设有至少一定位部件11，分别容置于所述定位部件11的被置换电池单元12；该第一飞行器1设有一第一控制单元13，该第一控制单元13耦接所述被置换电池单元12、一第一动力单元14、一第一定位单元15及至少一供电单元12’；

该第一动力单元14用以控制第一飞行器1的飞行位置，是知，第一动力单元14为第一飞行器1的驱动机构，以驱使第一飞行器1飞行，具体举例而言，若第一飞行器1为四轴飞行器，则第一动力单元14可为其四轴的螺旋桨，惟其仅举例说明，并不以此作为限定；

就第一动力单元14的供电来源而言，在一实施例中，所述被置换电池单元12及供电单元12’同步供电于该第一动力单元14，亦可如本实施例所示，仅由供电单元12’进行供电，而被置换电池单元12为充电电池而对应充电于所述供电单元12’；

该第一控制单元13设定有对应于所述被置换电池单元12的位置值及电量值，且该第一控制单元13界定有对应于该第一动力单元14的运动状态量值，具体而言，该运动状态量值可为第一飞行器1空间位移的方向、速度及加速度，是知，运动状态量值为第一控制单元13用以控制第一动力单元14的参数数值，故可直接获得，而在另一实施例中，由于第一飞行器1于空中飞行时，其飞行状态将受空气密度、流向、流速等因素影响，为精确取得运动状态量值，故第一飞行器1可设有一感测单元131，该感测单元131耦接于该第一控制单元13，藉此，可透过感测单元131量测运动状态量值，以精确呈现第一飞行器1实际于空间位移的方向、速度及加速度；

就第一定位单元15而言，其被配置为对应于所述位置值，用以界定所述被置换电池单元12的实际位置。

一第二飞行器2，在一实施例中，可为飞机、四轴飞行器或机翼型无人机，于本实施例中为机翼型无人机，惟其亦仅系举例说明，并不以此作为限定；该第二飞行器2设有一第二控制单元21，该第二控制单元21耦接一第二动力单元22、一第二定位单元23、一操作单元24至少一具有电力的置换用电池单元25；该第二动力单元22系用以控制该第二飞行器2的飞行位置，具体举例而言，当第二飞行器2为机翼型无人机时，则第二动力单元22可为其引擎、马达或螺旋桨，以控制第二飞行器2的升降；

就该操作单元24而言，其持有一对应于所述被置换电池单元12的置换用电池单元25；具体而言，操作单元24可为机械手臂，以利于进行展收，且可取放并调整置换用电池单元25的位置；

就第二控制单元21而言，其讯号连接于该第一控制单元13，故可知悉，第一控制单元13可设有讯号发射器，而第二控制单元21可设置对应的讯号接收器，以接收第一控制单元13所传输的讯号；

该第二定位单元23系被配置为可对应校准于该第一定位单元15，故可知悉者，第二定位单元23可为对应于第一定位单元15的接触式或非接触式定位传感器，如：影像特征识别装置、超音波测距装置或雷射测距装置；其中，当为影像特征识别装置时，第二定位单元23可为摄影机，而第一定位单元15可为具有特定撷取特征的轮廓或影像；而当为超音波测距装置或雷射测距装置，可知悉，第一定位单元15及第二定位单元23系可相互撷取并侦测其之间的距离，藉以达致校准的目的；而该第二定位单元23对应于该操作单元24，藉使第二定位单元23对应校准于第一定位单元15时，操作单元24可予将置换用电池单元25安装至定位部件11。

在一较佳之实施例中，为令第二飞行器2可确实飞行至第一飞行器1的位置而令第二定位单元23可对应校准于第一定位单元15，故该第一飞行器1设有一第一远程定位单元132，该第一远程定位单元132耦接于该第一控制单元13，且该第一远程定位单元132侦测该第一飞行器1的空间坐标值；该第二飞行器2设有一第二远程定位单元211，该第二远程定位单元211耦接于该第二控制单元21，且该第二远程定位单元211系侦测该第二飞行器2的空间坐标值；当欲更换被置换电池单元12时，该第一控制单元13系将第一飞行器1的空间坐标值传输予该第二控制单元21，令该第二控制单元21比对该第二飞行器2的空间坐标值，藉以控制该第二动力单元22，使该第二飞行器2移动至该第一飞行器1的空间坐标值处，并令第二定位单元23持续同步校准于该第一飞行器1的该第一定位单元15。

而就第一远程定位单元132及第二远程定位单元211而言，其可为红外线传感器、雷达传感器、超音波传感器、雷射传感器或gps定位装置，以藉由主动式或被动式侦测其于空间中的位置。

藉此，本发明的实施步骤如下：

s001：藉由该第一定位单元15界定每一所述被置换电池单元12的位置值，其用以标示每一被置换电池单元12的位置，藉以利于判别电力耗尽的被置换电池单元12的具体位置，以利于第二定位单元23进行同步校准；

依据所述被置换电池单元12的电量界定一电量值，并在一实施例中，可界定为被置换电池单元12电力不足时须予充电的电量，在一实施例中，其可被设定为总电量的0％至20％之区间任一百分比，藉可于须更换被置换电池单元12时，第一飞行器1仍可具有缓冲的动力；

依据该第一动力单元14界定运动状态量值，运动状态量值可如前述，其可取自于用户操作的数据，或由感测单元131所感测的数据；而第一飞行器1的空间坐标值则藉由第一远程定位单元132所侦测。

s002：当欲更换被置换电池单元12时，若供电单元12’非被置换电池单元12时，则维持由供电单元12’进行供电，以防于被置换电池单元12置换过程中断电而致失速或坠毁；而第一控制单元13即将该其一所述被置换电池单元12之位置值、电量值、空间坐标值，以及该运动状态量值传予该第二控制单元21；对于欲更换被置换电池单元12的判断，可藉由第一控制单元13进行判断后传予第二控制单元21，亦可藉由第二控制单元21主动进行判断。

s003：当第二控制单元21收受第一控制单元13所传的位置值、空间坐标值及运动状态量值时，即予启动第二动力单元22，如图1所示，使第二飞行器2可飞行至第一飞行器1的周边，于本实施例中，所述被置换电池单元12设置于该第一飞行器1的顶端，故第二飞行器2飞行至第一飞行器1的上方，惟其仅系举例说明，所述被置换电池单元12可被设置于第一飞行器1的任意处，仅需符合第二飞行器2可更换所述被置换电池单元12的位置即可；而后，该第二飞行器2之第二定位单元23即持续同步校准于该第一飞行器1的该第一定位单元15；且可知悉，可依初始界定第一飞行器1额可能飞行路径而布设复数第二飞行器2，藉以当其一第二飞行器2的第二控制单元21收受第一控制单元13所传额讯号时，即可尽速航行至第一飞行器1的周边。

s004：使该第二控制单元21控制该操作单元24将该置换用电池单元25安装于所述定位部件11，以置换所述被置换电池单元12。

具体举例而言，如图1至3所示，该第一飞行器1配置有至少一槽体16，其可凹设或可穿设成型为单一的容置槽，且槽体16可设置于该第一飞行器1的任意位置，在一实施例中，如本实施例所示，设置于该第一飞行器1的顶端，且凹设成型，以利于进行被置换电池单元12及置换用电池单元25的更换，而所述槽体16分别设有电磁单元17，所述定位部件11包括所述槽体16及所述电磁单元17，所述电磁单元17耦接于该第一控制单元13，且所述被置换电池单元12设有至少一对应所述电磁单元17的磁性件251；当欲更换其一所述被置换电池单元时，如图4所示，该第一控制单元13令原欲更换的所述被置换电池单元12的电磁单元17产生对应排斥所述磁性件251的磁性，使欲更换额所述被置换电池单元12退出所述槽体16，此时，可直接排除，或在一实施例中，该第二飞行器2还设有一驱动单元26，该驱动单元26耦接于该第二控制单元21，且该驱动单元26末端设有一对应于所述被置换电池单元12的承接部27，该承接部27可为一用以承接的容器，而第二飞行器2系藉由操作单元24夹持退出所述槽体16的所述被置换电池单元12并置放于承接部27，或亦可于第二飞行器2配置有磁性体以吸附退出的被置换电池单元12，以利操作单元24可如图5所示，夹持置换用电池单元25进行更换；而置换用电池单元25可被乘载于第二飞行器2的任意处，供操作单元24欲更换被置换电池单元12时，可予以夹持置换用电池单元25，并于该操作单元24欲将该置换用电池单元25安装于所述定位部件11时，如图6所示，该第一控制单元13令原欲更换的所述被置换电池单元12的槽体16的电磁单元17产生对应吸附所述磁性件251的磁性，使该第二控制单元21控制该操作单元24将该置换用电池单元25接近于槽体16时，可被对位且磁性吸附定位，使该置换用电池单元25可被准确地安装于所述定位部件11，藉以达致置换所述被置换电池单元12的目的；而后第二飞行器2即可飞回其原布设地点，以利使用者可回收被置换电池单元12并予充电。

续请参阅图7至10所示，其系本发明的第二实施例，其与第一实施例的差别在于，供电单元12’亦可为被置换电池单元12，而仅由单一的被置换电池单元12或供电单元12’进行供电，并可知悉，此时的供电单元12’亦如前述，该第一飞行器1配置至少二定位部件11及槽体16，而被置换电池单元12及供电单元12’分别容置于相异的所述定位部件11的槽体16内，此时的供电单元12’亦将被视为被置换电池单元12；而本实施例以供电单元12’同样为被置换电池单元12进行举例说明；故当欲更换其一所述被置换电池单元12时，因本实施例的供电单元12’同样为可被替换的被置换电池单元12时，因此，将电力的供给来源切换至另一所述被置换电池单元12或供电单元12’，以藉由另一所述被置换电池单元12或供电单元12’进行供电而维持第一动力单元14的运作，以防于欲更换之被置换电池单元12置换过程中断电而致失速或坠毁；并如同前述者，于欲更换其一所述被置换电池单元12时，如图8所示，该第一控制单元13令原欲更换的所述被置换电池单元12额电磁单元17产生对应排斥所述磁性件251额磁性，使欲更换的所述被置换电池单元12退出所述槽体16，并如图9所示，第二飞行器2系令其操作单元24夹持置换用电池单元25进行更换；使如图10所示，于该操作单元24欲将该置换用电池单元25安装于所述定位部件11时，令对应的电磁单元17产生对应吸附所述磁性件251的磁性，使该第二控制单元21控制该操作单元24将该置换用电池单元25接近于槽体16时，可被对位且磁性吸附定位，本实施例其余的实施方式皆与第一实施例近似，故在此不予赘述。

以上所述，仅为本发明的数种较佳实施例，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明申请专利范围及发明说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。