一种无人机机库设备的制作方法

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种无人机机库设备。

背景技术：

随着无人机在各行各业的广泛应用，人们对于无人机的需求量不断加大。虽然无人机在一定程度上能代替一部分人力劳动，但由于无人机飞行一段时间后需要停机充电，且无人机降落后存在一定的位置误差，因此目前对数量较大的无人机进行管理仍需要人来操作。其中无人机自动停机库实现了无人机管理的自动化，有着广阔的应用前景。

目前市面上的无人机自动停机场、停机库基本多是一对一的方式停靠无人机，即一个停机场或停机库停放一架无人机，并且需要人工对停机库中的无人机更换电池并进行充电，导致无人机停机场、停机库的使用效率很低。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是如何提高无人机停机库的使用效率。

一种实施例中提供一种无人机机库设备,包括：

无人机仓储结构，包括无人机停机库和升降机构，所述升降机构用于将无人机从无人机停机库中存进和取出；

自动更换电池结构，包括电池架和设于电池架一侧的电池传输机构，所述电池传输机构用于给升降机构上的无人机更换电池，并将电池输送到电池架上的对应充电座；

无人机起飞降落平台，设于所述无人机仓储结构上，用于无人机的起飞和降落，所述升降机构还用于从无人机起飞降落平台上取走无人机，或者将无人机放置在无人机起飞降落平台上。

进一步地，所述无人机仓储结构还包括支撑架，所述无人机停机库设于支撑架的侧部，所述无人机停机库包括至少一层停机架；所述停机架用于停放无人机；

所述电池架设于所述支撑架的后侧，所述电池架包括至少一层充电层，每层充电层包括至少一个充电座。

进一步地，所述升降机构包括升降平台和存取机构，所述升降平台设于所述支撑架上，所述升降平台可沿所述支撑架垂直运动；所述存取机构设于所述升降平台上，用于将无人机从无人机停机库中存进和取出。

进一步地，所述存取机构包括固定装置、导轨和驱动装置；

所述导轨设于所述升降平台上，所述固定装置设于所述导轨上，用于固定和释放无人机；

所述驱动装置用于驱动所述导轨向停机架方向进行伸缩移动；

所述固定装置随着所述导轨的伸缩运动而沿着导轨运动。

进一步地，所述固定装置包括抱爪组件、滑轮组件和第一连接绳索；

所述第一连接绳索的一端设于所述抱爪组件的驱动座一侧，所述第一连接绳索的另一端环绕经过滑轮组件设于所述抱爪组件的驱动座另一侧，所述第一连接绳索与所述导轨连接；

所述抱爪组件用于固定和释放无人机。

进一步地，所述停机架上设有导向机构和阻挡机构，无人机沿所述导向机构存进和取出所述停机架。

进一步地，所述电池传输机构包括x轴导轨、z轴导轨和y轴运动机构；

所述x轴导轨设于所述电池架向支撑架方向的一侧，所述z轴导轨的一端设于所述x轴导轨上，所述z轴导轨可沿x轴导轨水平运动；

所述y轴运动机构包括y轴导轨和取放机构，所述y轴导轨设于所述z轴导轨上，所述y轴导轨可沿z轴导轨垂直运动；

所述取放机构设于所述y轴导轨上，所述取放机构随着所述y轴导轨向支撑架方向的伸缩运动而沿着y轴导轨运动，所述取放机构用于抓取和放置电池。

进一步地，所述y轴运动机构还包括：滑动板、第三电机和驱动机构；

所述滑动板的背面设于所述z轴导轨上，所述滑动板的正面设有滑动凹槽，所述y轴导轨与所述滑动凹槽配合连接，所述第三电机设于所述z轴导轨上，所述第三电机的输出端与所述驱动机构连接，所述驱动机构与所述y轴导轨连接，所述驱动机构用于驱动所述y轴导轨沿着所述滑动凹槽进行伸缩运动。

进一步地，所述取放机构包括：滑轮组件、连接绳索、滑动块和电池固定机构；

所述滑动块设于所述y轴导轨上，所述滑动块与电池固定机构连接，所述滑轮组件设于所述y轴导轨上，所述连接绳索的一端设于电池固定机构的驱动座一侧上，所述连接绳索的另一端环绕经过所述滑轮组件设于所述电池固定机构的驱动座另一侧，所述z轴导轨与所述连接绳索连接。

进一步地，所述电池固定机构包括框架、夹爪组件、无人机定位销和固定销；

所述框架的外侧与所述滑动块连接，所述夹爪组件设于所述框架内侧，所述夹爪组件用于抓取或放置电池；

所述无人机定位销设于所述框架端部，用于插入待更换电池无人机的定位孔内；

所述固定销设于所述夹爪组件上，所述固定销用于插入待抓取电池的固定孔内。

进一步地，所述无人机停机库数量为两组，分别设于所述支撑架的两侧；

所述无人机起飞降落平台包括无人机起飞平台和无人机降落平台；

所述无人机起飞平台设于一组无人机停机库的上方，所述无人机降落平台设于另一组无人机停机库的上方；

进一步地，还包括控制模块，所述控制模块与无人机仓储结构、自动更换电池结构信号连接，用于控制无人机自动更换电池以及无人机的自动停放；

所述控制模块还与无人机信号连接，还用于与无人机进行通讯。

进一步地，还包括停机舱，所述无人机仓储结构、自动更换电池结构、无人机起飞平台和无人机降落平台均设于所述停机舱内，所述停机舱的顶部设有开关门，所述开关门与控制模块信号连接，所述控制模块与无人机建立通讯后，控制所述开关门开启和关闭。

进一步地，还包括温度调节装置和灭火装置；

所述温度调节装置和控制模块信号连接，所述控制模块用于控制温度调节装置调节机舱内的温度；

所述灭火装置和控制模块信号连接，所述控制模块用于接收到火灾触发信号后，控制灭火装置进行灭火；

所述温度调节装置和灭火装置均通过太阳能电池进行供电；

所述停机舱的内侧面设有保温层。

依据上述实施例的一种无人机机库设备，由于无人机仓储结构通过升降机构实现了无人机从无人机停机库的自动存进和取出，自动更换电池结构实现了自动给升降机构上的无人机更换电池，并将电池输送到电池架的对应充电座进行充电，还设置了无人机起飞降落平台，以供需要充电或停放的无人机降落，以及充完电的无人机起飞，使得无人机机库设备同时具备自动停放、自动更换电池、自动充电的功能，大大提升了无人机停机库的使用效率。

附图说明

图1为本申请一种实施例的无人机机库设备的结构示意图；

图2为本申请一种实施例的无人机仓储结构的结构示意图；

图3为本申请一种实施例的升降机构和支撑架的结构示意图；

图4为本申请一种实施例的升降机构结构示意图；

图5为本申请一种实施例的自动更换电池结构的结构示意图；

图6为本申请另一种实施例的自动更换电池结构的结构示意图；

图7为本申请一种实施例的y轴运动机构结构示意图；

图8为本申请一种实施例的电池固定机构结构示意图；

图9为本申请夹爪组件抓取电池时的结构示意图；

图10为本申请另一种实施例的无人机机库设备的结构示意图；

图11为本申请再一种实施例的无人机机库设备的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

在本发明实施例中，请参考图1，图1为一种实施例的无人机机库设备的结构示意图，包括：无人机仓储结构1、自动更换电池结构2、无人机起飞降落平台、自动更换电池结构4和控制模块。

无人机仓储结构1用于自动停放无人机，其包括无人机停机库12和升降机构13，升降机构13用于将无人机从无人机停机库12中存进和取出。

自动更换电池结构2用于自动更换无人机电池，其包括电池架21和设于电池架21一侧的电池传输机构，电池传输机构用于给升降机构13上的无人机更换电池，并将电池输送到电池架21的对应充电座。

无人机起飞降落平台包括无人机起飞平台3和无人机降落平台4，均设于无人机仓储结构1的上方，分别用于无人机起飞和降落，其中升降机构13还用于从无人机降落平台4上取走无人机，或者将无人机放置在无人机起飞平台3上。

请参考图2，图2为一种实施例的无人机仓储结构的结构示意图，无人机仓储结构1还包括支撑架11，无人机停机库12设于支撑架11的侧部，无人机停机库12包括至少一层停机架，每层停机架用于停放一架无人机，此外无人机停机库12数量可以为两组，分别设于支撑架11的两侧，停机架上设有导向机构121和阻挡机构122，无人机沿导向机构121存进和取出停机架。阻挡机构122用于定位无人机的停机位置。

无人机起飞平台3设于一组无人机停机库的上方，无人机降落平台4设于另一组无人机停机库的上方。请参考图1，电池架21设于支撑架11的后侧，电池架21包括至少一层充电层，每层充电层包括至少一个充电座，每个充电为上均可以对电池进行充电。

控制模块与无人机仓储结构1、自动更换电池结构2信号连接，用于控制无人机自动更换电池以及无人机的自动停放；控制模块还与无人机信号连接，还用于与无人机进行通讯。控制模块根据与无人机的通讯，确定无人机是否需要更换电池、是否需要降落、是否需要起飞、是否需要停放等信息，以此控制无人机仓储结构1、自动更换电池结构2对无人机进行自动更换电池和自动停放。

请参考图3，图3为一种实施例的升降机构和支撑架的结构示意图，升降机构13设于支撑架上，并可沿支撑架垂直运动。所述的升降机构13包括升降平台131和存取机构132，升降平台131设于支撑架11上，升降平台131可沿支撑架11垂直运动。存取机构132设于升降平台131上，用于将无人机从无人机停机库12中存进和取出。本实施例中升降平台131先将待停放的无人机升降至对应的停机架，然后存取机构132将无人机输送至停放位置；另一实施例中，升降平台131升降至待取出无人机对应的停机架，然后存储机构132取出无人机。

请参考图4，图4为一种实施例的升降机构结构示意图，存取机构132包括固定装置、导轨133和驱动装置。导轨133设于升降平台131上，固定装置设于导轨133上，固定装置用于固定和释放无人机。驱动装置用于驱动导轨133向停机架方向进行伸缩运动。固定装置随着导轨133的伸缩运动而沿着导轨运动。

在本实施例中，当导轨伸出时，固定装置随着导轨133的伸出沿着导轨133运动至导轨133伸出方向的端部，控制固定装置松开无人机和抓紧无人机，导轨133在伸出状态时，导轨133部分伸出升降平台131，,固定装置完全伸出升降平台131。当导轨缩回时，固定装置随着导轨133的缩回沿着导轨133运动至导轨133缩回方向的端部，导轨133在缩回状态时，导轨和固定装置完全处于升降平台131上。

所述的驱动装置包括第一电机、齿轮组件134、传动齿条135和滑动块136。第一电机设于升降平台上，第一电机的输出端与齿轮组件134连接，齿轮组件134与传动齿条135啮合连接，传动齿条135设于滑动块136的一侧，滑动块136的另一侧与导轨133连接。这样，第一电机的输出端带动齿轮组件转动，齿轮组件134通过与传动齿条135的啮合从而驱动传动齿条135朝着传动齿条135的延伸方向运动，由于传动齿条135通过滑动块136与导轨133连接，且传动齿条135与导轨133的延伸方向相同，因此导轨133被传动齿条135带动朝着导轨的延伸方向进行伸缩运动。本实施例中，齿轮组件134包括第一滑轮、第二滑轮和同步带，所述同步带上设有传动齿，同步带环绕经过第一滑轮和第二滑轮，使得第一滑轮和第二滑轮同步转动，同步带上的传动齿与传动齿条135相啮合，其为传动齿条135带动导轨133进行水平伸缩运动提供了足够的动力。

固定装置包括抱爪组件137、滑轮组件138和第一连接绳索139。第一连接绳索139的一端设于抱爪组件137的驱动座一侧，第一连接绳索139的另一端环绕经过滑轮组件138设于抱爪组件137的驱动座另一侧，第一连接绳索139与导轨133连接。其中抱爪组件137用于固定无人机的停放架。

其中，滑轮组件138包括两个滑轮，两个滑轮分别设于导轨133的两端。当导轨133伸出时，由于第一连接绳索139与导轨133连接，第一连接绳索139上会产生向导轨133伸出方向的拉力，拉动抱爪组件137向导轨133伸出方向运动，又由于抱爪组件137设置在导轨133上并可沿导轨运动，因此固定装置(抱爪组件137)随着导轨133的伸出沿导轨133向其伸出方向运动。同理，当导轨133缩回时，由于第一连接绳索139与导轨133连接，第一连接绳索139上会产生向导轨133缩回方向的拉力，拉动抱爪组件137向导轨133缩回方向运动，又由于抱爪组件137设置在导轨133上并可沿导轨运动，因此固定装置(抱爪组件137)随着导轨133的缩回沿导轨133向其缩回方向运动。

抱爪组件137包括两个抱爪以及与抱爪相连的第二电机，两个抱爪分别设置在滑动块上，第二电机用于驱动两个抱爪进行开合运动，其中第二电机通过抱爪齿轮组件来驱动抱爪进行开合运动。当两个抱爪向内合并时处于抱紧无人机状态，当两个抱爪向外运动时处于放置无人机状态。

本实施例中的导轨133为两个，两个导轨相对设于升降平台131上，每个导轨133均有驱动装置驱动其进行水平伸缩运动，并且两个导轨133为同步进行水平伸缩运动，一种实施例下，两个导轨133的驱动装置通过相同的电机分别驱动齿轮组件134进行同步转动，继而带动传动齿条135、滑动块136同步运动，使得两个导轨133同步进行水平伸缩运动；另一种实施例下，两个导轨133各自的齿轮组件134为同步轮，使得两个导轨133同步进行水平伸缩运动。抱爪组件137中的两个抱爪分别设置在一个导轨上，两个抱爪分别随着各自导轨的水平伸缩运动沿着导轨运动。

请参考图5，图5为一种实施例的自动更换电池结构的结构示意图，其中电池传输机构包括x轴导轨22、z轴导轨23和y轴运动机构24。

电池架21上排列有多个充电座，用于放置从无人机上换取下来的待充电电池、正在充电的电池以及已充满电的电池。在本实施例中，电池架21可以为一层，也可以为多层，每层上均设置有多个充电座。在一种实施方式下，每层的多个充电座之间是等间隔设置的，电池架21的层与层之间的高度是相同的，这样便于定位电池在电池架21上的位置。

所述的x轴导轨22设于电池架21的一侧，z轴导轨23的一端设于x轴导轨22上，z轴导轨23可沿x轴导轨22水平运动。一种实施方式下，自动更换电池结构还包括底座25，电池架21和x轴导轨22均设于底座25上。

所述的y轴运动机构24包括y轴导轨241和取放机构242，y轴导轨241设于z轴导轨23上，y轴导轨241可沿z轴导轨23垂直运动。

取放机构242设于y轴导轨241上，取放机构242随着y轴导轨241的伸缩运动而沿着y轴导轨241运动，取放机构241用于抓取或放置电池。

通过x轴导轨22、y轴导轨241和z轴导轨23之间的配合连接，使得设置在y轴导轨241上的取放机构242进行x轴方向的水平运动、z轴方向的垂直运动(升降运动)和y轴方向的伸缩运动，进而使得取放机构241能够实现多个位置的抓取或放置电池。并且，取放机构242随着y轴导轨241的伸缩运动而沿着y轴导轨241运动，相比于固定在y轴导轨241的取放机构或者y轴导轨241无法伸缩(取放机构242沿y轴导轨运动)的情况，这样加大了取放机构241的行程，且节省了更换电池平台的空间。

请参考图7，图7为一种实施例的y轴运动机构的结构示意图，y轴运动机构24还包括：滑动板243、第三电机244和驱动机构245。滑动板243的背面设于z轴导轨23上，滑动板243的正面设有滑动凹槽，y轴导轨241与滑动凹槽配合连接，第三电机244设于z轴导轨23上，第三电机244的输出端与驱动机构245连接，驱动机构245与y轴导轨241连接，驱动机构245用于驱动y轴导轨241沿着滑动凹槽进行伸缩运动。

在本实施例中，驱动机构245包括齿轮以及与齿轮相啮合的传动齿条；齿轮设于第三电机244的输出端上，传动齿条设于y轴导轨241上。第三电机244的输出端带动齿轮转动，齿轮转动后继而带动与齿轮相啮合的传动齿条进行运动，传动齿条设置在y轴导轨241上，且传动齿条的延伸方向与y轴导轨241的延伸方向相同，因此y轴导轨241在齿轮和传动齿条的带动下沿着y轴导轨241的延伸方向做伸缩运动。其中，滑动板243上的滑动凹槽用于在y轴导轨241做伸缩运动时进行导向。

取放机构242包括：滑轮组件2421、连接绳索2422、滑动块2423和电池固定机构2424。滑动块2423设于y轴导轨241上，滑动块2423与电池固定机构2424连接，滑轮组件2421设于y轴导轨241上，连接绳索2422的一端设于电池固定机构2424的驱动座2425一侧上，连接绳索2422的另一端环绕经过滑轮组件2421设于电池固定机构2424的驱动座2425另一侧，z轴导轨23与连接绳索2422连接。

其中，滑轮组件2421包括两个滑轮，两个滑轮分别设于y轴导轨241的两端。当y轴导轨241伸出时，由于连接绳索2422与z轴导轨连接，连接绳索2422上会产生向y轴导轨241伸出方向的拉力，拉动电池固定机构2424向y轴导轨241伸出方向运动，又由于与电池固定机构2424的滑动块2423设置在y轴导轨241上并可沿y轴导轨运动，因此电池固定机构2424随着y轴导轨241的伸出沿y轴导轨241向其伸出方向运动，请参考图5，图5为y轴导轨伸出时的结构示意图。同理，当y轴导轨241缩回时，由于连接绳索2422与z轴导轨连接，连接绳索2422上会产生向y轴导轨241缩回方向的拉力，拉动电池固定机构2424向y轴导轨241缩回方向运动，又由于与电池固定机构2424的滑动块2423设置在y轴导轨241上并可沿y轴导轨运动，因此电池固定机构2424随着y轴导轨241的缩回沿y轴导轨241向其缩回方向运动，请参考图6，图6为y轴导轨缩回时的结构示意图。

请参考图8，图8为一种实施例的电池固定机构结构示意图，电池固定机构2424包括框架2424-1、夹爪组件2424-2和无人机定位销2424-3。框架2424-1的外侧与滑动块2423连接，夹爪组件2424-2设于框架2424-1内侧，夹爪组件2424-2用于抓取或放置电池。无人机定位销2424-3设于框架2424-1端部，用于插入待更换电池无人机的定位孔内。

夹爪组件2424-2包括两个夹爪以及与夹爪相连的丝杆电机，两个夹爪分别设置在框架内侧的两端，丝杆电机用于驱动两个夹爪进行开合运动，当两个夹爪向内合并时处于抓取电池状态，当两个夹爪向外运动时处于放置电池状态。本实施例中框架2424-1内侧还设置有夹爪滑动槽2424-4，两个夹爪在夹爪滑动槽2424-4中进行开合运动。如图9所示为夹爪组件抓取电池时的结构示意图。

为了防止抓取的电池滑落，夹爪组件2424-2还包括与所述框架相连的推拉气缸以及与推拉气缸的活塞杆相连的固定销，固定销设于夹爪上，固定销用于插入待抓取电池的固定孔内，推拉气缸用于驱动固定销的凸出和缩回，当固定销凸出时插入待抓取电池的固定孔内来对电池进行固定，放置电池时固定销缩回。

请参考图10，图10为另一种实施例的无人机机库设备的结构示意图，包括无人机仓储结构1、自动更换电池结构2、无人机起飞平台3、自动更换电池结构4、控制模块和停机舱5。

其中，无人机仓储结构1、自动更换电池结构2、无人机起飞平台3和无人机降落平台4均设于停机舱5内，停机舱5的顶部设有开关门51，开关门51与控制模块信号连接，控制模块与无人机建立通讯后，控制开关门51开启和关闭。

在本实施例中，无人机停放进无人机机库设备的过程包括：无人机与控制模块建立通讯后，控制模块控制停机舱5顶部的开关门51打开，无人机自主降落到无人机降落平台4上，控制模块对无人机降落平台4进行定位并校准水平位置；然后，控制模块控制升降机构13中的存取机构132向无人机降落平台方向伸出并固定无人机的起落架后再缩回升降平台131上，升降平台131沿着支撑架11下降至无人机停机库的某一层停机架后，存取机构132伸出并将无人机放入停机架的停机位置。

在本实施例中，无人机更换电池并从无人机机库设备取出的过程包括：控制模块接收到无人机需起飞的信息以及其的位置信息，控制模块控制升降机构13中的存取机构132移动至相应位置并伸出后固定无人机的起落架，再缩回升降平台131上；然后，控制模块控制电池传输机构从升降平台131上的无人机上取下电池并放置到电池架21上空的充电座上，再从电池架21上取出充满电的电池并放置到无人机上；最后，控制模块控制升降平台131升至无人机起飞平台3位置，存取机构132向无人机平台3方向伸出并将无人机放置在无人机起飞平台3上，无人机起飞。

请参考图11，本实施例中的无人机机库设备还包括温度调节装置6、保温层7和灭火装置8。温度调节装置6和控制模块信号连接，控制模块用于控制温度调节装置调节机舱内的温度，本实施例中的温度调节装置6可以为空调等。灭火装置8和控制模块信号连接，控制模块用于接收到灭火触发信号后，控制灭火装置8进行灭火，本实施例中的灭火装置8可以为灭火球等。此外，停机舱的内侧面设有保温层，用于保证停机舱内温度处于预设范围内。本实施例为保证无人机机库设备给电池充电时的安全性和可靠性，在停机舱内设有空调等温度调节装置对停机系统内部进行温度调节，并设有保温层，保证温度恒定在合适电池充电的温度范围内。在出现意外发生火灾后系统的烟雾报警器将进行报警，并可设定电话、短信、微信等方式通知到指定号码。同时魅惑装置可自行灭火，例如灭火球自爆。

本实施例中的无人机机库设备还包括太阳能电池，其中温度调节装置6和灭火装置8均通过太阳能电池进行供电，此外停机系统中的其余装置、机构等都可采用太阳能电池进行供电。这样既可以把太阳能转换成电能供无人机机库设备使用，还可以降低无人机机库设备对太阳能热能的吸收，从而降低系统内部空调的能耗，进一步降低整个无人机机库设备的能耗。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。