用于更换无人机电池的机械抓手及无人机自动换电装置的制作方法

1.本实用新型涉及无人机换电技术领域，具体涉及一种用于更换无人机电池的机械抓手及无人机自动换电装置。


背景技术：

2.无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“uav”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作；在航拍、农业、植保、微型自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄、制造浪漫等等领域的应用，大大的拓展了无人机本身的用途，使得无人机技术得到了飞速的发展。
3.现有技术中常用的无人机中通常搭载有电池，电池不仅可以为无人机上的用电器件供电，而且电池本身还可以作为无人机的起飞/降落的动力；当无人机的电池需要更换时，传统的方式是人工手动更换，存在劳动量大、人工成本高、效率低的问题，而随着技术的发展，现有技术中公开了一些可以自动更换无人机电池的换电装置，现有技术的换电装置中，通常构造有用于抓取无人机电池的机械抓手，以便利用机械抓手转移电池，然而，现有的机械抓手在抓取电池时，机械抓手与电池之间是刚性接触，如果夹持力过大，则容易压坏电池，如果夹持力太小，在转移电池的过程中，电池容易掉落，从而造成电池的损坏，亟待解决。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决现有换电装置中的机械抓手，在抓取无人机电池时，机械抓手与电池之间是刚性接触，不便于控制夹持力，容易因夹持力过大而损坏电池、夹持力过小而造成电池掉落的问题，提供了一种可以用于更换无人机电池的机械抓手，不仅可以与电池实现柔性接触，防止压坏电池，而且可以更牢靠的夹持电池，防止电池滑落，主要构思为：
5.一种用于更换无人机电池的机械抓手，包括用于连接机械手臂的安装架，所述安装架设置有至少一组夹持机构，所述夹持机构包括夹持动力和相对设置的两个夹持头，
6.所述夹持动力传动连接所述夹持头，用于驱动两个夹持头相互靠近/相互远离；
7.所述夹持头的内侧面构造有若干自适应触指，且各自适应触指的前端分别朝向另一个夹持头，用于接触电池，所述自适应触指内设置有弹性部件，用于使自适应触指弹性伸/缩。在本方案中，通过构造安装架，不仅便于将本机械抓手连接于机械手臂，而且可以起到承载的作用，以便稳定的支撑夹持机构及夹持机构所夹取的电池；通过在夹持机构构造夹持动力，并使得夹持动力传动连接两个夹持头，使得在实际使用过程中，夹持动力可以驱动两个夹持头相互靠近，以便夹紧两个夹持头之间的电池，解决夹持电池的问题，夹持动力也可以驱动两个夹持头相互远离，以便放松两个夹持头之间的电池，解决释放电池的问题；而通过在的内侧面构造有若干自适应触指，并使得各自适应触指的前端朝向另一个夹持头，使得在夹持电池时，各自适应触指的前端可以正向接触并压紧电池，有利于更牢靠的夹
持电池；而通过在自适应触指内设置弹性部件，使得自适应触指具有弹性伸/缩的功能，在夹持电池的过程中，当两个夹持头相互靠近时，自适应触指的前端先接触电池，并可以在挤压力的作用下弹性收缩，不仅可以防止夹持头与电池之间发生刚性接触，避免夹持过程中损坏电池，达到保护电池的目的，而且各自适应触指的收缩量可以不同，既可以适配不同外形的电池，有利于贴合得更好，又可以增加夹持头与电池的接触面积，有利于夹持更牢靠，从而可以有效防止电池在转移的过程中出现滑落的问题。
8.为解决自适应触指可以弹性伸/缩的问题，进一步的，所述自适应触指还包括支座和活动杆，所述支座连接于所述夹持头，支座构造有适配所述活动杆的第一导向部，所述活动杆构造有适配所述第一导向部的第二导向部，活动杆通过第一导向部与第二导向部的配合约束于所述支座，并与支座构成沿垂直于夹持头方向的移动副，且当活动杆向靠近支座的方向移动时，所述弹性部件的弹性势能增加。
9.优选的，所述弹性部件采用的是压缩弹簧。
10.为简化结构，进一步的，所述第一导向部为构造于所述支座的导向孔，所述第二导向部为适配所述导向孔的导向块，所述弹性部件设置于所述导向孔内，弹性部件的一端抵靠于所述活动杆，另一端抵靠于所述支座或夹持头。导向块可移动的设置于所述导向孔内，并可以沿导向孔移动，而将弹性部件装配于所述导向孔内，既便于装配，使得活动杆能够沿导向孔弹性伸缩。
11.为便于装配，优选的，所述夹持头的内侧面还构造有若干柱状凸起，所述柱状凸起构造有外螺纹，所述导向孔为阶梯孔，且导向孔的一端构造有适配所述外螺纹的内螺纹，支座通过内螺纹与外螺纹的配合安装于所述柱状凸起；
12.所述活动杆适配所述导向孔，所述导向块设置于所述导向孔内，且活动杆的另一端延伸出导向孔；
13.所述弹性部件设置于所述导向孔内，且弹性部件的两端分别抵靠于所述柱状凸起和活动杆。既便于弹性部件的装配和更换，又便于支座的安装和拆卸。
14.优选的，所述导向块构造于所述活动杆的一端；和/或，所述导向杆为阶梯轴。
15.优选的，所述自适应触指分别按阵列布置于所述夹持头。以便在夹持头上布置更多的自适应触指。
16.优选的，相邻两自适应触指之间的间距相等。有利于夹持头上自适应触指的排布更加规则，不仅便于成型，而且有利于更牢靠的夹持电池。
17.为实现柔性接触，进一步的，所述自适应触指的前端还设置有接触头，所述接触头具有弹性。以便利用具有弹性的接触头接触电池的外表面，由于接触头具有弹性，可以与电池实现柔性接触，不会损伤电池，从而达到保护电池的目的。
18.优选的，所述接触头采用的是橡胶块。
19.优选的，所述接触头采用的是半球形结构。
20.为简化结构，优选的，所述夹持头为板状结构。
21.优选的，所述夹持动力包括宽型气爪，所述夹持头分别传动连接于宽型气爪的夹指。
22.为便于安装，进一步的，还包括两个连接架，所述夹持头分别安装于所述连接架，两个所述连接架分别安装于宽型气爪的夹指。
23.为实现更好的夹持效果，防止电池滑落，进一步的，包括两组所述夹持机构，两组夹持机构中夹持头的夹持方向相互垂直。以便从相互垂直的两个方向分别夹持电池的侧面，不仅可以包裹住整个电池的侧面，而且可以显著增加与电池的接触面积，从而可以更牢靠、稳定的夹持住电池，防止在转移的过程中发生电池掉落的问题。
24.一种无人机自动换电装置，包括控制器、机械手臂以及所述机械抓手，其中，
25.所述安装架安装于机械手臂的一端，所述机械手臂的另一端设置有安装座；
26.所述控制器分别与所述机械手臂及所述夹持动力电连接，控制器用于控制夹持动力动作，以夹紧/放松电池、及用于控制机械手臂动作，以调节机械抓手的空间位置。机械手臂具有多个空间自由度，使得机械抓手可以在机械手臂的动作范围内任意调整位置，以便在某一位置处抓取电池，并在另一位置处放置电池，达到自动更换电池的目的。
27.优选的，所述控制器为单片机、pc机或plc。
28.与现有技术相比，使用本实用新型提供的一种用于更换无人机电池的机械抓手及无人机自动换电装置，结构紧凑、设计合理，不仅可以与被夹持的电池实现柔性接触，防止压坏电池，能够很好地保护无人机电池的外观，而且可以更牢靠的夹持电池，防止在更换电池的过程中出现电池掉落、损坏的问题。
附图说明
29.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
30.图1为本实用新型实施例1提供的一种机械抓手的结构示意图。
31.图2为图1的局部放大示意图i。
32.图3为图1的主视图。
33.图4为图3中a-a处的剖视图。
34.图5为本实用新型实施例1提供的另一种机械抓手，在自适应触指处的剖视图。
35.图6为利用实施例1提供的机械抓手抓取无人机电池时的一种示意图。
36.图7为将实施例1所提供的一种机械抓手安装于机械手臂后的局部结构示意图。
37.图8为将实施例2中所提供的一种机械抓手安装于机械手臂后的局部结构示意图。
38.图9为图8的右视图。
39.图10为图8的前视图。
40.图中标记说明
41.机械抓手100、安装架101、夹持动力102、缸体103、夹指104、连接架105、夹持头106、柱状凸起107、外螺纹108、自适应触指109、接触头110、弹性部件111、安装孔112、装配孔113
42.支座201、导向孔202、内螺纹203、活动杆204、导向块205
43.机械手臂300
44.螺栓400
45.电池500。
具体实施方式
46.下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
47.实施例1
48.请参阅图1-图6，本实施例中提供了一种用于更换无人机电池的机械抓手，包括用于连接机械手臂300的安装架101，如图1及图7所示，不仅便于将本机械抓手100连接于机械手臂300，而且可以起到承载的作用，以便稳定的支撑夹持机构及夹持机构所夹取的电池500；在本实施例中，安装架101可以采用现有的金属架，安装架101还构造有安装部，所述安装部可以是安装孔112，以便通过安装孔112、紧固件将安装架101安装于机械手臂300的前端。
49.在本实施例中，安装架101安装有至少一组夹持机构，夹持机构的数目可以根据实际需求而定，作为举例，在本实施例中，如图1、图6及图7所示，安装架101设置有一组夹持机构，所述夹持机构包括夹持动力102和相对设置的两个夹持头106，如图1及图6所示，所述夹持动力102传动连接所述夹持头106，用于驱动两个夹持头106相互靠近/相互远离；使得在实际使用过程中，夹持动力102可以驱动两个夹持头106相互靠近，以便夹紧两个夹持头106之间的电池500；夹持动力102也可以驱动两个夹持头106相互远离，以便放松两个夹持头106之间的电池500，达到释放电池500的目的。
50.由于现有的无人机电池500整体通常呈块状结构，为适配无人机电池500的形状，在优选的实施方式中，夹持头106可以优先采用板状结构，如图1-图6所示，使得两个夹持头106的内侧面都是平面或弧形面，且两个夹持头106的内侧面相互对应，以便适配电池500的外表面，达到相互配合并夹紧电池500的目的。
51.如图1-图6所示，在本实施例中，夹持头106的内侧面还构造有若干自适应触指109，且各自适应触指109的前端分别朝向另一个夹持头106，用于接触电池500，使得在夹持电池500时，各自适应触指109的前端可以正向接触并压紧电池500，有利于更牢靠的夹持电池500；自适应触指109内还设置有弹性部件111，使得自适应触指109具有弹性伸/缩的功能，在夹持电池500的过程中，当两个夹持头106相互靠近时，自适应触指109的前端先接触电池500的表面，并可以在挤压力的作用下弹性收缩，不仅可以防止夹持头106与电池500之间发生刚性接触，避免夹持过程中损坏电池500，达到保护电池500的目的，而且各自适应触指109的收缩量可以不同，例如，对应电池500外表面向外凸出部分的自适应触指109的收缩量大，对应电池500外表面向内凹陷部分的自适应触指109的收缩量小，而未接触电池500外表面的自适应触指109的可以保持原状，达到约束和限制电池500的目的，如图6所示，可以有效防止电池500活动或掉落，采用这样的结构设计，既可以适配不同外形的电池500，有利于贴合得更好，又可以增加夹持头106与电池500的接触面积，有利于夹持更牢靠，从而可以有效防止电池500在转移的过程中出现滑落的问题。
52.夹持头106的内侧面上设置的自适应触指109的数目可以根据实际需求而定，可以优先设置多个自适应触指109，可以理解，当自适应触指109的数目越多时，夹持头106上各自适应触指109之间的间距越小、密度越大，不仅可以更好的适配电池500的外形，而且还可以进一步的增加接触面积，有利于夹持得更牢靠。
53.夹持头106的内侧面上自适应触指109的排布方式可以根据实际需求而定，作为优选，各自适应触指109可以分别按阵列布置于夹持头106，以便在夹持头106上布置更多的自适应触指109；且在优选的实施方式中，相邻两自适应触指109之间的间距可以相等，如图1及图2所示，有利于夹持头106上自适应触指109的排布更加规则，不仅便于成型，而且有利于更牢靠的夹持电池500。
54.为实现柔性接触，在进一步的方案中，自适应触指109的前端还设置有接触头110，所述接触头110具有弹性，以便利用具有弹性的接触头110接触电池500的外表面，由于接触头110具有弹性，可以与电池500实现柔性接触，不会损伤电池500，从而达到保护电池500的目的。
55.为使得接触头110具有弹性，具有多种实施方式，作为举例，在本实施例中，接触头110可以采用橡胶块、乳胶快等；且为防止在自适应触指109的前端的形成棱角，所述接触头110可以优先采用半球形结构，如图1-图6所示，更有利于保护电池500。
56.为使得自适应触指109可以弹性伸/缩，在更完善的方案中，自适应触指109还包括支座201和活动杆204，其中，支座201连接于夹持头106的内侧面，支座201构造有适配所述活动杆204的第一导向部，所述活动杆204构造有适配所述第一导向部的第二导向部，活动杆204可以通过第一导向部与第二导向部的配合约束于支座201，并与支座201构成沿垂直于夹持头106方向的移动副，如图3及图4所示，使得活动杆204可以沿垂直于夹持头106的方向移动，当活动杆204在挤压力的作用下向靠近支座201的方向移动时，所述弹性部件111的弹性势能增加，以便逐渐压紧电池500，而当撤去挤压力后，弹性部件111的弹性势能自动释放，驱动活动杆204向着远离夹持头106的方向移动，使得活动杆204可以自动恢复到初始时的位置，以便下次使用。
57.弹性部件111可以采用拉伸弹簧、压缩弹簧等，作为举例，如图3及图4所示，在本实施例中，弹性部件111采用的是压缩弹簧，而在更完善的方案中，第一导向部可以为构造于支座201的导向孔202，如图3及图4所示，所述第二导向部可以为适配所述导向孔202的导向块205，导向块205设置于所述导向孔202内，并可以在导向孔202的约束和导向作用下沿导向孔202移动，此时，所述弹性部件111可以设置于所述导向孔202内，如图3及图4所示，弹性部件111的一端可以抵靠于所述活动杆204，而弹性部件111的另一端可以抵靠于所述支座201或夹持头106。
58.为便于装配自适应触指109，在更进一步的方案中，夹持头106的内侧面还构造有若干柱状凸起107，所述柱状凸起107构造有外螺纹108，所述导向孔202可以为阶梯孔，如图3及图4所示，且导向孔202的一端构造有适配所述外螺纹108的内螺纹203，使得支座201通过内螺纹203与外螺纹108的配合安装于所述柱状凸起107，并使得支座201垂直于所述夹持头106的内侧面，如图3及图4所示；
59.活动杆204的结构适配所述导向孔202，导向块205可以设置于导向孔202内，且活动杆204的另一端延伸出导向孔202，作为优选，如图3及图4所示，所述导向杆可以为适配所
述阶梯孔的阶梯轴；
60.此时，弹性部件111可以设置于所述导向孔202内，且弹性部件111的两端分别抵靠于所述柱状凸起107和活动杆204，如图3及图4所示，既便于弹性部件111的装配和更换，又便于支座201的安装和拆卸。
61.在具体实施时，所述支座201的外表面可以为圆柱形，如图3及图4所示，所述导向块205可以构造于活动杆204的一端，所述接触头110可以安装于活动杆204的另一端，如图3及图4所示；在一种实施方式中，所述柱状凸起107可以直接构造于夹持头106的内侧面，如图4所示；而在另一种实施方式中，还包括若干螺栓400，所述夹持头106构造有若干适配所述螺栓400的装配孔113，各装配孔113分别贯穿夹持头106的内侧面和外侧面，螺栓400可以装配于所述装配孔113，并从夹持头106的外侧面装入，如图5所示，且螺栓400的一端凸出夹持头106的内侧面，以形成所述柱状凸起107，此时，只需将支座201连接于该螺栓400即可实现固定，不仅非常的方便，而且外螺纹108直接构造于螺栓400，更便于外螺纹108的加工，有利于降低成本。
62.在夹持机构中，为驱动两个夹持头106相对动作，夹持动力102具有多种实施方式，例如，夹持动力102可以包括电机和传动机构，电机与传动机构传动连接，传动机构传动连接两个夹持头106，从而使得电机可以驱动两个夹持头106相对动作，以便夹紧/放松电池500；又如，在本实施例中，所述夹持动力102包括宽型气爪，宽型气爪包括缸体103和布置于缸体103两侧的夹指104，如图1、图3、图6所示，此时，两个夹持头106可以分别传动连接于宽型气爪的夹指104，如图3所示，而为了便于安装，所述夹持头106可以分别安装于连接架105，连接架105分别安装于宽型气爪的夹指104，以便将夹持头106布置于远离缸体103的位置处，更便于夹持电池500。
63.实施例2
64.为实现更好的夹持效果，防止电池500滑落，本实施例2与上述实施例1的主要区别在于，本实施例所提供的机械抓手100，包括两组所述夹持机构，两组夹持机构中夹持头106的夹持方向相互垂直，如图8-图10所示，以便从相互垂直的两个方向分别夹持电池500的侧面，不仅可以包裹住整个电池500的侧面，而且可以显著增加与电池500的接触面积，从而可以更牢靠、稳定的夹持住电池500，防止在转移的过程中发生电池500掉落的问题。
65.在具体实施时，两个夹持机构中夹持头106的形状和大小可以不同，以便分别适配并夹持电池500的各侧面，如图8-图10所示。
66.实施例3
67.本实施例提供了一种无人机自动换电装置，包括控制器、机械手臂300以及实施例1或实施例2中所述的机械抓手100，其中，
68.机械抓手100的安装架101可以安装于机械手臂300的一端，如图7-图10所示，机械手臂300的另一端设置有安装座，以便实现机械手臂300的固定安装，在本实施例中，机械手臂300可以采用现有技术中具有多个空间自由度的机械手臂300（或称为机器人），如发那科(fanuc)的机械手臂300、abb robotics机器人、安川电机的机械手臂300等，以便利用机械手臂300调节机械抓手100的位置；
69.在本实施例中，控制器分别与机械手臂300及夹持动力102电连接，控制器可以控制夹持动力102动作，以便夹紧/放松电池500，控制器还可以控制机械手臂300动作，以便在
机械手臂300的动作范围内任意调节机械抓手100的空间位置，例如，可以在某一位置处抓取电池500，并在另一位置处放置电池500，达到自动更换电池500的目的。
70.在本实施例中，所述控制器可以优先采用单片机、pc机或plc等。
71.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。