一种无人机触点充电夹持装置及触点充电装置的制作方法

1.本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种无人机触点充电夹持装置及触点充电装置。


背景技术：

2.无人驾驶飞机简称“无人机”，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，现在已经广泛的应用于侦察、勘测、巡检、救援等各个领域中。目前，无人机的续航能力是使用中面临的重要问题，常用的有充电方式有：无线充电和触点充电两种方式。
3.无人机无线充电技术主要分为电磁感应技术、电磁共振技术和电场耦合技术，电磁感应技术能量利用率低且效率不高，并且还容易导致导体发热，而电磁共振和电场耦合技术受电磁影响较大容易受到干扰，并且还有可能会影响到无人机的正常通信。
4.目前行业内的无人机触点充电技术，多为在起落架两侧设置与起落架平行触点充电装置，固定起落架后，夹持装置带动触点充电装置与起落架接触，平行设置触点充电装置可能会因挤压出现单点接触或者接触不良，难以保证充电接触面积，影响充电效果。此外仅仅依靠机构的挤压变形，充电弹片的形变量较小，难以保证接触的可靠性。
5.《车载无人机自动夹持充电装置》(专利号cn112373373a)提出一种车载无人机的触点充电装置，解决在车顶停落的无人机固定和充电问题。充电装置的主要原理是：在车顶上设有固定板，固定板上设有将无人机推动至指定位置的推动机构，推动机构包括分别对称设置在固定板四周的横向推动机构和纵向推动机构，带动停机板上方的第一第二挡板，实现无人机的移动和固定，第一挡板和第二挡板为中空结构，在第二挡板内设有与充电触点相匹配的充电装置无人机触点充电装置。该充电装置的使用带有局限性，只能适用于无人机起落架底部设有横杆的结构，对于有飞行高度要求的大型无人机，设有横杆的无人机起落架会增加风阻，因此使用范围有限。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种无人机触点充电夹持装置及触点充电装置，解决现有技术中的触点式充电结构不易夹持起落架、充电效率低、易发热的问题。
7.为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：一种无人机触点充电夹持装置，包括安装块、第一运动块和第二运动块，所述第一运动块、第二运动块设置于所述安装块上，所述第一运动块上安装有第一固定块，第二运动块上安装有第二固定块，所述第一固定块和第二固定块外侧均安装有充电弹片；
8.所述第一运动块和第二运动块可以相离或相向运动；
9.所述充电弹片和第一固定块、第二固定块之间留有空隙，所述第一固定块和第二固定块之间形成充电通道；
10.所述充电弹片两端通过弹簧连接。
11.本发明还具有如下技术特征：
12.所述充电弹片包括依次连接的第一充电弹片、第二充电弹片、第三充电弹片和第四充电弹片；
13.所述第一充电弹片与第四充电弹片平行布置，第二充电弹片与第一充电弹片的一端背向第四充电弹片垂直连接；
14.第二充电弹片的一端与第一充电弹片的一端连接，第二充电弹片的另一端与第三充电弹片的一端连接；
15.第三充电弹片的一端与第二充电弹片的一端连接，第三充电弹片的另一端与第四充电弹片的一端连接；
16.所述第一充电弹片和第四充电弹片之间布置有弹簧。
17.所述第三充电弹片为弧形。
18.所述第三充电弹片由互相垂直的接触弹片和支撑弹片构成，所述接触弹片平行与所述第四充电弹片平行，与所述第二充电弹片垂直，所述支撑弹片与弹簧平行。
19.所述第一运动块与所述第二运动块水平或垂直或倾斜布置。
20.所述第一运动块与所述第二运动块沿所述充电通道所在直线对称设置，所述第三充电弹片用于与无人机的起落架接触并充电。
21.所述第一运动块和第二运动块可以相离或相向运动。
22.所述安装块总体呈长方体形。
23.所述充电弹片和第一固定块、第二固定块之间均布置有绝缘层，所述充电弹片上连接有充电线缆。
24.一种触点充电装置，包括机巢，还包括上述无人机触点充电夹持装置；
25.所述机巢包括巢体和安装在巢体顶部的可开合的巢盖，所述无人机触点充电夹持装置通过连接块安装在巢体顶部。
26.本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
27.(ⅰ)本发明通过充电弹片以及运动块的设置，在充电时，运动块带动充电弹片夹紧起落架，充电弹片受力发生变形，使两电极由点接触变成面接触，并保证了夹持力，弹簧的设置使得充电弹片接触面积更大，可靠性更高，并保证了夹持力，从而达到了触点充电的接触面和接触压力的要求，保证了触点充电的可靠性。
28.(ⅱ)本发明提出的一种无人机触点充电夹持装置，能够通过简单结构，既可解决复合翼无人机的充电问题，同时又规避了无线充电所带来的导体发热、电磁干扰的问题，实现无人机机巢的自动充电，解决无人机续航能力不足的问题。
29.(ⅲ)本发明的结构简单，使用方便，可以极大的节约人力物力。
附图说明
30.图1为无人机触点充电夹持装置总体结构示意图；
31.图2为无人机触点充电夹持装置充电弹片结构示意图；
32.图3为第一运动块和第二运动块水平布置结构示意图；
33.图4为充电弹片为矩形且第一运动块和第二运动块垂直起落架布置结构示意图；
34.图5为无人机触点充电夹持装置充电弹片模拟夹持示意图；
35.图6为无人机触点充电夹持装置充电弹片模拟夹持形变示意图；
36.图7为无人机触点充电夹持装置充电弹片模拟夹持应力云图ⅰ；
37.图8为无人机触点充电夹持装置充电弹片模拟夹持应力云图ⅱ；
38.图9为无人机触点充电夹持装置充电弹片模拟夹持应力云图ⅲ；
39.图10为触点充电装置结构示意图。
40.附图中各个标号含义：
41.1-安装块；2-第一运动块：3-第二运动块；4-第一固定块；5-第二固定块，6-充电弹片，7-充电通道，8-弹簧，9-绝缘层，10-充电线缆，11-机巢，12-连接块，13-起落架；
42.6-1第一充电弹片，6-2第二充电弹片，6-3第三充电弹片，6-4第四充电弹片；
43.6-3-1接触弹片，6-3-2支撑弹片；
44.11-1巢体，11-2巢盖。
45.以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
46.以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本技术技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
47.本发明所用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“内”、“外”是指相应部件轮廓的内和外，不能将上述术语理解为对本发明的限制。
48.在本发明中，在未作相反说明的情况下，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
49.本发明中的所有部件，如无特殊说明，全部采用现有技术中已知的部件。
50.由于大型无人机的飞行高度高，起落架之间连接横杆会增加飞机的风阻，这样的情况下，触点充电就只能安装在起落架上。飞机的起落架形状属于不规则形状，既要保证充电电极间受力载荷，还要保证足够的接触面积，才能保证充电效率。
51.同时，对应不规则起落架(复合气动外形)小面积大电流(60vdc/40a)充电需求，避免触点电极线接触或接触不良导致打火、温度升高，甚至融化损坏。
52.大型复合翼无人机的电池存放于机腹之中，电池容量大，无人值守的机巢无法采用机械臂更换电池，所以采用触点充电的模式为无人机电池充电。通过充电电源将220v交流电转化成满足电池充电要求的直流电。充电电源由输入滤波单元、整流单元、移相全桥变换单元、高频变压单元、全波整流滤波单元和控制单元组成。在无人机机身电池组连接平衡充电模块(平衡充电模块实现充电过程中对电池组的每节电芯的均压充电，避免过充对电芯造成的损坏，并保证每节电芯完全充满。在充电过程中，平衡充电模块实时检测每节电芯的电压值，当某节电芯的电压值达到阈值时，启动此电芯并联的消耗电阻，保证此电芯电压
值不超过规定电压，其他电芯继续充电，直到所有电芯电压达到规定值)。充电电源端的导线连接弹簧式电极夹持装置，固定在无人机巢的夹持机构上，当无人机降落后，夹持机构完成夹持归正动作后，弹簧式电极夹持装置可夹紧无人起落架，开始为无人机充电。
53.无人机在完成降落归正夹持动作后，每次起落架停靠位置有一定的公差允许偏移量，但触点充电对电极接触面积和压力均有要求，这就是要求在有位移偏差的情况下，还需要保证接触压力，对充电电极的夹持装置设计带来困难。
54.根据触点充电的功率需求和温升试验数据，要求夹持无人起落架的触点结构提出如下要求：
55.a)触点接触方式：表面光滑的平面接触；
56.b)触点接触面积：不小于400；
57.c)触点接触压力：不小于50n。
58.实施例1：
59.遵从上述技术方案，如图1～图4所示，一种无人机触点充电夹持装置，包括安装块1、第一运动块2和第二运动块3，所述第一运动块2、第二运动块3设置于所述安装块1上，所述第一运动块2上安装有第一固定块4，第二运动块3上安装有第二固定块5，所述第一固定块4和第二固定块5外侧均安装有充电弹片6；所述充电弹片6用于与无人机的起落架接触并充电。
60.所述第一运动块2和第二运动块3可以相离或相向运动；
61.第一运动块2和第二运动块3带动第一固定块4和第二固定块5运动，方便第一固定块4和第二固定块5夹持起落架；
62.所述充电弹片6和第一固定块4、第二固定块5之间留有空隙，留有充电弹片6-6形变的空间，所述第一固定块4和第二固定块5之间形成充电通道7。起落架到位后，起落架位于充电通道7中。
63.所述充电弹片6两端通过弹簧8连接。
64.在充电时，运动块带动充电弹片夹紧起落架，充电弹片受力发生变形，使两电极由点接触变成面接触，保障接触的可靠性，通过运动块的带动点接触转换为面接触，增大接触面积，同时，弹簧的设置使得充电弹片接触面积更大，可靠性更高，并保证了夹持力，从而达到了触点充电的接触面和接触压力的要求，保证了触点充电的可靠性。
65.工作原理：起落架到位后，第一运动块和第二运动块闭合，安装在第一运动块和第二运动块上的充电弹片夹持无人机的起落架的充电电极上，随着第一运动块和第二运动块的夹持力增大，充电弹片力后，导致充电弹片的受力发生变形，使两电极由点接触变成面接触，并保证了充电弹片对应起落架电极的夹持。从而达到了触点充电的接触面和接触压力的要求，保证了触点充电的可靠性。
66.作为本实施例的一种优选：
67.所述充电弹片6包括依次连接的第一充电弹片6-1、第二充电弹片6-2、第三充电弹片6-3和第四充电弹片6-4；
68.所述第一充电弹片6-1与第四充电弹片6-4平行布置，第二充电弹片6-2与第一充电弹片6-1的一端背向第四充电弹片6-4垂直连接；
69.第二充电弹片6-2的一端与第一充电弹片6-1的一端连接，第二充电弹片6-2的另
一端与第三充电弹片6-3的一端连接；
70.第三充电弹片6-3的一端与第二充电弹片6-2的一端连接，第三充电弹片6-3的另一端与第四充电弹片6-4的一端连接；
71.所述第一充电弹片6-1和第四充电弹片6-4之间布置有弹簧8。
72.作为本实施例的一种优选：
73.所述第三充电弹片6-3为弧形。
74.第三充电弹片6-3夹持时变形，保障接触的可靠性，通过运动块的带动点接触转换为面接触，增大接触面积。
75.作为本实施例的一种优选：
76.所述第三充电弹片6-3由互相垂直的接触弹片6-3-1和支撑弹片6-3-2构成，所述接触弹片6-3-1平行与所述第四充电弹片6-4平行，与所述第二充电弹片6-2垂直，所述支撑弹片6-3-2与弹簧8平行。
77.所述充电弹片6可以为矩形结构或者别的几何形状，具体依实际情况而定。
78.作为本实施例的一种优选：
79.所述第一运动块2与所述第二运动块3水平或垂直或倾斜布置。
80.作为本实施例的一种优选：
81.所述第一运动块2与所述第二运动块3沿所述充电通道7所在直线对称设置，所述第三充电弹片6-3用于与无人机的起落架接触并充电。
82.作为本实施例的一种优选：
83.所述第一运动块2和第二运动块3可以相离或相向运动。第一运动块2和第二运动块3带动第一固定块4和第二固定块5运动，方便第一固定块4和第二固定块5夹持起落架；
84.作为本实施例的一种优选：
85.所述安装块1总体呈长方体形。方便制造加工以及安装。
86.作为本实施例的一种优选：
87.所述充电弹片6和第一固定块4、第二固定块5之间布置有绝缘层9，所述充电弹片6上连接有充电线缆10。绝缘层9避免充电弹片6和第一固定块4、第二固定块5之间的干扰，充电线缆10为充电弹片6提供电能。
88.充电弹片6采用铜合金制成。
89.实施例2：
90.如图3所示：无人机触点充电夹持装置的第一运动块2和第二运动块3可以有不同的方位，第一运动块2和第二运动块3的角度和形状需要根据无人机的起落架的形状和夹持方位进行变化，比如针对一种复合翼无人机的起落架的形状特点，还可以有水平夹持的形式，节约空间，为无人机降落提供更大的空间，降低无人机下降过程中碰撞的风险，提升安全性。有效降低自动机场的总体高度；该结构给无人机降落提供了更大的安全空间，避免无人机在降落时固定翼螺旋桨和机载设备与夹持对中装置干涉。
91.实施例3：
92.如图4所示：无人机触点充电夹持装置的第一运动块2和第二运动块3可以有不同的方位，第一运动块2和第二运动块3的角度和形状需要根据无人机的起落架的形状和夹持方位进行变化，比如针对一种复合翼无人机的起落架的形状特点，还可以采用垂直于飞起
落架的方向进行夹持。采用此种夹持的好处在于夹持位置关于起落架对称分布，减少夹持时的剪切力对起落架的影响，增加无人机触点充电夹持装置及无人机起落架的寿命。
93.实施例4：
94.如图4所示，充电弹片整体为矩形，采用此种夹持的好处在于夹持装置的形状是标准长方形，接触面会比较整齐，利于保证足够大的接触面，提高充电效率。
95.实施例5：
96.使用软件对铜合金异形板进行了受力仿真：
97.附图5左侧是弹簧式电极夹持装置刚接触上无人起落架时，充电弹片6和无人起落架的接触情况，接触面的长度为15mm，充电弹片6的宽度为20mm，所以接触面面积为300mm2，不满足充电要求。
98.附图5右侧是弹簧式电极夹持装置受到电动夹爪的作用力后，充电弹片6和无人起落架的接触情况，接触面的长度为29mm，充电弹片6的宽度为20mm，所以接触面面积为580mm2，面接增加了93％，能够满足充电要求。
99.附图6是两种状态的对比图，充电弹片6受到电动夹爪的作用力后，在弹簧的作用下，发生形变，增大与无人机的起落架的接触面积，提高了充电效率。
100.附图7和附图8是充电弹片6接触并挤压无人机的起落架电极后的应力云图。
101.附图9是充电弹片6板接触并挤压无人机的起落架电极后的变形云图。
102.实施例6：
103.如图10所示，一种触点充电装置，包括机巢11，还包括上述实施例中所述无人机触点充电夹持装置；
104.所述机巢11包括巢体11-1和安装在巢体11-1顶部的可开合的巢盖11-2，所述无人机触点充电夹持装置通过连接块12安装在巢体11-1顶部。
105.机巢采用无人自动控制和远端监控，所有操作均由机巢与无人机交互自动完成，特殊操作由上位机控制室监视操控完成；
106.无人机飞临降落区域，机巢接收到入巢指令，由控制命令无人机机巢3打开巢盖，到位后碰到行程开关停止，等待接收无人机；
107.无人机落入巢体11-1，无人机触点充电夹持装置夹紧无人机的起落架，同时检测触点状态，做好充电准备。
108.相比较于无人机巢的无线充电技术，本实施例的提出的触点充电装置的优点在于：充电效率高，能量利用率高；导体发热低；电磁干扰小，不影响无人机的正常通信。
109.相比较于《车载无人机自动夹持充电装置》(专利号cn 112373373 a)提出一种车载无人机的触点充电装置，本专利所提出的复合翼无人机触点充电方式的充电触点直接设置在无人机的起落架上，不受限于无人机的起落架的两个起落架间有无连杆的限制，适用于所有的多型无人机。
110.相比较于无人机巢的无线充电技术，本专利提出的复合翼无人机触点充电方式的优点在于：充电效率高，能量利用率高；导体发热低；电磁干扰小，不影响无人机的正常通信。
111.以上所述，仅是本发明的较优具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，不经创造性劳动想到的变化或
替换，都涵盖在本发明的保护范围之内。