[发明专利]基于并联机构的无人机电池更换基站及方法

权利要求书

1.一种基于并联机构的无人机电池更换基站，其包括操作手、固定手和折展平台，其特征在于，所述折展平台为操作手和固定手的安装基准，操作手与固定手之间能够协同工作；

所述操作手采用混联结构，其包括二指机械爪、2RPURRPS并联机器人和能旋转剪叉式升降台，所述二指机械爪固定在2RPURRPS并联机器人的动平台上，能随动平台做四自由度运动，所述2RPURRPS并联机器人固定在能旋转剪叉式升降台上，并能随其做升降和旋转运动；

所述2RPURRPS并联机器人包括动平台、静平台以及三条支链，所述三条支链包括一条上支链和两条支腿，所述上支链为RRPS结构，所述上支链与静平台之间通过转动副R连接，所述上支链与动平台通过球铰S连接，两条支腿均为RPU支链，支腿和静平台之间通过转动铰链R连接，支腿和动平台之间通过虎克铰U连接，上支链和支腿上均设置有移动副P；

所述固定手包括丝杠滑块、固定手抓取手爪、升降电缸和L型安装板，所述固定手抓取手爪与所述升降电缸通过手爪支撑板和横杆固定连接且与所述L型安装板的竖直两侧柱通过导轨滑块连接，所述升降电缸的电缸杆连接在横杆上，横杆在L型安装板上借助于导轨滑块进行移动，在升降电缸伸缩范围内固定手能够进行任意上下移动, 所述L型安装板与底部的丝杠滑块连接，固定手底部的第一电机驱动丝杠正反向旋转来实现固定手抓取手爪的前后移动；

所述折展平台采用剪叉式结构，其包括箱体、丝杠滑板、升降台、左滑台和右滑台，丝杠滑板布置在箱体内，能够通过电机二驱动带动左右滑台的左右移动和升降台的升降；所述折展平台所采用的剪叉式结构由交叉成X型的支撑杆形成，箱体底座上固定安装有两根平行的导轨用于控制箱体的移动方向，左右共四个滑块安装在导轨上；在两导轨中间用三个平板对箱体内的长丝杠进行固定，滑块平台和同步带轮分别与长丝杠连接；采用电机二驱动同步带使丝杠做水平运动，在滑块平台带动下使滑块在导轨上左右移动；同时滑块平台与升降台连接的连杆进行伸展和折叠，实现升降台的升降；升降台与左右滑台分别利用两个支撑杆连接，且在升降台的两侧与箱体设有竖直的滑轨。

2.根据权利要求1所述的基于并联机构的无人机电池更换基站，其特征在于，所述二指机械爪为平行四杆机构，通过第三电机带动移动螺母前后运动，移动螺母与两侧平行四杆机构连接，带动连杆转动，实现操作手的抓取动作。

3.根据权利要求1所述的基于并联机构的无人机电池更换基站，其特征在于，通过驱动三条支链上的移动副P和RRPS分支的第一个转动副R，使并联机构实现沿X轴和Y轴的两个移动自由度以及绕Y轴和Z轴的两个转动自由度。

4.根据权利要求1所述的基于并联机构的无人机电池更换基站，其特征在于，所述能旋转剪叉式升降台包括剪叉式升降台与转盘轴承两部分，剪叉式升降台通过第四电机驱动剪刀叉结构中的一侧前后运动实现升降，转盘轴承分别与剪叉式升降台下平台和底部折展平台连接，转盘轴承驱动第五电机固定在剪叉式升降台下平台上，并连有一个与转盘轴承外齿廓相啮合的齿轮，通过驱动齿轮旋转，带动能旋转剪叉式升降台的整体旋转。

5.根据权利要求1所述的基于并联机构的无人机电池更换基站，其特征在于，所述固定手中的固定手抓取手爪由第六电机驱动手臂，手臂上连接2个手爪转杆用于分别控制手爪固定住无人机；在每个手爪转杆上连接一个推指转杆，推指转杆能够控制推指将无人机的电池从槽中推出，方便换取。

6.一种根据权利要求1-5之一所述的基于并联机构的无人机电池更换基站的电池更换方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1、无人机降落前操作手、固定手和折展平台都处于初始位置；

S2、当无人机要降落时，升降台工作，电机二驱动带动丝杠滑板通过X型的支撑杆将升降台沿着滑轨向上抬升，同时通过连杆将左滑台、右滑台分别向推向两侧，使升降台能够顺利升起，无人机降落；无人机降落后，操作手旋转90°转向与无人机正对方向；

S3、操作手末端二指机械爪张开夹住无人机调整无人机的位置；

S4、固定手向前移动，末端固定手抓取手爪夹紧无人机并调整至预先设定位置固定无人机；

S5、操作手末端二指机械爪与无人机末端电池旋转锁接触，在并联平台及能旋转剪叉式升降台带动运动下，将无人机电池旋转锁解锁；

S6、固定手抓取手爪末端的推指将电池推出，操作手末端二指机械爪抓紧电池将电池取出；

S7、操作手将电池取出后，在能旋转剪叉式升降台底部转盘轴承的作用下旋转90°至正对电池箱的位置；

S8、在剪叉式升降台工作下，操作手上下移动并配合并联机器人的运动，将待充电电池放入电池箱中并抓取出满电电池；

S9、操作手再次旋转至正对无人机的位置，将满电电池插入电池槽中并关闭电池锁；

S10、完成电池更换之后固定手和操作手均回到初始位置；

S11、无人机完成电池更换之后飞离；以及

S12、无人机离开后，折展平台在剪叉装置的作用下回到初始位置，完成一次电池更换工作过程。