[发明专利]基于并联机构的无人机电池更换基站及方法

说明书

本发明公开了一种基于并联机构的无人机电池更换基站及方法，其包括操作手、固定手和折展平台，操作手为混联结构，包括二指机械爪、2RPURRPS并联机器人和能旋转剪叉式升降台；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；折展平台为安装基准，采用剪叉式结构，包括箱体、丝杠滑板、升降台和左右滑台。其中，操作手与固定手协作完成电池的更换动作；而升降台工作时，电机二驱动带动丝杠使连杆将升降台沿着滑轨抬升或降落，使升降台升起或左右滑台折叠，满足无人机降落需要或使空间极简。本装置采用可折展结构，可减小基站的放置尺寸，增加使用的灵活性，操作手具有更高的精度和刚度，提高了更换电池过程的稳定性。

技术领域

本发明涉及无人机基站，具体涉及一种能够对电池布置在机身两侧的无人 机进行电池更换的基于并联机构的无人机电池更换基站及方法。

背景技术

随着无人机技术的不断发展，长续航、自动化、定点巡航的无人机已经面 市，并广泛应用于公共管理方面，警用、测绘、环境保护、科学研究和灾害预 防管理等方面。在指定区域设立能够为无人机更换电池的基站，能够进一步扩 大无人机的飞行半径，以适应大范围、长距离的巡航检测。这类无人机通常体 积较大，机身配置多块电池，电池重量较重，且通常布置于机身两侧。目前市 面上已出现一些能够实现更换电池功能的无人机地面基站，但还暂无针对电池 布置在机身两侧的无人机型号进行更换电池的无人机基站。

并联机构英文名为ParallelMcehainsm,简称PM，能够定义为动平台和定平 台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以 并联方式驱动的一种闭环机构。并联机构无累积误差，精度较高；驱动装置可 置于定平台上或接近定平台的位置，这样运动部分重量轻，速度高，动态响应 好；结构紧凑，刚度高，承载能力大。在无人机更换电池的运动空间条件下， 具有一定的优势。

发明内容

本发明提供一种基于并联机构的无人机电池更换基站及方法，采用双机械 手协同作业方法，总体结构包括操作手、固定手和折展平台三部分。其中，所 述折展平台为操作手、固定手安装基准。

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，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 并联机构包括动平台、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。