一种植保机自主更换电池装置 |
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| 申请号 | CN201710282472.4 | 申请日 | 2017-04-26 | 公开(公告)号 | CN107054671A | 公开(公告)日 | 2017-08-18 |
| 申请人 | 南京信息工程大学; | 发明人 | 王伟; 马茜; 秦汉; 曹峰; | ||||
| 摘要 | 一种植保机自主更换 电池 装置，涉及植保机的技术领域。本 发明 包括植保机、储存装置，植保机停放在储存装置的起落平台上，起落平台的下方设置电池存储盘，电池存储盘通过电池存储盘 支架 与小车相连，电池存储盘支架的两侧分别设置机械手。本发明实现了结构简单，能够伴随植保机行进，提高植保机工作效率的目的。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种植保机自主更换电池装置，其特征在于包括植保机（1.0）、储存装置（3.0），植保机（1.0）停放在储存装置（3.0）的起落平台上，起落平台的下方设置电池存储盘（7.0），电池存储盘（7.0）通过电池存储盘支架（7.2）与小车（4.0）相连，电池存储盘支架（7.2）的两侧分别设置机械手（6.0）。 |
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| 说明书全文 | 一种植保机自主更换电池装置技术领域[0001] 本发明涉及植保机的技术领域。 背景技术[0002] 近年来，随着我国土地流转、土地集约化管理趋势加快，新药械的发展应用势头凶猛，而农业植保无人机可以说是近两年来药械行业内最吸引人的产品。中国作为农业大国，每年需要大量的人员从事农业植保作业，而农药对人体会产生很大的伤害。同时，农村青壮年劳动力逐渐稀缺，人力成本日益增加，所以由于农药对人体伤害较大，年轻人不愿意进行农药喷洒。而植保无人机可远距离遥控操作，避免了喷洒作业人员暴露于农药的危险，保障了喷洒作业的安全。但是局限于机体大小，植保机需要不停的返回更换电池，浪费大量人力物力资源。 发明内容[0003] 本发明目的是提供一种结构简单，能够伴随植保机行进，提高植保机工作效率的植保机自主更换电池装置。 [0004] 一种植保机自主更换电池装置，包括植保机、储存装置，植保机停放在储存装置的起落平台上，起落平台的下方设置电池存储盘，电池存储盘通过电池存储盘支架与小车相连，电池存储盘支架的两侧分别设置机械手。 [0005] 本发明植保机的上端部设置控制单元，控制单元下面设置用于盛放电池放置板的电池槽，电池槽上有两个与电池相匹配的镂空，电池放置进去与镂空成十字交叉放置，每个镂空两侧分别含有电池插头，每对电池插头分别为突起的电池插头方体和电池插头柱体，与电池的电池方体和电池柱体的凹槽实现对接，电池放置板中间设置用于连接放置板与控制单元的柱形支架。 [0006] 本发明的电池存储盘上设置偶数对均匀分别的电池充电凸起插头，每对凸起插口的柱形为负极，方形为正极，与电池上的插孔正负相应实现对接，每对凸起插头间开有通孔，机械手经过通孔穿出并将电池抓紧后从凸起插头上取出送至植保机。 [0008] 本发明的小车包括电池、控制单元、履带，控制单元内的发送模块发送自身坐标给地面站同时接收到地面站系统发来的植保机的位置坐标，通过控制单元内的计算模块计算出小车的行走坐标，再通过GPS导航驱动履带前进；所述电池通过相连的电池存储盘支架给电池存储盘供电。 [0009] 本发明的机械手包括抓手、摄像头、伺服电机、机械手电机、滑轨、机械手齿轮、齿条、升降杆，抓手位于升降杆的上端，抓手与固连在升降杆上的伺服电机相连，抓手的中心设置摄像头，升降杆位于滑轨上并可沿着滑轨移动，升降杆上设置齿条，滑轨上设置机械手电机，机械手电机的输出轴上固连机械手齿轮，机械手齿轮与齿条相契合。 [0010] 本发明的滑轨上设置与摄像头相连接的译码器。 [0012] 2、本发明采用转盘式电池储备仓，且电池可更换多次，电池采用盲插方式，安装方便快捷，效率高。 [0013] 3、本发明植保机自主更换电池装置安装在一个履带小车上，能够适应田间的复杂地形，长时间配合植保机工作，便于更快捷的更换电池。 [0014] 4、本发明的小车具有接收植保机坐标信息并导航的作用，能够自行跟随植保机并列行进使得植保机电量、农药不足时更方便的降落于小车上，节约能源和时间。 [0016] 图1是本发明整体结构的剖视图。 [0017] 图2是本发明植保机的结构示意图。 [0018] 图3是本发明的电池结构示意图。 [0019] 图4本发明电池放置板的结构示意图。 [0020] 图5是本发明电池存储盘的结构示意图。 [0021] 图6是本发明电池存储盘的后视图。 [0022] 图7是本发明的小车与电池存储盘连接结构示意图。 [0023] 图8是本发明机械手的结构示意图。 [0024] 图9是本发明的整体封装图。 [0025] 具体实施方式[0026] 下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：如图1、图9所示，一种植保机自主更换电池装置，包括植保机1.0、储存装置3.0，植保机 1.0停放在储存装置3.0的起落平台上，起落平台的下方设置电池存储盘7.0，电池存储盘 7.0通过电池存储盘支架7.2与小车4.0相连，电池存储盘支架7.2的两侧分别设置机械手 6.0。 [0027] 如图2、图3、图4所示，本发明的植保机1.0的上端部设置控制单元1.1，控制单元1.1下面设置用于盛放电池放置板1.9的电池槽，电池槽上有两个与电池5.0相匹配的镂空，电池5.0放置进去与镂空成十字交叉放置，每个镂空两侧分别含有电池插头，每对电池插头分别为突起的电池插头方体1.10和电池插头柱体1.11，与电池5.0的电池方体5.2和电池柱体5.1的凹槽实现对接，电池放置板1.9中间设置用于连接放置板1.9与控制单元1.1的柱形支架1.12。 [0028] 如图5所示，本发明的电池存储盘7.0上设置偶数对均匀分别的电池充电凸起插头，每对凸起插口的柱形7.3为负极，方形7.4为正极，与电池5.0上的插孔正负相应实现对接，每对凸起插头间开有通孔，机械手6.0经过通孔穿出并将电池5.0抓紧后从凸起插头上取出送至植保机1.0。 [0029] 如图6所示，本发明的电池存储盘支架7.2上连接齿轮7.6，电池存储盘下方设置带动齿轮7.6旋转的电机7.5。 [0030] 如图7所示，本发明的小车4.0包括电池4.1、控制单元4.2、履带4.3，控制单元4.2内的发送模块发送自身坐标给地面站同时接收到地面站系统发来的植保机的位置坐标，通过控制单元内的计算模块计算出小车4.0的行走坐标，再通过GPS导航驱动履带4.3前进；所述电池4.1通过相连的电池存储盘支架7.2给电池存储盘7.0供电。 [0031] 如图8所示，本发明的机械手6.0包括抓手6.1、摄像头6.2、伺服电机6.3、机械手电机6.5、滑轨6.6、机械手齿轮6.7、齿条6.8、升降杆6.10，抓手6.1位于升降杆6.10的上端，抓手6.1与固连在升降杆6.10上的伺服电机6.3相连，抓手6.1的中心设置摄像头6.2，升降杆6.10位于滑轨6.6上并可沿着滑轨移动，升降杆6.10上设置齿条6.8，滑轨6.6上设置机械手电机6.5，机械手电机6.5的输出轴上固连机械手齿轮6.7，机械手齿轮6.7与齿条6.8相契合。 [0032] 如图8所示，本发明的滑轨6.6上设置与摄像头6.2相连接的译码器6.9。 [0033] 本发明植保机1.0的控制单元1.1下面是电池槽，电池槽的电池放置板1.9上有两个电池大小的镂空，可供电池和机械手通过，电池放置进去与镂空成十字交叉放置，每个镂空两侧分别含有电池插头，每对电池插头分别为突起的电池插头方体1.10和电池插头柱体1.11可与电池的电池方体5.2和电池柱体5.1凹槽实现对接，电池放置板1.9中间有柱形支架1.12用于连接放置板1.9与控制单元1.1，支架内布线将电池的电供给控制单元。 [0034] 植保机可将自身的位置信息、电量信息和药箱内农药量发送至地面站系统，若植保机接收到地面站系统发送过来的小车的位置信息，则植保机停止工作飞向储存装置，最终降落在储存装置的降落平台上。 [0035] 电池上设有电池方形5.2和电池柱形5.1凹槽分别对应着正极和负极，其分别与植保无人机的自主加注农药更换电池小车装置的电池存储转盘上的插头7.3和植保机上的插头1.10契合。 [0036] 本发明的储存装置3.0为立方体，包括顶部凹槽，凹槽底端四角处各有长方形起落架，四个起落架组成降落平台，其作用是托住植保机且固定植保机，凹槽下面设置电池存储盘7.0，该电池存储盘通过电池存储盘支架7.2与小车4.0相连，电池存储盘7.0下方也就是电池存储盘支架7.2两边各设置机械手6.0，整个装置安装在小车4.0上，小车可实现沿着田间路径随植保机并列前行。 [0037] 如图5、图6所示，本发明的电池存储盘上7.0设置六对电池充电凸起插头，该六对凸起插头均匀分布在圆形存储盘上，即两两60度，每对凸起插口分别为柱形7.3和方形7.4分别代表负极和正极，与电池5.0上的插孔正负相应正好实现对接，每对凸起插头间开有通孔，机械手6.0可从此通孔穿出并将电池5.0抓紧后从插头上取出送至植保机1.0；所述存储盘中心7.1接受小车4.0上的电源4.1供电，之后为存储盘7.0上每个突起插头和降落平台中四个起落架3.3的凹槽3.4内的圆柱凸起3.5供电；所述电池存储盘的中心7.1设置连杆7.2，连杆7.2内布线用来接受小车4.0上的电源4.1供电，连杆7.2上固连齿轮7.6，电池存储盘下方设置电机7.5，电机7.5可带动齿轮7.6旋转，最终带动电池存储盘7.0旋转。每更换一次电池，电池存储盘7.0旋转60度。 [0038] 如图7所示，本发明的小车4.0包括控制单元4.2、电池4.1。小车4.0通过控制单元4.2内的发送模块发送自身坐标给地面站同时控制单元内的接收模块接收到地面站系统发来的植保机的位置坐标，通过控制单元内的计算模块计算出自己的行走坐标，再通过GPS导航利用车轮上履带4.3运作实现缓慢跟随植保机1.0并列前进。所述小车携带的电池4.1通过相连的电池存储盘支架7.2接线给电池存储盘7.0供电。 [0039] 如图8所示，本发明的机械手6.0包括抓手6.1、摄像头6.2、伺服电机6.3、齿条6.8、机械手电机6.5、机械手齿轮6.7、滑轨6.6、升降杆6.10，抓手6.1位于升降杆6.10的一端，抓手6.1的中心设置摄像头6.2，抓手6.1与固连在升降杆上的伺服电机6.3相连，在伺服电机的带动下抓紧电池5.0，升降杆位于滑轨6.6上并可沿着滑轨移动，升降杆上设置齿条6.8，滑轨上设置机械手电机6.5，机械手电机的输出轴上固连机械手齿轮6.7，机械手齿轮6.7与齿条6.8相契合，机械手电机6.5工作时，电机输出轴带动机械手齿轮6.7旋转带动齿条6.8运动，最终带动升降杆6.10上下移动，滑轨上还设置译码器6.9，该译码器6.9与摄像头6.2相连接。 [0040] 本发明地面站的电脑串口上连接无线发射/接收装置，地面站系统用于接受植保机的电量信息、位置信息，也用于接受小车的位置信息，所述计算模块依据所述植保机的电量信息、位置信息进行判断植保机是否需要更换电池，若需要就通过所述通信模块向植保机下发小车位置即需要前往的位置信息指令，同样所述地面站系统接收和发送指令给电机，控制小车给植保机更换电池。 [0041] 下面介绍一下整体装置的工作流程。分别为小车到达植保机水平位置、为植保机卸电池、为植保机装电池、植保机飞走继续工作四个部分。 [0042] （1）小车到达植保机水平位置A、地面站系统分别确定植保机和小车的路线，然后不断接受植保机坐标位置、植保机电量，每隔一段时间地面站系统就对获取到的植保机的坐标进行计算，把计算出的小车需要移动到的目的地坐标发给小车，小车收到坐标信息进行导航前进。 [0043] B、地面站系统收到植保机电量不足的信息后，发送小车的坐标给植保机，让植保机自行导航降落至小车上。 [0044] （2）为植保机卸电池：A、当植保机1.0落向储存装置3.0时，四个滚轮1.4通过轨道3.2进入轨道下面起落架 3.3内的凹槽3.4中，凹槽3.4内的圆柱凸起3.5与植保机滚轮上的圆柱凹槽1.7契合实现电路接通，此时植保机1.0接收降落平台供电。通过升降杆抓手上的摄像头6.2，透过起落架间隙进行图像处理，扫描到有植保机在植保无人机的储存装置上。则地面站接收到信号后发送控制指令给小车上的机械手电机。 [0045] B、当机械手电机6.5接收到指令信号，机械手抓手6.1通过电机6.5沿着滑轨上升通过电池存储盘7.0及起落架间的间隙上升至植保机电池槽中，抓手抓到电池5.0后继续上升一个电池厚度距离使得电池完全离开电池插头1.10，接着抓手6.1执行90度顺时针旋转操作，旋转之后电池和抓手正好从插头之间的镂空中出来，升降杆电机6.5控制升降杆降落，降落到电池存储盘上方一节电池距离时通过伺服电机6.3执行90度逆时针旋转操作，接着继续下降使得电池存储盘上的插头7.3和电池上的正负极凹槽契合，使卸下来的电池开始充电，然后控制电池存储盘的电机工作使转盘3.0旋转60度。 [0046] （3）为植保机装电池：A、转盘7.0转了60度之后，使两个抓手6.1上方的摄像头6.2开始扫描是否有储备电池在抓手上方，如果没有继续进行60度旋转，直到有电池在抓手上方。当检测到有电池后，机械手电机6.5工作，两个抓手分别抓住其上方的电池上升到一个电池厚度后执行逆时针方向旋转操作，然后升降杆上升穿过升降平台一直上升进入到植保机的电池槽内，接着抓手逆时针旋转，旋转过后升降杆下降使得电池5.0正负极凹槽与电池槽内电池放置处1.9上正负极插头契合，电池安装成功，升降杆抓手下降至原位。 [0048] B、植保机执行任务期间，承载储存装置的小车继续接受地面站系统指令跟随植保机等待下次任务。 [0049] 最终实现植保机自动更换电池。 |
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