技术领域
[0001] 本
发明属于无人机应用技术领域，具体地说是一种无人机自主充电平台。
背景技术
[0002] 目前，由于
电池技术的限制，一般无人机系统的续航时间都在半小时之内，而且待机时间由于电池容量限制也很有限。因此，不可能执行需要长时间等待的任务，这些类型的任务要求无人机随时等待任务命令，任务下达后需要飞行几公里或者飞行十几分钟到制定地点执行任务，如自动无人机
监控系统、无人值守物流无人机系统等。按照目前的电池技术
水平，在没有人值守充电的情况下，无人机系统是不可能长时间连续待机执行这样的任务的。因此，就需要一种自动充电设备，在无人机执行完任务之后，返回自动进行充电，完成充电后可自动停止。
发明内容
[0003] 针对上述问题，本发明的目的在于提供一种无人机自主充电平台。该无人机自主充电平台结构简单，操作方便，运行可靠。
[0004] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0005] 一种无人机自主充电平台，包括滑盖、
推杆机构、机
箱体、W板夹持装置、升降平台及弹性压紧
电极装置，其中滑盖可滑动地设置于机箱体的顶部，用于机箱体的密封，所述推杆机构设置于机箱体的顶部、用于无人机的
定位，所述升降平台设置于机箱体内，用于无人机的停靠，所述W板夹持装置设置于升降平台上、用于对停靠在升降平台上的无人机进行夹持固定，所述弹性压紧电极装置设置于W板夹持装置上的夹持部位、用于与无人机
脚架上的导电环
接触，给无人机的电池充电。
[0006] 所述推杆机构包括位于所述升降平台相对两侧的两组纵向推杆组件及位于所述升降平台另一相对两侧的两组横向推杆组件，两组纵向推杆组件及两组横向推杆组件协同作用，将无人机定位于升降平台上的设定
位置。
[0007] 所述两组纵向推杆组件及两组横向推杆组件结构相同，均包括推杆、滑
块、驱动
电机、滑轨、
传动轴及同步传动装置，其中滑轨为两根、且平行设置于所述升降平台的两侧，所述推杆的两端通过滑块分别与两根所述滑轨滑动连接，所述传动轴设置于两根所述滑轨之间、并且与两根所述滑轨垂直，所述传动轴的两端分别与一组同步传动装置连接，每组所述同步传动装置分别与相对应的所述滑块连接，所述
驱动电机与其中一组同步传动装置连接，所述驱动电机通过所述传动轴及两组所述同步传动装置驱动所述推杆沿两根所述滑轨滑动。
[0008] 所述W板夹持装置包括设置于升降平台两侧的左夹持组件和右夹持组件，所述左夹持组件和右夹持组件结构相同，均包括W板、水平滑动组件及升降滑动组件，其中水平滑动组件设置于所述升降平台内，所述升降滑动组件安装在水平滑动组件上，所述W板设置于升降滑动组件的顶部，所述升降滑动组件驱动W板升降，所述水平滑动组件驱动升降滑动组件和W板水平方向移动，实现夹持功能。
[0009] 所述W板的夹持端为W型结构，所述弹性压紧电极装置设置于W型结构的
角底处。
[0010] 所述W板的外侧端为圆弧状，在初始状态时，两侧的W板与所述升降平台的顶部共同组成一个可供无人机停靠的圆形平台，所述无人机脚架的底部设有滚珠。
[0011] 所述升降平台包括无人机停靠平台、升降平台滑轨装置、升降平台驱动电机及软连接部件，其中无人机停靠平台为中空结构，其顶部两侧为M型结构，该M型结构与两侧W板夹持装置相对接；所述无人机停靠平台的底部通过软连接部件与对称设置的两组升降平台滑轨装置连接，两组升降平台滑轨装置分别与一升降平台驱动电机连接，所述无人机停靠平台通过两个升降平台驱动电机的同步驱动，实现上升或下降。
[0012] 所述无人机停靠平台上设有位于所述W板夹持装置外侧的雨水收集槽，所述雨水收集槽的下端设有雨水排放槽。
[0013] 所述滑盖为对开式结构，两侧滑盖分别通过推杆电机驱动在机箱体顶部的滑轨上滑动。
[0014] 所述弹性压紧电极装置包括电极
外壳、
固定板、弹
力调节
螺栓、
压力板、
弹簧及接触电极，其中电极外壳的一端为V型结构，所述接触电极可滑动地安装在该V型结构的角底处，所述固定板设置于电极外壳的另一端，所述弹力调节螺栓穿过电极外壳上设有的通孔与位于电极外壳内部的压力板
螺纹连接，所述弹簧容置于电极外壳内、且两端分别与压力板和接触电极抵接。
[0015] 本发明的优点及有益效果是：
[0016] 1.本发明的推杆定位及W板
锁定无人机方式的自动充电站，结构简单，性能可靠，大量生产的成本比较低廉，能普及应用的话将大大拓展无人机的应用范围。
[0017] 2.本发明的四根能够向中心聚拢或者向外扩散的推杆构成了最简单的自动定位装置，在数控系统的控制下，无人机被四根推杆拨进圆形升降台中心，利用向心聚拢的自动定位效应，最简单的解决无人机的位置定位，定位之后脚架电极的位置也将确定，不需要复杂的识别装置定位无人机，大大提高可靠性。
[0018] 3.本发明采用推杆机构定位，使用带有轴传动装置的远距离同步驱动滑块装置，使将近两米长左右推杆两端实现完全同步滑动，并且一根推杆只用一个电机驱动，降低驱动成本，并且每根推杆都有一个独立的驱动电机，这样能实现利用程序能按需要把飞机推到任何设定的位置，不限定必须是中心位置，这样即使无人机脚架不是中心对称仍然可定位整个飞机居中，为不规则形状的无人机也提供了自动降落充电的可能性。
[0019] 4.本发明在活动的W板四个底角安装弹性电极，弹性电极使用特殊的低阻
合金材料，不
氧化、
摩擦力小，不会阻碍脚架滑向中心位置，电极背部有可调弹力的弹簧结构，可调整接触压力，减小与脚架电极的接触
电阻。
[0020] 5.本发明将无人机经过特殊设计，
软件系统支持充电平台互联，
硬件也与充电平台契合。
[0021] 6.本发明安装了自主控制系统，可与无人机互通信息，通过可靠的机械结构给无人机提供可靠的充电服务。
附图说明
[0022] 图1为本发明的结构示意图
[0023] 图2为图1的A-A剖视图；
[0024] 图3为本发明的轴测图；
[0025] 图4为本发明中无人机脚架的结构示意图；
[0026] 图5为本发明中W板安装的充电电极的结构示意图；
[0027] 图6为本发明中推杆机构的结构示意图；
[0028] 图7为本发明
中轴联动同步驱动装置的结构示意图；
[0029] 图8为本发明中W板夹持装置的结构示意图；
[0030] 图9为本发明中无人机降落平台后被W板夹紧的状态示意图；
[0031] 图10为本发明中充电电极的结构示意图。
[0032] 其中：1为滑盖，2为推杆机构，201为纵向推杆，202为纵向滑块，203为纵向驱动电机，204为纵向滑轨，205为横向推杆，206为横向滑块，207为横向驱动电机，208为横向滑轨，209为纵向驱动传动轴，210为横向驱动传动轴，211为
齿轮箱，211为
同步带，3为机箱体，4为W板夹持装置，401为W板，402为水平滑动组件，403为升降滑动组件，5为升降平台，501为无人机停靠平台，502为升降平台滑轨装置，503为升降平台驱动电机，504为软连接件，505为
橡胶垫，506为雨水收集槽，507为雨水排放槽，6为无人机，601为无人机脚架，602为导电环，
603为滚珠，7为弹性压紧电极装置，701为电极外壳，702为固定板，703为弹力调节螺栓，704为连接螺栓，705为压力板，706为安装螺钉孔，707为弹簧，708为接触电极。
具体实施方式
[0033] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体
实施例对本发明进行详细描述。
[0034] 如图1-5所示，本发明提供的一种无人机自主充电平台，包括滑盖1、推杆机构2、机箱体3、W板夹持装置4、升降平台5及弹性压紧电极装置7，其中滑盖1可滑动地设置于机箱体3的顶部，用于机箱体3的密封，所述推杆机构2设置于机箱体3的顶部、用于无人机6的定位。
所述升降平台5设置于机箱体3内，用于无人机6的停靠，所述W板夹持装置4设置于升降平台
5上、用于对停靠在升降平台5上的无人机6进行夹持固定。所述弹性压紧电极装置7设置于W板夹持装置4上的夹持部位、用于与无人机脚架601上的导电环602接触，给无人机6的电池充电。
[0035] 所述推杆机构2包括位于所述升降平台5相对两侧的两组纵向推杆组件及位于所述升降平台5另一相对两侧的两组横向推杆组件，两组纵向推杆组件及两组横向推杆组件协同作用，均向中心聚拢，将无人机6定位于升降平台5上的设定位置。
[0036] 所述两组纵向推杆组件及两组横向推杆组件结构相同，均包括推杆、滑块、驱动电机、滑轨、传动轴及同步传动装置，其中滑轨为两根、且平行设置于所述升降平台5的两侧，所述推杆的两端通过滑块分别与两根所述滑轨滑动连接，所述传动轴设置于两根所述滑轨之间、并且与两根所述滑轨垂直，所述传动轴的两端分别与一组同步传动装置连接，每组所述同步传动装置分别与相对应的所述滑块连接，所述驱动电机与其中一组同步传动装置连接，所述驱动电机通过所述传动轴及两组所述同步传动装置驱动所述推杆沿两根所述滑轨滑动。
[0037] 如图6所示，本发明的一实施例中，所述纵向推杆组件包括纵向推杆201、纵向滑块202、纵向驱动电机203、纵向滑轨204、纵向驱动传动轴209及纵向同步传动装置，其中纵向滑轨204为两根、且平行设置于所述升降平台5的两侧，所述纵向推杆201的两端通过纵向滑轨204分别与两根纵向滑轨204滑动连接。所述纵向驱动传动轴209设置于两根纵向滑轨204之间、并且与两根纵向滑轨204垂直，纵向驱动传动轴209的两端分别与一组纵向同步传动装置连接，每组所述纵向同步传动装置分别与相对应的纵向滑块202连接，纵向驱动电机
203与其中一组纵向同步传动装置连接，纵向驱动电机203通过纵向驱动传动轴209及两组所述纵向同步传动装置驱动纵向推杆201沿两根纵向滑轨204滑动。
[0038] 如图7所示，所述纵向同步传动装置包括传动齿轮箱211、同步带212及两个传动轮，其中传动齿轮箱211设置于纵向滑轨204的端部，两个传动轮分别安装在纵向滑轨204的侧面及传动齿轮箱211的
输出轴上，并且通过同步带212传动连接。同步带212与相对应的纵向滑块202固定连接，所述传动齿轮箱211的
输入轴与纵向驱动传动轴209或纵向驱动电机203的输出轴连接，两组同步带212通过一组纵向驱动电机203驱动同步带动两个纵向滑块
202滑动。
[0039] 如图6所示，本发明的一实施例中，所述横向推杆组件包括横向推杆205、横向滑块206、横向驱动电机207、横向滑轨208、横向驱动传动轴210及横向同步传动装置，其中横向滑轨208为两根、且平行设置于所述升降平台5的另一相对两侧，所述横向推杆205的两端通过横向滑块206分别与两根横向滑轨208滑动连接。所述横向驱动传动轴210设置于两根横向滑轨208之间、并且与两根横向滑轨208垂直，横向驱动传动轴210的两端分别与一组横向同步传动装置连接，每组所述横向同步传动装置分别与相对应的横向滑块206连接，横向驱动电机207与其中一组横向同步传动装置连接，横向驱动电机207通过横向驱动传动轴210及两组所述横向同步传动装置驱动横向推杆205、沿两根横向滑轨208滑动。
[0040] 所述横向同步传动装置与所述纵向同步传动装置结构相同，就不再赘述。本实施例中，所述滑轨内部使用
钢丝同步带传送动力到滑块，结构简单，成本低廉。所述推杆机构2通过四个驱动电机，分别驱动四根推杆，推杆两头是通过一根传动轴实现用同一个电机驱动，以保证同步性能。
[0041] 综上所述，推杆的滑动驱动装置，由驱动电机驱动，再由传动齿轮箱和刚性传动轴分别通过同步带驱动两个滑块，滑块通过连接装置与推杆连接，形成一套可精确定位的长刚性推杆驱动装置，保证了长杆两端不会错位，运行流畅，这个是推杆可靠运行的
基础装置。
[0042] 如图8所示，所述W板夹持装置4包括设置于升降平台5两侧的左夹持组件和右夹持组件，所述左夹持组件和右夹持组件结构相同，均包括W板401、水平滑动组件402及升降滑动组件403，其中水平滑动组件402设置于所述升降平台5内，所述升降滑动组件403安装在水平滑动组件402上，所述W板401设置于升降滑动组件403的顶部，所述升降滑动组件403驱动W板401升降，所述水平滑动组件402驱动升降滑动组件403和W板401水平方向移动，所述左夹持组件和右夹持组件的运动方向相反，从而实现夹持功能。
[0043] 所述水平滑动组件402和升降滑动组件403均采用
导轨滑块机构导向及采用
伺服电机通过
丝杠螺母机构驱动。
[0044] 所述W板401的夹持端为W型结构，通过W型结构的两个角底处实现无人机的夹紧固定。所述弹性压紧电极装置7设置于W型结构的角底处，如图5所示。所述W板401的外侧端为圆弧状，在初始状态时，两侧的W板401与所述升降平台5的顶部共同组成一个可供无人机6停靠的圆形平台。
[0045] 所述W板401通过升降滑动组件403的驱动升起后，再通过水平滑动组件402的驱动向中心聚拢，靠W板401的斜边反作用力继续推动无人机6精确定位，最后无人机6的四个脚架均精确滑到两张W板401的底部尖角处，使弹性压紧电极装置7与无人机脚架601上的导电环602接触，完成无人机定位和充
电触点接触过程。所述无人机脚架601的底部设有滚珠603，以便降低无人机的移动阻力，如图4所示。
[0046] 所述W板401靠W形状的特点，聚拢时能让无人机脚架601自动落入设计区域，所述W板401在内部电机的驱动下可升起并聚拢，反向则可复原成平板。
[0047] 如图8所示，所述升降平台5包括无人机停靠平台501、升降平台滑轨装置502、升降平台驱动电机503及软连接部件，其中无人机停靠平台501为中空结构，其两侧预留有所述左夹持组件和右夹持组件的安装空间。所述无人机停靠平台501的顶部两侧为M型结构，该M型结构与两侧W板401相对接，形成圆形停靠平台。无人机停靠平台501的底部通过软连接部件与对称设置的两组升降平台滑轨装置502连接，两组升降平台滑轨装置502分别与一升降平台驱动电机503连接，所述无人机停靠平台501及两侧的所述左夹持组件和右夹持组件通过两个升降平台驱动电机503的同步驱动，实现上升或下降。
[0048] 所述无人机停靠平台501与两侧的W板401组成可上下升降的圆形平台，圆形设计可让无人机无论任何方向降落都不会发生降落界限缩小的问题。两侧的W板401是可升起一定距离并且能向两边滑动的W形状的定位
夹板，其作用为在升降过程中定位无人机防止其滑动，另外一个作用是通过弹性接触电极在夹紧无人机脚架601之后通过脚架上的导电环602给无人机电池充电。无人机停靠平台501是固定的平台结构，作用为
支撑无人机降落平台和驱动装置的安装
框架。
[0049] 所述升降平台5升起到与机箱体3的顶部齐平之后是高于推杆机构2的高度的，这样设计是为了避免推杆机构2在平台上方影响无人机6降落，无人机6降落到升降平台5上之后，升降平台5下沉一段设定好的距离，这时推杆机构2执行推动无人机脚架601定位无人机的程序，定位完成之后推杆机构2的推杆收回原位。
[0050] 本发明的一实施例中，所述无人机停靠平台501的底部设有橡胶垫505，并且通过软连接件504与升降平台滑轨装置502连接，通过软连接件504连接并传递驱动力。所述升降平台滑轨装置502采用导轨滑块机构导向及丝杠螺母机构驱动。
[0051] 所述升降平台5处于推杆机构2的中心，且升起的极限位置高于推杆机构2，以形成无障碍的降落
台面，推杆安装完毕之后是完全包覆在壳体之中的。图3所示，是去掉了推杆机构外侧的壳体的示意图。
[0052] 所述升降平台5使用两个独立的同步驱动的伺服电机驱动，电机滑块与升降台的连接使用柔性橡胶垫隔离的柔性连接方式，这种方式避免了两边驱动装置安装不绝对平行造成的升降过程中的巨大拉扯扭曲
应力，提高充电站框架的抗疲劳断裂能力，降低生产过程中的
精度要求，相应能降低成本。
[0053] 如图8-9所示，所述无人机停靠平台501上设有位于所述W板夹持装置4外侧的雨水收集槽506，所述雨水收集槽506的下端设有雨水排放槽507，其作用为在滑盖1打开的时，尽量防止雨水灌入飞机内部。
[0054] 所述滑盖1为对开式结构，两侧滑盖1分别通过推杆电机驱动在机箱体3顶部的滑轨上滑动，实现机箱体3的打开和关闭。滑盖1关闭，将W板夹持装置4、升降平台5及无人机6收纳到机箱体3的内部。封闭式箱体的主要目的是隔离外围环境，提供封闭空间，机箱体3内安装
空调装置维持箱内
温度湿度恒定。
[0055] 所述滑盖1使用高强度
铝合金作为框架结构，外铺高强度钢板，使用两个推杆电机作为动作执行机构，机构简单可靠，滑盖1设计高度尽量压缩远低于降落的无人机旋翼高度，提高无人机降落安全性。推杆电机可接收主控电脑的指令，执行滑盖1的开闭动作，滑盖1起到封闭箱体的作用，尽量降低内部设备和无人机暴露在外部恶劣环境下的时间，保证设备能长时间无故障运行。
[0056] 如图10所示，所述弹性压紧电极装置7包括电极外壳701、固定板702、弹力调节螺栓703、压力板705、弹簧707及接触电极708，其中电极外壳701的一端为V型结构，所述接触电极708可滑动地安装在该V型结构的角底处，所述固定板702设置于电极外壳701的另一端，所述弹力调节螺栓703穿过电极外壳701上设有的通孔与位于电极外壳701内部的压力板705
螺纹连接，所述弹簧707容置于电极外壳701内、且两端分别与压力板705和接触电极708抵接。
[0057] 所述电极外壳701采用
铜质材料，所述接触电极708使用含铜
石墨电刷，并靠弹力调节螺栓703调整弹簧707压住脚架电极的弹力，可获得最佳接触效果。四个带有导电环602的无人机脚架601，导电环602采用铬铜片，在保证接触电阻小的前提下又有很强的耐磨效果，而且不会氧化生锈。
[0058] 所述无人机6的内部系统经过改造，支持与充电平台内的机械设备间的信息互联，以便降落动作能协调进行，四个无人机脚架601上安装有四个充电电极，分别与电池的正负极相连，设置四个电极的意图是为了实现无人机在水平方向上无论机头指向哪个方向最终定位后均可与W板的充电电极连接上，降低对无人机航向系统的依赖程度，提高可靠性。
[0059] 所述无人机脚架601底部安装了类似圆珠笔笔尖滚球一样的万向
滑轮机构，以最小的重量实现大幅度减小脚架在降落平台上滑动的时候的摩擦力，减小推动脚架的推力，相应也减小了脚架所受的外力，降低对
飞行器结构强度要求，减小了由于外力过大造成的脚架
变形。
[0060] 本发明的工作原理是：
[0061] 所述升降平台5升起，无人机6降落到升降平台5上之后，升降平台5下降一段设定好的距离，这时推杆机构2伸出推杆执行推动无人机脚架601定位无人机的程序，定位完成之后推杆机构2将推杆收回原位。W板夹持装置4中的两个W板401升起并向中心聚拢，靠W板401的斜边反作用力继续推动无人机6精确定位，最后无人机6的四个脚架均精确滑到两张W板的底部尖角处，完成无人机定位和充电触点接触全过程。
[0062] 如图9所示，W板401夹紧无人机6后的状态，W板401上安装的弹性压紧电极装置7与无人机脚架601上的导电环602接触，并通过弹性压紧电极装置7内部的弹簧装置压紧两者，这样即使有震动或者少量移动也能保持可靠连接自动充电器，弹性压紧电极装置7设置了一个弹力调节装置来实现根据不同情况调整弹簧的压力，保证电器接触可靠性，接触电极708使用含铜石墨电刷，具有优秀的
导电性能和优异的润滑性能，无人机脚架601滑动到此处不会因为电极的存在而受到阻滞，仍然可精确定位。
[0063] 本发明受系统内部的计算机自动数字控制系统控制协调运行，在自动系统的控制下无人机自主返回充电平台并自动完成收纳无人机、定位、接上充电电极、开始充电过程等流程。本发明可以让无人机成为一个完全自主的系统，长期无需人工值守也可随时待命执行任务，等待时长不受限制，可用于自动监控、无人机空中物流系统基站等应用。
[0064] 以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何
修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。
