CN104354858A - 一种农用多旋翼无人机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可以运用于农田等生长有作物的非平整表面进行土壤或水体取样的农用多旋翼无人机。它包括机架、旋翼、旋翼电机、支脚、第一伸缩装置和取样探头；第一伸缩装置包括机箱、卷线筒、卷线轴、第一传动齿轮、离合器、第二传动齿轮、缆绳和制动装置；旋翼电机下转轴连有输出齿轮，输出齿轮、第一传动齿轮、离合器与第二传动齿轮相连，第二传动齿轮与卷线轴相连，缆绳卷绕在卷线筒上，缆绳的自由端与取样探头相连；制动装置安装在卷线筒的端面处；机箱固定于旋翼电机上，卷线轴、离合器和制动装置固定于箱体上；旋翼电机、离合器、制动装置和取样探头均与信息处理器电连接，所述的机架的下方还安装有第二伸缩装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种无人机，具体是指一种运用于民用领域的农用多旋翼无人机。
背景技术
无人机是一种由无线电遥控设备或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器。它最早出现于20世纪20年代，当时是作为训练用的靶机使用的。是一个许多国家用于描述最新一代无人驾驶飞机的术语。从字面上讲，这个术语可以描述从风筝，无线电遥控飞机，到V-1飞弹从发展来的巡航导弹，但是在军方的术语中仅限于可重复使用的比空气重的飞行器。无人机用途广泛，成本低，效费比好；无人员伤亡风险；生存能力强，机动性能好，使用方便，在现代战争中有极其重要的作用，在民用领域更有广阔的前景。从技术角度定义可以分为：无人直升机、无人固定翼机、无人多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机这几大类。
以在民用领域有着最为广泛前景的农用多旋翼无人机为例。现有技术中的农用多旋翼无人机在民用领域主要用于实时图像监测，作物喷洒防治和小型物品运送等。其常见的结构如附图1中所示，它包括机架01、旋翼02、旋翼电机03、和支脚04几个主要部件，机架01上安装有电池和无线控制装置，然后再由用户根据使用需求分别搭载摄像头或是喷洒装置。而本专利申请的发明人通过实践发现，现有技术中的无人机在运用于农业上时，大多只能飞行于作物的上空进行拍摄与喷洒作业，而缺少相应的对作物生长的土壤或水体环境进行取样的装置；综上所述，目前急需要一种可以运用于农田等生长有作物的非平整表面进行土壤或水体取样的无人机。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种可以运用于农田等生长有作物的非平整表面进行土壤或水体取样的农用多旋翼无人机。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种农用多旋翼无人机，它包括机架、旋翼、旋翼电机和支脚；所述的旋翼为至少有四个，并且通过横向连杆安装于机架的四周，每个旋翼下方连接有一台旋翼电机；所述的支脚设置在机架的下方；机架上还安装有用于给用电部件供电的锂电池和用于控制无人机和远程通讯的信息处理器；它包括第一伸缩装置和多个取样探头；所述的第一伸缩装置包括第一机箱、第一卷线筒、卷线轴、第一传动齿轮、离合器、第二传动齿轮、第一缆绳和制动装置；所述的旋翼电机为包括上转轴和下转轴的双轴电机；下转轴上安装有输出齿轮，上转轴与机翼相连，输出齿轮与第一传动齿轮相连，第一传动齿轮同时通过离合器与第二传动齿轮相连，第二传动齿轮与卷线轴相连，卷线轴与第一卷线筒周向限位套合，第一缆绳卷绕在第一卷线筒上，第一缆绳的自由端与取样探头相连；制动装置安装在第一卷线筒的端面处；所述的第一机箱固定于旋翼电机上，卷线轴、离合器和制动装置固定于箱体上；旋翼电机、离合器、制动装置和取样探头均与信息处理器电连接；所述的机架的下方还安装有第二伸缩装置，第二伸缩装置包括第二机箱、卷扬电机、联轴器、第二卷线筒和第二缆绳；第二机箱固定于机架的下部；卷扬电机和第二卷线筒安装于第二机箱内，卷扬电机通过联轴器与第二卷线筒相连；第二缆绳卷绕于第二卷线筒上，第二缆绳的自由端连接有取样探头。
作为优选，所述的取样探头为带有温感器的取样杯，所述的取样杯下端为尖锥结构，取样杯的外周设有配重块。
作为优选，所述的机架、旋翼、旋翼电机和支脚、第一伸缩装置和第二伸缩装置均为碳纤维结构。
作为改进，取样探头上安装有用于与信息处理器无线通信的蓝牙通信模块。
作为改进，所述的制动装置为电控螺旋伸缩杆，所述的电控螺旋伸缩杆通过杆头与卷线筒侧壁相抵实现摩擦制动。
作为改进，它还包括安装于机架上与信息处理器电连接的电子陀螺仪。
采用上述结构后，本发明具有如下有益效果：它包括伸缩装置和取样探头；所述的伸缩装置包括机箱、卷线筒、卷线轴、第一传动齿轮、离合器、第二传动齿轮、缆绳和制动装置；所述的旋翼电机为包括上转轴和下转轴的双轴电机；下转轴上安装有输出齿轮，上转轴与机翼相连，输出齿轮与第一传动齿轮相连，第一传动齿轮同时通过离合器与第二传动齿轮相连，第二传动齿轮与卷线轴相连，卷线轴与卷线筒周向限位套合，缆绳卷绕在卷线筒上，缆绳的自由端与取样探头相连；制动装置安装在卷线筒的端面处；所述的机箱固定于旋翼电机上，卷线轴、离合器和制动装置固定于箱体上；旋翼电机、离合器、制动装置和取样探头均与信息处理器电连接。巧妙的采用双轴电机与卷扬结构相结合，通过旋翼电机的下端来驱动卷线筒转动，以便上提取样探头，当取样探头需要下落取样时，则是通过离合器、制动装置和探头的自重来实现。
所述的机架的下方还安装有第二伸缩装置，第二伸缩装置包括第二机箱、卷扬电机、联轴器、第二卷线筒和第二缆绳；第二机箱固定于机架的下部；卷扬电机和第二卷线筒安装于第二机箱内，卷扬电机通过联轴器与第二卷线筒相连；第二缆绳卷绕于第二卷线筒上，第二缆绳的自由端连接有取样探头。最大限度的增设了取样装置，而且机架下方的取样装置采用是的不同的结构设计，使机器更加多样化，稳定性也更好。
本实用通过伸缩装置和取样探头的结合可以在无人机不降落的情况下对其下方的作物生长环境中的土壤或水体取样，取样的同时不会影响到作物的生长。所述的取样探头为带有温感器的取样杯，所述的取样杯下端为尖锥结构，取样杯的外周设有配重块。尖锥结构可以更好的插入土壤中，有利于取样杯收集样品，配重块可以使用取样杯稳定下落。所述的机架、旋翼、旋翼电机和支脚、机箱、卷线筒、卷线轴、第一传动齿轮、离合器、第二传动齿轮、缆绳和制动装置均为碳纤维结构。碳纤维结构稳定，重量小，可以大大提高无人机的续航时间。所述的取样探头上安装有用于与信息处理器无线通信的蓝牙通信模块。该设计采用无线通信方式，避开了通信电缆的使用，进一步减小了整个装置的重量，同时也防止了电缆对缆绳的干扰。所述的制动装置为电控螺旋伸缩杆，所述的电控螺旋伸缩杆通过杆头与卷线筒侧壁相抵实现摩擦制动，电控螺旋伸缩杆结构更加精简，制动效果能满足卷线筒的需求。它还包括安装于机架上与信息处理器电连接的电子陀螺仪，可以进一步加强对机身飞行姿态的控制。
综上所述，本发明提供了一种可以运用于农田等生长有作物的非平整表面进行土壤或水体取样的农用多旋翼无人机。
附图说明
图1是现有技术中的农用多旋翼无人机的结构示意图。
图2是本发明中的农用多旋翼无人机的结构示意图。
图3是图2中旋翼下的伸缩装置及取样探头部分的放大结构示意图。
图4是图2中机架下的伸缩装置及取样探头部分的放大结构示意图。
图5是本发明中的农用多旋翼无人机在取样状态下的结构示意图。
如图所示：现有技术中01、机架，02、旋翼，03、旋翼电机，04、支脚。
本发明中：1、机架，2、旋翼，3、旋翼电机，4、支脚，5、第一伸缩装置，6、取样探头，7、第二伸缩装置，8、电子陀螺仪，301、上转轴，302、下转轴，303、输出齿轮，501、第一机箱，502、第一卷线筒，503、卷线轴，504、第一传动齿轮，505、离合器，506、第二传动齿轮，507、第一缆绳，508、制动装置，701、第二机箱，702、卷扬电机，703、联轴器，704、第二卷线筒，705、第二缆绳。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
结合附图2到附图5，一种农用多旋翼无人机，它包括机架1、旋翼2、旋翼电机3和支脚4；所述的旋翼2为至少有四个，并且通过横向连杆安装于机架1的四周，每个旋翼2下方连接有一台旋翼电机3；所述的支脚4设置在机架1的下方；机架1上还安装有用于给用电部件供电的锂电池和用于控制无人机和远程通讯的信息处理器；它包括第一伸缩装置5和多个取样探头6；所述的第一伸缩装置5包括第一机箱501、第一卷线筒502、卷线轴503、第一传动齿轮504、离合器505、第二传动齿轮506、第一缆绳507和制动装置508；所述的旋翼电机3为包括上转轴301和下转轴302的双轴电机；下转轴302上安装有输出齿轮303，上转轴301与机翼相连，输出齿轮303与第一传动齿轮504相连，第一传动齿轮504同时通过离合器505与第二传动齿轮506相连，第二传动齿轮506与卷线轴503相连，卷线轴503与第一卷线筒502周向限位套合，第一缆绳507卷绕在第一卷线筒502上，第一缆绳507的自由端与取样探头6相连；制动装置508安装在第一卷线筒502的端面处；所述的第一机箱501固定于旋翼电机3上，卷线轴503、离合器505和制动装置508固定于箱体501上；旋翼电机3、离合器505、制动装置508和取样探头6均与信息处理器电连接；所述的机架1的下方还安装有第二伸缩装置7，第二伸缩装置7包括第二机箱701、卷扬电机702、联轴器703、第二卷线筒704和第二缆绳705；第二机箱701固定于机架1的下部；卷扬电机702和第二卷线筒704安装于第二机箱701内，卷扬电机702通过联轴器703与第二卷线筒704相连；第二缆绳705卷绕于第二卷线筒704上，第二缆绳705的自由端连接有取样探头6。
作为优选，所述的取样探头为带有温感器的取样杯，所述的取样杯下端为尖锥结构，取样杯的外周设有配重块。
作为优选，所述的机架1、旋翼2、旋翼电机3和支脚4、第一伸缩装置5和第二伸缩装置7均为碳纤维结构。
作为改进，取样探头上安装有用于与信息处理器无线通信的蓝牙通信模块。
作为改进，所述的制动装置为电控螺旋伸缩杆，所述的电控螺旋伸缩杆通过杆头与卷线筒侧壁相抵实现摩擦制动。
作为改进，它还包括安装于机架1上与信息处理器电连接的电子陀螺仪8。
采用上述结构后，本发明具有如下有益效果：它包括伸缩装置和取样探头；所述的伸缩装置包括机箱、卷线筒、卷线轴、第一传动齿轮、离合器、第二传动齿轮、缆绳和制动装置；所述的旋翼电机为包括上转轴和下转轴的双轴电机；下转轴上安装有输出齿轮，上转轴与机翼相连，输出齿轮与第一传动齿轮相连，第一传动齿轮同时通过离合器与第二传动齿轮相连，第二传动齿轮与卷线轴相连，卷线轴与卷线筒周向限位套合，缆绳卷绕在卷线筒上，缆绳的自由端与取样探头相连；制动装置安装在卷线筒的端面处；所述的机箱固定于旋翼电机上，卷线轴、离合器和制动装置固定于箱体上；旋翼电机、离合器、制动装置和取样探头均与信息处理器电连接。巧妙的采用双轴电机与卷扬结构相结合，通过旋翼电机的下端来驱动卷线筒转动，以便上提取样探头，当取样探头需要下落取样时，则是通过离合器、制动装置和探头的自重来实现。
所述的机架1的下方还安装有第二伸缩装置7，第二伸缩装置7包括第二机箱701、卷扬电机702、联轴器703、第二卷线筒704和第二缆绳705；第二机箱701固定于机架1的下部；卷扬电机702和第二卷线筒704安装于第二机箱701内，卷扬电机702通过联轴器703与第二卷线筒704相连；第二缆绳705卷绕于第二卷线筒704上，第二缆绳705的自由端连接有取样探头6。最大限度的增设了取样装置，而且机架下方的取样装置采用是的不同的结构设计，使机器更加多样化，稳定性也更好。
本实用通过伸缩装置和取样探头的结合可以在无人机不降落的情况下对其下方的作物生长环境中的土壤或水体取样，取样的同时不会影响到作物的生长。所述的取样探头为带有温感器的取样杯，所述的取样杯下端为尖锥结构，取样杯的外周设有配重块。尖锥结构可以更好的插入土壤中，有利于取样杯收集样品，配重块可以使用取样杯稳定下落。所述的机架、旋翼、旋翼电机和支脚、机箱、卷线筒、卷线轴、第一传动齿轮、离合器、第二传动齿轮、缆绳和制动装置均为碳纤维结构。碳纤维结构稳定，重量小，可以大大提高无人机的续航时间。所述的取样探头上安装有用于与信息处理器无线通信的蓝牙通信模块。该设计采用无线通信方式，避开了通信电缆的使用，进一步减小了整个装置的重量，同时也防止了电缆对缆绳的干扰。所述的制动装置为电控螺旋伸缩杆，所述的电控螺旋伸缩杆通过杆头与卷线筒侧壁相抵实现摩擦制动，电控螺旋伸缩杆结构更加精简，制动效果能满足卷线筒的需求。它还包括安装于机架1上与信息处理器电连接的电子陀螺仪8，可以进一步加强对机身飞行姿态的控制。
综上所述，本发明提供了一种可以运用于农田等生长有作物的非平整表面进行土壤或水体取样的农用多旋翼无人机。
本发明的无人机的机架下方的取样探头6的升降直接由卷扬电机702的正转与反转来实现，探头完成取样后，卷扬电机702会自动回收缆绳，卷扬电机702内设有计时装置和记录电机转数的装置，用于辅助控制电机的工作。当然，用户也可以通过视频画面直接远程遥控卷扬电机702工作，只需要在无人机上搭载一个摄像头即可。所述的卷扬电机702可以通过有线或无线的方式与信息处理器进行通讯，也可以通过内部的计时装置的转数装置和自带中央处理器自己独立运作。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种农用多旋翼无人机，它包括机架(1)、旋翼(2)、旋翼电机(3)和支脚(4)；所述的旋翼(2)为至少有四个，并且通过横向连杆安装于机架(1)的四周，每个旋翼(2)下方连接有一台旋翼电机(3)；所述的支脚(4)设置在机架(1)的下方；机架(1)上还安装有用于给用电部件供电的锂电池和用于控制无人机和远程通讯的信息处理器；其特征在于：它包括第一伸缩装置(5)和多个取样探头(6)；所述的第一伸缩装置(5)包括第一机箱(501)、第一卷线筒(502)、卷线轴(503)、第一传动齿轮(504)、离合器(505)、第二传动齿轮(506)、第一缆绳(507)和制动装置(508)；所述的旋翼电机(3)为包括上转轴(301)和下转轴(302)的双轴电机；下转轴(302)上安装有输出齿轮(303)，上转轴(301)与机翼相连，输出齿轮(303)与第一传动齿轮(504)相连，第一传动齿轮(504)同时通过离合器(505)与第二传动齿轮(506)相连，第二传动齿轮(506)与卷线轴(503)相连，卷线轴(503)与第一卷线筒(502)周向限位套合，第一缆绳(507)卷绕在第一卷线筒(502)上，第一缆绳(507)的自由端与取样探头(6)相连；制动装置(508)安装在第一卷线筒(502)的端面处；所述的第一机箱(501)固定于旋翼电机(3)上，卷线轴(503)、离合器(505)和制动装置(508)固定于箱体(501)上；旋翼电机(3)、离合器(505)、制动装置(508)和取样探头(6)均与信息处理器电连接；所述的机架(1)的下方还安装有第二伸缩装置(7)，第二伸缩装置(7)包括第二机箱(701)、卷扬电机(702)、联轴器(703)、第二卷线筒(704)和第二缆绳(705)；第二机箱(701)固定于机架(1)的下部；卷扬电机(702)和第二卷线筒(704)安装于第二机箱(701)内，卷扬电机(702)通过联轴器(703)与第二卷线筒(704)相连；第二缆绳(705)卷绕于第二卷线筒(704)上，第二缆绳(705)的自由端连接有取样探头(6)。
2.根据权利要求1所述的农用多旋翼无人机，其特征在于：所述的取样探头(6)为带有温感器的取样杯，所述的取样杯下端为尖锥结构，取样杯的外周设有配重块。
3.根据权利要求1所述的农用多旋翼无人机，其特征在于：所述的机架(1)、旋翼(2)、旋翼电机(3)和支脚(4)、第一伸缩装置(5)和第二伸缩装置(7)均为碳纤维结构。
4.根据权利要求1所述的农用多旋翼无人机，其特征在于：取样探头(6)上安装有用于与信息处理器无线通信的蓝牙通信模块。
5.根据权利要求1所述的农用多旋翼无人机，其特征在于：所述的制动装置(508)为电控螺旋伸缩杆，所述的电控螺旋伸缩杆通过杆头与第一卷线筒(502)侧壁相抵实现摩擦制动。
6.根据权利要求1所述的农用多旋翼无人机，其特征在于：它还包括安装于机架(1)上与信息处理器电连接的电子陀螺仪(8)。
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