CN104843191A - 用于无人机的非接触式智能防雨装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于无人机的非接触式智能防雨装置。安装于多旋翼无人机中心正上方并固定连接；涵道外壳内装有用于将气流向上吹的风扇；涵道外壳底面封闭，底部侧周围与水平的环形过渡通道相通，环形过渡通道经环形弯折通道与竖直的环形导风通道相通，涵道外壳顶端开口与引流通道相通，引流通道顶部侧周围开有水平的环形槽作为出风口，环形槽中设有隔板；风幕控制器分别与风幕电调和雨量压力传感器装置连接，风幕电调与风扇连接进行控制。本发明结构简单、合理，通用性强，能避免雨水直接打到机体，保护了多旋翼无人机和机载电子设备，并把降雨量传到地面基站处理，实现非接触式智能防雨，其在洪涝灾害应急处理方面具有重要应用。

Description

用于无人机的非接触式智能防雨装置

技术领域

本发明涉及一种非接触式防雨装置，特别涉及无人机研究领域的一种用于无人机的非接触式智能防雨装置。

背景技术

近年来，随着无人机技术的不断发展，其在电力、通信、气象、农林、海洋、勘探、防灾减灾等领域的应用也越来越广泛。多旋翼无人机由于其简单紧凑的机械结构、更加灵活的行动、起降环境要求较低、易操作、可在小氛围内实现起飞、悬停、降落等优异特点，被格外重视。由于多旋翼无人机所执行任务的特殊性和复杂性，决定了它必然要携带大量的精密电子设备，同时还必须能够面对各种恶劣甚至极端的环境。然而，这些携带的精密电子设备大都挂设在机身上或者裸露在机身外，极易受降雨等恶劣天气的影响而损坏；现有多旋翼无人机大多数是通过改造机型结构，外加防雨罩方式来保护无人机以及机载电子设备，这种方式耗时又耗力，且缺乏通用性，雨点与防雨罩的直接接触，也使得多旋翼无人机更难控制，为其任务的完成增加了难度。

发明内容

本发明为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种用于无人机的非接触式智能防雨装置，结构简单合理，具有通用性，利用空气动力学原理，在多旋翼无人机上方产生空气罩，并根据雨量大小，适时调节空气罩半径和调整多旋翼无人机姿态，同时，把降雨量传到地面基站，进行数据处理，从而实现了非接触式智能防雨。

本发明实现目的而采用的技术方案为：

本发明非接触式智能防雨装置安装于多旋翼无人机中心正上方，并通过侧固定减震机构与多旋翼无人机机架固定连接；非接触式智能防雨装置包括涵道外壳、引流通道、环形过渡通道、环形导风通道、风扇、风幕控制器、雨量压力传感器和风幕电调；涵道外壳下部进风，上部出风，涵道外壳内装有用于将气流向上吹的风扇；涵道外壳底面封闭，涵道外壳底部侧周围与水平的环形过渡通道相通，环形过渡通道经环形弯折通道与竖直的环形导风通道相通，环形导风通道顶端朝上为进风口；涵道外壳顶端开口与引流通道相通，引流通道顶面封闭，引流通道向上呈喇叭形，引流通道顶部侧周围开有水平的环形槽作为出风口，环形槽中沿圆周间隔均布设有多个以风车式布置的隔板，隔板将出风口均分割为间隔均布的喷气口；风幕电调和风幕控制器均安装在涵道外壳外壁，雨量压力传感器安装在引流通道顶面上；风幕控制器分别与风幕电调和雨量压力传感器连接，风幕电调与风扇连接进行控制。

所述的侧固定减震机构包括非接触式智能防雨装置两侧对称设有的固定架，固定架分别与涵道外壳、环形过渡通道、环形导风通道和引流通道固定连接；每个固定架分别与至少两根支杆的一端连接，支杆的另一端与减震器连接，减震器固定安装在多旋翼无人机的机臂上。

所述的涵道外壳和引流通道两侧的外侧壁对称均设有连接块，固定架上部分支臂的两端分别连接到涵道外壳和引流通道的连接块。

所述引流通道为向上扩张的喇叭形结构。

所述的引流通道和涵道外壳的截面为圆形。

所述的支杆和固定架均采用碳纤维材料。

所述的喷气口高度位于多旋翼无人机的旋翼高度之差为10-15cm。此距离以内，喷气口所产生的风幕效果最好，能够全部罩住多旋翼无人机及其机载电子设备。

本发明相对于现有技术具有如下的优点：

(1)本发明结构简单、合理，通用性强，便于拆卸，能适应各种多旋翼无人机。

(2)本发明利用空气动力学原理，通过空气流产生空气罩于多旋翼无人机的上方，避免了机体与雨滴的直接接触，增强了多旋翼无人机的飞行稳定性；同时，减震装置的应用也使得非接触式智能防雨装置对多旋翼无人机的飞行影响降到最低。

(3)本发明中采用的具有弯曲部的环形导风通道，令风扇转动时产生的反作用力方向垂直于多旋翼无人机的机身，即此反作用力作用于多旋翼无人机的机身，这既不影响多旋翼无人机的飞行姿态，同时还为多旋翼无人机的飞行提供一定的升力，增强了多旋翼无人机的续航能力。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。

图2是本发明装置的截面结构图。

图3是本发明装置安装在四旋翼无人机上的结构示意图。

图中：1、多旋翼无人机，2、非接触式智能防雨装置，3、支杆，4、减震器，1.1、多轴飞行器机架，1.2、机载电调，1.3、锂电池，1.4、飞行器飞行控制单元，1.5、PMU电源管理单元，1.6、气压计、陀螺仪以及PCMS收发模组，2.1、涵道外壳，2.2、喷气口，2.3、引流通道，2.4、环形过渡通道，2.5、环形导风通道，2.6、风扇，2.7、风幕控制器，2.8、雨量压力传感器，2.9、风幕电调，2.10、固定架，2.11、隔板，2.12、连接块，1.1.1、旋翼，1.1.2、无刷电机，1.1.3、机臂，1.1.4、飞行器脚架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，本发明的非接触式智能防雨装置2安装于多旋翼无人机1中心正上方，并通过侧固定减震机构与多旋翼无人机1机架固定连接；非接触式智能防雨装置2包括涵道外壳2.1、引流通道2.3、环形过渡通道2.4、环形导风通道2.5、风扇2.6、风幕控制器2.7、雨量压力传感器2.8和风幕电调2.9；涵道外壳2.1下部进风，上部出风，涵道外壳2.1内装有用于将气流向上吹的风扇2.6。

如图2所示，涵道外壳2.1底面封闭，涵道外壳2.1底部侧周围与水平的环形过渡通道2.4相通，环形过渡通道2.4经环形弯折通道与竖直的环形导风通道2.5相通，环形导风通道2.5顶端朝上为进风口；涵道外壳2.1顶端开口与引流通道2.3相通，引流通道2.3顶面封闭，引流通道2.3向上呈喇叭形，引流通道2.3顶部侧周围开有水平的环形槽作为出风口，环形槽中沿圆周间隔均布设有多个以风车式布置的隔板2.11，隔板2.11将出风口均分割为间隔均布的喷气口2.2；风幕电调2.9和风幕控制器2.7均安装在涵道外壳2.1外壁，雨量压力传感器2.8安装在引流通道2.3顶面上；风幕控制器2.7分别与风幕电调2.9和雨量压力传感器2.8连接，风幕电调2.9与风扇2.6连接进行控制。

侧固定减震机构包括非接触式智能防雨装置2两侧对称设有的固定架2.10，固定架2.10分别与涵道外壳2.1、环形过渡通道2.4、环形导风通道2.5和引流通道2.3固定连接；每个固定架2.10分别与至少两根支杆3的一端连接，支杆3的另一端与减震器4连接，减震器4固定安装在多旋翼无人机1的机臂1.1.3上。

为了保证引流通道2.3和涵道外壳2.1更稳定地连接固定架2.10，涵道外壳2.1和引流通道2.3两侧的外侧壁对称均设有连接块2.12，固定架2.10上部分支臂的两端分别连接到涵道外壳2.1和引流通道2.3的连接块2.12。

引流通道2.3为向上扩张的喇叭形结构。

引流通道2.3和涵道外壳2.1的截面为圆形。

为了降低整个装置的重量，支杆3和固定架2.10均采用碳纤维材料。

喷气口2.2高度位于多旋翼无人机1的旋翼1.1.1高度之差为10-15cm。此距离以内，喷气口2.2所产生的风幕效果最好，能够全部罩住多旋翼无人机1及其机载电子设备。

涵道外壳2.1与环形过渡通道2.4之间、环形过渡通道2.4与环形导风通道2.5之间、涵道外壳2.1与引流通道2.3之间均可采用扣件式无缝对接。

所述环形导风通道2.5的进风口的朝上，即朝向垂直于多旋翼无人机机架载物台平面，绕圆形涵道外壳一周，呈均匀分布，有助于多旋翼无人机的飞行稳定。

所形成的各个喷气口2.2呈水平风车式结构排布，喷出气形成水平涡旋，有利于形成风幕，并且整体呈圆形，与多旋翼无人机机身平行。

支杆3数量可根据实际需要配置且其长度能够自由调整。针对四旋翼，可选用四根支杆，与减震器4分别固定于多旋翼无人机1的四个机臂1.1.3上，相对于多旋翼无人机1的中心轴对称，这种分布能够使得非接触式智能防雨装置重量均匀且稳定的固定于多旋翼无人机1上。

如图3所示，本发明装置安装在多旋翼无人机1上，多旋翼无人机1通过PCMS收发模组与PC上位机连接。

多旋翼无人机1包括：多轴飞行器机架1.1、机载电调1.2、锂电池1.3、飞行器飞行控制单元1.4、PMU电源管理单元1.5、气压计、陀螺仪以及PCMS收发模组1.6及其配套遥控器；机载电调1.2、锂电池1.3、飞行器飞行控制单元1.4、PMU电源管理单元1.5、气压计、陀螺仪和PCMS收发模组1.6均安装在多轴飞行器机架1.1上；多轴飞行器机架旋翼的各个电机经机载电调1.2连接飞行器飞行控制单元1.4，气压计用于检测飞行器距离地面高度，陀螺仪用于检测飞行器空中姿态角；飞行器飞行控制单元分别与气压计、陀螺仪、PCMS收发模组相连接，锂电池1.3经PMU电源管理单元1.5与飞行器飞行控制单元1.4连接供电。同时多旋翼无人机1的类型可以根据实际情况进行选用，且机身与支架易于安装或拆卸，从而方便多旋翼无人机的更换。

多轴飞行器机架1.1包括旋翼1.1.1、无刷电机1.1.2、机臂1.1.3、飞行器脚架1.1.4；多轴飞行器支架1.1的各个机臂1.1.3上均安装有无刷电机1.1.2，无刷电机1.1.2输出轴连接旋翼1.1.1。

本发明装置的具体实施工作过程如下：

1)通过雨量压力传感器2.8，根据雨滴打到雨量压力传感器2.8的压力值，一般为10-10⁶Pa，由相应的雨量和压力曲线关系值，测得多旋翼无人机1所在区域降雨量，经多旋翼无人机1上的PCMS收发模组把雨量信号传输到上位机PC；

2)根据PC上位机上的雨量大小，把得到的风幕档位控制信号经PCMS收发组发送到多旋翼无人机1的飞行器飞行控制单元1.4，飞行器飞行控制单元1.4结合来自陀螺仪以及气压计的信号，通过机载电调1.2实时调节多旋翼无人机姿态；同时，把风幕档位控制信号传输到风幕控制器2.7；

3)风幕控制器2.7根据风幕档位控制信号，驱动风扇2.6，令环形导风通道2.5的进风口的气流流动形成垂直方向的风，垂直方向的风经过环形导风通道2.5的环形弯曲通道后，由垂直方向的风变为水平方向的风，经环形过渡通道2.4，进入涵道外壳2.1；又在风扇2.5的作用下，水平方向的风变为垂直方向的风，最终经过引流通道2.3由喷气口2.2水平喷出，形成类似与伞一样的风幕，风幕半径可为10cm-30cm之间，从而实现非接触式智能防雨。

具体实施中可采用遥控的方式来控制多旋翼无人机1和非接触式智能防雨装置2。本发明装置可设置有四个控制风幕大小的档位，档位的控制由遥控装置上遥控手柄上下的移动来控制，遥控手柄从下向上推动时，档位控制的风幕大小依次为：一档，代表无雨；二档，代表小雨；三档，代表中雨；四档，代表大雨。

具体实施中，飞控可采用带有GPS模块的Naza V2飞控，PCMS收发模组采用WFR06s、遥控器采用WFT07，陀螺仪和加速度计采用集成芯片mpu6050，风幕控制器采用STM32主控芯片。

由此可见，本发明解决了传统无人机防雨装置的不足，更具通用性，结构简单合理便于拆装；能够根据雨量的大小适时调节风幕半径和多旋翼无人机的飞行姿态，避免了雨水直接打到机体，保护多旋翼无人机和机载电子设备，增强多旋翼无人机的稳定性，同时把降雨量传到地面基站，进行数据处理，实现非接触式智能防雨，具有突出显著的技术效果。

另外除了防雨方面，本发明中具有弯曲部的环形导风通道以及环形过渡通道的结构设计，使得其在满足产生风幕气流的基础上，也为多旋翼无人机提供了一定的升力，增强了多旋翼无人机的续航能力。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。本发明可以有各种合适的更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何改动、等同替换改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1. 一种用于无人机的非接触式智能防雨装置，其特征在于：所述非接触式智能防雨装置（2）安装于多旋翼无人机（1）中心正上方，并通过侧固定减震机构与多旋翼无人机（1）机架固定连接；非接触式智能防雨装置（2）包括涵道外壳（2.1）、引流通道（2.3）、环形过渡通道（2.4）、环形导风通道（2.5）、风扇（2.6）、风幕控制器（2.7）、雨量压力传感器（2.8）和风幕电调（2.9）；

涵道外壳（2.1）下部进风，上部出风，涵道外壳（2.1）内装有用于将气流向上吹的风扇（2.6）；涵道外壳（2.1）底面封闭，涵道外壳（2.1）底部侧周围与水平的环形过渡通道（2.4）相通，环形过渡通道（2.4）经环形弯折通道与竖直的环形导风通道（2.5）相通，环形导风通道（2.5）顶端朝上为进风口；涵道外壳（2.1）顶端开口与引流通道（2.3）相通，引流通道（2.3）顶面封闭，引流通道（2.3）向上呈喇叭形，引流通道（2.3）顶部侧周围开有水平的环形槽作为出风口，环形槽中沿圆周间隔均布设有多个以风车式布置的隔板（2.11），隔板（2.11）将出风口均分割为间隔均布的喷气口（2.2）；

风幕电调（2.9）和风幕控制器（2.7）均安装在涵道外壳（2.1）外壁，雨量压力传感器（2.8）安装在引流通道（2.3）顶面上；风幕控制器（2.7）分别与风幕电调（2.9）和雨量压力传感器（2.8）连接，风幕电调（2.9）与风扇（2.6）连接进行控制。

2. 根据权利要求1所述的一种用于无人机的非接触式智能防雨装置，其特征在于：所述的侧固定减震机构包括非接触式智能防雨装置（2）两侧对称设有的固定架（2.10），固定架（2.10）分别与涵道外壳（2.1）、环形过渡通道（2.4）、环形导风通道（2.5）和引流通道（2.3）固定连接；每个固定架（2.10）分别与至少两根支杆（3）的一端连接，支杆（3）的另一端与减震器（4）连接，减震器（4）固定安装在多旋翼无人机（1）的机臂（1.1.3）上。

3. 根据权利要求1所述的一种用于无人机的非接触式智能防雨装置，其特征在于：所述的涵道外壳（2.1）和引流通道（2.3）两侧的外侧壁对称均设有连接块（2.12），固定架（2.10）上部分支臂的两端分别连接到涵道外壳（2.1）和引流通道（2.3）的连接块（2.12）。

4. 根据权利要求1所述的一种用于无人机的非接触式智能防雨装置，其特征在于：所述引流通道（2.3）为向上扩张的喇叭形结构。

5. 根据权利要求1所述的一种用于无人机的非接触式智能防雨装置，其特征在于：所述的引流通道（2.3）和涵道外壳（2.1）的截面为圆形。

6. 根据权利要求1所述的一种用于无人机的非接触式智能防雨装置，其特征在于：所述的支杆（3）和固定架（2.10）均采用碳纤维材料。

7. 根据权利要求1所述的一种用于无人机的非接触式智能防雨装置，其特征在于：所述的喷气口（2.2）高度位于多旋翼无人机（1）的旋翼（1.1.1）高度之差为10-15cm。