CN107089334A - 一种无人机 - Google Patents

Abstract

本发明的无人机包括了机身，电源，螺旋桨，飞控系统，图像采集设备和物品抓取机构。其中飞控系统和电源安装机身内，螺旋桨安装在机身上形成一个基础的无人机。所述图像采集设备安装在机身下方用于观察飞行环境。物品抓取机构根据系统控制可以在飞行中抓取目标物品。

Description

一种无人机

技术领域

本发涉及航空航天技术领域，具体是一种无人机。

背景技术

无人机，简称无人机(UAV)，目前正处于迅速发展中，其具有机动灵活、反应快速、无人飞行、操作要求低的优点。无人机通过搭载多类传感器，可以实现影像实时传输、高危地区探测功能，是卫星遥感与传统航空遥感的有力补充。目前，无人机的使用范围已经扩宽到军事、科研、民用等领域，具体在电力、通信、气象、农业、海洋、勘探、摄影、防灾减灾、农作物估产、缉毒缉私、边境巡逻、治安反恐等领域应用甚广。

随着科技发展，越来越多的无人机制造商出现，无人机在民用领域中的应用也逐渐趋于平常化。在一些人流量大旅游景点，时常会有物品遗落到一些悬崖峭壁上，由于这些地方往往危险度很高，游客不会去拾捡掉落物品，景点工作人员也需要借助一些专业的大型辅助工具方可拾捡起来，但这样的人员安全受到威胁，同行耗费人力物力资源多。这些遗落物品如果长期不清理，也可能会影响到景点的整体环境等。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种具有抓取物品功能的无人机，从而解决上述出现的问题。本发明为了实现上述目的所采用的方案如下：

本发明的无人机包括了机身，电源，螺旋桨，飞控系统，图像采集设备和物品抓取机构。其中飞控系统和电源安装机身内，螺旋桨安装在机身上形成一个基础的无人机。所述图像采集设备安装在机身下方用于观察飞行环境。所述物品抓取机构通过云台安装在机身下方且位于图像采集设备下方，且物品抓取机构图像采集设备之间间距为安装盘的半径左右。物品抓取机构根据系统控制可以在飞行中抓取目标物品。

本发明的具体方案是一种无人机，其包括机身、电源、螺旋桨、飞控系统、图像采集设备和物品抓取机构，飞控系统和电源安装机身内，螺旋桨安装在机身上方，机身下方安装有支架，且机身的下表面上设置有与支架相应的收纳槽，收纳槽旁设置有自动卡扣，所述支架在无人机飞行时自动折叠收入收纳槽内，物品抓取机构和图像采集设备安装在机身下方的云台上，云台通过连接机构与机身连接，连接机构带动云台在横向360°和纵向360°旋转，其中物品抓取机构安装在云台的下表面，图像采集设备安装在云台的上表面，图像采集设备用于观察飞行环境，物品抓取机构根据系统控制在飞行中抓取目标物品，所述云台下表面还装有雷达测距仪，物品抓取机构包括微型真空泵、吸管、吸盘和微型气缸，吸管两端分别连接微型真空泵和吸盘，所述吸盘与微型气缸的活塞杆顶端连接并随着活塞杆的伸缩一起运动，连接机构包括纵向安装和横向安装的微型电机、连接臂、电机安装板、连接板，所述连接臂为Z型，其中横向电机安装在机身上，横向电机的转动轴连接连接臂上端并带动云台在横向360°旋转，连接臂下端通过连接板连接电机安装板，纵向电机安装在电机安装板上，纵向电机转动轴连接运动并带动云台在纵向360°旋转。所述吸管为软质吸管，吸管长度大于微型气缸的行程。云台为圆形，采用圆形能更好地与无人的机身形状相符合，减少真个无人机所占的空间面积。微型真空泵与云台平行安装在云台上，微型气缸与云台相垂直安装在云台上，微型真空泵连接软管的一端与微型气缸相向。微型气缸行程大于200mm，这样可以有效地保护无人机的安全，微型真空泵的吸力大于2kg，基本满足一些中小物品的抓取。

本发明中所述吸盘直径为150mm，这样大小与无人机相应，采用吸盘降低了真空泵吸附物品需要的精确位置，使得操作更加方便，降低操作难度。

一种无人机抓取物品方法，其特征在于：启动无人机，无人机升空，当无人机升空后，控制支架折叠起来，图像采集设备实时传输数据，发现目标抓取的物品时，首先控制无人机最底部距离目标物品200mm以上，操作人员通过图像采集设备观察周围环境，同时由雷达测距仪测算距离目标物品距离，避免无人机误碰其他物件，然后分别通过纵向和横向调整控制云台，使得吸盘正对目标物品，此时控制气缸行程使吸盘尽可能地接近目标物品，然后开启真空泵，由真空泵产生的负压吸附目标物品，使得吸盘紧紧地吸住目标物品，控制气缸收缩至最短行程，然后控制无人机回程，达到终点，关闭真空泵，物品回收至相应的地方，然后降落无人机完成整个物品抓取过程。

本发明通过设置可横纵向调整吸盘角度的连接机构，使得操作范围更加宽泛且简单。安装气缸使得抓取的距离可调控，增加了无人机在作业时候无人机的安全性。同时本发明操作十分简单，而且时尚，可为风景区增加一份靓丽的风景，使得环境更加地和谐融洽。大幅地降低人力物力成本。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图中：1-机身，2-螺旋桨，3-图像采集设备，4-云台，5、雷达测距仪，6-横向电机，7-纵向电机，8-连接臂，9-连接板，10-微型气缸，11-微型真空泵，12-吸管，13-吸盘，14-支架，15-收纳槽，16-卡扣。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案做进一步说明，

如图1所示：本发明的无人机包括了机身1，电源，螺旋桨2，飞控系统，图像采集设备3和物品抓取机构。其中飞控系统和电源安装机身1内，螺旋桨2安装在机身上形成一个基础的无人机。所述图像采集设备3和物品抓取机构通过云台4安装在机身下方，该云台4位一个圆形安装台，正常情况下云台4是与机身1上下平行的，图像采集设备3安装在云台上方，物品抓取机构安装在云台4下表面，且在云台上还安装有雷达测距仪5用于测量计算无人机的飞行高度以及无人机的吸盘与抓取物品之间的间距，以至于物品抓取机构能够根据系统控制在飞行中准确地抓取目标物品。所述图像采集设备3的镜头与云台的外边缘相齐，这样可以最大程度低使得图像采集更加准确不会被遮挡。本发明将图像采集设备和物品抓取机构安装在云台的上下两面，这样最大程度地节约了空间，同时不相互影响。

其中云台4是通过连接机构连接于机身上，连接机构包括了横向电机6、纵向电机7、连接臂8和连接板9，连接臂8呈Z型，横向电机6安装在机身1的底面上，它的转动轴连接在连接臂8的上端，连接臂8的下端通过连接板9连接安装纵向电机7，纵向电机7的转动轴连接云台4，这样横向电机6转动时就可以带动整个连接机构和物品抓取机构在横向（水平）做360°的转动，然后纵向电机7转动则带动物品抓取机构在纵向（垂直）做360°转动。整个机构可以实现带动物品抓取机构和图像采集设备在横向和纵向360度旋转，可以完成在水平面上物品抓取、斜坡上的物品抓取以及垂直面上的物品抓取，使得抓取功能真正的是在任何环境下均可实现。

本发明中物品抓取机构由微型气缸10，微型真空泵11和吸盘13构成，微型气缸10连接电磁阀，电磁阀连接飞控系统由飞控系统控制电磁阀工作，从而控制气缸10伸缩行程及状态。所述微型真空泵11的吸气嘴连接一根吸管12，吸管12的另一端连接吸盘13，且吸管12与吸盘13的连接处与微型气缸的活塞杆顶端绑定，使得微型气缸在伸缩过中可带动吸盘13一同做往复行程。本发明中吸管12采用软管，这样可以随意伸缩，吸管12的长度需大于微型气缸的行程长度。当吸管12收缩时可以减少无人机占用的空间高度，从而提升无人机的灵活性，当需要抓取物品时，拉伸吸管，可以增加无人机与被抓取物品之间的距离，从而提升无人机的安全性。同时本发明在软管12上连接一个吸盘13，这样可以增加被抓取物品与吸管之间的接触面积，这样提升被抓取物品的抓取稳固度，同时不需要十分精准地对准被抓取物品，使得操作要求的精度降低，操作更加方便。

本发明中的微型气缸采用行程在200mm左右的气缸，缸径在16mm左右。真空泵采用24V，0.6A的真空泵，重量约240g，采用微型气缸和真空泵能有效地降低无人机的负载，提升无人机负载能力。同时真空泵与气缸都安装在安装盘上。这样该无人机可在飞行状态下一次抓取距离无人机200mm距离重量约0.8kg的物品。经过实验气缸行程在200mm时最佳，小于200mm容易增加无人机撞击到物品周围其他物体的风险，大于200mm时，由于力矩变长会大幅度降低抓取物品时的力度，以及增加抓取物品后气缸承受的重量，影响气缸的安全性。本发明中吸盘的直径约150mm，可以有效地吸附常见小件物品，且吸盘为塑料制品，可尽量降低无人机的整体重量。

为了进一步提升无人机的安全性和可操作性，本发明还在无人机机身1上设置了可折叠支架14，可折叠支架为四根，均匀安装在机身四个角上，并由飞控系统连接控制支撑的收放，支架14的折叠方向是沿着机身边缘向内折叠，并在机身两侧上设置与支架相应的收纳槽15以及用于固定支架自动卡扣16。这样可以避免支架干扰物品抓取机构任意转向并抓取物品。同时本发明还机身的四个角安装由雷达传感器，用于检测无人机与周围物品之间的距离。

本发明中的无人机，其中图像采集设备采用高像素相机，物品抓取机构都是可拆卸式的安装在无人机机身上的，在收纳的时候将图像采集设备和物品抓取机构拆卸下来，并将支架折叠，这样大幅度节约放置空间。

无人机抓取物品时的操作方式如下：将图像采集设备和物品抓取机构装配好，然后将支架展开，使得整个无人机可以放置在平台上。然后启动电源，无人机升空，当无人机升空后，控制支架折叠起来，并收入收纳操作，卡扣自动卡扣将支架固定在机身上，这样即可控制无人机任意飞行，不会受到干扰。图像采集设备实时传输数据，当有需要抓取的物品时，将无人机控制距离目标物品200mm以上的安全距离，然后操作人员通过图像采集设备观察周围环境，同时由雷达测算距离目标物品距离，避免无人机误碰其他物件。然后调整云台，使得吸盘正对目标物品，然后控制气缸行程使其尽可能地接近目标物品，然后开启真空泵，由真空泵产生的负压吸附目标物品，使得吸盘紧紧地吸住目标物品，控制气缸收回，然后控制无人机回程，达到终点后展开支架，关闭真空泵，物品回收至相应的地方，然后降落无人机完成整个物品抓取过程。在物品抓取过程中，如果被抓取物品在斜坡上，则无人机控制云台转动使得气缸和真空泵正对被抓取物品即可。本发明的采用吸附方式大幅度降低了操作难度，提高了操作的灵活性。可以实现对景区一些微小贵重物品的拾取，提高景区的环境清洁度。

上文已经示出和描述了本发明的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本发明的限制；本领域的普通技术人员在本发明的范围内对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型，应属于本发明请求保护的范围之内。

Claims (7)

1.一种无人机，其特征在于：包括机身、电源、螺旋桨、飞控系统、图像采集设备和物品抓取机构，

飞控系统和电源安装机身内，螺旋桨安装在机身上方，机身下方安装有支架，且机身的下表面上设置有与支架相应的收纳槽，收纳槽旁设置有自动卡扣，所述支架在无人机飞行时自动折叠收入收纳槽内，

物品抓取机构和图像采集设备安装在机身下方的云台上，云台通过连接机构与机身连接，连接机构带动云台在横向360°和纵向360°旋转，其中物品抓取机构安装在云台的下表面，图像采集设备安装在云台的上表面，图像采集设备用于观察飞行环境，物品抓取机构根据系统控制在飞行中抓取目标物品，所述云台下表面还装有雷达测距仪，

物品抓取机构包括微型真空泵、吸管、吸盘和微型气缸，吸管两端分别连接微型真空泵和吸盘，所述吸盘与微型气缸的活塞杆顶端连接并随着活塞杆的伸缩一起运动，

连接机构包括纵向安装和横向安装的微型电机、连接臂、电机安装板、连接板，所述连接臂为Z型，其中横向电机安装在机身上，横向电机的转动轴连接连接臂上端并带动云台在横向360°旋转，连接臂下端通过连接板连接电机安装板，纵向电机安装在电机安装板上，纵向电机转动轴连接运动并带动云台在纵向360°旋转。

2.根据权利要求1所述的一种无人机，其特征在于：所述吸管为软质吸管，吸管长度大于微型气缸的行程。

3.根据权利要求1所述的一种无人机，其特征在于：云台为圆形。

4.根据权利要求1所述的一种无人机，其特征在于：微型真空泵与云台平行安装在云台上，微型气缸与云台相垂直安装在云台上，微型真空泵连接软管的一端与微型气缸相向。

5.根据权利要求1所述的一种无人机，其特征在于：微型气缸行程大于200mm，微型真空泵的吸力大于2kg。

6.根据权利要求1所述的一种无人机，其特征在于：所述吸盘直径为150mm。

7.一种无人机抓取物品方法，其特征在于：启动无人机，无人机升空，当无人机升空后，控制支架折叠起来，图像采集设备实时传输数据，发现目标抓取的物品时，首先控制无人机最底部距离目标物品200mm以上，操作人员通过图像采集设备观察周围环境，同时由雷达测距仪测算距离目标物品距离，避免无人机误碰其他物件，然后分别通过纵向和横向调整控制云台，使得吸盘正对目标物品，此时控制气缸行程使吸盘尽可能地接近目标物品，然后开启真空泵，由真空泵产生的负压吸附目标物品，使得吸盘紧紧地吸住目标物品，控制气缸收缩至最短行程，然后控制无人机回程，达到终点，关闭真空泵，物品回收至相应的地方，然后降落无人机完成整个物品抓取过程。