CN107117309A - 一种多旋翼无人机 - Google Patents

Abstract

一种多旋翼无人机，包括机身、机臂、电机、旋翼、脚架，机臂连接在机身上，电机装在机臂上，旋翼连接在电机的转轴上，脚架设置于机身下面。此外，在多旋翼无人机机身上面还设有可拆卸的防护架，从垂直方向看，该防护架的外围轮廓大于各旋翼的旋转范围；在防护架上还连接有吊绳，吊绳的末端连接有磁性吸头，该磁性吸头中设有磁体。多旋翼无人机可以通过磁性吸头来吸附并吊挂在高处的铁质物体上，或者通过吊绳缠绕在高处的物体上实现吊挂。吊挂在高处物体上后，多旋翼无人机上携带的工作设备就可以长时间在高处工作或待命。本发明多旋翼无人机可广泛应用于空中定点监视、监控、拍摄、环保监测、城市管理、庭院安防、车辆防盗等领域。

Description

一种多旋翼无人机

技术领域

本发明涉及无人飞行器技术领域，具体涉及一种多旋翼无人机。

背景技术

多旋翼无人机通常有3～8个旋翼，尤其以4旋翼最为常见。多旋翼无人机具备垂直起降、空中悬停、低速飞行、倒飞、侧飞、360度旋转等功能，现已在近地航拍（空中拍照、摄像）、监控、侦察、无线电信号中继、运送快递等方面得到应用。现有的多旋翼无人机主要有以下不足：由于在空中悬停时依靠机上装载的电池来提供电能，因此续航时间短，大多数依靠电池电能工作的多旋翼无人机一次只能持续飞行约10～30分钟左右，也就是说多旋翼无人机在空中工作的时间一般只有10～30分钟，远远不能满足人们使用多旋翼无人机来进行长时间的空中监控、拍摄、喊话、照明、传输、信号中继、设防布防、待命等实际需求。另外，现有的多旋翼无人机在空中悬停进行定点监控、拍摄时，其姿态受风力以及位置传感器信号影响较大，稳定性不易保证；多旋翼无人机在空中悬停工作时，飞控系统需要对其姿态进行实时控制和调整，既消耗电池的电能，也存在不小的安全隐患，一旦发生机械、电控故障、信号压制或操作不当，就很容易造成坠机事故（炸机），甚至从空中掉下来砸伤人。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以长时间停留在高处工作或待命的多旋翼无人机，以解决现有多旋翼无人机留空时间短、无法长时间定点在空中工作的不足。

本发明技术方案是：一种多旋翼无人机，包括机身、机臂（螺旋桨支架）、电机、旋翼（螺旋桨）、脚架（支脚），机臂连接在机身上，电机装在机臂上，旋翼连接在电机的转轴上（或变速器上），脚架设置于机身下面，在机身下面一般还设置有云台及摄像机或其它工作设备、部件，机身中还安装有电池以及飞控单元。此外，在多旋翼无人机的机身上面还设有可拆卸的防护架，且防护架的位置高于旋翼；从垂直方向看，该防护架的外围轮廓大于各旋翼的旋转范围；在防护架上还连接有吊绳，在吊绳的末端连接有磁性吸头，该磁性吸头中设有磁体。在多旋翼无人机处于正常飞行或悬停状态下时，磁性吸头通过吊绳垂吊在多旋翼无人机机体（包括机身、机臂、电机、旋翼）的下方，而在多旋翼无人机处于吊挂状态下时，该磁性吸头则位于多旋翼无人机机体的上方。

本发明多旋翼无人机上的防护架的外围轮廓通常为圆圈状。在防护架的中部设有防护架接头，在机身上设有防护架接口。防护架通过螺丝、锁扣或磁力吸附等方式固定到机身上的防护架接口上。吊绳末端的磁性吸头上的磁体通常为长方体状（方块状），并被放置在两片方形或长方形的铁片之间。

本发明多旋翼无人机可以通过吊绳末端连接的磁性吸头来吸附并吊挂在高处的铁质物体上，例如吊挂在路灯杆、交通标志牌、电线杆、广告牌、空调架、铁架、铁管及各类铁塔上，或者通过吊绳缠绕在高处的树枝、电线等物体上实现吊挂。吊挂在高处物体上后，多旋翼无人机上携带的工作设备（例如相机、摄像机、喊话器、信号中继模块、照明灯、气体传感器等）就可以长时间（一般可达几个小时，甚至24小时以上）在高处工作或待命。

本发明的有益效果是，由于多旋翼无人机可以通过吊绳来吊挂在高处工作，而在处于吊挂状态时，无需旋翼提供升力，此时驱动旋翼旋转的电机停止工作，不会消耗电池电能，电池电能除了保留多旋翼无人机的返航用量外，其余可以全部供给机载装备工作，因此能极大地延长机载装备在空中定点工作的时间，而且在吊挂状态下，多旋翼无人机的姿态和位置都非常稳定，无需另外控制，受风力的影响也非常小。另外，如果多旋翼无人机在使用中不需要吊挂在高处，在使用前可以先将防护架拆卸下来，这样本发明多旋翼无人机就能像普通多旋翼无人机那样使用，对其性能和用途不会造成不利影响。与通过挂勾或吊勾来吊挂的多旋翼无人机相比，本发明多旋翼无人机由于是通过磁力吸附及吊绳缠绕吊挂物的方式来实现吊挂，因此操控其吊挂在广告牌、交通标志杆、空调机表面、吊扇叶、铁管等铁质物体上时会更为方便，而缠绕吊挂的适用场所也更广；另外，吊绳的长度可以根据实际需要灵活设置，而且基本上不会对多旋翼无人机的重心及飞控造成不利影响。

附图说明

图1是本发明多旋翼无人机一个实施例的主视示意图。

图2是图1实施例多旋翼无人机的左视示意图。

图3是图1实施例多旋翼无人机的仰视示意图。

图4是图1实施例多旋翼无人机的立体示意图。

图5是图1实施例多旋翼无人机吊挂在广告牌上时的使用状态示意图。

图6是图1实施例多旋翼无人机吊挂在交通标志横杆上时的使用状态示意图。

图7是图1实施例多旋翼无人机吊挂在树枝上时的使用状态示意图。

图8是本发明多旋翼无人机上的防护架的立体示意图。

图9是图1实施例多旋翼无人机在拆卸下防护架之后的立体示意图。

图中：1.机身，1A.防护架接口，2.机臂，3.电机，4.旋翼，5.防护架，5A.防护架接头，6.脚架，7.摄像机，8.吊绳接头，9.吊绳，10.磁性吸头，11.广告牌，12.交通标志横杆，13.树枝。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步描述。

参照图1、图2、图3、图4，本发明多旋翼无人机在机械构造方面包括机身（1）、机臂（2）、电机（3）、旋翼（4）、防护架（5）、脚架（6）。机臂（2）连接在机身（1）上（也可以采用机身机臂一体化的结构），机臂（2）的外端安装有电机（3），旋翼（4）连接在电机（3）的转轴上（或变速器上），防护架（5）设置在机身（1）上面。防护架（5）的外围轮廓通常为圆圈状，且位置高于旋翼（4）。从垂直方向上看，该防护架（5）的外围轮廓大于各旋翼（4）的旋转范围，这样可以保护高速旋转的旋翼免于碰到外物。在防护架（5）上还连接有吊绳（9），吊绳（9）的前端连接在防护架（5）中部的吊绳接头（8）上，吊绳（9）的末端连接有磁性吸头（10），该磁性吸头（10）中设有磁体。磁性吸头（10）上的磁体通常为长方体状，并放置在两片方形或长方形状的铁片之间，这样可以聚集磁体的磁力线，增强磁性吸附力。在多旋翼无人机处于正常飞行或悬停状态下时，吊绳（9）经过防护架（5）的外围垂下，磁性吸头（10）则通过吊绳（9）垂吊在多旋翼无人机机体的下方（如图4所示），而在多旋翼无人机处于吊挂状态下时，该磁性吸头则位于多旋翼无人机机体的上方。

参照图5、图6，本发明多旋翼无人机在使用时，若需要将其吊挂在高处的铁质广告牌（11）上工作或待命，就先控制其飞行到广告牌（11）的上方，使吊绳（9）末端的磁性吸头（10）触碰并吸附在广告牌（11）上。磁性吸头（10）吸附在广告牌（11）上之后，就控制多旋翼无人机飞行到广告牌（11）的下方，并停留在广告牌的下方，此时便可关闭驱动旋翼的电机电源，这样多旋翼无人机就可以长时间吊挂在高处（如图5所示），其携带的摄像机（7）就可以长时间在高处监视、摄像。将多旋翼无人机通过磁性吸头（10）的磁力吸附方式吊挂在交通标志横杆（12）、路灯杆、电线杆、室外空调机、铁塔等铁质物体上时，也是同样的操控过程。

多旋翼无人机吊挂在高处完成工作任务后，如果要让多旋翼无人机从所吸附的广告牌（11）（或其它铁质物体）上脱离，就控制多旋翼无人机向偏离广告牌（11）的方向快速移动，在吊绳的拉扯下，磁性吸头（10）与广告牌（11）的接触面积会变小，磁性吸附力也会跟着变小，当磁性吸附力小于多旋翼无人机的飞离力时，多旋翼无人机就会与广告牌（11）（或其它铁质物体）分离。当然，也可以让多旋翼无人机先飞高，然后再猛然下飞，利用多旋翼无人机的重力和惯性力来将磁性吸头从吸附物上硬拉下来。另外，也可以采用其它方式让磁性吸头与其所吸附的铁质物体分离，例如通过动力装置让安装在磁性吸头中间的磁体往里缩回，或使用电磁铁式的磁性吸头（断电后磁力会消失）。

本发明多旋翼无人机上的吊绳的长度可根据实际使用需要来选用，也可以配备长绳，使用时再根据需要采用折叠及打结的方式来使其长度合乎要求。

本发明多旋翼无人机除了可以通过磁性吸头的磁性吸附力吊挂在高处的铁质物体上外，还可以通过吊绳缠绕的方式吊挂在非铁质物体上，例如吊挂在树枝、电线、塑料管等物体上。

参照图7，在多旋翼无人机的使用中，若要将其吊挂在树枝（13）上，就先控制其飞行到树枝（13）的上方，并使吊绳（9）末端的磁性吸头（10）位于树枝（13）的下方，然后控制多旋翼无人机绕着树枝（13）飞几圈，让吊绳（9）缠绕在树枝（13）上，这样就可以将多旋翼无人机吊挂在树枝（13）上了（如图7所示）。另外，也可以让多旋翼无人机在吊绳的中下部处于树枝所在高度的状态下快速飞往树枝方向，在吊绳碰到树枝后，磁性吸头由于惯性作用会绕着树枝转圈，这样也能使吊绳缠绕在树枝上，从而将多旋翼无人机吊挂在树枝上。如果要将多旋翼无人机解除吊挂状态，只要控制其绕着树枝反方向飞行几圈，就能将吊绳从树枝上解开，之后多旋翼无人机就能正常飞行了。将多旋翼无人机吊挂在其它的非铁质物体上，如吊挂在高处的电线、塑料管、木架等物体上，也跟上述的吊挂在树枝上是一样过程。

参照图8，本发明多旋翼无人机上的防护架（5）的外围轮廓通常为圆圈状，在其中部设有防护架接头（5A），用于将防护架（5）连接到多旋翼无人机的机身上。防护架接头（5A）通常为螺栓状，可以转入到机身上相配的螺纹接口中，以实现防护架与机身的连接。另外，防护架也可以通过螺丝、锁扣或磁力吸附等方式固定到机身上。

参照图9，本发明多旋翼无人机的机身（1）上面设有用于连接防护架的防护架接口（1A）。防护架接口（1A）的构造与防护架上的防护架接头相适应。构造之一：防护架上的防护架接头为螺栓状，防护架接口（1A）中设置有相配的内螺纹；构造之二：防护架上的防护架接头为磁体，防护架接口（1A）为铁片（当然，也可以是防护架接头为铁片，而防护架接口为磁体），且防护架接头上的磁体与机身上的防护架接口铁片间的磁性吸附力要大于吊绳末端的磁性吸头与吊挂物间的磁性吸附力，这样在多旋翼无人机脱离吊挂物时防护架才不会跟机身分离，而是吊绳末端的磁性吸头与吊挂物分离。本发明多旋翼无人机上的防护架可以方便地从机身（1）上拆卸下来，拆卸下了防护架的多旋翼无人机看起来跟现有同类型多旋翼无人机区别不大（如图9所示），完全可以像现有的同类型多旋翼无人机那样使用。

在现有的多旋翼无人机上也可以应用本发明技术，使多旋翼无人机具有吊挂功能。例如，可以在现有的多旋翼无人机的机身上粘贴上铁片作为防护架接口（类似图9所示），并使用防护架接头上带有磁体的防护架（防护架上带有吊绳及磁性吸头）来吸附到机身上；另外也可以在现有的多旋翼无人机的机身上粘贴上螺母（碳纤维、玻璃纤维或铝合金材质）来作为防护架接口，并使用防护架接头上带有螺杆的防护架来连接到机身上，这样该多旋翼无人机就可以方便快捷地升级为本发明多旋翼无人机，具备本发明多旋翼无人机的吊挂功能。

本发明多旋翼无人机上的防护架通常采用玻璃纤维、碳纤维或铝合金等质量轻、强度高的材料来做成，而且通常采用空心结构，吊绳通常采用质地轻的绳子。由于重量较轻，因此防护架和吊绳一般不会对多旋翼无人机的起降带来不利影响，由此增加的电池电量的消耗也可以忽略不计。另外，吊绳上的磁性吸头中所用磁体通常为钕铁硼永磁体。磁性吸头与铁质物体的吸附力一般设计在多旋翼无人机起飞重量的1.2～2倍，这样既能让多旋翼无人机可靠地吸附高处的铁质物体上，也便于多旋翼无人机从所吸附的铁质物体上脱离。

本发明多旋翼无人机上所用的吊绳除了单条绳外，也可以使用双绳或扁绳。使用双绳或扁绳，可以有效防止多旋翼无人机在处于吊挂状态下时发生水平方向上的转动。

本发明多旋翼无人机中的机身和机臂也可以采用一体化结构（这样的结构也称为机架或支架），这样的结构也应理解为等同于上述的机身（1）和机臂（2）。

本发明多旋翼无人机既能像现有的多旋翼无人机那样工作（把机身上面的防护架拆卸下来之后，看起来跟现有的同类型无人机没有多大区别），又能在需要时通过吊绳吊挂在高处的铁质物体以及树枝、电线等物体上。由于多旋翼无人机处于吊挂状态时，无需电池电能提供升力，使得其所携带的工作设备（例如摄像机）或部件（例如用于检测空气污染的气体传感器）的可用电量大大增加，在高处连续工作几个小时甚至24小时以上将不再困难，多旋翼无人机的使用空间因此将得到极大扩展。例如，城管可以将多旋翼无人机吊挂在马路或街道上空的路灯杆、广告牌、室外空调机铁架、空中的电线等物体上，通过机载摄像机监视街道上的乱摆乱卖、乱停乱放、乱丢垃圾、随地吐痰等行为，另外也可以从空中拍下现场执法的画面，若发生冲突，不仅能录下视频证据，也能很好防止他人抢夺摄像器材和毁灭视频文件；记者在现场采访时，可以让多旋翼无人机吊挂在高处摄像，这样如果发生殴打记者、抢夺摄像器材的事件，吊挂在高处的多旋翼无人机就能拍下证据，另外从空中视角拍摄下的新闻画面也有更好的视觉效果；环保执法人员可以让多旋翼无人机吊挂在工厂厂区的烟囱、铁架、树枝、电线等物体上，进行24小时的环保监视和取证；在遇到突发事件时（如街头集会、游行示威、交通事故、大型活动等），警方可将多架多旋翼无人机吊挂在事发处的建筑物空调架、交通标志铁架、广告牌或路灯杆、电线上，对现场状况进行实时监视、录像；在室内发生劫持人质事件时，可以让多旋翼无人机的磁性吸头吸附在上一层楼房的室外空调机或铁架、铁管上，将多旋翼无人机吊挂下来，这样就可以让多旋翼无人机在室外对室内情况进行长时间的、悄无声息的监视；在展会现场等人员密集场所，安保方可以将多旋翼无人机吊挂在室内的吊架上，对下方的人员进行监控；车主在停好车后，将多旋翼无人机吊挂在车子附近的高处铁质物体或树枝、电线上，就可以通过多旋翼无人机上携带的监控设备对车子进行实时监视和摄像，若车子被盗、被撞、被刮，车主就能及时收到报警通知，而且监控录像也能提供破案线索和证据；在家里，可将多旋翼无人机吊挂在吊扇上，从高处往下拍照、摄像、监控、直播。

有人活动的地方基本都会有广告牌、各种各样的铁架、电线、树枝等适合本发明多旋翼无人机吊挂的物体，因此本发明多旋翼无人机的应用场所极为广泛。

本发明大大扩展和延伸了多旋翼无人机的用途，必将大大促进多旋翼无人机的发展，多旋翼无人机在各行各业和千家万户中得到广泛应用也将指日可待。

Claims (9)

1.一种多旋翼无人机，包括机身、机臂、电机、旋翼、脚架，机臂连接在机身上，电机装在机臂上，旋翼连接在电机的转轴上，脚架设置于机身下面，其特征是：在多旋翼无人机的机身上面还设有可拆卸的防护架，且防护架的位置高于旋翼；从垂直方向看，该防护架的外围轮廓大于各旋翼的旋转范围；在防护架上还连接有吊绳，吊绳的末端连接有磁性吸头，该磁性吸头中设有磁体；在多旋翼无人机处于飞行或悬停状态下时，磁性吸头通过吊绳垂吊在多旋翼无人机的下方，而在多旋翼无人机处于吊挂状态下时，该磁性吸头则位于多旋翼无人机的上方。

2.根据权利要求1所述的多旋翼无人机，其特征是：防护架的外围轮廓为圆圈状。

3.根据权利要求1所述的多旋翼无人机，其特征是：防护架通过螺丝、锁扣或磁力吸附方式固定到机身上。

4.根据权利要求1所述的多旋翼无人机，其特征是：在防护架的中部设有防护架接头，在机身上设有防护架接口。

5.根据权利要求1和4所述的多旋翼无人机，其特征是：防护架接头为螺栓状，防护架接口为内螺纹。

6.根据权利要求1和4所述的多旋翼无人机，其特征是：防护架接头上设有磁体，机身上的防护架接口为铁片。

7.根据权利要求1所述的多旋翼无人机，其特征是：防护架为空心结构。

8.根据权利要求1所述的多旋翼无人机，其特征是：磁性吸头上的磁体为长方体状，放置在两片方形或长方形的铁片之间。

9.根据权利要求1所述的多旋翼无人机，其特征是：吊绳为双绳或扁绳。