CN109098920A - 一种具有发电功能的水上探测无人机 - Google Patents

一种具有发电功能的水上探测无人机 Download PDF

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张峻恺
周嘉玮
文镝
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Abstract

本发明提供了一种具有发电功能的水上探测无人机，属于无人机技术领域。本发明包括无人机本体，所述无人机本体的四周均设有旋翼，所述无人机本体内设有空腔，所述空腔内设有蓄电池，所述蓄电池给无人机本体提供电能，所述无人机本体下方的两侧均设有当无人机降落至水面时能够使无人机漂浮在水面之上，还能利用波浪能进行发电的发电装置，两个所述发电装置左右对称设置，所述发电装置与蓄电池电连接。本发明可以利用波浪能实现无人机水上充电，节能环保。

Description

一种具有发电功能的水上探测无人机
技术领域
本发明属于无人机技术领域，涉及一种具有发电功能的水上探测无人机。
背景技术
无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，无人机结构简单、使用成本低，已在野外施工、勘探、交通运输、旅游、赛事直播等领域中得到广泛应用。
虽然无人机得到了广泛的应用，但是电量仍然是制约其发展的主要问题，由于续航能力有限，使无人机无法执行远距离或长时间的水上探测任务。目前人们都是通过驾驶探测船进行水上探测，探测时间较长，成本较高，不利于长远的发展。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种具有发电功能的水上探测无人机，在电量不足的情况下自动下降至水面，利用波浪能进行发电给蓄电池充电，提高续航能力。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种具有发电功能的水上探测无人机，包括无人机本体，所述无人机本体的四周均设有旋翼，所述无人机本体内设有空腔，所述空腔内设有蓄电池和控制器，所述控制器与蓄电池电连接，所述蓄电池给无人机本体提供电能，所述无人机本体下方的两侧均设有当无人机降落至水面时能够使无人机本体漂浮在水面之上，还能利用波浪能进行发电的发电装置，两个所述发电装置左右对称设置，所述发电装置与蓄电池电连接。
当无人机在执行水上探测任务时，出现电量不足的情况时，通过控制器使其自动下降至水面，所述发电装置使无人机本体漂浮在水面之上，利用波浪能进行发电，并将电能储存在蓄电池内，当蓄电池内的电能被充满时，无人机再次起飞继续水上探测任务，往复循环，直至完成水上探测任务，可以实现无人机连续水上工作。
在上述的一种具有发电功能的水上探测无人机中，所述发电装置包括固定轴、两个固定板一和两个连杆一，两个所述固定板一竖直设置在无人机本体的下侧面上，两个所述固定板一和两个连杆一一一对应，所述连杆一的一端通过铰接轴与相对应的固定板一铰接，两个所述连杆一的另一端分别固连在固定轴上，所述固定轴水平设置，所述固定轴的两端均设有能够限定固定轴绕铰接轴的转动范围的限位装置，所述固定轴上转动设置有浮体，所述浮体横截面的厚度由一端向另一端逐渐减小，所述浮体位于两个连杆一之间，所述浮体内设有能够利用波浪带动浮体转动进行发电的发电机构一。
当无人机下降至水面时，两个浮体接触水面，给无人机本体提供浮力，使其漂浮于水面之上，浮体受到波浪冲击发生转动，发电机构一利用浮体的转动进行发电，绿色环保；所述限位机构可以限定固定轴绕铰接轴的转动范围，避免固定轴绕铰接轴的转动角度过大使无人机本体接触水面或者发生侧翻，提高无人机水上充电的稳定性；此外，当无人机降落到地面时，可以根据不同的地形来调整两个浮体的高度，使无人机本体保持水平状态，避免侧翻。
在上述的一种具有发电功能的水上探测无人机中，所述发电机构一包括永磁铁一、永磁铁二和线圈，所述浮体内设有安装腔，所述磁铁一和磁铁二相对设置在安装腔的侧壁上，并且磁极相反，所述固定轴上平行设有两个通孔一，两个所述通孔一分别位于安装腔的两端，两个所述通孔一的轴线均与固定轴的轴线垂直且在同一平面上，所述线圈通过两个通孔一缠绕在固定轴的外侧，所述线圈与蓄电池电连接。
由于两个浮体受到波浪冲击绕着固定轴转动，使安装腔内的永磁铁一、永磁铁二与固定轴上缠绕的线圈发生相对转动，根据电磁感应原理，线圈切割永磁铁一和永磁铁二的磁感线，产生感应电流，将电能储存在蓄电池内，绿色环保。
在上述的一种具有发电功能的水上探测无人机中，所述限位装置包括连杆二、铁芯和滑动杆，所述铁芯通过支架设置在无人机本体的侧壁上，所述铁芯内设有通孔二，所述滑动杆插设在通孔二内，所述滑动杆的上端设有限位板，所述滑动杆的下端设有连接柱，所述连接柱的外侧设有固定板三，所述固定板三与连杆二的一端铰接，所述连杆二的另一端与固定板二的一端铰接，所述固定板二的另一端与固定轴的端部固连，所述滑动杆上套设有复位弹簧，所述复位弹簧的一端与限位板固连，所述复位弹簧的另一端与铁芯固连，所述铁芯内设有能够利用滑动杆上下滑动进行发电的发电机构二。
当波浪冲击浮体使固定轴向无人机本体的外侧移动时，通过连杆二带动滑动杆向下滑动，滑动杆上的复位弹簧被压缩，所述复位弹簧可以限定固定轴绕铰接轴向外转动的范围，使无人机本体始终位于水面之上，当波浪冲击浮体使固定轴向无人机本体的内侧移动时，通过连杆二带动滑动杆向上滑动，滑动杆上的复位弹簧被拉伸，所述复位弹簧可以限定固定轴绕铰接轴向内转动的范围，防止由于两个浮体距离太近使无人机本体发生侧翻；此外，所述发电机构二可以利用滑动杆的上下滑动进行发电，节能环保。
在上述的一种具有发电功能的水上探测无人机中，所述发电机构二包括固定套，所述滑动杆上设有环形凹槽一，所述固定套设在环形凹槽一内，所述固定套的外壁与滑动杆的外壁平齐，所述固定套的侧壁上沿轴向设置有若干个环形凹槽二，所述环形凹槽二内设有环形永磁铁,所述通孔二的内壁上沿轴向设置有若干个环形线槽，所述环形线槽内设有线圈绕组，所述线圈绕组与蓄电池电连接。
当滑动杆沿着通孔二上下移动时，带动环形凹槽二内的环形永磁铁上下移动，通过线圈绕组的磁通方向不断发生变化，使线圈绕组上产生电流，波浪带动滑动杆往复上下运动，产生电能，增加波浪能的利用率和提高发电效率。
在上述的一种具有发电功能的水上探测无人机中，所述浮体的外侧设有凹槽，所述凹槽内设有压电陶瓷板，所述压电陶瓷板与蓄电池电连接。
由于波浪起伏变化较大，使凹槽内的压电陶瓷板受到的波浪冲击力不断发生变化，从而产生电能，储存在蓄电池内，提高蓄电池的充电速度。
在上述的一种具有发电功能的水上探测无人机中，所述安装腔内设有齿圈，所述固定轴上固设有发电机，所述发电机的输入轴上固设有齿轮，所述齿轮与齿圈传动连接。
当浮体受到波浪冲击发生转动时，安装腔内的齿圈也跟着转动，带动齿轮发生转动，使发电机进行发电，提高波浪能的利用率。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、当无人机在执行水上探测任务时，出现电量不足的情况时，通过控制器使其自动下降至水面，两个浮体给无人机本体提供浮力，使其漂浮在水面之上，在波浪的作用下，浮体绕着固定轴转动，使安装腔内的永磁铁一、永磁铁二与固定轴上缠绕的线圈发生相对转动，根据电磁感应原理，线圈切割永磁铁一和永磁铁二的磁感线，产生感应电流，将电能储存在蓄电池内，绿色环保；
2、当浮体受波浪冲击发生转动时，安装腔内的齿圈也发生转动，使固定轴上的发电机进行发电，提高波浪能的利用率；
3、当波浪冲击浮体使固定轴向无人机本体的外侧移动时，通过连杆二带动滑动杆向下滑动，滑动杆上的复位弹簧被压缩，所述复位弹簧可以限定固定轴绕铰接轴向外转动的范围，使无人机本体始终位于水面之上，当波浪冲击浮体使固定轴向无人机本体的内侧移动时，通过连杆二带动滑动杆向上滑动，滑动杆上的复位弹簧被拉伸，所述复位弹簧可以限定固定轴绕铰接轴向内转动的范围，防止由于两个浮体距离太近使无人机本体发生侧翻；
4、当所述滑动杆沿着通孔二上下移动时，带动环形凹槽二内的环形永磁铁上下移动，通过线圈绕组的磁通方向不断发生变化，使线圈绕组上产生电流，波浪带动滑动杆往复上下运动，产生电能，增加波浪能的利用率和发电效率。
附图说明
图1是本具有发电功能的水上探测无人机的结构示意图；
图2是图1中A-A处的剖视图；
图3是图1中B-B处的剖视图；
图4是图1中C-C处的剖视图；
图5是图1中D处的局部放大图；
图6是图2中E处的局部放大图；
图7是图3中F处的局部放大图。
图中：1、无人机本体；1a、旋翼；1b、空腔；1c、蓄电池；1d、固定板一；1e、铰接轴；1f、控制器；2、浮体；2a、安装腔；2b、永磁铁一；2c、永磁铁二；2d、凹槽；2e、齿圈；3、固定轴；3a、通孔一；3b、连杆一、3c、连杆二；3d、固定板二；4、线圈；5、铁芯；5a、通孔二；5b、环形线槽；5c、线圈绕组；6、滑动杆；6a、环形凹槽一；6b、固定套；6c、环形凹槽二；6d、环形永磁铁；7、连接柱；7a、固定板三；8、复位弹簧；8a、限位板；9、摄像头；10、压电陶瓷板；11、发电机；11a、齿轮。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1至7所示，一种具有发电功能的水上探测无人机，包括无人机本体1，所述无人机本体1的四周均设有旋翼1a，所述无人机本体1的下侧面上设有摄像头9，所述无人机本体1内设有空腔1b，所述空腔1b内设有蓄电池1c和控制器1f，所述控制器1f与蓄电池1c电连接，所述蓄电池1c给无人机本体1提供电能，所述无人机本体1下方的两侧均设有当无人机降落至水面时能够使无人机本体1漂浮在水面之上，还能利用波浪能进行发电的发电装置，两个所述发电装置左右对称设置，所述发电装置与蓄电池1c电连接。
无人机利用摄像头9执行水上探测任务，当电量低于设定值时，通过控制器1f使其自动下降至水面，所述发电装置使无人机本体1漂浮在水面之上，利用波浪能进行发电，并将电能储存在蓄电池1c内，当蓄电池1c内的电能被充满时，无人机再次起飞继续水上探测任务，往复循环，直至完成水上探测任务，可以实现无人机连续水上工作。
具体来说，所述发电装置包括固定轴3、两个固定板一1d和两个连杆一3b，两个所述固定板一1d竖直设置在无人机本体1的下侧面上，两个所述固定板一1d和两个连杆一3b一一对应，所述连杆一3b的一端通过铰接轴1e与相对应的固定板一1d铰接，两个所述连杆一3b的另一端分别固连在固定轴3上，所述固定轴3水平设置，所述固定轴3的两端均设有能够限定固定轴3绕铰接轴1e转动范围的限位装置，所述固定轴3上转动设置有浮体2，所述浮体2横截面的厚度由一端向另一端逐渐减小，所述浮体2位于两个连杆一3b之间，所述浮体2内设有能够利用波浪带动浮体2转动进行发电的发电机构一。
当无人机下降至水面时，两个浮体2接触水面，给无人机本体1提供浮力，使其漂浮于水面之上，浮体2受到波浪冲击发生转动，发电机构一利用浮体2的转动进行发电，绿色环保；所述限位机构可以限定固定轴3绕铰接轴1e的转动范围，避免固定轴3绕铰接轴1e的转动角度过大使无人机本体1接触水面或者发生侧翻，提高无人机水上充电的稳定性；此外，当无人机降落到地面时，可以根据不同的地形来调整两个浮体2的高度，使无人机本体1保持水平状态，避免侧翻。
具体来说，所述发电机构一包括永磁铁一2b、永磁铁二2c和线圈4，所述浮体2内设有安装腔2a，所述磁铁一2b和磁铁二2c相对设置在安装腔2a的侧壁上，并且磁极相反，所述固定轴3上平行设有两个通孔一3a，两个所述通孔一3a分别位于安装腔2a的两端，两个所述通孔一3a的轴线均与固定轴3的轴线垂直且在同一平面上，所述线圈4通过两个通孔一3a缠绕在固定轴3的外侧，所述线圈4与蓄电池1c电连接。
由于两个浮体2受到波浪冲击绕着固定轴3转动，使安装腔2a内的永磁铁一2b、永磁铁二2c与固定轴3上缠绕的线圈4发生相对转动，根据电磁感应原理，线圈4切割永磁铁一2b和永磁铁二2c的磁感线，产生感应电流，将电能储存在蓄电池1c内，绿色环保。
具体来说，所述限位装置包括连杆二3c、铁芯5和滑动杆6，所述铁芯5通过支架设置在无人机本体1的侧壁上，所述铁芯5内设有通孔二5a，所述滑动杆6插设在通孔二5a内，所述滑动杆6的上端设有限位板8a，所述滑动杆6的下端设有连接柱7，所述连接柱7的外侧设有固定板三7a，所述固定板三7a与连杆二3c的一端铰接，所述连杆二3c的另一端与固定板二3d的一端铰接，所述固定板二3d的另一端与固定轴3的端部固连，所述滑动杆6上套设有复位弹簧8，所述复位弹簧8的一端与限位板8a固连，所述复位弹簧8的另一端与铁芯5固连，所述铁芯5内设有能够利用滑动杆6上下滑动进行发电的发电机构二。
当波浪冲击浮体2使固定轴3向无人机本体1的外侧移动时，通过连杆二3c带动滑动杆6向下滑动，滑动杆6上的复位弹簧8被压缩，所述复位弹簧8可以限定固定轴3绕铰接轴1e向外转动的范围，使无人机本体1始终位于水面之上，当波浪冲击浮体2使固定轴3向无人机本体1的内侧移动时，通过连杆二3c带动滑动杆6向上滑动，滑动杆6上的复位弹簧8被拉伸，所述复位弹簧8可以限定固定轴3绕铰接轴1e向内转动的范围，防止由于两个浮体2距离太近使无人机本体1发生侧翻；此外，所述发电机构二可以利用滑动杆6的上下滑动进行发电，节能环保。
具体来说，所述发电机构二包括固定套6b，所述滑动杆6上设有环形凹槽一6a，所述固定套6b设在环形凹槽一6a内，所述固定套6b的外壁与滑动杆6的外壁平齐，所述固定套6b的侧壁上沿轴向设置有若干个环形凹槽二6c，所述环形凹槽二6c内设有环形永磁铁6d,所述通孔二5a的内壁上沿轴向设置有若干个环形线槽5b，所述环形线槽5b内设有线圈绕组5c，所述线圈绕组5c与蓄电池1c电连接。
当滑动杆6沿着通孔二5a上下移动时，带动环形凹槽二6c内的环形永磁铁6d上下移动，通过线圈绕组5c的磁通方向不断发生变化，使线圈绕组5c上产生电流，波浪带动滑动杆6往复上下运动，产生电能，增加波浪能的利用率和提高发电效率。
具体来说，所述浮体2的外侧设有凹槽2d，所述凹槽2d内设有压电陶瓷板10，所述压电陶瓷板10与蓄电池1c电连接。
由于波浪起伏变化较大，使凹槽2d内的压电陶瓷板10受到的波浪冲击力不断发生变化，从而产生电能，储存在蓄电池1c内，提高蓄电池1c的充电速度。
具体来说，所述安装腔2a内设有齿圈2e，所述固定轴3上固设有发电机11，所述发电机11的输入轴上固设有齿轮11a，所述齿轮11a与齿圈2e传动连接。
当浮体2受到波浪冲击发生转动时，安装腔2a内的齿圈2e也跟着转动，带动齿轮11a发生转动，使发电机11进行发电，提高波浪能的利用率。
本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例作各种修改、补充或采用类似的方法替代，但并不会偏离本发明的精神或超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种具有发电功能的水上探测无人机，包括无人机本体(1)，所述无人机本体(1)的四周均设有旋翼(1a)，其特征在于，所述无人机本体(1)内设有空腔(1b)，所述空腔(1b)内设有蓄电池(1c)和控制器(1f)，所述控制器(1f)与蓄电池(1c)电连接，所述蓄电池(1c)给无人机本体(1)提供电能，所述无人机本体(1)下方的两侧均设有当无人机降落至水面时能够使无人机本体(1)漂浮在水面之上，还能利用波浪能进行发电的发电装置，两个所述发电装置左右对称设置，所述发电装置与蓄电池(1c)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有发电功能的水上探测无人机，其特征在于，所述发电装置包括固定轴(3)、两个固定板一(1d)和两个连杆一(3b)，两个所述固定板一(1d)竖直设置在无人机本体(1)的下侧面上，两个所述固定板一(1d)和两个连杆一(3b)一一对应，所述连杆一(3b)的一端通过铰接轴(1e)与相对应的固定板一(1d)铰接，两个所述连杆一(3b)的另一端分别固连在固定轴(3)上，所述固定轴(3)水平设置，所述固定轴(3)的两端均设有能够限定固定轴(3)绕铰接轴(1e)的转动范围的限位装置，所述固定轴(3)上转动设置有浮体(2)，所述浮体(2)横截面的厚度由一端向另一端逐渐减小，所述浮体(2)位于两个连杆一(3b)之间，所述浮体(2)内设有能够利用波浪带动浮体(2)转动进行发电的发电机构一。
3.根据权利要求2所述的一种具有发电功能的水上探测无人机，其特征在于，所述发电机构一包括永磁铁一(2b)、永磁铁二(2c)和线圈(4)，所述浮体(2)内设有安装腔(2a)，所述磁铁一(2b)和磁铁二(2c)相对设置在安装腔(2a)的侧壁上，并且磁极相反，所述固定轴(3)上平行设有两个通孔一(3a)，两个所述通孔一(3a)分别位于安装腔(2a)的两端，两个所述通孔一(3a)的轴线均与固定轴(3)的轴线垂直且在同一平面上，所述线圈(4)通过两个通孔一(3a)缠绕在固定轴(3)的外侧，所述线圈(4)与蓄电池(1c)电连接。
4.根据权利要求3所述的一种具有发电功能的水上探测无人机，其特征在于，所述限位装置包括连杆二(3c)、铁芯(5)和滑动杆(6)，所述铁芯(5)通过支架设置在无人机本体(1)的侧壁上，所述铁芯(5)内设有通孔二(5a)，所述滑动杆(6)插设在通孔二(5a)内，所述滑动杆(6)的上端设有限位板(8a)，所述滑动杆(6)的下端设有连接柱(7)，所述连接柱(7)的外侧设有固定板三(7a)，所述固定板三(7a)与连杆二(3c)的一端铰接，所述连杆二(3c)的另一端与固定板二(3d)的一端铰接，所述固定板二(3d)的另一端与固定轴(3)的端部固连，所述滑动杆(6)上套设有复位弹簧(8)，所述复位弹簧(8)的一端与限位板(8a)固连，所述复位弹簧(8)的另一端与铁芯(5)固连，所述铁芯(5)内设有能够利用滑动杆(6)上下滑动进行发电的发电机构二。
5.根据权利要求4所述的一种具有发电功能的水上探测无人机，其特征在于，所述发电机构二包括固定套(6b)，所述滑动杆(6)上设有环形凹槽一(6a)，所述固定套(6b)设在环形凹槽一(6a)内，所述固定套(6b)的外壁与滑动杆(6)的外壁平齐，所述固定套(6b)的侧壁上沿轴向设置有若干个环形凹槽二(6c)，所述环形凹槽二(6c)内设有环形永磁铁(6d),所述通孔二(5a)的内壁上沿轴向设置有若干个环形线槽(5b)，所述环形线槽(5b)内设有线圈绕组(5c)，所述线圈绕组(5c)与蓄电池(1c)电连接。
6.根据权利要求5所述的一种具有发电功能的水上探测无人机，其特征在于，所述浮体(2)的外侧设有凹槽(2d)，所述凹槽(2d)内设有压电陶瓷板(10)，所述压电陶瓷板(10)与蓄电池(1c)电连接。
7.根据权利要求6所述的一种具有发电功能的水上探测无人机，其特征在于，所述安装腔(2a)内设有齿圈(2e)，所述固定轴(3)上固设有发电机(11)，所述发电机(11)的输入轴上固设有齿轮(11a)，所述齿轮(11a)与齿圈(2e)传动连接。
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