CN109131915B - 一种具有风向识别功能的抗风无人机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无人机技术领域，为具有风向识别功能的抗风无人机，包括机舱、机臂、旋翼装置、旋翼换向装置、风向仪装置、控制系统和机臂换向装置，旋翼换向装置安装在机臂上，机臂换向装置置于机舱内部；风向仪装置设有用于接受不同方向风力的感风薄片，感风薄片通过弹性检测组件与一固定柱及所述控制系统连接；感风薄片在被风推压后压缩所述弹性检测组件，由弹性检测组件采集相应的风向信息并传输给控制系统；控制系统根据风向信息通过旋翼换向装置使旋翼装置发生倾转，同时通过机臂换向装置驱动机臂发生水平旋转。本发明通过风向仪装置能够判断出大致的风向，通过控制系统控制无人机倾转和水平旋转。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种具有风向识别功能的抗风无人机。
背景技术
无人机是新时代的产物，随着无人机技术的不断革新，无人机被广泛应用于军事、物流、影视、勘查等领域。然而，目前在各种应用中普通的无人机常常因为大风等恶劣天气机翼受力不平衡而坠落，甚至损坏。现有的一些抗风无人机仅仅关注于如何去抗风，较少涉及对大风风向的测定，导致虽然能够抗风，但是抗风的针对性和效率还不够高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有风向识别功能的抗风无人机，以解决现有技术的普通无人机不能抗风，一些无人机能抗风却不能测定风向，导致抗风针对性和效率不高的问题。
本发明采用如下技术方案来实现：一种具有风向识别功能的抗风无人机，包括机舱、机臂、旋翼装置、旋翼换向装置、风向仪装置、控制系统和机臂换向装置，旋翼换向装置安装在机臂上，旋翼装置安装在旋翼换向装置的末端驱动上，机臂与机臂换向装置连接，机臂换向装置置于机舱内部；
风向仪装置设有用于接受不同方向风力的感风薄片，感风薄片通过弹性检测组件与一固定柱及所述控制系统连接；感风薄片在被风推压后压缩所述弹性检测组件，由弹性检测组件采集相应的风向信息并传输给控制系统；控制系统根据风向信息通过旋翼换向装置使旋翼装置发生倾转，同时通过机臂换向装置驱动机臂发生水平旋转。
优选地，所述弹性检测组件包括弹簧和按钮，感风薄片设有多块并位于风向仪装置的外侧，固定柱位于多块感风薄片的包围圈内；感风薄片与弹簧相连，弹簧的另一端连接着按钮，按钮固定在固定柱上，按钮经开关电路与控制系统相连；感风薄片在被风推压后压缩弹簧，将按钮往下按压，按钮受按压后接通开关电路，采集相应的风向信息并传输给控制系统。
优选地，感风薄片设有四块，分别位于风向仪装置的左、右、前、后外侧。
优选地，所述旋翼换向装置包括固定板、钢珠、连接件、承接件及舵机一，其中舵机一的末端设有半圆弧轨道型的连接件，连接件下面设有半径比连接件大的半圆弧轨道型的承接件，承接件与连接件之间设有若干个表面圆滑的钢珠。
本发明具有风向识别功能的抗风无人机的工作原理为：旋翼装置通过连接件安装在旋翼换向装置舵机一的末端驱动上，旋翼换向装置能够驱动旋翼装置发生倾转，旋翼装置中的电机带动倾转的旋翼转动，旋翼转动产生的合力可以分解为水平和竖直两个方向的分力，其中竖直方向的分力与无人机的重力相抵消使无人机竖直方向受力平衡，水平方向的分力与风力相抵消，使水平方向受力平衡。当控制系统接收到风向仪装置传来的不同的风向信息时，控制系统将指挥旋翼换向装置中的舵机一沿不同的转动顺序转动不同的角度，使旋翼装置发生不同的倾转，最终旋翼产生与水平方向夹角不同的合力。同时，位于机舱内部的机臂换向装置的舵机二能够驱动两组机臂发生水平旋转，旋转不同的角度，以使无人机能够抵御不同风向大风的袭击。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
1.风向仪装置最外侧为四块轻质感风薄片，感风薄片离所述机舱的上表面有一定的距离，感风薄片的面积大小合适，能够接触足够多的风，且不至于阻碍无人机的正常飞行，各感风薄片分别与一根轻质弹簧相连，弹簧的另一端连接着一只按钮，按钮通过导线经过常见开关电路和控制系统相连，弹簧能起到使感风薄片复位的作用，这样，风向仪就能同时起到测出“前、后、左、右、左前、右前、左后、右后”八个大致的风向和将风向信息传输到控制系统的作用。
2.旋翼换向装置中的舵机一的末端设有半圆弧轨道型的连接件，连接件下面设有半径比连接件大的半圆弧轨道型的承接件，承接件与连接件之间设有若干个表面圆滑的钢珠，钢珠起到承载连接件、减少连接件和承接件之间摩擦力的作用，承接件起到承受旋翼装置的重力的作用，因而旋翼换向装置能够达到使旋翼装置流畅换向的效果。
3.机臂的横截面形状如同田径场状，由两段半圆弧和两条线段连接而成，因而整个机臂的表面为有弧度的曲面，起到减少对风的阻碍的作用。机臂的厚度从靠近机舱一端到远离机舱一端逐渐减小，使得无人机重量集中于机舱的中心，使无人机具有更好的稳定性。
4.机臂换向装置能够驱动两组机臂发生水平旋转，旋转不同的角度，以使无人机能够抵御不同风向大风的袭击。
附图说明
附图的作用是对本发明作进一步阐明，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明具有风向识别功能的抗风无人机的结构示意图；
图2为本发明具有风向识别功能的抗风无人机的机臂、旋翼装置和旋翼换向装置的位置及连接结构示意图；
图3为本发明具有风向识别功能的抗风无人机的风向仪装置结构示意图；
图4为本发明具有风向识别功能的抗风无人机机舱内部机臂换向装置与机臂的连接结构示意图。
其中：1-机舱，2-机臂，3-旋翼装置，31-旋翼，32-电机，4-旋翼换向装置，41-固定板，42-钢珠，43-连接件，44-承接件，45-旋翼换向装置的末端驱动，46-舵机一，47-舵机安装座，5-风向仪装置，51-感风薄片，52-弹簧，53-固定柱，54-按钮，6-起落架装置，7-机臂换向装置，71-舵机二，72-传动齿轮，73-转盘，74-连接杠。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，下面结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1-4所示，本实施例一种具有风向识别功能的抗风无人机包括机舱1、机臂2、旋翼装置3、旋翼换向装置4、风向仪装置5、起落架装置6、机臂换向装置7及控制系统。旋翼换向装置4安装在机臂2上，机臂2与机臂换向装置7连接，机臂换向装置7置于机舱1的内部，旋翼装置3安装在旋翼换向装置的末端驱动45上，风向仪装置5固定在机舱1正上方，控制系统置于机舱1内部，起落架装置6连接在机舱1下方；对称的两条机臂2通过连接杠74连接在一起，两条机臂2均可水平转动一定的角度。旋翼装置3包括旋翼31和电机32。
机臂2的横截面形状如同田径场状，由两段半圆弧和两条线段连接而成，因而整个机臂的表面为有弧度的曲面，如图4所示，减少对风的阻碍作用。机臂2的厚度从靠近机舱1的一端到远离机舱1的一端逐渐减小，使得无人机重量集中于机舱1中心。
旋翼换向装置4包括固定板41、钢珠42、连接件43、承接件44、旋翼换向装置的末端驱动45、舵机一46及舵机安装座47，其中舵机一46的末端设有半圆弧轨道型的连接件43，连接件下面设有半径比连接件大的半圆弧轨道型的承接件44，承接件与连接件之间设有若干个表面圆滑的钢珠42，保证承接件承受大部分旋翼装置的重力，并且舵机一能够流畅驱动连接件，从而带动旋翼装置发生倾转。
风向仪装置5的左、右、前、后外侧为四块轻质感风薄片51，四块感风薄片分别通过弹性检测组件连接至固定柱及控制系统，固定柱位于四块感风薄片的包围圈内。感风薄片51离所述机舱1的上表面有一定的距离，感风薄片51的面积大小合适，能够接触足够多的风，且不至于阻碍无人机的正常飞行。本实施例中，弹性检测组件采用弹簧和按钮实现。感风薄片51与一根轻质弹簧52相连，弹簧52的另一端连接着按钮54；按钮固定在固定柱53上，按钮54通过导线经过常见的开关电路与控制系统相连。感风薄片51在被风推压后压缩弹簧，从而将按钮54往下按压，按钮受按压后接通开关电路，采集相应的风向信息并传输给控制系统。弹簧在被风推压后，能够恢复到原始位置。
机舱1内部的机臂换向装置7包括两个大马力舵机二71、传动齿轮72、转盘73和连接杠74。两个大马力舵机二固定于机舱内壁，两个大马力舵机二的末端与传动齿轮咬合，通过转盘73和连接杠74与对称的两组机臂2连接，两组机臂均能在大马力舵机二的驱动下水平转动若干度的角度。
当大风从无人机前进方向的相反方向吹向无人机时，相应的感风薄片(如风向仪装置上后方的感风薄片)受到风的推力，向固定柱一侧靠近，与该感风薄片相连的弹簧受到感风薄片的压力而压缩，与该弹簧另一端相连的按钮受到弹簧的压力而触发，与该按钮连接的管脚电平发生改变，这样风向仪装置就获得了风向为无人机前进方向的相反方向的风向信息；控制系统将指挥旋翼换向装置中的舵机一转动一个角度，使旋翼装置发生倾转，同时，通过位于机舱内部的机臂换向装置的舵机二驱动两组机臂发生水平旋转，旋转一个角度，以使无人机能够抵御该风向大风的袭击。
当大风从无人机前进方向的右后方向吹向无人机时，相应的感风薄片(如风向仪装置上右方和后方的感风薄片)均受到风的推力，均向固定柱一侧靠近，与该右方和后方感风薄片分别相连的右方和后方弹簧受到感风薄片的压力而压缩，与右方和后方弹簧另一端相连的右方和后方按钮受到弹簧的压力而触发，与该两个按钮连接的管脚电平均发生改变，这样风向仪装置就获得了风向为无人机前进方向的右后方向的风向信息；控制系统将指挥旋翼换向装置中的舵机一转动另一个角度，使旋翼装置发生倾转，同时，通过位于机舱内部的机臂换向装置的舵机二驱动两组机臂发生水平旋转，旋转另一个角度，以使无人机能够抵御该风向大风的袭击。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (3)
1.一种具有风向识别功能的抗风无人机，其特征在于，包括机舱、机臂、旋翼装置、旋翼换向装置、风向仪装置、控制系统和机臂换向装置，旋翼换向装置安装在机臂上，旋翼装置安装在旋翼换向装置的末端驱动上，机臂与机臂换向装置连接，机臂换向装置置于机舱内部；
风向仪装置设有用于接受不同方向风力的感风薄片，感风薄片通过弹性检测组件与一固定柱及所述控制系统连接；感风薄片在被风推压后压缩所述弹性检测组件，由弹性检测组件采集相应的风向信息并传输给控制系统；控制系统根据风向信息通过旋翼换向装置使旋翼装置发生倾转，同时通过机臂换向装置驱动机臂发生水平旋转；
所述弹性检测组件包括弹簧和按钮，感风薄片设有多块并位于风向仪装置的外侧，固定柱位于多块感风薄片的包围圈内；感风薄片与弹簧相连，弹簧的另一端连接着按钮，按钮固定在固定柱上，按钮经开关电路与控制系统相连；感风薄片在被风推压后压缩弹簧，将按钮往下按压，按钮受按压后接通开关电路，采集相应的风向信息并传输给控制系统；
感风薄片设有四块，分别位于风向仪装置的左、右、前、后外侧；
所述风向仪装置固定在所述机舱正上方，所述控制系统置于所述机舱内部；
所述旋翼换向装置包括固定板、钢珠、连接件、承接件及舵机一，其中舵机一的末端设有半圆弧轨道型的连接件，连接件下面设有半径比连接件大的半圆弧轨道型的承接件，承接件与连接件之间设有若干个表面圆滑的钢珠。
2.根据权利要求1所述的具有风向识别功能的抗风无人机，其特征在于，所述机臂设有对称的两组；所述机臂换向装置包括传动齿轮、转盘、连接杠和两个舵机二，两个舵机二固定于机舱内壁且末端与传动齿轮咬合，并通过转盘和连接杠与对称的两组机臂连接。
3.根据权利要求1所述的具有风向识别功能的抗风无人机，其特征在于，所述抗风无人机还包括连接在机舱下方的起落架装置。
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