CN110217400A - 一种室内防碰撞工业巡检无人机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种室内防碰撞工业巡检无人机，包括无人机本体（7）以及位于该本体外部的保护罩（2），所述保护罩（2）由一个圆柱体以及位于该圆柱体两端的上弧形球体和下弧形球体组成，保护罩（2）用来减轻无人机与外界发生碰撞时对无人机的冲击力；无人机本体（7）的飞行由地面站控制。本发明的无人机可以在复杂室内环境下飞行，携带可见光/红外线等设备，进行拍照和录像，代替传统人员实现了无人机巡检，从而降低了复杂环境下人工巡检的安全风险，提高了工作效率，减低了巡检成本。
Description
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，具体而言，涉及一种室内防碰撞工业巡检无人机。
背景技术
无人机技术是当前各国技术研究的热点。相对于其他类型无人机，多旋翼无人机具有体积小、重量轻、控制灵活方便、可垂直起降、可空中悬停等特点，军事领域和民用工业领域都能够得到非常广泛的应用,如多旋翼无人机在电力巡线、石油管道巡检等领域。但这些应用主要是在室外应用，室内应用较少，特别是室内复杂的工业应用环境，如大型电站锅炉内部的全金属环境，核电站内部的辐射环境，大型化工厂存储罐的腐蚀环境，这些环境对巡检人员极为恶劣，很容易造成人身伤亡事故，而且巡检效率低，费用高，周期长。用无人机替代人员来对这些室内工业应用环境的巡检是一个有效的替代方案。
目前，无人机室内巡检最大的技术难题就是室内GPS信号较弱或者信号完全屏蔽了，无人机无法读取当前位置信息，只能依靠作业人员手动操作；而手动操作对作业人员要求较高，稍有偏差无人机就可能与室内物体发生碰撞，无人机高速旋转的桨叶就会碰撞到物体，对物体和无人机本身都会造成损害。因此，研究开发一套针对无人机室内飞行的技术解决方案，在工业应用中十分有必要。
例如授权公告号为CN 205469853 U的中国实用新型专利，其公开了一种自平衡防撞飞行器，包括内飞行器、防护罩以及多轴平衡装置，所述内飞行器通过所述多轴平衡装置设置在所述防护罩内；所述多轴平衡装置包括一平衡轴以及一平衡环，所述平衡轴的两端分别通过第一铰接组件铰接到所述平衡环上使所述平衡环可以相对于所述平衡轴在第一旋转轴旋转，所述平衡环通过第二铰接组件铰接到所述防护罩上使所述平衡环可以相对于所述防护罩在第二旋转轴旋转，所述第一旋转轴与所述第二旋转轴正交；所述内飞行器设置在所述平衡轴的中心位置，所述内飞行器的重心设置于所述平衡轴的中心点下方并与垂直旋转轴重合，所述垂直旋转轴与所述第一旋转轴、第二旋转轴正交。该自平衡防撞飞行器稳定性好。但该飞行器主要用于儿童玩具，其飞行时间较短，载荷较轻。
又例如授权公告号为CN 206552257 U的中国实用新型专利，其公开了一种防摔全自动傻瓜无人机，包括无人机机身，无人机骨架设于无人机机身上，电气系统和动力装置均设于无人机骨架上，若干缓冲机构分别设于无人机机身上，电气系统连接动力装置，电气系统通过通信连接遥控装置，支脚架分别设于无人机机身下。通过GPS定位采集器把指定点的定位数据发送给本无人机，或本无人机自己到指定点做位置采集，处理器通过这些位置采集点计算出立体轨迹或航线，实现无人机全自动傻瓜飞行。但这款无人机是用于室外的，主要防止无人机在100米以内低空飞行时摔下对无人机的损坏，无人机的结构设计能吸收大部分势能和动能，从而把损失减少到最小。
现有技术大致可分为以下三类：
（1）针对室内GPS信号弱的情况，开发出室内定位技术，如基站定位、WIFI定位、蓝牙定位及射频定位等技术，但这些技术需要在室内安装相关设备，安装复杂，需要测试调试，工作繁琐，成本较高。违背了用无人机进行巡检，简单、经济、高效的出发点。
（2）采用各种避障技术，不让无人机与障碍物接触。通过避障技术，无人机及时地避开飞行路径中的障碍物，减少因为操作失误而带来的各项损失。但该项技术只能应用在室内较为简单的物理结构。在复杂的物理环境下，如工厂内错综复杂的管道，无人机避障技术容易出现误判，从而造成碰撞。
（3）在无人机外部加装保护罩，如前文中所描述的“ 一种防摔全自动傻瓜无人机”和“一种自平衡防撞飞行器”等专利。这些专利通过对无人机结构设计，能减轻无人机与外界碰撞时对无人机的冲击力。但这些专利仅仅针对消费级或玩具级无人机，不能应用与工业级应用，同时仅仅在外部结构上进行优化，缺乏一整套的技术解决方案。工业级应用对无人机的尺寸、载荷、续航时间等都有区别于民用无人机的技术指标。
发明内容
为了解决现有技术中使用成本高的问题，本发明提供了一种室内防碰撞工业巡检无人机，可以在复杂室内环境下飞行，携带可见光/红外线等设备，进行拍照和录像，代替传统人员实现了无人机巡检，从而降低了复杂环境下人工巡检的安全风险，提高了工作效率，减低了巡检成本。
本发明的室内防碰撞工业巡检无人机解决了无人机室内在没有GPS情况下，无人机可能碰撞室内物件，无人机和物件损坏的问题；无人机在室内复杂环境下，进行工业级巡检，替代传统人工日常巡检，无人机续航时间，无人机尺寸、信号传输满足复杂环境下工业巡检的要求。
一种室内防碰撞工业巡检无人机，包括无人机本体以及位于该本体外部的保护罩，所述保护罩由一个圆柱体以及位于该圆柱体两端的上弧形球体和下弧形球体组成，保护罩用来减轻无人机与外界发生碰撞时对无人机的冲击力；无人机本体的飞行由地面站控制。本发明的无人机可以在复杂室内环境下飞行，携带可见光/红外线等设备，进行拍照和录像，代替传统人员实现了无人机巡检，从而降低了复杂环境下人工巡检的安全风险，提高了工作效率，减低了巡检成本；通过上述的设计保证了无人机以较轻总体重量，较小的尺寸，较长的巡航时间，稳定的信号通道开展室内复杂环境下的巡检作业；保护罩2重量较轻，提高了无人机载荷重量和飞行灵敏性，同时实现对无人机的保护，防止碰撞、摔机等事故发生对无人机的损坏。
优选的是，所述上弧形球体包括连接杆和顶部连接件；所述下弧形球体包括连接杆和底部连接件。
在上述任一方案中优选的是，所述顶部连接件为一个圆形平面；底部连接件为一个直径大于顶部连接件圆形直径的圆形平面。
顶部连接件是一个圆形平面，确保无人机在顶部发生碰撞时，与外界接触的是“面”接触，减小冲击力对无人机的影响；底部“弧形球体”由碳纤维杆和底部连接件组成。不同于顶部连接件，底部连接件是一个较大的圆形平面，主要是为无人机起飞和降落时提供支撑。
在上述任一方案中优选的是，所述连接杆、顶部连接件和底部连接件均选用碳纤维材料，使得保护罩重量最小。
在上述任一方案中优选的是，所述连接杆为半开式矩形结构件，其一端与顶部连接件连接，另一端与底部连接件连接，中间部位与保护圈固定连接。
在上述任一方案中优选的是，所述底部连接件上均匀分布4个连接板，该连接板上开有圆孔；该连接板选用碳纤维材料。
在上述任一方案中优选的是，所述圆柱体包括连接杆、保护圈和缓冲垫。圆柱体的设计确保无人机与外界发生水平碰撞时，无人机受力面是“圆柱体”的一条线，从而降低冲击力影响。
在上述任一方案中优选的是，所述缓冲垫粘贴在保护圈的外部，进一步减轻冲击力，从而将无人机与外界碰撞时的受力降为最小。
在上述任一方案中优选的是，所述保护圈包括上部保护圈和下部保护圈。
在上述任一方案中优选的是，所述上部保护圈和下部保护圈选用碳纤维材料。
在上述任一方案中优选的是，所述无人机本体包括电机、电调、机架、飞行控制系统和传感器。
在上述任一方案中优选的是，所述传感器包括陀螺仪、加速度传感器、气压计、超声波传感器和光流传感器。
在上述任一方案中优选的是，所述无人机本体的外部设有探照灯、数据采集器和数字图传发射器。无人机搭载数据采集器（可见光相机或红外线相机）用于对被检测物体进行拍照或录像，具体搭载哪种采集器可根据巡检工作的需要进行选择。
数据采集器和数字图传发射器被设计尺寸足够小，重量足够轻，以增强无人机续航时间。数据采集器和数字图传发射器的电源来自无人机本体的电源。数字图传发射器和数字图传接收器建立了一条稳定的图像传输通道，通道采用5.8G频段的数字传输。5.8G频段抗干扰能力强，信号传输稳定。
在上述任一方案中优选的是，所述探照灯选用LED灯，为数据采集器提供照明。
在上述任一方案中优选的是，所述地面站包括数字图传接收器、显示屏和遥控器。数字图传接收器接受无人机采集过来的实时图像，并通过显示屏实时显示。显示屏能储存图像画面。作业人员通过遥控器实时操纵无人机。
在上述任一方案中优选的是，所述保护罩的重心与无人机本体的重心在同一条垂直线上。
在上述任一方案中优选的是，所述保护罩的外部包裹有碳纤维板，阻拦外界杂物对无人机本体产生干扰。
附图说明
图1为按照本发明的室内防碰撞工业巡检无人机的一优选实施例的结构示意图。
图2为按照本发明的室内防碰撞工业巡检无人机的图1所示优选实施例的立体图。
图3为按照本发明的室内防碰撞工业巡检无人机的图1所示优选实施例无人机本体的结构示意图。
图4为按照本发明的室内防碰撞工业巡检无人机的图3所示优选实施例的立体图。
图5为按照本发明的室内防碰撞工业巡检无人机的图1所示优选实施例中保护罩的结构示意图。
附图标号说明：
碳纤维杆1，保护罩2，缓冲垫3，顶部连接件4，碳纤维板5，底部连接件6，无人机本体7，探照灯8，数据采集器9，数字图传发射器10，数字图传接收器11，显示屏12，遥控器13，连接板22，上部保护圈23，下部保护圈24。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的室内防碰撞工业巡检无人机的具体实施方式作进一步的说明。
如图1-图2所示，按照本发明的室内防碰撞工业巡检无人机的一优选实施例的结构示意图。
一种室内防碰撞工业巡检无人机，包括无人机本体7以及位于该本体外部的保护罩2，所述保护罩2由一个圆柱体以及位于该圆柱体两端的上弧形球体和下弧形球体组成，保护罩2用来减轻无人机与外界发生碰撞时对无人机的冲击力；无人机本体7的飞行由地面站控制。本发明的无人机可以在复杂室内环境下飞行，携带可见光/红外线等设备，进行拍照和录像，代替传统人员实现了无人机巡检，从而降低了复杂环境下人工巡检的安全风险，提高了工作效率，减低了巡检成本；通过上述的设计保证了无人机以较轻总体重量，较小的尺寸，较长的巡航时间，稳定的信号通道开展室内复杂环境下的巡检作业；保护罩2重量较轻，提高了无人机载荷重量和飞行灵敏性，同时实现对无人机的保护，防止碰撞、摔机等事故发生对无人机的损坏。
在本实施例中，所述上弧形球体包括连接杆1和顶部连接件4；所述下弧形球体包括连接杆1和底部连接件6。
在本实施例中，所述顶部连接件4为一个圆形平面；底部连接件6为一个直径大于顶部连接件4圆形直径的圆形平面，为无人机起飞、降落时，提供一个稳定的支撑面。
顶部连接件4是一个圆形平面，确保无人机在顶部发生碰撞时，与外界接触的是“面”接触，减小冲击力对无人机的影响；底部“弧形球体”由碳纤维杆1和底部连接件6组成。不同于顶部连接件4，底部连接件6是一个较大的圆形平面，主要是为无人机起飞和降落时提供支撑。
在本实施例中，所述连接杆1、顶部连接件4和底部连接件6均选用碳纤维材料。
在本实施例中，所述连接杆1为半开式矩形结构件，其一端与顶部连接件4连接，另一端与底部连接件6连接，中间部位与保护圈固定连接。从上向下看保护罩2的连接杆1呈“米”字型结构件，使保护罩整体更加稳固，抗撞击性更强。
在本实施例中，所述底部连接件6上均匀分布4个连接板22（如图5所示），该连接板22上开有圆孔；该连接板选用碳纤维材料。连接板22上的圆孔与无人机机架的电机底部连接，使得保护罩2和无人机连接成一个整体。本发明中连接板22有4个，连接固定四旋翼无人机。
在本实施例中，所述圆柱体包括连接杆1、保护圈和缓冲垫3。圆柱体的设计确保无人机与外界发生水平碰撞时，无人机受力面是“圆柱体”的一条线，从而降低冲击力影响。
设计成圆柱体的主要原因是能保证无人机在水平面的前、后、左、右方向发生碰撞时，与外界接触的是圆柱体的“切线”而不是“点”，能有效减轻了碰撞冲击力对无人机影响。
在本实施例中，所述缓冲垫3粘贴在保护圈的外部，进一步减轻冲击力，从而将无人机与外界碰撞时的受力降为最小。
在本实施例中，所述保护圈包括上部保护圈23和下部保护圈24（如图5所示）。
在本实施例中，所述上部保护圈23和下部保护圈24选用碳纤维材料。
在本实施例中，所述保护罩2的重心与无人机本体的重心在同一条垂直线上，，从而保证了无人机安装保护罩2后，飞行的稳定性。
在本实施例中，所述保护罩2的外部包裹有碳纤维板5，阻拦外界杂物对无人机本体7产生干扰。
本发明的无人机中保护罩从几何结构上和材料上进行冲击力缓冲处理，最大程度上降低了发生碰撞时，外界冲击力对无人机的影响，保证了无人机稳定飞行；本发明的保护罩具有空间尺寸小，重量轻，安装简单等特点，能广泛应有于各种类型的多旋翼无人机中。
保护罩2中除了缓冲垫3外，均采用碳纤维材料，使得保护罩重量最小。
在本实施例中，所述无人机本体7包括电机、电调、机架、飞行控制系统和传感器。
在本实施例中，所述传感器包括陀螺仪、加速度传感器、气压计、超声波传感器和光流传感器。
在本实施例中，所述地面站包括数字图传接收器11、显示屏12和遥控器13。数字图传接收器11接受无人机采集过来的实时图像，并通过显示屏12实时显示。显示屏13能储存图像画面。作业人员通过遥控器12实时操纵无人机。
如图3、图4所示，按照本发明的室内防碰撞工业巡检无人机的图1所示优选实施例无人机本体的结构示意图。
在本实施例中，所述无人机本体7的外部设有探照灯8、数据采集器9和数字图传发射器10。无人机搭载数据采集器9（可见光相机或红外线相机）用于对被检测物体进行拍照或录像，具体搭载哪种采集器可根据巡检工作的需要进行选择。
数据采集器9和数字图传发射器10被设计尺寸足够小，重量足够轻，以增强无人机续航时间。数据采集器9和数字图传发射器10的电源来自无人机本体7的电源。数字图传发射器10和数字图传接收器11建立了一条稳定的图像传输通道，通道采用5.8G频段的数字传输。5.8G频段抗干扰能力强，信号传输稳定。
在本实施例中，所述探照灯8选用LED灯，为数据采集器9提供照明。
本领域技术人员不难理解，本发明的室内防碰撞工业巡检无人机包括本说明书中各部分的任意组合。限于篇幅且为了使说明书简明，在此没有将这些组合一一详细介绍，但看过本说明书后，由本说明书构成的各部分的任意组合构成的本发明的范围已经不言自明。
Claims (10)
1.一种室内防碰撞工业巡检无人机，包括无人机本体（7）以及位于该本体外部的保护罩（2），其特征在于：保护罩（2）由一个圆柱体以及位于该圆柱体两端的上弧形球体和下弧形球体组成；无人机本体（7）的飞行由地面站控制。
2.如权利要求1所述的室内防碰撞工业巡检无人机，其特征在于：所述上弧形球体包括连接杆（1）和顶部连接件（4）；所述下弧形球体包括连接杆（1）和底部连接件（6）。
3.如权利要求2所述的室内防碰撞工业巡检无人机，其特征在于：顶部连接件（4）为一个圆形平面；底部连接件（6）为一个直径大于顶部连接件（4）圆形直径的圆形平面。
4.如权利要求3所述的室内防碰撞工业巡检无人机，其特征在于：连接杆（1）、顶部连接件（4）和底部连接件（6）均选用碳纤维材料。
5.如权利要求2所述的室内防碰撞工业巡检无人机，其特征在于：连接杆（1）为半开式矩形结构件，其一端与顶部连接件（4）连接，另一端与底部连接件（6）连接，中间部位与保护圈固定连接。
6.如权利要求2或3所述的室内防碰撞工业巡检无人机，其特征在于：底部连接件（6）上均匀分布4个连接板（22），该连接板上开有圆孔；该连接板选用碳纤维材料。
7.如权利要求1所述的室内防碰撞工业巡检无人机，其特征在于：所述圆柱体包括连接杆（1）、保护圈和缓冲垫（3）。
8.如权利要求7所述的室内防碰撞工业巡检无人机，其特征在于：缓冲垫（3）粘贴在保护圈的外部。
9.如权利要求7所述的室内防碰撞工业巡检无人机，其特征在于：所述保护圈包括上部保护圈（23）和下部保护圈（24）。
10.如权利要求9所述的室内防碰撞工业巡检无人机，其特征在于：上部保护圈（23）和下部保护圈（24）选用碳纤维材料。
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