CN110834725B - 一种高载重全方位纵轴两旋翼无人直升机的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高载重全方位纵轴两旋翼无人直升机的装置及方法，包括机架，旋翼组件，发动机与喷洒系统，机架包括横轴、动力轴与安装架，安装架焊接在横轴下方，两条动力轴的一端分别左右对称的与横轴活动连接，动力轴另一端与旋翼组件连接，发动机通过动力轴驱动旋翼组件旋转运动，喷洒系统包括第一药箱与第二药箱，第一药箱及第二药箱与安装架可拆卸连接，所述第一药箱与所述第二药箱距离所述横轴中心点的距离是相等的，所述发动机安装在靠近所述第一药箱一侧的所述安装架上。本发明设计双旋翼结构有效提高无人机的载重量，飞行灵活度高，并根据在无人机上设置的药箱确定发动机的位置确保无人机飞行平稳度，具有良好的适应性。

Description

一种高载重全方位纵轴两旋翼无人直升机的装置及方法

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别是涉及一种高载重全方位纵轴两旋翼无人直升机的装置及方法。

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，随着电子技术的发展，无人机的应用领域也越来越广，包括但不限于农保、消费等领域。农保无人机顾名思义是用于农林植物保护作业的无人驾驶飞机，该型无人飞机由飞行平台(固定翼、直升机、多轴飞行器)、导航飞控、喷洒机构三部分组成，通过地面遥控或导航飞控，来实现喷洒作业，可以喷洒药剂、种子、粉剂等。农保无人机通过在其机架上集成喷洒系统，用于对大面积的植物进行作业，节省人力物力。但是现有的农保无人机因为喷洒系统中设置有重量较重的药箱，当无人机起飞后进行喷洒作业时，药箱中的药液不断减少，无人机需要掌握自身重量不断变化时在空中的平衡度。

发明内容

基于此，有必要针对无人机平衡度的情况，提供一种高载重全方位纵轴两旋翼无人直升机的装置及方法，设计双旋翼结构有效提高无人机的载重量，飞行灵活度高，并根据在无人机上设置的药箱确定发动机的位置确保无人机飞行平稳度，具有良好的适应性。

一种高载重全方位纵轴两旋翼无人直升机的装置及方法，包括机架，旋翼组件，发动机与喷洒系统，所述机架包括横轴、动力轴与安装架，所述安装架焊接在所述横轴下方，两条所述动力轴的一端分别左右对称的与所述横轴活动连接，所述动力轴另一端与所述旋翼组件连接，所述发动机通过所述动力轴驱动所述旋翼组件旋转运动，所述喷洒系统包括第一药箱与第二药箱，所述第一药箱及所述第二药箱与所述安装架可拆卸连接，所述第一药箱与所述第二药箱距离所述横轴中心点的距离是相等的，所述发动机安装在靠近所述第一药箱一侧的所述安装架上。

所述喷洒系统还包括24V直流电源，喷洒水泵，12V直流电源和雾化喷洒器，所述的24V直流电源设置在安装架上；所述的喷洒水泵采用2个，通过抱箍安装在安装架上，通过导线与飞控系统连接，并分别与第一药箱及第二药箱通过水管连接；所述的12V直流电源设置在安装架的一侧，并与喷洒水泵通过导线连接；所述的第一药箱及第二药箱设置为矩形状，容积设置为150-180L，通过束带固定在安装架上，所述雾化喷洒器包括固定扣，连杆，喷药管，快速接头，风车叶片和雾化杯，所述的固定扣扣接在机架上，并通过螺栓固定；所述的连杆设置为L状，焊接在固定扣的下方；所述的喷药管贯穿连杆的底部，并与快速接头配合连接；所述的快速接头通过软管与喷洒水泵连接；所述的风车叶片通过轴承与喷药管旋转连接；所述的雾化杯采用孔径为0.5mm网格杯状，嵌装在风车叶片的一侧。

所述飞控系统由所述24V直流电源供电，所述飞控系统包括总控电脑、信号接收装置与信号发射装置，所述总控电脑与所述信号接收装置及所述信号发射装置电连接，所述信号接收装置用以接收地面装置无线发送的第一控制信号，所述信号发射装置用以发射所述总控电脑的第二控制信号给到所述地面装置。

所述地面装置是运输作业车，所述运输作业车包括有供无人直升机起降用的平台、遥控装置与基准站，所述遥控装置通过所述基准站与所述飞控系统无线通信。

所述信号接收装置是RTK天线。

所述飞控系统还包括有用于避障感知的超声波传感器与红外传感器，所述超声波传感器及所述红外传感器分别与所述总控电脑电连接。

所述飞控系统还包括有摄像头，所述摄像头与所述总控电脑电连接用于标记所述超声波传感器及所述红外传感器感知的障碍物。

所述雾化喷洒器是可换嘴式压力喷头。

还包括有油箱，所述油箱固定在安装架上，所述油箱由透明材料制成的。

所述机架还包括有起落架，所述起落架顶端与所述安装架连接固定，所述起落架底端设置有若干个万向轮与若干个承重轮胎。

本发明的有益之处在于：1、通过在无人直升机机架两端对应设置旋翼组件，提升了无人直升机的的载重量，克服了以往农保无人直升机起飞重量低的问题，并且灵活度高，便于操控；2、在无人直升机上还集成了喷洒系统以及发动机，发动机根据两端喷洒系统药箱重量确定其在机架上的安装位置，确保无人直升机在喷洒作业过程中能维持自身平衡，不会因为两端药箱的重量变换发生倾覆；3、根据无人直升机起降以及通信需求设计带有无人直升机起降平台以及基准站的运输作业车，扩大了无人直升机的作业范围，工作人员可通过基准站加强与其无线通信，避免了无人直升机因为通信信号弱失联的问题。

附图说明

图1为其中一实施例一种高载重全方位纵轴两旋翼无人直升机的装置立体示意图；

图2为一种高载重全方位纵轴两旋翼无人直升机的装置电路模块示意图；

图3为雾化喷洒器结构示意图；

图4为一种一种高载重全方位纵轴两旋翼无人直升机的装置与运输作业车示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1～2所示，一种高载重全方位纵轴两旋翼无人直升机的装置及方法，包括机架1，旋翼组件2，发动机3与喷洒系统4，所述机架1包括横轴11、动力轴12与安装架13，所述安装架13焊接在所述横轴11下方，两条所述动力轴12的一端分别左右对称的与所述横轴11活动连接，所述动力轴12另一端与所述旋翼组件2连接，所述发动机3通过所述动力轴12驱动所述旋翼组件2旋转运动，所述喷洒系统4包括第一药箱41与第二药箱42，所述第一药箱41及所述第二药箱42与所述安装架13可拆卸连接，所述第一药箱41与所述第二药箱42距离所述横轴11中心点的距离是相等的，所述发动机3安装在靠近所述第一药箱41一侧的所述安装架13上。具体的，在本实施例中，发动机3的输出端通过铰链或者转轴齿轮与动力轴12的一端活动连接，进而带动动力轴12另一端的旋翼组件2开始做旋转运动，无人直升机开始升空作业，铰链以及转轴齿轮结构为现有技术，在此不再赘述。进一步的，本技术方案中无人直升机取消了尾翼设置，在横轴11两端对称设置两个旋翼组件2，无人直升机的前后、左右的飞行变化是通过两个旋翼组件2上的螺旋桨差动调整无人直升机的姿态，实现方向控制。进一步的，在无人直升机上还设置有用于对农植物进行作业的喷洒系统4，喷洒系统4包括第一药箱41与第二药箱42，且第一药箱41与第二药箱42是对称设置的，与横轴11的中心点距离相等。在无人直升机的实际喷洒作业中，第一药箱41与第二药箱42中装载的药液重量不一致，为了保证无人直升机升空后的平衡度，发明人将发动机3安装在靠近自身重量较轻的第一药箱41一侧，确保了横轴11两端的重量一致，确保了无人直升机在空中的平衡。其后，喷洒系统4即开始作业，将第一药箱41及第二药箱42中存储的药液喷洒出去，所述第一药箱41及所述第二药箱42的喷洒速度根据无人直升机自身平衡设定，确保第一药箱41及发动机3与第二药箱42能保持平衡即可。

如图1～3所示，所述喷洒系统4还包括24V直流电源43，喷洒水泵44，12V直流电源45和雾化喷洒器46，所述的24V直流电源43设置在安装架13上；所述的喷洒水泵44采用2个，通过抱箍安装在安装架13上，通过导线与飞控系统5连接，并分别与第一药箱41及第二药箱42通过水管连接；所述的12V直流电源45设置在安装架13的一侧，并与喷洒水泵44通过导线连接；所述的第一药箱41及第二药箱42设置为矩形状，容积设置为150-180L，通过束带固定在安装架13上，所述雾化喷洒器46包括固定扣461，连杆462，喷药管463，快速接头464，风车叶片465和雾化杯466，所述的固定扣461扣接在机架1上，并通过螺栓固定；所述的连杆462设置为L状，焊接在固定扣461的下方；所述的喷药管463贯穿连杆462的底部，并与快速接头464配合连接；所述的快速接头464通过软管与喷洒水泵44连接；所述的风车叶片465通过轴承与喷药管463旋转连接；所述的雾化杯466采用孔径为0.5mm网格杯状，嵌装在风车叶片的一侧。具体在本实施例中，喷洒水泵44采用带流量控制的电泵，吸程为3米-5米，流量为16升/分钟，喷洒水泵44由飞控系统5进行控制，在作业区域上空控制农药喷洒，当离开作业区域时停止喷洒，有效的提高了设备智能化程度，保证喷洒药量均匀，防止药液的浪费。本发明通过设置雾化喷洒器46，喷洒水泵44通过软管将第一药箱41及第二药箱42内的药液输送至雾化喷洒器46中，通过气流吹动雾化喷洒器46的风车叶片465，带动雾化杯466高速转动，利用离心力将农药液滴从雾化杯466的金属网上0.5mm的细小空洞中甩出，可以精确控制农药液滴大小，使农药液体重复雾化，雾化的液滴在旋翼组件2产生的涡流作用下，均匀地沿翼展方向扩散，使雾化药液按一定螺旋轨迹下降而依附在受用对象的正反面，实行药液喷洒，当无人机以5-10米高度飞越作物上空时，翼展下方的涡流会翻动农作物的叶面，使农药液滴充分沾附在作物全部表面。

如图1～2所示，还包括有飞控系统5，所述飞控系统5由所述24V直流电源46供电，所述飞控系统5包括总控电脑51、信号接收装置52与信号发射装置53，所述总控电脑51与所述信号接收装置52及所述信号发射装置53电连接，所述信号接收装置52用以接收地面装置6无线发送的第一控制信号，所述信号发射装置53用以发射所述总控电脑51的第二控制信号给到所述地面装置6。具体的，在本实施例中，所述信号接收装置52是RTK天线，RTK天线采用的是基于GPS载波相位观测值进行实时动态相对定位的导航天线，并且采用了双天线架构，使得无人直升机的导航精度更高，并且RTK天线支持全频段卫星信号，避免了无人直升机升空飞至偏僻地带，卫星信号减弱的问题。

如图1～4所示，所述地面装置6是运输作业车，所述运输作业车6包括有供无人直升机起降用的平台61、遥控装置62与基准站63，所述遥控装置62通过所述基准站63与所述飞控系统5无线通信。具体的，在本实施中，无人直升机进行喷洒作业时还包括有运输作业车6，使用运输作业车6可以将无人直升机运输至与作业地点相邻的地区，然后无人直升机即可从运输作业车6的平台61上起飞，开始作业，通过运输作业车运输的方式，无需满载的无人直升机自主飞行至对应的作业区域，降低了无人直升机上的能量损耗，进而提高无人直升机在对应区域的作业时间和作业范围，提高了无人直升机的工作效率。另外，需要说明的是，在运输作业车6上还集成有供工作人员遥控无人直升机的遥控装置62与基准站63，遥控装置62上设置有屏幕，方便工作人员观看从无人直升机上回传的作业画面。当无人直升机飞出作业区域或出现其他故障时，及时人工干预，防止无人直升机坠毁。在运输作业车6还设置有用于加强遥控装置62与飞控系统5无线通信的基准站63，基准站63设置在运输作业车6外，降低对运输作业车6内的电子元器件的电磁干扰。基准站63外设置有防水防晒的塑胶壳体，在塑胶壳体内还设置有金属屏蔽层，提高基准站63对2.4G频段的抗干扰性，使得无人直升机在城市等电磁干扰严重的区域，也能与基准站63正常通信。

如图1～2所示，所述飞控系统5还包括有用于避障感知的超声波传感器54与红外传感器55，所述超声波传感器54及所述红外传感器55分别与所述总控电脑51电连接。具体的，在本实施例中，在无人直升机的机架1上还设置有若干超声波传感器54与红外传感器55，使用超声波传感器54与红外传感器55配合对飞行过程中的障碍物进行感知，避免发生碰撞。其中，红外传感器55的环境适应性好，在亮度较低的环境下也能进行红外辐射探测，使得无人直升机不受亮度环境的影响，在白天与夜晚都能作业，大大提高了无人直升机的工作效率。

如图1～2所示，所述飞控系统5还包括有摄像头56，所述摄像头56与所述总控电脑51电连接用于标记所述超声波传感器54及所述红外传感器55感知的障碍物。具体的，在机架1上还设置有摄像头56，摄像头56与总控电脑51电连接，并且在当超声波传感器54与红外传感器55感知到障碍物后，摄像头51接收从总控电脑51传输的数据信息，对感知的障碍物进行标记。并且，无人直升机在进行初次飞行作业时，摄像头56即可对其飞行轨迹路线进行拍摄，总控电脑51将接收的拍摄图案制成航线模板，无人直升机后续作业时即可根据制成的航线模板进行规范化作业，提高了无人直升机的智能化作业能力以及适应能力。

如图1所示，还包括有油箱7，所述油箱7固定在安装架13上，所述油箱7由透明材料制成的。具体的，发动机3是汽油发动机，通过油箱7给发动机3供能，透明材料制成的油箱方便使用者观察油箱7内剩余油量，判断是否需要加油。此外，还可在油箱7内设置液位传感器，用于感应油箱7内油量，并将该信息发送给总控电脑51，然后通过总控电脑51提醒用户加油。

如图1所示，大所述机架1还包括有起落架14，所述起落架14顶端与所述安装架13连接固定，所述起落架14底端设置有若干个万向轮141与若干个承重轮胎142。具体的，具体的，在机架1上设置起落架14，万向轮141与承重轮胎142通过缓冲结构与起落架14连接，缓冲结构具体是悬挂系统，避免无人直升机降落时与地面或者其他装置硬接触，导致机架1内部内部发生应力性损伤，悬架系统属于现有技术，在此不再赘述。另外，无人直升机通过两个万向轮141以及四个可拆卸的承重轮胎142配合，在地面或其它装置上转弯，滑行等位移操作，方便工作人员对无人直升机进行运输、存储。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种高载重全方位纵轴两旋翼无人直升机的装置及方法，其特征在于：包括机架，旋翼组件，发动机与喷洒系统，所述机架包括横轴、动力轴与安装架，所述安装架焊接在所述横轴下方，两条所述动力轴的一端分别左右对称的与所述横轴活动连接，所述动力轴另一端与所述旋翼组件连接，所述发动机通过所述动力轴驱动所述旋翼组件旋转运动，所述喷洒系统包括第一药箱与第二药箱，所述第一药箱及所述第二药箱与所述安装架可拆卸连接，所述第一药箱与所述第二药箱距离所述横轴中心点的距离是相等的，所述发动机安装在靠近所述第一药箱一侧的所述安装架上；所述第一药箱及所述第二药箱的喷洒速度根据无人直升机自身平衡设定；

所述喷洒系统还包括24V直流电源，喷洒水泵，12V直流电源和雾化喷洒器，所述的24V直流电源设置在安装架上；所述的喷洒水泵采用2个，通过抱箍安装在安装架上，通过导线与飞控系统连接，并分别与第一药箱及第二药箱通过水管连接；所述的12V直流电源设置在安装架的一侧，并与喷洒水泵通过导线连接；所述的第一药箱及第二药箱设置为矩形状，容积设置为150-180L，通过束带固定在安装架上，所述雾化喷洒器包括固定扣，连杆，喷药管，快速接头，风车叶片和雾化杯，所述的固定扣扣接在机架上，并通过螺栓固定；所述的连杆设置为L状，焊接在固定扣的下方；所述的喷药管贯穿连杆的底部，并与快速接头配合连接；所述的快速接头通过软管与喷洒水泵连接；所述的风车叶片通过轴承与喷药管旋转连接；所述的雾化杯采用孔径为0.5mm网格杯状，嵌装在风车叶片的一侧；

所述飞控系统包括总控电脑、信号接收装置与信号发射装置；

地面装置是运输作业车，所述运输作业车包括有供无人直升机起降用的平台、遥控装置与基准站，所述遥控装置通过所述基准站与所述飞控系统无线通信；

所述信号接收装置是RTK天线；

所述飞控系统还包括有用于避障感知的超声波传感器与红外传感器，所述超声波传感器及所述红外传感器分别与所述总控电脑电连接；

所述飞控系统还包括有摄像头，所述摄像头与所述总控电脑电连接用于标记所述超声波传感器及所述红外传感器感知的障碍物。

2.如权利要求1所述的一种高载重全方位纵轴两旋翼无人直升机的装置及方法，其特征在于：所述飞控系统由所述24V直流电源供电，所述总控电脑与所述信号接收装置及所述信号发射装置电连接，所述信号接收装置用以接收地面装置无线发送的第一控制信号，所述信号发射装置用以发射所述总控电脑的第二控制信号给到所述地面装置。

3.如权利要求1所述的一种高载重全方位纵轴两旋翼无人直升机的装置及方法，其特征在于：所述雾化喷洒器是可换嘴式压力喷头。

4.如权利要求1所述的一种高载重全方位纵轴两旋翼无人直升机的装置及方法，其特征在于：还包括有油箱，所述油箱固定在安装架上，所述油箱由透明材料制成的。

5.如权利要求1所述的一种高载重全方位纵轴两旋翼无人直升机的装置及方法，其特征在于：所述机架还包括有起落架，所述起落架顶端与所述安装架连接固定，所述起落架底端设置有若干个万向轮与若干个承重轮胎。