发明内容
为了解决以上技术问题,本发明提供一种用于无人机飞行器的挂载平台和采样装置,通过挂载平台的设置使得无人机飞行器能够挂载更多类型的装置,并且将机械连接结构和电连接结构相结合,能够简化拆装步骤。
在一个实施例中提供了一种用于无人机飞行器的挂载平台,包括:
多个第一挂钩,所述多个第一挂钩设置于所述无人机飞行器的底部边缘;
快拆板,所述快拆板的边缘具有与所述第一挂钩对应的凸缘,每个凸缘挂设至对应的一个第一挂钩;
第一连接机构,所述第一连接机构设置于所述快拆板的底面中心,所述第一连接机构具有与所述无人机飞行器电连接的第一电触点。
在一个优选实施例中,每个所述凸缘进一步通过减震机构挂设至所述第一挂钩,所述减震机构位于所述凸缘的下方,每个减震机构在垂直于凸缘的方向上具有相对于所述第一挂钩的弹性位移量。
在一个优选实施例中,所述多个第一挂钩关于所述快拆板的中心对称地分布于所述无人机飞行器的底部。
本发明的另一实施例还提供了一种挂设于无人机飞行器底部的采样装置,包括:
如上所述的挂载平台;
壳体,所述壳体的顶面具有固定座,所述固定座与所述第一连接机构可拆卸地连接,所述固定座进一步包括与所述采样装置电连接的第二电触点,所述固定座与所述快拆板连接在一起时,所述第一电触点和第二电触点位置对应并接触,以在所述采样装置和无人机飞行器之间建立电连接。
在一个优选实施例中,所述壳体的顶面进一步包括第二连接机构,所述无人机飞行器的底部边缘进一步包括第二挂钩,所述第二连接机构可拆卸地挂设于所述第二挂钩;
所述固定座和第二连接机构在所述壳体的长度方向上或者宽度方向上分别位于所述采样装置的重心位置的两侧。
在一个优选实施例中,所述第一连接机构为第一燕尾槽滑轨,
所述固定座的顶部具有水平向外延伸的第一斜面凸台,所述第一斜面凸台可伸入并且卡持在所述第一燕尾槽滑轨中、以在竖直方向上限位所述壳体。
在一个优选实施例中,包括:
驱动电机,所述驱动电机设置在所述壳体内,用于驱动卷线轮的双向转动,所述卷线轮的圆周卷绕驱动线;
导向组件,所述壳体的底面具有供所述导向组件穿设的通孔,所述导向组件的顶部与所述驱动线的一端固定连接,底部与位于所述壳体外部的采样机构固定连接,所述导向组件在驱动线的驱动下自所述通孔伸出或进入壳体、以带动所述采样机构沿着竖直方向下降或上升;
切断机构,所述切断机构设置在所述壳体内,并且位于所述驱动电机与导向组件之间,所述切断机构在控制器的控制下切断连接于所述驱动电机与导向组件之间的驱动线,以将所述导向组件和采样机构一起与所述壳体分离。
在一个优选实施例中,所述导向组件包括:
定滑轮,所述定滑轮位于所述壳体内,位于所述采样装置的重心处,所述驱动线自所述卷线轮卷绕至所述定滑轮;
导向块,所述驱动线与所述导向块的顶部连接,所述导向块和所述卷线轮分别位于所述定滑轮的两侧;所述导向块穿设所述通孔;
采样机构快拆板,所述采样机构快拆板固定于所述导向块的底部,所述采样机构快拆板的底面具有第二燕尾槽滑轨;
所述采样机构的顶面具有与所述第二燕尾槽滑轨配合的第二斜面凸台,所述第二斜面凸台可伸入并且卡持在所述第二燕尾槽滑轨中、以在竖直方向上限位所述采样机构。
本发明的另一实施例还提供了一种采样装置,包括:
挂载平台,所述挂载平台包括:设置于所述无人机飞行器的底部边缘的多个第一挂钩、快拆板、和设置于所述快拆板的底面中心的第一连接机构,所述快拆板的边缘具有与所述第一挂钩对应的凸缘,每个凸缘挂设至对应的一个第一挂钩,所述第一连接机构具有与所述无人机飞行器电连接的第一电触点;
壳体,所述壳体的顶面具有固定座,所述固定座与所述连接机构可拆卸地连接,所述固定座进一步包括与所述采样装置电连接的第二电触点,所述固定座与所述快拆板连接在一起时,所述第一电触点和第二电触点位置对应并接触,以在所述采样装置和无人机飞行器之间建立电连接;
驱动电机,所述驱动电机设置在所述壳体内,用于驱动卷线轮的双向转动,所述卷线轮的圆周卷绕驱动线;
导向组件,所述壳体的底面具有供所述导向组件穿设的通孔,所述导向组件的顶部与所述驱动线的一端固定连接,底部与位于所述壳体外部的采样机构固定连接,所述导向组件在驱动线的驱动下自所述通孔伸出或进入壳体、以带动所述采样机构沿着竖直方向下降或上升;
切断机构,所述切断机构设置在所述壳体内,并且位于所述驱动电机与导向组件之间,所述切断机构在控制器的控制下切断连接于所述驱动电机与导向组件之间的驱动线,以将所述导向组件和采样机构一起与所述壳体分离;
图像采集装置,所述图像采集装置固定至所述壳体。
本发明的另一实施例还提供了一种用于无人机飞行器的采样装置的控制方法,如上所述的采样装置;
所述控制方法包括:
所述控制器根据所述无人机飞行器的电池余量信号自动控制所述切断机构,所述电池余量小于第一阈值时,所述控制器启动所述切断机构切断所述驱动线;
所述控制器根据所述无人机飞行器的工作电流启动手动切断流程,所述工作电流大于限流阈值时,控制器输出异常报警信号提示用户,用户根据所述图像采集装置采集的图像信号输入手动切断信号,所述控制器根据手动切断信号启动所述切断机构切断所述驱动线。
由以上技术方案可知,在本实施例中,挂载并不是直接固定至无人机飞行器的,而是以挂载平台为媒介,挂载平台挂载至无人机飞行器的底部,而例如摄像机或者采样装置等挂载则连接至挂载平台的连接机构。由于挂载平台与无人机飞行器的连接采用挂设的方式,不仅操作简单,而且拆装快速方便,可实现挂载与无人机飞行器的快速拆装,对于同一无人机飞行器可以快速地实现挂载的更换,从而使无人机飞行器能够适用于更多的应用场景。进一步地,由于与挂载的连接结构设置于挂载平台上,因此对于需要连接至无人机飞行器的挂载的连接接口的要求大大降低,可无需匹配无人机飞行器的连接接口。并且,由于挂载平台的结构简单,制造成本较低,可为了匹配更多类型的挂载装置而提供具有不同接口形状的连接机构的挂载平台。
进一步地,本实施例中的挂载平台在连接机构上同时设置与无人机飞行器电连接的第一电触点,在挂载通过连接机构与挂载平台机械连接时,可同时通过电触点的配对连接实现与无人机飞行器的电连接。通过这样,挂载与无人机飞行器的机械连接和电连接可仅通过挂载与挂载平台的机械连接一次完成。相应地,挂载与无人机飞行机的分离也是通过挂载与挂载平台的机械分离或者挂载平台与无人机飞行器的机械分离而一次实现的。这样既简化了挂载的安装步骤,并且可实现挂载与无人机飞行器的快速分离,在异常的运行情况下,能够通过快速分离挂载而实现对无人机飞行器的保全,从而降低异常运行情况的经济损失。
在一个优选实施例中,采样装置采用双挂载点承重的结构方案,一方面挂载平台可单独支持其他挂载设备固定,实现飞行平台的最大化利用,且快拆板设有减震机构,可吸收来自飞行平台一定程度的震动,更有利于挂载视频类挂载时获得更清晰稳定的图像;另一方面可通过灵活调节两个挂点的相对位置来稳定设备的重心,可最大程度保持设备相对水平,且当采样装置采样前后不至于因为负载重量变化而引起设备倾覆。同时,最大程度的稳定采样装置整体的相对静止,可有效减小其晃动对无人机飞行姿态的影响,更有利于无人机安全、稳定的执行采样任务。
在一个优选实施例中,驱动电机、导向组件和采样机构用于完成样本采集动作,而为了在采样机构会对无人机飞行器的正常飞行造成影响的情况下最大程度地保证无人机飞行器的安全,本实施例进一步提供了切断机构,以用于在异常情况下,通过控制器自动地或者通过使用者手动地启动切断机构切断驱动线,以使导向组件和采样机构在重力的作用下脱离采样装置的壳体,从而实现与无人机飞行器的分离,保证无人机飞行器的安全飞行,减小经济损失。
在一个优选实施例中提供了一种采样装置的控制方法,通过自动控制和手动控制相结合的方式控制采样装置与壳体的快速分离,不能能够在异常情况下最大限度地保证无人机飞行器的安全飞行,而且可以通过人工对图像内容进行判断的方式防止误操作的可能,从而最大限度地减少经济损失。
具体实施方式
为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图说明本发明的具体实施方式,在各图中相同的标号表示相同的部分。
在本文中,“示意性”表示“充当实例、例子或说明”,不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。
为使图面简洁,各图中的只示意性地表示出了与本发明相关部分,而并不代表其作为产品的实际结构。另外,以使图面简洁便于理解,在有些图中具有相同结构或功能的部件,仅示意性地绘示了其中的一个,或仅标出了其中的一个。
在本文中,“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等仅用于表示相关部分之间的相对位置关系,而非限定这些相关部分的绝对位置。
在本文中,“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分,而非表示重要程度及顺序、以及互为存在的前提等。
在本文中,“相等”、“相同”等并非严格的数学和/或几何学意义上的限制,还包含本领域技术人员可以理解的且制造或使用等允许的误差。除非另有说明,本文中的数值范围不仅包括其两个端点内的整个范围,也包括含于其中的若干子范围。
现在将参照附图更完全地描述各示例实施例。
为了解决现有技术中问题,本发明提供一种用于无人机飞行器的挂载平台和采样装置,通过挂载平台的设置使得无人机飞行器能够挂载更多类型的装置,并且将机械连接结构和电连接结构相结合,能够简化拆装步骤。如图1和图2所示,本发明的一个实施例提供一种用于无人机飞行器1的挂载平台,包括:
多个第一挂钩101,多个第一挂钩101设置于无人机飞行器1的底部边缘;
快拆板20,快拆板20的边缘具有与第一挂钩101对应的凸缘21,每个凸缘21挂设至对应的一个第一挂钩101;
第一连接机构,第一连接机构设置于快拆板20的底面中心,第一连接机构具有与无人机飞行器1电连接的第一电触点。
在本文中,由于挂载平台和采样装置均是可应用于无人机飞行器的,因此坐标系均是以无人机飞行器作为参照物的。而无人机飞行器在飞行过程中并不是始终保持水平方向的,会存在倾斜甚至翻转的情况,因此,本文中采用与无人机的相对位置进行描述。例如,关于“顶部”、“顶面”的描述,无人机飞行器的顶部通常是指当无人机飞行器保持水平方向飞行时其旋翼所在的一侧,而背离旋翼的一侧为其“底部”,通常情况下,摄像机或者采样装置等挂载于无人机飞行器的底部。
相应地,对于本文中的挂载平台或者采样装置来说,其顶部或者顶面为其邻近或者朝向无人机飞行器的一侧,而其底部或者底面则为其远离或者背离无人机飞行器的一侧。这在飞行器保持水平方向飞行时与重力方向上的顶部或者底部的描述一致。
在本实施例中,挂载并不是直接固定至无人机飞行器1的,而是以挂载平台为媒介,挂载平台挂载至无人机飞行器1的底部,而例如摄像机或者采样装置等挂载则连接至挂载平台的第一连接机构。由于挂载平台与无人机飞行器的连接采用挂设的方式,不仅操作简单,而且拆装快速方便,可实现挂载与无人机飞行器的快速拆装,对于同一无人机飞行器可以快速地实现挂载的更换,从而使无人机飞行器能够适用于更多的应用场景。进一步地,由于与挂载的连接结构设置于挂载平台上,因此对于需要连接至无人机飞行器的挂载的连接接口的要求大大降低,可无需匹配无人机飞行器的连接接口。并且,由于挂载平台的结构简单,制造成本较低,可为了匹配更多类型的挂载装置而提供具有不同接口形状的连接机构的挂载平台。
进一步地,本实施例中的挂载平台在第一连接机构上同时设置与无人机飞行器电连接的第一电触点,在挂载通过第一连接机构与挂载平台机械连接时,可同时通过电触点的配对连接实现与无人机飞行器的电连接。通过这样,挂载与无人机飞行器的机械连接和电连接可仅通过挂载与挂载平台的机械连接一次完成。相应地,挂载与无人机飞行器的分离也是通过挂载与挂载平台的机械分离或者挂载平台与无人机飞行器的机械分离而一次实现的。这样既简化了挂载的安装步骤,并且可实现挂载与无人机飞行器的快速分离,在异常的运行情况下,能够通过快速分离挂载而实现对无人机飞行器的保全,从而降低异常运行情况的经济损失。
在本实施例中,第一挂钩101采用了U形挂钩的形式,则快拆板20通过自其周缘向外延伸的凸缘21伸入至第一挂钩101的上方,而使得第一挂钩101与凸缘21形成干涉,从而在竖直方向(重力方向)上限位快拆板20与无人机飞行器的相对位置,而多个第一挂钩101组合的形式可以在水平方向上限位快拆板20与无人机飞行器的相对位置,从而实现快拆板20的快拆固定。可以理解的是,第一挂钩101并不仅限于这种U形挂钩的形式,只要能够在快拆板20与无人机飞行器1之间形成这种在竖直方向上形成限位关系的连接结构均可以应用于本实施例的挂载平台。
在一个优选实施例中,如图2所示,每个凸缘21进一步通过减震机构22挂设至第一挂钩101,其中,减震机构22自凸缘21的下方支撑凸缘21,每个减震机构22在垂直于凸缘21的方向上具有相对于第一挂钩101的弹性位移量,以将每个凸缘21弹性支撑于对应的第一挂钩101。
其中,如图2所示,减震机构22可采用例如减震球的形式,相应地,凸缘21的底面和第一挂钩101的对应位置的顶面具有容置减震球的至少一部分球面的弧面凹槽,弧面凹槽内设置用于产生弹性变形量的弹性件,例如弹簧等,以使减震球在垂直于凸缘的方向上具有弹性的位移量。该弹性位移量能够使快拆板20与第一挂钩101之间的刚性连接转化为弹性连接,从而为挂设于挂载平台的挂载提供平稳的支撑,并在挂载例如由于出水或者受到异物牵拉的情况而产生竖直方向上的加速度时为对挂载形成缓冲,从而避免过大的加速度扰乱无人机飞行器的正常飞行。
在一个优选实施例中,如图1所示,多个第一挂钩101关于快拆板20的中心对称地分布于无人机飞行器1的底部。在本实施例中,第一挂钩101装设于无人机飞行器1的底面的周缘处,这样不仅能够均布挂载平台以及挂载的重量,以保持无人机飞行器的平稳飞行,而且可不占用无人机飞行器底面的空间,从而更大程度地提高无人机飞行器底部的空间利用率。
为了均衡地支撑挂载平台以及挂载的重量,第一挂钩101是对称地成对设置的,其中,第一挂钩101虽然分布于无人机飞行器1的底面,但是第一挂钩101是关于快拆板20的中心对称分布的。对称分布的方式可以是轴对称或者中心对称的,其中轴对称方式的轴线是通过快拆板20的中心的轴线,通常情况下为沿着快拆板的宽度或者长度方向的中心轴线。第一挂钩的数量可根据实际需要来选择,图中虽然显示了包括四个第一挂钩,但是第一挂钩的数量可以增加或者减少,例如为两个或者六个等。类似地,图中虽然显示无人机飞行器的底面形状为长方形,对应地快拆板20的形状也为长方形,但是本实施例并不限于这种形状,无人机飞行器的底面形状可为任意形状,快拆板的形状可以对应于无人机飞行器的底面形状,也可与其不同。
在本文中,挂载平台或者其上挂设的挂载对于无人机飞行器的结构、接口类型、旋翼数量、底面形状等并没有限定的要求,因此无人机飞行器的型号、结构的选择对于本文中的实施例是不会造成任何影响的,虽然附图中对于飞行器的结构进行了示例性的图示,但是其并不作为对于本文中的实施例的应用场景的限制,本实施例的挂载平台可适用于任意型号的无人机飞行器,只需要根据应用场景选择第一挂钩的固定位置即可。
图3是本发明的用于如图1所示的挂载平台的采样装置的第一实施例的结构示意图。如图3所示,本实施例的采样装置包括:
壳体10,壳体10的顶面具有固定座11,固定座11与第一连接机构可拆卸地连接,固定座11进一步包括第二电触点,固定座11与快拆板20连接在一起时,第一电触点和第二电触点位置对应并接触,以在采样装置和无人机飞行器1之间建立电连接。
在本实施例中,采样装置在壳体10的顶面设置与图1所示的挂载平台相连接的固定座11,从而通过与挂载平台的机械连接而实现与无人机飞行器的挂载。进一步地,固定座11除了提供与挂载平台的机械连接作用以外,还同时具有与挂载平台的第一电触点配对的第二电触点,第二电触点作为采样装置(例如,驱动电机、舵机等)的电连接接口,该电连接可包括电路连接和信号连接,由此,在实现固定座与挂载平台的第一连接机构之间的机械连接的同时,第一电触点和第二电触点的配对接触可在采样装置和无人机飞行器之间建立电连接通路,以通过无人机飞行器实现对采样装置的采样动作的控制,例如,对于图像采集装置的开启、关闭、镜头调节等,或者对于水样采集装置的下降、提升等动作。
在本实施例中,采样装置并不是直接固定至无人机飞行器1的,而是以挂载平台为媒介,挂载平台挂载至无人机飞行器1的底部,而采样装置则连接至挂载平台的第一连接机构。由于挂载平台与无人机飞行器的连接采用挂设的方式,不仅操作简单,而且拆装快速方便,可实现采样装置与无人机飞行器的快速拆装,对于同一无人机飞行器可以快速地实现采样装置的更换,从而使无人机飞行器能够适用于更多的应用场景。进一步地,由于与采样装置的连接结构设置于挂载平台上,因此对于需要连接至无人机飞行器的采样装置的连接接口的要求大大降低,可无需匹配无人机飞行器的连接接口。
进一步地,本实施例中的采样装置在与挂载平台连接的固定座上同时设置与采样装置电连接的第二电触点,该第二电触点与挂载平台的与无人机飞行器电连接的第一电触点配对接触,以在采样装置通过第一连接机构与挂载平台机械连接时,可同时通过电触点的配对连接实现与无人机飞行器的电连接。通过这样,采样装置与无人机飞行器的机械连接和电连接可仅通过采样装置与挂载平台的机械连接一次完成。相应地,采样装置与无人机飞行机的分离也是通过采样装置与挂载平台的机械分离或者挂载平台与无人机飞行器的机械分离而一次实现的。这样既简化了采样装置的安装步骤,并且可实现采样装置与无人机飞行器的快速分离,在异常的运行情况下,能够通过快速分离采样装置而实现对无人机飞行器的保全,从而降低异常运行情况的经济损失。
在如图4所示的一个优选实施例中,结合图9所示,快拆板20上的第一连接机构为第一燕尾槽滑轨24,固定座11的顶部具有水平向外延伸的第一斜面凸台111,第一斜面凸台111可伸入并且卡持在第一燕尾槽滑轨24中、以在竖直方向上限位壳体10。
燕尾槽滑轨和斜面凸台的限位配合是一种常见的限位结构,其固定过程仅包括两者截面的对准和沿着滑轨滑行两步,并且无需例如扳动卡扣、按压按钮等类似的复杂操作,安装便利、连接稳定牢固,而且特别适用于本实施例中在机械连接的同时实现电连接的连接方式。在本实施例中,第一电触点和第二电触点可分别设置在燕尾槽滑轨和斜面凸台对应的端部,则当斜面凸台滑行至与燕尾槽滑轨完全重合的位置时,第一电触点和第二电触点可接触连接。可选地,第一电触点也可沿着整个长度方向设置在燕尾槽滑轨朝向斜面凸台的一侧,相应地,第二电触点可为设置在斜面凸台朝向燕尾槽滑轨的一侧上的点状触点,也可沿着整个长度方向设置在斜面凸台朝向燕尾槽滑轨的一侧上,这样,当斜面凸台伸入至燕尾槽滑轨中时即可实现采样装置与无人机飞行器之间的电连接。
可选地,为了在斜面凸台滑行至与燕尾槽滑轨完全重合的位置时将斜面凸台和燕尾槽滑轨固定在位,如图4和图5所示,固定座11可进一步包括限位柱14和按钮组件15,其中,限位柱14沿着垂直于第一燕尾槽滑轨24的滑行方向延伸,快拆板20具有与限位柱14的位置对应的限位孔23,限位柱14可在其底部的弹簧的弹性作用下伸入至限位孔23中,以实现对第一斜面凸台111和第一燕尾槽滑轨24的限位。其中,限位柱14、限位孔23可设置在第一斜面凸台111、第一燕尾槽滑轨24的一端,则当第一斜面凸台111滑行至与第一燕尾槽滑轨24完全重合的位置时,限位柱14才可以对准并伸入至限位孔23中,从而限位第一斜面凸台111和第一燕尾槽滑轨24,以限制采样装置沿着第一燕尾槽滑轨24的延伸方向的自由度。按钮组件15用于按压弹簧,以将限位柱14从限位孔23中脱离,从而解锁第一斜面凸台111和第一燕尾槽滑轨24之间的限位。
图6是本发明的应用无人机飞行器的采样装置的第二实施例的结构示意图。如图6所示,本实施例的采样装置包括:
如图1所示的挂载平台;
壳体10,壳体10的顶面具有固定座11,固定座11与第一连接机构可拆卸地连接,固定座11进一步包括与采样装置电连接的第二电触点,固定座11与快拆板20连接在一起时,第一电触点和第二电触点位置对应并接触,以在采样装置和无人机飞行器1之间建立电连接。
壳体10的顶面进一步包括第二连接机构12,无人机飞行器1的底部边缘进一步包括第二挂钩102,第二连接机构12可拆卸地挂设于第二挂钩102;
其中,如图7所示,固定座11和第二连接机构12在壳体10的长度方向上或者宽度方向上分别位于采样装置的重心位置的两侧。
在本实施例中,固定座11与挂载平台的第一连接机构之间的连接是采样装置的第一固定点,也是主要的固定点,其能够提供采样装置的壳体(包括其内的部件)与挂载平台、乃至无人机飞行器1的稳固连接。进一步地,为了在异常情况下仍能够保证采样装置以及无人机飞行器1的安全飞行,本实施例进一步设置了第二连接机构12,第二连接机构12是在固定座与挂载平台的第一连接机构稳固连接以后再与无人机飞行器1直接连接的,既能够防止由于挂载平台的异常脱落或偏离导致采样装置的丢失,又能够与第一固定点一起提供双挂载点承重的方案。
采用双挂载点承重的结构方案,一方面挂载平台可单独支持其他挂载设备固定,实现飞行平台的最大化利用,且快拆板20设有减震机构,可吸收来自飞行平台一定程度的震动,更有利于挂载视频类挂载时获得更清晰稳定的图像;另一方面可通过灵活调节两个挂点的相对位置来稳定设备的重心,如图7所示,固定座11和第二连接机构12在壳体10的长度方向上或者宽度方向上分别位于采样装置的重心位置的两侧,可最大程度保持设备相对水平,且采样装置采样前后不至于因为负载重量变化而引起设备倾覆。同时,最大程度的稳定采样装置整体的相对静止,可有效减小其晃动对无人机飞行姿态的影响,更有利于无人机安全、稳定的执行采样任务。
第二连接机构12可例如图6所示的采用挂扣的形式,以方便拆装。可以理解的是,第二连接机构12也可采用例如螺钉的结构,相应地,第二挂钩102也可以设置为无人机飞行器底面上的螺孔,以与第二连接机构12配合连接。
图8是本发明的采样装置的第三实施例的内部结构示意图。图9是图8所示的第三实施例的剖视图。其中,本实施例的壳体与挂载平台的连接方式可采用如图3或图6所示的实施例的结构。
如图8和图9所示,本实施例的采样装置包括:
驱动电机30,驱动电机30设置在壳体10内,用于驱动卷线轮31的双向转动,卷线轮31的圆周卷绕驱动线32;
导向组件40,壳体10的底面具有供导向组件40穿设的通孔13,导向组件40的顶部与驱动线32的一端固定连接,底部与位于壳体10外部的采样机构50固定连接,导向组件40在驱动线32的驱动下自通孔13伸出或进入壳体10、以带动采样机构50沿着竖直方向下降或上升;
切断机构60,切断机构60设置在壳体10内,并且位于驱动电机30与导向组件40之间,切断机构60在控制器的控制下切断连接于驱动电机30与导向组件40之间的驱动线32,以将导向组件40和采样机构50一起与壳体10分离。
在本实施例中,采样装置的执行机构包括用于驱动采样机构的驱动电机30和用于驱动切断机构60的舵机61。卷线轮31固定至驱动电机30的转轴,以在驱动电机30的带动下双向转动,卷线轮31的圆周卷绕驱动线32,从而实现对驱动线32的放线和收线。驱动线32的端部连接挂设采样机构50的导向组件40,与导向组件40连接的驱动线32在导向组件40以及采样机构50的重力作用下始终保持沿着竖直方向延伸且张紧,驱动线32的放线可使导向组件40以及采样机构50沿着竖直向下的方向远离壳体10,从而使采样机构50接近样本、完成采集,而驱动线32的张紧可使导向组件40以及采样机构50沿着竖直向上的方向接近壳体10,以在完成样本采集后回收采样机构,并通过无人机飞行器携带采集的样本返航。
其中,导向组件40在驱动线32的驱动下自通孔13伸出或进入壳体10,而当驱动线32被切断时,导向组件40则在采样机构50的重力作用下自通孔13掉落至壳体10以外,从而使导向组件40和采样机构50一起脱离壳体10。
驱动电机30通过电机座固定至壳体10,驱动电机的转轴一端与卷线轮31固定,另一端固定磁铁托盘及磁铁33,磁铁托盘及磁铁33也随着驱动电机的转轴转动,与磁铁托盘正对的位置装设控制板34,控制板34上设置于磁铁托盘的轴心位置正对的磁编码器,驱动电机30的电源线与控制板34保持连接。
当驱动电机30工作时,电机转轴带动卷线轮31、磁铁托盘及磁铁33同步转动,磁铁的转动会伴随其周围磁场的变化,磁编码器检测到该磁场的变化从而实现对驱动电机30的转速及转动角度的精确控制。具体地,磁编码器是将旋转位移转换成一串数字脉冲信号的旋转式传感器,该数字脉冲信号用来控制电机的角度位移。
卷线轮31上设有绕线部、穿线部,驱动线32的线头通过穿线部固定,并绕制在绕线部(圆周)上,而驱动线32的另一自由端与导向组件连接。
在本实施例中,驱动电机、导向组件和采样机构用于完成样本采集动作,而为了在采样机构会对无人机飞行器的正常飞行造成影响的情况下最大程度地保证无人机飞行器的安全,本实施例进一步提供了切断机构60,以用于在异常情况下,通过控制器自动地或者通过使用者手动地启动切断机构60切断驱动线32,以使导向组件和采样机构在重力的作用下脱离采样装置的壳体10,从而实现与无人机飞行器的分离,保证无人机飞行器的安全飞行,减小经济损失。
具体地,如图8所示,切断机构60包括舵机61、舵机摆臂62、和固定于舵机摆臂62端部的刀片63,舵机61通过舵机支架固定至壳体10,舵机摆臂62由舵机61驱动摆动,其设置于驱动电机和导向组件之间,舵机摆臂62的行程可覆盖张紧在驱动电机和导向组件之间的驱动线32,当控制器根据切断指令启动舵机61时,舵机摆臂62启动摆动行程,从而通过其端部的刀片63切断驱动线32。
例如,例如,舵机摆臂62具有第一位置S1和第二位置S2,在位置S1,驱动线32位于刀片63上方,而在位置S2,驱动线32位于刀片63下方,也就是说,驱动线32位于两个位置之间。采样装置正常工作时刀片63默认在位置S1,驱动线32在刀片63正上方张紧但不与其接触,当采样装置处于异常报警并执行切断动作时,刀片63被舵机摆臂62驱动逆时针转动,自位置S1向位置S2移动,转动过程中刀片63将驱动线32切断,完成切断动作。此切断机构的结构简单可靠,可循环多次使用,切断机构的设置可有效提高飞行系统的安全性,当采样机构50因意外被外物羁绊或因采样机构50满载样本而导致无人机负载加重而其电力无法支持安全返航时,可实现切断采样机构的操作,以保证无人机飞行器的安全,减小经济损失。
具体地,如图9所示,导向组件40包括:
定滑轮41,定滑轮41位于壳体10内,位于采样装置的重心处,驱动线32自卷线轮31卷绕至定滑轮41;
导向块42,驱动线32与导向块42的顶部连接,导向块42和卷线轮31分别位于定滑轮41的两侧;导向块42穿设壳体10底面的通孔13;
采样机构快拆板43,采样机构快拆板43固定于导向块42的底部,采样机构快拆板43的底面具有第二燕尾槽滑轨431;
采样机构50的顶面具有与第二燕尾槽滑轨431配合的第二斜面凸台501,第二斜面凸台501可伸入并且卡持在第二燕尾槽滑轨431中、以在竖直方向上限位采样机构50。
在例如为取水器的采样装置中,采样机构50可为水桶。
定滑轮41用于配置驱动线32的方向,同时,通过调整定滑轮41的设置位置,可以通过调节采样机构的位置而调整整个采样装置的重心位置,以配合与无人机飞行器的固定位置。其中,驱动线32落在定滑轮41的卡槽上,而定滑轮41通过转轴固定在滑轮支架44上,并能绕转轴自由转动。定滑轮41的卡槽表面光滑,可减少驱动线32在卡槽上摩擦造成的磨损,同时可改变出线位置,方便设计上调整设备整体的重心位置,有利于采样装置和无人机飞行器的整体保持平衡稳定。
驱动电机30带动卷线轮31收线时拉动导向块42及其采样机构50向上运动;滑轮支架44上设有定位孔441供导向块42穿过,导向块42上设有锥面421和圆柱面422,圆柱面422与定位孔441圆柱面配合,可限制其进入孔中后的横向摆动,防止因采样机构横向摆动而对无人机飞行器的飞行姿态造成干扰,同时避免采样机构摆动时造成样本外溢,从而最大程度保留原始样本。
在一个优选实施例中,如图9所示,驱动线32在经过定滑轮41后其上穿设泡棉45,泡棉45上设有用于穿线的开缝,当驱动线32沿着开缝滑动时,泡棉45能够为驱动线32提供一定的摩擦力,使得驱动线32在泡棉45和卷线轮31之间保持张紧,以防止驱动线32在自由端卸力时由于松弛而发生缠绕或者脱离卷线轮和定滑轮的卡槽的问题。
进一步地,驱动线32在穿设任一构件时,可在入孔和出孔处均设置例如瓷环的保护件,例如如图9所示,驱动线32在穿入滑轮支架44时依次穿过瓷环461、462,瓷环461固定在滑轮支架44对应的安装孔中,其内孔边缘带圆角且内孔光滑,可避免驱动线32在过孔中晃动而造成磨损,同样地,瓷环461固定在导向块42上,可进一步防止驱动线与结构件接触磨损。
在本实施例中,导向块42上设有螺纹423与采样机构快拆板43固定,采样机构快拆板43上设有第二燕尾槽滑轨431,其与采样机构50顶面上设有的第二斜面凸台501配合,以实现采样机构50的快拆。第二斜面凸台501可直接设置在采样机构50的顶面上,或者设置在例如采样机构快拆滑轨70上,而采样机构快插滑轨70可通过螺钉与采样机构保持固定,这样采样机构50与采样机构快拆滑轨70整体通过重力作用悬挂在导向块42下方。如图9所示,当卷线轮31将驱动线32收回时,采样机构快拆板43具有贴近壳体10底面的收回位置。壳体10底部设有脚垫16,其高度大于处于收回位置的采样机构快拆板43的底面与壳体10底面之间的距离。当卷线轮31完成收线,且采样机构50与采样机构快拆滑轨70的整体拆除后,采样装置可通过脚垫而放置在例如桌面、台面等的支撑表面上,此时采样机构快拆板43的底面并不与支撑表面接触,从而可保证采样机构快拆板43仍悬空在壳体10下方,有效保证驱动线32在壳体内部的部分处于张紧状态,一定程度上避免采样机构在收纳过程中出现绕线松弛而引发内部绞线。同时,采样机构50与采样机构快拆滑轨70可整体拆除,方便工作人员从采样机构50中获取样本及清洗采样机构,有利于提高作业工作效率、避免样本残留对下次采集的样本造成交叉污染,且采样机构50与采样装置的壳体分离更有利于设备存储、运输。
在一个优选实施例中,如图9所示,进一步包括限位开关80,当卷线轮31带动导向块42在定位孔441中向上滑动时,锥面421会与限位开关80上设有的拨片81保持滑动接触,且导向块42继续上行时会带动拨片81压缩,从而触动限位开关80;当卷线轮31放线时,导向块42向下运动,锥面421逐步与拨片81脱离,最终还原拨片的初始位置,则限位开关80复位。同时,锥面421可起到导向作用,利于导向块42进入定位孔441。
本发明的另一实施例还提供了一种用于无人机飞行器的采样装置的控制方法,其中,采样装置为如图8所示的第三实施例,其包括用于将采样机构与壳体分离的切断机构。进一步地,该采样装置可在壳体10的表面设置图像采集装置,该图像采集装置可根据需要采集的图像内容而设置于壳体10的任意位置,例如设置于壳体10的底面或者侧面。
该控制方法包括:
控制器根据无人机飞行器1的电池余量信号自动控制切断机构60,具体地,当电池余量小于第一阈值时,飞机低电量报警,控制器根据低电量报警信号启动切断机构60切断驱动线32;
或者,控制器根据无人机飞行器1的工作电流启动手动切断流程,工作电流大于限流阈值时,控制器输出异常报警信号提示用户,用户根据图像采集装置采集的图像信号输入手动切断信号,控制器根据手动切断信号启动切断机构60切断驱动线32。
图8所示的第三实施例的采样装置的工作流程如图10所示,由图中可以看到,采样装置的正常工作流程包括:当无人机到达并悬停在采样地点上空时,开始采样流程。首先,确定当前飞机高度,可通过超声波测量和无人机自身的气压计测量两种方式相结合的方式获得,从而根据当前飞机高度确定与预设采样深度对应的放线长度L。然后,驱动电机带动卷线轮放线至放线长度L,以使采样机构达到预设采样深度,当实时放线长度达到L时驱动电机停机一段时间,以完成采样。随后驱动电机带动卷线轮收线,以收回采样机构,直至限位开关启动时驱动电机停机。此时,采样装置完成采样流程,无人机可携带采样装置及其采样机构返航。
其中,如实时放线长度l小于放线长度L、且限位开关启动时,则可能存在驱动线缠绕或者采样机构已达到预设采样深度的温度,则此时可通过客户端提示报错以提示使用者,并控制驱动电机停机。这种情况视为采样机构已达到预设采样深度,则相应地,驱动电机停机一段时间,以完成采样。随后驱动电机带动卷线轮收线,以收回采样机构,直至限位开关启动时驱动电机停机。此时,采样装置完成采样流程,无人机可携带采样装置及其采样机构返航。
其中,由于无人机飞行器的异常导致的异常工作情况可能存在两种:
(1)低电量报警:即以无人机目前的载荷重量和电量估计,剩余航时小于安全返航时长,则为了保证无人机能够安全返航,控制器可根据该低电量报警信号启动切断机构切断驱动线,分离采样机构,降低无人机的载荷,从而使得剩余航时大于等于安全返航时长,保证无人机能够安全返航;
(2)工作电流大于电流阈值:通常情况下,大多是由于采样机构被物体羁绊而导致工作电流过大,无人机无法正常完成爬升或者飞行,但是无人机和采样机构是否能够脱困的判断较为复杂,不能仅凭借工作电流的数值而一概而论,因此,在此情况下,用户可根据采样装置上设置的图像采集装置采集的实时图像进行人工判断,当判断采样机构无法脱困的情况下,可人为触发切断动作,从而启动切断机构切断驱动线,分离采样机构,以保证无人机能够安全返航。
由以上技术方案可知,通过提供挂设至无人机飞行器的挂载平台作为挂载与无人机飞行器的连接媒介,不仅操作简单,而且拆装快速方便,可实现挂载与无人机飞行器的快速拆装,对于同一无人机飞行器可以快速地实现挂载的更换,从而使无人机飞行器能够适用于更多的应用场景。进一步地,由于与挂载的连接结构设置于挂载平台上,因此对于需要连接至无人机飞行器的挂载的连接接口的要求大大降低,可无需匹配无人机飞行器的连接接口。并且,由于挂载平台的结构简单,制造成本较低,可为了匹配更多类型的挂载装置而提供具有不同接口形状的连接机构的挂载平台。
进一步地,本实施例中的挂载平台在第一连接机构上同时设置与无人机飞行器电连接的第一电触点,在挂载通过第一连接机构与挂载平台机械连接时,可同时通过电触点的配对连接实现与无人机飞行器的电连接。通过这样,挂载与无人机飞行器的机械连接和电连接可仅通过挂载与挂载平台的机械连接一次完成。相应地,挂载与无人机飞行机的分离也是通过挂载与挂载平台的机械分离或者挂载平台与无人机飞行器的机械分离而一次实现的。这样既简化了挂载的安装步骤,并且可实现挂载与无人机飞行器的快速分离,在异常的运行情况下,能够通过快速分离挂载而实现对无人机飞行器的保全,从而降低异常运行情况的经济损失。
在一个优选实施例中,采样装置采用双挂载点承重的结构方案,一方面挂载平台可单独支持其他挂载设备固定,实现飞行平台的最大化利用,且快拆板设有减震机构,可吸收来自飞行平台一定程度的震动,更有利于挂载视频类挂载时获得更清晰稳定的图像;另一方面可通过灵活调节两个挂点的相对位置来稳定设备的重心,可最大程度保持设备相对水平,且当采样装置采样前后不至于因为负载重量变化而引起设备倾覆。同时,最大程度的稳定采样装置整体的相对静止,可有效减小其晃动对无人机飞行姿态的影响,更有利于无人机安全、稳定的执行采样任务。
在一个优选实施例中,驱动电机、导向组件和采样机构用于完成样本采集动作,而为了在采样机构会对无人机飞行器的正常飞行造成影响的情况下最大程度地保证无人机飞行器的安全,本实施例进一步提供了切断机构,以用于在异常情况下,通过控制器自动地或者通过使用者手动地启动切断机构切断驱动线,以使导向组件和采样机构在重力的作用下脱离采样装置的壳体,从而实现与无人机飞行器的分离,保证无人机飞行器的安全飞行,减小经济损失。
在一个优选实施例中提供了一种采样装置的控制方法,通过自动控制和手动控制相结合的方式控制采样装置与壳体的快速分离,不能能够在异常情况下最大限度地保证无人机飞行器的安全飞行,而且可以通过人工对图像内容进行判断的方式防止误操作的可能,从而最大限度地减少经济损失。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明,而并非用以限制本发明的保护范围,凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更,如特征的组合、分割或重复,均应包含在本发明的保护范围之内。