CN112607008B - 一种基于大型多旋翼无人机的防撞装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于大型多旋翼无人机的防撞装置，包括第一防护机构和第二防护机构，所述第一防护机构通过转接件与大型多旋翼无人机的机臂连接，所述第二防护机构通过电机底座与大型多旋翼无人机的电机安装座连接，所述第一防护机构通过第二防护竖杆与第二防护机构连接。本发明能为大型的多旋翼无人机提供防撞保护功能，提高其飞行时的安全性能，结构合理且轻便，制造成本低。其轻量化的结构设计能够在不大量损失无人机飞行动力性能与不降低无人机飞行稳定性的情况下，最大程度的为无人机提供可靠的安全保障，可以广泛的应用在大型多旋翼无人机结构。

Description

一种基于大型多旋翼无人机的防撞装置

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种基于大型多旋翼无人机的防撞装置。

背景技术

无人驾驶飞机简称“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。如今无人机在民用领域有很大的市场需求，目前在航拍、农业植保、快递运输、灾难救援、测绘、新闻报道、电力巡检等等多种领域有广阔的应用空间。但是，由于多旋翼无人机桨叶高速转动的特点，在飞行过程中存在撞机以致人员受伤或机身损毁的可能，存在一定安全隐患。目前，市面上使用的无人机大多会加装防撞保护装置，但是现有的防撞保护装置一般面向小型多旋翼无人机而设计，无法对安全隐患更大的大型多旋翼无人机提供保护，因而，需要设计一种结构稳定合理、适用于大型多旋翼无人机的防撞保护结构。

无人机的大小的第一种划分方法为按重量分类，市面上的无人机的重量不超过15kg的，为中小型多旋翼无人机，无人机的重量在15kg及以上的，为大型多旋翼无人机；无人机的大小的第二种划分方法为按轴距分类，市面上的无人机的轴距不超过1000mm的，为中小型多旋翼无人机，无人机的轴距在1000mm以上的，为大型多旋翼无人机。市场上的中小型多旋翼无人机主要运用在个人用途，旅游航拍等，大型多旋翼无人机主要是用作行业应用，如影视航拍或者农业植保，物流运输等用途，使用时存在更大的安全隐患，这也是为此类大型多旋翼无人机设计保护罩的初衷。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的无法对安全隐患更大的大型多旋翼无人机提供保护的问题，提供了一种基于大型多旋翼无人机的防撞装置。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种基于大型多旋翼无人机的防撞装置，包括第一防护机构和第二防护机构，所述第一防护机构通过转接件与大型多旋翼无人机的机臂连接，所述第二防护机构通过电机底座与大型多旋翼无人机的电机安装座连接，所述第一防护机构通过第二防护竖杆与第二防护机构连接。

更优的选择，所述第一防护机构包括第一防护模块和第二防护模块，所述第一防护模块通过第一防护连杆与第二防护模块连接，所述第一防护模块通过转接件与机臂连接，所述第二防护模块通过第二防护竖杆与第二防护机构连接。

更优的选择，所述第一防护模块包括多根第一防护横杆和多根第一防护竖杆，多根所述第一防护横杆通过第一四通接头首尾连接，所述第一四通接头与第一防护竖杆的一端连接，所述第一防护竖杆的另一端通过转接件与机臂连接，所述第一四通接头通过第一防护连杆与第二防护模块连接。

更优的选择，所述第二防护模块包括多根第二防护横杆，多根所述第二防护横杆通过第二四通接头首尾连接，所述第二四通接头通过第一防护连杆与第一防护模块连接，所述第二四通接头通过第二防护竖杆与第二防护机构连接。

更优的选择，所述第二防护机构包括多根第三防护横杆和多根第二防护连杆，多根所述第三防护横杆通过第三四通接头首尾连接，所述第三四通接头通过第二防护竖杆与第一防护机构连接，所述第三四通接头与第二防护连杆的一端连接，所述第二防护连杆的另一端通过电机底座与电机安装座连接。

更优的选择，所述大型多旋翼无人机包括中心主体、多个机翼和脚架，多个所述机翼通过第一管夹件与中心主体的连接，所述脚架安装于中心主体的底部，所述第一防护机构通过转接件与机翼的机臂连接，所述第二防护机构通过电机底座与机翼的电机安装座连接。

更优的选择，所述脚架包括支座、支撑杆、转接头、平衡杆和保护套，所述支座对称地安装于大型多旋翼无人机的底部，所述支座与支撑杆的一端连接，所述支撑杆的另一端通过转接头与平衡杆连接，所述保护套安装于平衡杆的两端。

更优的选择，所述中心主体包括骨架、电池、视觉模块、指示灯、水平定位模块、主控模块和电源管理模块，所述电池、视觉模块、指示灯、水平定位模块、主控模块和电源管理模块均安装于骨架，多个所述机翼通过第一管夹件与骨架连接，所述脚架安装于骨架的底部，所述电源管理模块和多个所述机翼均与电池连接，所述电源管理模块、水平定位模块、指示灯、视觉定位模块和多个所述机翼均与主控模块连接。

更优的选择，所述视觉定位模块包括视觉传感器和视觉处理器，所述视觉传感器和视觉处理器均安装于骨架，所述视觉传感器通过视觉处理器与主控模块连接。

更优的选择，所述机翼包括机臂、电机安装座、动力电机和螺旋桨，所述螺旋桨与动力电机的转轴连接，所述动力电机安装于电机安装座，所述动力电机与中心主体连接，所述电机安装座与机臂的一端连接，所述机臂的另一端通过第一管夹件与中心主体连接，所述电机安装座通过电机底座与第二防护机构连接，所述机臂通过连接件与第一防护机构连接。

本发明相对现有技术具有以下优点及有益效果：

本发明通过第一防护机构和第二防护机构能为大型的多旋翼无人机提供防撞保护功能，提高其飞行时的安全性能，结构合理且轻便，制造成本低。其轻量化的结构设计能够在不大量损失无人机飞行动力性能与不降低无人机飞行稳定性的情况下，最大程度的为无人机提供可靠的安全保障，可以广泛的应用在大型多旋翼无人机结构。

附图说明

图1是本发明一种基于大型多旋翼无人机的防撞装置的大型多旋翼无人机和防撞装置的组合示意图；

图2是本发明一种基于大型多旋翼无人机的防撞装置的防撞装置示意图；

图3是本发明一种基于大型多旋翼无人机的防撞装置的大型多旋翼无人机示意图；

图4是本发明一种基于大型多旋翼无人机的防撞装置的大型多旋翼无人机示意图；

图5是本发明一种基于大型多旋翼无人机的防撞装置的脚架示意图；

图6是本发明一种基于大型多旋翼无人机的防撞装置的大型多旋翼无人机的机翼示意图；

图7是本发明一种基于大型多旋翼无人机的防撞装置的电子元件的连接示意图；

附图中各部件的标记：1、大型多旋翼无人机；11、中心主体；111、骨架；112、视觉传感器；113、水平定位模块；114、电池；115、第一管夹件；116、视觉处理器；117、主控模块；118、电源管理模块；119、指示灯；12、机翼；121、螺旋桨；122、动力电机；123、电机安装座；124、机臂；2、防撞装置；21、第一防护模块；211、第一防护横杆；212、第一四通接头；213、第一防护竖杆；214、转接件；215、第一防护连杆；22、第二防护模块；221、第二防护横杆；222、第二四通接头；223、第二防护竖杆；23、第二防护机构；231、第三防护横杆；232、第二防护连杆；233、第三四通接头；234、固定板；235、第二管夹件；236、垫片；237、电机底座；3、脚架；31、支座；32、支撑杆；33、转接头；34、平衡杆；35、保护套。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述,实施例不能在此一一赘述,但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。

如图1所示，一种基于大型六旋翼无人机的防撞装置，防撞装置2包围着大型六旋翼无人机1的四周，防撞装置2包括第一防护机构和第二防护机构23，第一防护机构通过转接件214与大型六旋翼无人机1的机臂124连接，第二防护机构23通过电机底座237与大型六旋翼无人机1的电机安装座123连接，第一防护机构通过第二防护竖杆223与第二防护机构23连接。

如图2所示，第一防护机构包括第一防护模块21和六根第二防护模块22，第一防护模块21通过第一防护连杆215与第二防护模块22连接，第一防护模块21通过转接件214与机臂124连接，第二防护模块22通过第二防护竖杆223与第二防护机构23连接。

第一防护模块21包括六根第一防护横杆211和六根第一防护竖杆213，六根第一防护横杆211通过第一四通接头212首尾连接，形成一个正六边形。第一四通接头212与第一防护竖杆213的一端连接，第一防护竖杆213的另一端通过转接件214与机臂124连接，第一四通接头212通过第一防护连杆215与第二防护模块22的第二四通接头222连接。转接件214是一个开环零件，利用下方螺钉将机臂124夹紧，利用转接件214内壁压力与摩擦力提供自身约束。

第二防护模块22包括六根第二防护横杆221，六根第二防护横杆221通过第二四通接头222首尾连接，形成一个正六边形。第二四通接头222通过第一防护连杆215与第一防护模块21的第一四通接头212连接，第二四通接头222通过第二防护竖杆223与第二防护机构23的第三四通接头233连接。

第二防护机构23包括六根第三防护横杆231和第二防护连杆232，六根第三防护横杆231通过第三四通接头233首尾连接，形成一个正六边形。第三四通接头233与第二防护竖杆223与第一防护机构的第二防护模块22连接，第三四通接头233与第二防护连杆232的一端连接，第二防护连杆232的另一端通过电机底座237与机翼的电机安装座123连接。

电机底座237包括两块固定板234，两块固定板234之间通过垫片236连接，两个第二管夹件235对称地安装在两块固定板234之间，垫片236与第二管夹件235的高度一致，均为17mm，两个第二管夹件235与第二防护连杆232连接，利用第二管夹件235的内壁压力和摩擦力对第二防护连杆232提供法向与轴向的约束。利用电机底座237将防护装置与无人机身刚性连接，保证防撞装置2的安装稳定性。

另外，所有防护杆(包括第一防护竖杆213、第一防护横杆211、第一防护连杆215、第二防护连杆232、第二防护横杆221、第二防护竖杆223和第三防护横杆231)两端均有供螺栓通入的小孔，所有防护杆、四通接头(包括第一四通接头212、第二四通接头222和第三四通接头233)和管夹件(包括第一管夹件115和第二管夹件235)之间的连接均使用螺钉与螺母锁紧实现。另外，每种防护杆与四通接头各有6个，所述防护杆与接头相互环绕式连接，设置在机翼周围呈圆周对称分布，使其对各个方向均起到防撞保护功能。

第一防护竖杆213和第二防护竖杆223至其所在轴的螺旋桨121两桨尖间距为30～40mm，第一防护连杆215至其所在轴的螺旋桨121的桨平面的间距约为100mm，第二防护连杆232至其所在轴的螺旋桨121的桨平面的间距约为70mm，为螺旋桨121的转动提供了充足的空间，防止螺旋桨121在旋转过程中与防护杆发生接触而损坏，同时，提供充足的撞击缓冲距离，有效避免因撞击使防护杆变形而导致的打桨现象。当撞击发生在第三防护横杆231一侧时，第一防护连杆215、第二防护连杆232和第二防护竖杆223能有效分散撞击应力。同理，当撞击发生在第二防护竖杆223一侧时，第一防护连杆215和第二防护连杆232也能有效的分散撞击应力。所述防撞装置2具有环形整体连接的特征，受力较均匀，且各防护杆与机臂124、骨架111和电机安装座123均采用碳纤材料制成，材料结构强度大，且材料轻，在撞击时能承受的最大应力大，起到良好的保护作用。

如图3所示，大型多旋翼无人机1包括中心主体11、六个机翼12和两个脚架3，六个机翼12均匀分布在中心主体11的四周，六个机翼12通过第一管夹件115安装在中心主体11的外侧，该第一管夹件115采用螺栓安装在骨架111的最下层中心板和中间层中心板之间，第一防护机构通过转接件214与机翼12的机臂124连接，第二防护机构23通过电机底座237与机翼12的电机安装座123连接。第一管夹件115为反3度安装倾斜的管夹件，第一管夹件115的圆柱形轮廓的轴线与中心板的水平面呈3度夹角，以保证机臂124安装在第一管夹件115内时有上反3度角的特征，其目的在于提高无人机飞行时的稳定性。两个脚架3镜像对称地安装在中心主体的底部。

如图5所示，脚架3包括支座31、支撑杆32、转接头33、平衡杆34和保护套35，支座31对称地安装在大型多旋翼无人机1的最下层中心板的底部，支撑杆32的一端与支座31连接，支撑杆32的另一端通过转接头33与平衡杆34的中间连接，两个保护套35分别安装于平衡杆34的两端。两条支撑杆所在轴线相互平衡，且平衡于两个脚架3的对称面，支撑杆32承担整个无人机的重量，利用其三角结构保证稳定性。

中心主体11包括骨架111、六块电池114、视觉模块、指示灯119、水平定位模块113、主控模块117和电源管理模块118，骨架111包括三块中心板和铝柱，三块中心板依次由上至下排列，相邻的两块中心板之间通过铝柱连接，水平定位模块113为GPS定位模块，该GPS定位模块安装在最上层的中心板的中心位置，视觉模块包括视觉传感器112和视觉处理器116，视觉传感器112安装在最底层中心板的后方(大型多旋翼无人机前进方向的后方)，视觉处理器116安装在最上层中心板的顶部，指示灯119为LED指示灯，该LED指示灯安装在中间层中心板的边缘位置，主控模块117和电源管理模块118均安装在最上层中心板的底部，脚架安装在最底层中心板的底部，6个机翼通过第一管夹件115安装在中间层中心板和最底层中心板之间。电源管理模块118和6个动力电机122均与电池114连接，电源管理模块118、水平定位模块113、指示灯119、视觉传感器112、视觉处理器116和6个机翼12均与主控模块117连接。骨架111、六块电池114和第一管夹件115构成稳定的立体结构，中心主体11的骨架111承担着大部分的受力。大型六旋翼无人机的控制基本上是由各个传感器模块负责感知飞行状态，然后反馈到主控模块117进行数据处理，接着传递给执行模块(动力电机122等)做出响应。六块电池114为视觉传感器112、视觉处理器116、指示灯119、水平定位模块113、主控模块117和电源管理模块118提供电源；视觉传感器112和视觉处理器116用于测量大型六旋翼无人机1所在的高度，实现无人机的定高。LED指示灯119通过不同灯光信号提示用户当前的飞行状态，电源管理模块118对电池进行管理并提供保护功能。水平定位模块113(即GPS定位模块)用于测量地磁场和对地坐标，实现无人机水平方向定点；主控模块117内置惯性测量单元(IMU)，可以测量飞行姿态，与GPS定位模块113一起实现水平方向定点；主控模块117处理数据输出给6个动力电机122，实现对6个动力电机122的控制，从而控制无人机的飞行姿态。

如图5所示，机翼12包括机臂124、电机安装座123、动力电机122和螺旋桨121，螺旋桨121与动力电机122的转轴连接，动力电机122通过螺栓安装于电机安装座123，摩擦力提供约束，动力电机122与中心主体11的控制模块117连接，电机安装座123与机臂124的一端连接，机臂124的另一端通过第一管夹件115与中心主体11连接，使用螺栓将机臂124和第一管夹件115夹紧，螺栓与摩擦力共同提供机臂124的轴向约束，第一管夹件115的管内壁压力为机臂124提供法向约束，第一管夹件115通过螺栓安装在最下层中心板和中间层中心板之间。另外动力电机122的安装平面与骨架111的中心板平面呈3度夹角。

使用流程：安装完成后，防撞装置2连接成环形整体，将各机翼12全方位包围，在飞行过程中实现各个方位的保护作用，当撞击发生时，通过第二防护连杆232和机臂124直接或间接地将撞击产生的应力传入结构稳定的中心主体，将撞击应力分散至防撞装置2的各部分，能较大程度的实现对大型多旋翼无人机的防撞保护。

上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于大型多旋翼无人机的防撞装置，其特征在于，包括第一防护机构和第二防护机构，所述第一防护机构通过转接件与大型多旋翼无人机的机臂连接，所述第二防护机构通过电机底座与大型多旋翼无人机的电机安装座连接，所述第一防护机构通过第二防护竖杆与第二防护机构连接；

所述第一防护机构包括第一防护模块和第二防护模块，所述第一防护模块通过第一防护连杆与第二防护模块连接，所述第一防护模块通过转接件与机臂连接，所述第二防护模块通过第二防护竖杆与第二防护机构连接；

所述第一防护模块包括多根第一防护横杆和多根第一防护竖杆，多根所述第一防护横杆通过第一四通接头首尾连接，所述第一四通接头与第一防护竖杆的一端连接，所述第一防护竖杆的另一端通过转接件与机臂连接，所述第一四通接头通过第一防护连杆与第二防护模块连接；

所述第二防护模块包括多根第二防护横杆，多根所述第二防护横杆通过第二四通接头首尾连接，所述第二四通接头通过第一防护连杆与第一防护模块连接，所述第二四通接头通过第二防护竖杆与第二防护机构连接；

所述第二防护机构包括多根第三防护横杆和多根第二防护连杆，多根所述第三防护横杆通过第三四通接头首尾连接，所述第三四通接头通过第二防护竖杆与第一防护机构连接，所述第三四通接头与第二防护连杆的一端连接，所述第二防护连杆的另一端通过电机底座与电机安装座连接；

所述大型多旋翼无人机包括中心主体、多个机翼和脚架，多个所述机翼通过第一管夹件与中心主体的连接，所述脚架安装于中心主体的底部，所述第一防护机构通过转接件与机翼的机臂连接，所述第二防护机构通过电机底座与机翼的电机安装座连接；

所述脚架包括支座、支撑杆、转接头、平衡杆和保护套，所述支座对称地安装于大型多旋翼无人机的底部，所述支座与支撑杆的一端连接，所述支撑杆的另一端通过转接头与平衡杆连接，所述保护套安装于平衡杆的两端。

2.根据权利要求1所述的一种基于大型多旋翼无人机的防撞装置，其特征在于，所述中心主体包括骨架、电池、视觉模块、指示灯、水平定位模块、主控模块和电源管理模块，所述电池、视觉模块、指示灯、水平定位模块、主控模块和电源管理模块均安装于骨架，多个所述机翼通过第一管夹件与骨架连接，所述脚架安装于骨架的底部，所述电源管理模块和多个所述机翼均与电池连接，所述电源管理模块、水平定位模块、 指示灯、视觉定位模块和多个所述机翼均与主控模块连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于大型多旋翼无人机的防撞装置，其特征在于，所述视觉定位模块包括视觉传感器和视觉处理器，所述视觉传感器和视觉处理器均安装于骨架，所述视觉传感器通过视觉处理器与主控模块连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于大型多旋翼无人机的防撞装置，其特征在于，所述机翼包括机臂、电机安装座、动力电机和螺旋桨，所述螺旋桨与动力电机的转轴连接，所述动力电机安装于电机安装座，所述动力电机与中心主体连接，所述电机安装座与机臂的一端连接，所述机臂的另一端通过第一管夹件与中心主体连接，所述电机安装座通过电机底座与第二防护机构连接，所述机臂通过连接件与第一防护机构连接。