CN113002798B - 一种便携式多姿态可自动收放旋翼无人机系统及其设计方法 - Google Patents

一种便携式多姿态可自动收放旋翼无人机系统及其设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种便携式多姿态可自动收放的旋翼无人机系统及其设计方法，属于无人机技术领域，可自动收放旋翼无人机系统由即存储箱、旋翼无人机组成；存储箱由折叠式停机坪和存储箱壳体组成，用来实现对旋翼无人机的存储、充电以及在与旋翼无人机交互情况下的自动收放；旋翼无人机可改变飞行姿态、收放姿态以及与存储箱交互情况下的自动收放，折叠式停机坪由材料总成、骨架总成组成；随着骨架总成的折叠与展开带动材料总成的折叠与展开；材料总成处于折叠状态时，材料总成位于骨架总成内部，旋翼无人机能够位于其内部；材料总成处于展开状态时，材料总成位于骨架总成的上部，材料总成位于同一平面内，旋翼无人机能够位于该平面内。

Description

一种便携式多姿态可自动收放旋翼无人机系统及其设计方法
技术领域
本发明属于无人机技术领域，涉及自动收放旋翼无人机系统。
背景技术
当前旋翼无人机的自动识别、按照规划的既定路线自动飞行、无线操作技术越来越成熟，此外电子设备的无线充电技术也已经成功商用。但是，目前还没有在车载端实现无人机方便携带、车辆行进间自动收放等功能，因此本发明是基于已经成熟应用的自动识别、路径规划自动飞行、无线操作、无线充电等技术，设计了便携式多姿态可自动收放的旋翼无人机系统。
发明内容
本发明的目的是要提供一种便携式多姿态可自动收放旋翼无人机系统，“旋翼无人机系统”主要由两部分组成，即“存储箱”+“旋翼无人机”；“存储箱”由“折叠式停机坪”和“存储箱壳体”组成，用来实现对“旋翼无人机”的存储、充电以及在与“旋翼无人机”交互情况下的自动收放；“旋翼无人机”可改变飞行姿态、收放姿态以及与“存储箱”交互情况下的自动收放。
另外，由于具备自动无线充电功能，可以提高“旋翼无人机”应用的时效性。
另外，由于“旋翼无人机”可以在飞行过程中改变飞行状态，减小结构尺寸，提高了“旋翼无人机”的通过性能；由于“旋翼无人机系统”具备自动收放功能，大大的提高了使用的便捷性。
本发明的技术方案是：一种便携式多姿态可自动收放旋翼无人机系统，包括存储箱、旋翼无人机；存储箱由折叠式停机坪和存储箱壳体组成，存储箱用于对旋翼无人机的存储以及旋翼无人机的收放；存储箱壳体用于容纳折叠的折叠式停机坪；其特征在于，折叠式停机坪由材料总成、骨架总成组成；随着骨架总成的折叠与展开带动材料总成的折叠与展开；材料总成由可伸缩柔性材料(1)、可折叠硬质材料(2)组成；材料总成处于折叠状态时，可伸缩柔性材料(1)折叠，可折叠硬质材料(2)周边靠向中心收拢，材料总成位于骨架总成内部，旋翼无人机能够位于其内部；材料总成处于展开状态时，材料总成位于骨架总成的上部，材料总成的可折叠硬质材料周边展开，且位于同一平面内，旋翼无人机能够位于该平面内。
进一步地，可折叠硬质材料(2)组成十字结构，可伸缩柔性材料(1)分别位于十字结构的四周的边界之间；十字结构的四边区域即四周与中心铰接；十字结构的四边区域即四周的两侧边沿与骨架总成进行铰接，使材料总成处于折叠状态时，十字结构的中心的区域与骨架总成的底部配合，十字结构的四边区域即四周与骨架的侧壁配合；材料总成处于展开状态时，材料总成位于骨架总成的上部，十字结构的四边区域与中心区域位于同一平面内。
进一步地，骨架总成包括N极永磁体(3)、S极永磁体(4)、推板(5)；两个N极永磁体(3)和两个S极永磁体(4)位于交错固定在推板(5)下表面。
进一步地，旋翼无人机起降支腿内具有两个S极电磁体(16)和两个N极电磁体(17)，与折叠式停机坪上的两个N极永磁体(3)和两个S极永磁体(4)位置对应。
进一步地，骨架总成由N极永磁体(3)、S极永磁体(4)、推板(5)、撑杆(6)、连接铰(7)组成，撑杆(6)下端通过铰接固定在推板(5)上，连接铰(7)通过滑动铰连接在撑杆(6)上；材料总成四周的可折叠硬质材料(2)(外侧段)与对应的撑杆(6)(上端部)铰接，材料总成中心的可折叠硬质材料(2)与推板(5)固定；推板(5)上下移动时，撑杆(6)在连接铰(7)的孔内滑动；连接铰(7)连接在存储箱壳体上。
进一步地，存储箱壳体包括导杆(8)、连接铰配合孔(9)、丝杠(11)、丝杠电机(12)；连接铰(7)通过转动铰连接到存储箱壳体上的连接铰配合孔(9)中；丝杠电机(12)带动丝杠(11)旋转；折叠式停机坪的推板(5)上有若干个通孔分别与存储箱壳体中的若干个导杆(8)滑动配合，折叠式停机坪的推板(5)上有一个螺纹孔与存储箱壳体中的丝杠(11)螺纹配合。
进一步地，存储箱壳体包括存储箱本体，连接铰配合孔(9)位于存储箱本体上边沿，丝杠(11)固定在存储箱本体上。
进一步地，旋翼无人机旋转旋翼臂使旋翼无人机变窄，用于通过较窄空间。
进一步地，旋翼无人机通过折叠旋翼、旋转折叠旋翼臂使旋翼无人机变窄，即宽度方向能够收纳进存储箱。“旋翼无人机”可改变飞行姿态、收放姿态以及与“存储箱”交互情况下的自动收放。
进一步地，包括旋翼无人机自动降落过程和放飞过程的起飞阶段的功能：
当旋翼无人机处于降落过程时，旋翼无人机通过图像识别确定并对准折叠式停机坪展开后的中心位置，对准后旋翼无人机开始降落，当降落到距离折叠式停机坪一定高度时，旋翼无人机开启安装于起降支腿内的两个S极电磁体(16)和两个N极电磁体(17)，并分别与安装在折叠式停机坪上的两个N极永磁体(3)和两个S极永磁体(4)相互吸合；当旋翼无人机处于放飞过程的起飞阶段时，旋翼无人机关闭起降支腿内的两个S极电磁体(16)和两个N极电磁体(17)。与“旋翼无人机”交互情况下的自动收放。
本发明的有益效果在于，所提出的一种便携式多姿态可自动收放旋翼无人机系统的设计方法，由于“旋翼无人机系统”结构尺寸小，可以便携式存放和安装于装甲车辆或者民用车辆上；由于具备自动无线充电功能，可以提高“旋翼无人机”应用的时效性；由于“旋翼无人机”可以在飞行过程中改变飞行状态，减小结构尺寸，提高了“旋翼无人机”的通过性能；由于“旋翼无人机系统”具备自动收放功能，大大的提高了使用的便捷性。
附图说明
图1为“折叠式停机坪”的结构原理图；
图中，1：柔性材料；2：铰接硬质材料；3：N极永磁体；4：S极永磁体；5：推板；6：撑杆；7：连接铰。
图2为“存储箱壳体”的结构原理图；
图中，7：连接铰(与图1中同)；8：导杆；9：连接铰配合孔；10：箱盖；11：丝杠；12：丝杠电机。
图3为“存储箱”；
图4为旋翼无人机“变窄飞行状态”越过狭窄空间飞行的原理图；
图中，14：关节电机。
图5为旋翼无人机通过折叠旋翼、旋转折叠旋翼臂进行收缩减小结构尺寸的过程原理图；
图6为旋翼无人机通过直线电机收缩支撑腿减小高度尺寸的原理图；
图中，15：直线电机。
图7为旋翼无人机自动降落过程和放飞过程的起飞阶段原理图；
图中，3：N极永磁体；4：S极永磁体；16：S极电磁体；17：N极电磁体。
图8为旋翼无人机自动收纳过程和放飞过程的准备阶段原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明的目的是要提供一种便携式多姿态可自动收放旋翼无人机系统，“旋翼无人机系统”主要由两部分组成，即“存储箱”(例如图3)+“旋翼无人机”(例如图4)；“存储箱”由“折叠式停机坪”和“存储箱壳体”组成，用来实现对“旋翼无人机”的存储、充电以及在与“旋翼无人机”交互情况下的自动收放；“旋翼无人机”可改变飞行姿态、收放姿态以及与“存储箱”交互情况下的自动收放。
图1“折叠式停机坪”【④】由材料总成【①、②】、骨架总成【③】组成；材料总成由可伸缩柔性材料(1)、可折叠硬质材料(2)组成，材料总成有展开【①】和折叠【②】两种状态；骨架总成由N极永磁体(3)、S极永磁体(4)、推板(5)、撑杆(6)、连接铰(7)组成，两个N极永磁体(3)和两个S极永磁体(4)交错(对角线顶端的)固定在推板(5)下表面，如图1中⑥所示八个撑杆(6)通过铰接固定在推板(5)上，如图1中⑤所示八个连接铰(7)可通过滑动铰连接在撑杆(6)上，骨架总成也有展开和折叠两种状态；材料总成【①】四周的可折叠硬质材料(2)与对应的撑杆(6)固定，材料总成【①】中心的可折叠硬质材料(2)与推板(5)固定，进而组成了“折叠式停机坪”【④】，“折叠式停机坪”【④】随着骨架总成【③】的折叠与展开带动材料总成【①、②】的折叠与展开。
材料总成四周的可折叠硬质材料(2)(外侧段)与对应的撑杆(6)(上端部)铰接。
图2“存储箱壳体”由连接铰(7)、导杆(8)、连接铰配合孔(9)、箱盖(10)、丝杠(11)、丝杠电机(12)组成；连接铰(7)通过转动铰连接到“存储箱壳体”上的连接铰配合孔(9)中；丝杠电机(12)可以带动丝杠(11)旋转。
图3“存储箱”由“折叠式停机坪”【图1中④】和“存储箱壳体”【图2】组成；“折叠式停机坪”的推板(5)上有三个通孔与“存储箱壳体”中的三个导杆(8)滑动配合，“折叠式停机坪”的推板(5)上有一个螺纹孔与“存储箱壳体”中的丝杠(11)螺纹配合，“折叠式停机坪”的撑杆(6)通过滑动铰连接到“存储箱壳体”上的连接铰(7)；“存储箱”具有折叠和展开两种状态；此外，“存储箱”底部还可以集成设计旋翼无人机自动无线充放电的相关设备。
图4为“旋翼无人机”的变窄飞行状态，由于包括关节电机(14)，因此可以通过旋转旋翼臂改变飞行状态，预计宽度尺寸可以减小将近32％，增强了旋翼无人机狭小空间的通过能力。
图5为“旋翼无人机”的收纳状态，由于包括关节电机(14)，因此可以通过折叠旋翼、旋转折叠旋翼臂减小结构尺寸，预计结构尺寸可以减小47％，进而减小了“存储箱”的长宽尺寸，提高便携性。
图6为“旋翼无人机”的收纳状态，由于包括直线电机(15)，因此可以通过收缩支撑腿减小高度尺寸，预计高度尺寸可以减小14％，进而减小了“存储箱”的高度尺寸，提高便携性。
图7为旋翼无人机自动降落过程和放飞过程的起飞阶段；当处于降落过程时，“旋翼无人机”光电吊舱通过图像识别初步确定并对准“折叠式停机坪”的中心位置，对准后“旋翼无人机”开始降落，当降落到距离“折叠式停机坪”一定高度时，“旋翼无人机”开启集成安装于起降支腿内的两个S极电磁体(16)和两个N极电磁体(17)，并分别与安装在“折叠式停机坪”上的两个N极永磁体(3)和两个S极永磁体(4)相互吸合，进而实现“旋翼无人机”的精准降落和快速固定；当处于放飞过程的起飞阶段时，“旋翼无人机”关闭集成安装于起降支腿内的两个S极电磁体(16)和两个N极电磁体(17)，同时开启旋翼实现起飞。
图8为旋翼无人机自动收纳过程和放飞过程的准备阶段；当处于收纳过程时，首先“旋翼无人机”如图5所示折叠旋翼、旋转折叠旋翼臂，如图6所示收缩支撑腿，并处于收纳状态；其次，图2“存储箱壳体”中的丝杠电机(12)启动并带动丝杠(11)旋转，进而带动图1“折叠式停机坪”下降，“折叠式停机坪”由展开状态逐渐变为折叠状态【④】，当下降到底端时，“存储箱壳体”自动关闭箱盖(10)完成自动收纳；放飞过程的准备阶段就是通过收纳过程的反向程序来实现的。
例如“旋翼无人机系统”要开展一次拍摄任务，自动放飞，穿越狭窄空间实施拍摄，任务完成后返回并自动降落，完成自动收纳、自动充电，可分为以下几个步骤完成：
第一步，“存储箱”由折叠状态进入展开状态：“存储箱壳体”自动打开箱盖(10)；“旋翼无人机”开启集成安装于起降支腿内的两个S极电磁体(16)和两个N极电磁体(17)，并分别与安装在“折叠式停机坪”上的两个N极永磁体(3)和两个S极永磁体(4)相互吸合，实现“旋翼无人机”的固定；图2“存储箱壳体”中的丝杠电机(12)启动并带动丝杠(11)旋转，进而带动图1“折叠式停机坪”上升，“折叠式停机坪”由折叠状态【④】逐渐变为展开状态；
第二步，“旋翼无人机”由收纳状态进入飞行状态：“旋翼无人机”如图5中按③②①顺序所示，展开旋翼臂和旋翼，如图6中按②①顺序所示伸展支撑腿；
第三步，“旋翼无人机”解脱固定、开始飞行：“旋翼无人机”关闭集成安装于起降支腿内的两个S极电磁体(16)和两个N极电磁体(17)，完成解脱，“旋翼无人机”按操作员规划的路线自动起飞；
第四步，“旋翼无人机”穿越狭窄障碍实施侦察：当“旋翼无人机”在飞行过程中，通过目标识别实时监测到前方有较为狭窄的窗口需要通过，“旋翼无人机”如图4所示旋转旋翼臂进入“变窄飞行状态”，并越过窄缝飞行空间对既定区域实施侦察；
第五步，“旋翼无人机”返航自动降落：“旋翼无人机”光电吊舱通过图像识别初步确定并对准“折叠式停机坪”的中心位置，对准后“旋翼无人机”开始降落，当降落到距离“折叠式停机坪”一定高度时，“旋翼无人机”开启集成安装于起降支腿内的两个S极电磁体(16)和两个N极电磁体(17)，并分别与安装在“折叠式停机坪”上的两个N极永磁体(3)和两个S极永磁体(4)相互吸合，进而实现“旋翼无人机”的精准降落和快速固定；
第六步，“旋翼无人机”自动收纳、自动充电：首先“旋翼无人机”如图5所示折叠旋翼、旋转折叠旋翼臂，如图6所示收缩支撑腿，并处于收纳状态；其次，图2“存储箱壳体”中的丝杠电机(12)启动并带动丝杠(11)旋转，进而带动图1“折叠式停机坪”下降，“折叠式停机坪”由展开状态逐渐变为折叠状态【④】，当下降到底端时，“存储箱壳体”自动关闭箱盖(10)完成自动收纳；最后，“旋翼无人机”检测自身电量，并无线开启“存储箱”的无线充电功能实施充电。

Claims (8)

1.一种便携式多姿态可自动收放旋翼无人机系统，包括存储箱、旋翼无人机；存储箱由折叠式停机坪和存储箱壳体组成，存储箱用于对旋翼无人机的存储以及旋翼无人机的收放；存储箱壳体用于容纳折叠的折叠式停机坪；
其特征在于，
折叠式停机坪由材料总成、骨架总成组成；随着骨架总成的折叠与展开带动材料总成的折叠与展开；材料总成由可伸缩柔性材料（1）、可折叠硬质材料（2）组成；材料总成处于折叠状态时，可伸缩柔性材料（1）折叠，可折叠硬质材料（2）周边靠向中心收拢，材料总成位于骨架总成内部，旋翼无人机能够位于其内部；材料总成处于展开状态时，材料总成位于骨架总成的上部，材料总成的可折叠硬质材料周边展开，且位于同一平面内，旋翼无人机能够位于该平面内；骨架总成包括N极永磁体（3）、S极永磁体（4）、推板（5）；两个N极永磁体（3）和两个S极永磁体（4）位于交错固定在推板（5）下表面，骨架总成由N极永磁体（3）、S极永磁体（4）、推板（5）、撑杆（6）、连接铰（7）组成， 撑杆（6）下端通过铰接固定在推板（5）上，连接铰（7）通过滑动铰连接在撑杆（6）上； 材料总成四周的可折叠硬质材料（2）与对应的撑杆（6）铰接，材料总成中心的可折叠硬质材料（2）与推板（5）固定；推板（5）上下移动时，撑杆（6）在连接铰（7）的孔内滑动；连接铰（7）连接在存储箱壳体上。
2.根据权利要求1所述的一种便携式多姿态可自动收放旋翼无人机系统，其特征在于，可折叠硬质材料（2）组成十字结构，可伸缩柔性材料（1）分别位于十字结构的四周的边界之间；十字结构的四边区域即四周与中心铰接；十字结构的四边区域即四周的两侧边沿与骨架总成进行铰接，使材料总成处于折叠状态时，十字结构的中心的区域与骨架总成的底部配合，十字结构的四边区域即四周与骨架的侧壁配合；材料总成处于展开状态时，材料总成位于骨架总成的上部，十字结构的四边区域与中心区域位于同一平面内。
3.根据权利要求1所述的一种便携式多姿态可自动收放旋翼无人机系统，其特征在于，旋翼无人机起降支腿内具有两个S极电磁体（16）和两个N极电磁体（17），与折叠式停机坪上的两个N极永磁体（3）和两个S极永磁体（4）位置对应。
4.根据权利要求1所述的一种便携式多姿态可自动收放旋翼无人机系统，其特征在于，存储箱壳体包括导杆（8）、连接铰配合孔（9）、丝杠（11）、丝杠电机（12）；
连接铰（7）通过转动铰连接到存储箱壳体上的连接铰配合孔（9）中；丝杠电机（12）带动丝杠（11）旋转；折叠式停机坪的推板（5）上有若干个通孔分别与存储箱壳体中的若干个导杆（8）滑动配合， 折叠式停机坪的推板（5）上有一个螺纹孔与存储箱壳体中的丝杠（11）螺纹配合。
5.根据权利要求3所述的一种便携式多姿态可自动收放旋翼无人机系统，其特征在于，存储箱壳体包括存储箱本体，连接铰配合孔（9）位于存储箱本体上边沿，丝杠（11）固定在存储箱本体上。
6.根据权利要求1所述的一种便携式多姿态可自动收放旋翼无人机系统，其特征在于，旋翼无人机旋转旋翼臂使旋翼无人机变窄，用于通过较窄空间。
7.根据权利要求1所述的一种便携式多姿态可自动收放旋翼无人机系统，其特征在于，旋翼无人机通过折叠旋翼、旋转折叠旋翼臂使旋翼无人机变窄 ，即宽度方向能够收纳进存储箱。
8.权利要求1至7任一所述的一种便携式多姿态可自动收放旋翼无人机系统的设计方法，其特征在于，包括旋翼无人机自动降落过程和放飞过程的起飞阶段的功能：
当旋翼无人机处于降落过程时，旋翼无人机通过图像识别确定并对准折叠式停机坪展开后的中心位置，对准后旋翼无人机开始降落，当降落到距离折叠式停机坪一定高度时，旋翼无人机开启安装于起降支腿内的两个S极电磁体（16）和两个N极电磁体（17），并分别与安装在折叠式停机坪上的两个N极永磁体（3）和两个S极永磁体（4）相互吸合；当旋翼无人机处于放飞过程的起飞阶段时，旋翼无人机关闭起降支腿内的两个S极电磁体（16）和两个N极电磁体（17）。
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