CN207396773U - 一种用于气象环境测量的八旋翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于气象环境测量的八旋翼飞行器，其包括飞行器、设置在飞行器上的氦气球飞行器和气象环境测量模块；所述氦气球飞行器包括氦气球和绳索，所述氦气球通过绳索固定在飞行器上；所述飞行器包括飞行器的机架、相互等距设置在机架四角的4台电机、设置在机架上的中控单元和设置在机架下方的起落架；每台所述电机的输出轴均垂直于机架的水平面设置且每台所述电机均设有上、下两个方向的输出轴，每个所述输出轴顶端安装有旋翼；所述中控单元包括八旋翼微处理器模块和与之连接的相关传感器模块。本实用新型的优点是续航时间长、测量结果准确且可搭载气象测量系统在指定高度范围内测量。

Description

一种用于气象环境测量的八旋翼飞行器

技术领域

本实用新型属于无人机与氦气球飞行器技术领域，具体涉及一种用于气象环境测量的八旋翼飞行器。

背景技术

现有的用于低空的气象数据测量的四旋翼飞行器通过控制四个螺旋桨的转速，获得向上升的拉力，升力可以克服整机的重量时，整机离地上升；转速减小，升力小于重力时，进行下降。所述四旋翼飞行器的缺点在于：1、受限于电池的容量和重量，四旋翼飞行器无法长时间在空中进行飞行操作；2、四旋翼在飞行状态时，螺旋桨的高速转动会对观测场的待测气象环境造成破坏，从而对测量结果产生干扰。

现有的氦气球飞行器主要依靠绳索进行放飞与回收。现有的氦气球飞行器的缺点在于：1、氦气球的放飞与回收过程较为复杂，需要专业装置控制氦气球飞行器的绳索回收和放出过程；2、氦气球的绳索上无法稳定搭载气象环境测量装置。

现有的用于低空的气象数据测量的四旋翼飞行器由于电池重量限制，无法搭载大电量电池，长时间在空中飞行测量；并且这种测量方法由于飞行器飞行时旋翼的高速转动，会对观测场的待测气象环境造成破坏，从而对测量结果产生较大的干扰。

现有的用于低空的气象数据测量的氦气球飞行器依靠绳索进行放飞与回收，无法搭载气象测量系统进行空中指定高度范围内测量。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供了一种续航时间长、测量结果准确且可搭载气象测量系统在指定高度范围内测量的用于气象环境测量的八旋翼飞行器。

本实用新型解决上述问题采用如下技术方案：

一种用于气象环境测量的八旋翼飞行器，其包括飞行器、设置在飞行器上的氦气球飞行器和气象环境测量模块；所述氦气球飞行器包括氦气球和绳索，所述氦气球通过绳索固定在飞行器上；所述飞行器包括飞行器的机架、相互等距设置在机架四角的4台电机、设置在机架上的中控单元和设置在机架下方的起落架；每台所述电机的输出轴均垂直于机架的水平面设置且每台所述电机均设有上、下两个方向的输出轴，每个所述输出轴顶端安装有旋翼；所述中控单元包括八旋翼微处理器模块和与之连接的相关传感器模块。

进一步的，所述相关传感器模块包括图传模块、GPS模块和电机驱动模块；所述八旋翼微处理器模块的相应端口分别和图传模块、GPS模块和电机驱动模块相连接，所述电机驱动模块的输出端驱动电机的受控端。

进一步的，所述气象环境测量模块包括温湿度传感器模块、气压传感器模块、超声波风速风向传感器模块和PM2.5传感器模块中的一种或几种组合；所述八旋翼微处理器模块的相应端口分别和温湿度传感器模块、气压传感器模块、超声波风速风向传感器模块和PM2.5传感器模块相连接。

进一步的，本实用新型还包括设置在机架上的无线传输模块，所述八旋翼微处理器模块通过无线传输模块和地面上的遥控器和/或图像接收屏幕相通信。

进一步的，所述中控单元还包括报警模块、高度传感器和姿态控制模块中的一种或几种组合，所述八旋翼微处理器模块的相应端口分别和报警模块、高度传感器和姿态控制模块相连接。

进一步的，所述飞行器还包括安装在机架上的设备保护罩和/或置物架。

进一步的，所述飞行器的中控单元、气象环境测量模块安装在所述设备保护罩和/或置物架内。

进一步的，当所述设备保护罩或置物架为全密封结构时，其上设置有窗口。

进一步的，所述机架的四角分别设有凸翼，4台所述电机分别安装在凸翼上。

进一步的，所述机架上均布有用于连接绳索的绳索装配孔。

进一步的，所述图传模块包括图传摄像机或图传相机。

本实用新型的有益效果如下：

1、本实用新型将飞行器的旋翼数增加到8个，分为上、下两层，两层各为4个旋翼，用于为飞行器提供上升和下降的动力。本实用新型结合使用飞行器与氦气球飞行器，首先对氦气球进行充气，直至氦气球的浮力与飞行器模块和气象环境测量模块的重力之和相等；然后将氦气球飞行器和飞行器的机架进行连接，将气象环境测量模块安装在飞行器模块之上；之后通过控制飞行器可以带动整套系统实现上升、悬停和下降三种状态，在本测量装置处于相对悬停状态时完成对气象数据的测量。

2、本实用新型借助八个旋翼的飞行器的空中移动能力较强的特点，实现系统在空中指定高度范围内进行测量。

3、本实用新型借助氦气球飞行器浮力较大的特点可以提高系统的承重能力，能够搭载更多气象测量设备。

4、本实用新型采用八个旋翼在同时工作的状态下，可以为系统提供充足的动力，同时双层设计相比于单层八旋翼设计可以减小旋翼尺寸。

5、本实用新型在悬浮状态时，旋翼停止工作，减少了八个旋翼的飞行器的电机工作时间，从而节省八个旋翼的飞行器的电池电量。

6、本实用新型能够为测量气象数据提供较为稳定的待测场环境，可以减小八个旋翼的飞行器工作时螺旋桨扰动所带来的干扰。由于本实用新型在氦气球的浮力与八个旋翼的飞行器模块和气象环境测量模块的重力之和相等时，可以实现整套测量系统的悬停状态，此状态下八个旋翼的飞行器的旋翼处于静止状态，因而能够为测量气象数据提供较为稳定的待测场环境。

附图说明

图1为八个旋翼的飞行器的结构示意图。

图2为八个旋翼的飞行器的机架的机构示意图。

图3为旋翼的结构示意图。

图4为本实用新型的电路结构原理框图。

其中，1飞行器的机架、2电机、3输出轴、4旋翼、5氦气球、6绳索、7起落架、8设备保护罩、9置物架、10窗口、11凸翼、12绳索装配孔。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图，对本实用新型做进一步说明。

如图1-图4所示，本实施例涉及一种用于气象环境测量的八旋翼飞行器，本实施例用于低空的气象数据测量，通过控制飞行器的八个旋翼转动状态，完成整体的上升，下降和悬停这三种状态，从而降低观测场的测量环境受到的干扰，实现长时间、连续不间断对不同高度的实时气象数据进行测量。

本实施例结合使用氦气球飞行器模块、八个旋翼的飞行器模块与气象环境测量模块。所解决的的问题包括：1、整套装置借助八个旋翼的飞行器的空中移动能力较强的特点，实现系统在空中指定高度范围内进行测量；2、借助氦气球飞行器浮力较大的特点可以提高系统的承重能力，能够搭载更多气象测量设备；3、八个旋翼在同时工作的状态下，可以为系统提供充足的动力，同时双层设计相比于单层八旋翼设计可以减小旋翼尺寸；4、悬浮状态时，旋翼停止工作，减少八个旋翼的飞行器的电机工作时间，从而节省八个旋翼的飞行器的电池电量；5、能够为测量气象数据提供较为稳定的待测场环境，可以减小八个旋翼的飞行器工作时螺旋桨扰动所带来的干扰。在氦气球的浮力与八个旋翼的飞行器模块除遥控器模块和图传模块外和气象环境测量模块的重力之和相等时，可以实现整套测量系统的悬停状态，此状态下八个旋翼的飞行器的旋翼处于静止状态。

本实施例由八个旋翼的飞行器模块与氦气球飞行器模块、气象环境测量模块组成，可对待测场实现连续较长时间的气象环境测量。

所述八个旋翼的飞行器配备有8个旋翼，分成上下位置对称的两层，同时上下位置对称的8个旋翼分成4组,相邻组之间的角度为90°。其中上、下层的四个旋翼可以为其上升和下降提供动力。并且螺旋桨组件安装方向与相邻螺旋桨组件相反,若其中一个旋翼组件的电机顺时针旋转,则其相邻组件的电机逆时针旋转,反之亦然，陀螺效应和空气动力扭矩效应均被抵消。

将氦气球引出四条绳索与八个旋翼的飞行器的主体等长连接，并且将各种传感器通过安装孔固定在八个旋翼的飞行器的主体上。将图传相机和气象环境测量模块安装和固定在八个旋翼的飞行器上面的指定位置。此时为氦气球进行填充气体，直至氦气球的浮力与八个旋翼的飞行器模块除遥控器模块和图传模块外和气象环境测量模块的重力之和相等时，整套装置恰好可以实现悬浮状态。

本实施例在到达指定高度范围时，通过遥控器控制八个旋翼的飞行器停止工作，实现整套装置的悬停状态，此时各种用于测量气象数据的传感器不会受到八个旋翼的飞行器螺旋桨的干扰。

本实施例有八个旋翼的飞行器模块与氦气球飞行器模块、气象环境测量模块组成。

本实用新型中的八个旋翼的飞行器拥有双层共八个螺旋桨，上、下两层的旋翼用于实现为装置提供上升和下降的拉力。八个旋翼的飞行器可以帮助整套系统在空中进行方位移动，实现装置在空中指定高度范围内测量。

结合使用氦气球飞行器，当氦气球飞行器的浮力与八个旋翼的飞行器模块除遥控器和图传模块外和气象环境测量模块的重力之和相等时，可以实现整套测量装置能够处于悬停状态，此状态下八个旋翼的飞行器的旋翼不用工作，这样可以节省八个旋翼的飞行器的电池电量和提高装置的承重能力，为气象数据的测量提供了较为稳定的观测场环境，可以排除八个旋翼的飞行器工作时旋翼所带来的影响。

其中八个旋翼的飞行器模块包括：八旋翼飞行器微处理器模块、遥控器模块、无线通信模块、图传模块、GPS模块、电机模块、电机驱动模块、姿态控制模块、电池模块和报警模块。

其中通过将八旋翼飞行器微处理器模块与无线通信模块、GPS模块、电机2、电机驱动模块、姿态控制模块、电池模块和报警模块相连接。

其中遥控器、图传模块通过无线通讯模块与八旋翼飞行器微处理器模块完成通信，实现对八个旋翼的飞行器的控制和远程图像传输功能。

其中，图传模块由摄像机、屏幕和无线通讯模块组成，能够把摄像头拍摄的图像传回地面在屏幕终端进行显示，使操作人员在操作系统时能够掌握周边环境，并根据图传画面进行航拍的取景构图。

其中，GPS模块可以利用一系列GPS坐标点，自动生成相应航线，同时从GPS系统中读取定位数据，将定位坐标显示在图传模块的显示屏上。

其中，电机和电机驱动模块实现对无刷直流电机的转速的控制，保证八个旋翼的飞行器的稳定飞行。

其中，姿态控制模块通过进行八旋翼的高度控制、俯仰角控制、横滚角控制、偏航角控制，实现上升、下降、前倾、后倾、左倾、右倾等姿态的稳定实现，保证系统的飞行稳定性。

其中，电池模块负责为八个旋翼的飞行器模块进行供电。

其中，警报模块负责在八个旋翼的飞行器的电池的电量不足时和系统姿态稳定性受到破坏时进行声音和灯光报警。

其中，八个旋翼的飞行器装置包括飞行器主体和安装在主体上的八个旋翼组件，呈上下对称的双层四旋翼构造，上层的四个旋翼用于为装置提供上升的拉力，下层的四个旋翼4用于实现为装置提供下降的拉力。并且上下位置对称的旋翼构成一个旋翼组，相邻所述组之间的角度为90°。每个所述旋翼组件包括电机吊臂、一个无刷电机和一个旋翼，控制上升或下降的旋翼与相应的无刷电机的输出端相连,其中无刷电机安装在所述电机吊臂的末端上，飞行器主体上设有安装孔，电机吊臂的另一末端穿过安装孔并通过安装孔两侧机构夹紧在主体上，所述旋翼组件安装方向与相邻旋翼组件相反，若其中一个旋翼组件的电机机顺时针旋转,则其相邻组件的电机逆时针旋转，反之亦然。将氦气球飞行器通过细的绳索6进行与八个旋翼的飞行器的主体装配孔连接。

所述气象环境测量模块由气压传感器模块、温湿度传感器模块、超声波风速风向传感器模块、PM2.5传感器模块组成。

其中，气压传感器模块可以得到该位置的大气压强值。

其中，温湿度传感器模块可以的到该位置的温度值和湿度值。

其中，超声波风速风向传感器模块可以的到该位置的风速值和风向值。

其中，PM2.5传感器模块可以的到该位置的PM2.5的数值。

将超声波风速风向传感器、温湿度传感器、气压传感器、PM2.5传感器和无线通讯模块通过八个旋翼的飞行器的主体上的安装孔进行固定。微处理器模块控制气象环境测量模块进行数据的传输和存储。

上述详细说明是针对本实用新型可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型的等效实施或变更，均应包含于本案的专利保护范围中。

Claims (10)

1.一种用于气象环境测量的八旋翼飞行器，其特征在于：其包括飞行器、设置在飞行器上的氦气球飞行器和气象环境测量模块；所述氦气球飞行器包括氦气球和绳索，所述氦气球通过绳索固定在飞行器上；所述飞行器包括飞行器的机架（1）、相互等距设置在机架（1）四角的4台电机（2）、设置在机架（1）上的中控单元和设置在机架（1）下方的起落架（7）；每台所述电机（2）的输出轴（3）均垂直于机架（1）的水平面设置且每台所述电机（2）均设有上、下两个方向的输出轴（3），每个所述输出轴（3）顶端安装有旋翼（4）；所述中控单元包括八旋翼微处理器模块和与之连接的相关传感器模块。

2.根据权利要求1所述的用于气象环境测量的八旋翼飞行器，其特征在于：所述相关传感器模块包括图传模块、GPS模块和电机驱动模块；所述八旋翼微处理器模块的相应端口分别和图传模块、GPS模块和电机驱动模块相连接，所述电机驱动模块的输出端驱动电机（2）的受控端。

3.根据权利要求1或2所述的用于气象环境测量的八旋翼飞行器，其特征在于：所述气象环境测量模块包括温湿度传感器模块、气压传感器模块、超声波风速风向传感器模块和PM2.5传感器模块中的一种或几种组合；所述八旋翼微处理器模块的相应端口分别和温湿度传感器模块、气压传感器模块、超声波风速风向传感器模块和PM2.5传感器模块相连接。

4.根据权利要求1所述的用于气象环境测量的八旋翼飞行器，其特征在于：其还包括设置在机架（1）上的无线传输模块，所述八旋翼微处理器模块通过无线传输模块和地面上的遥控器和/或图像接收屏幕相通信。

5.根据权利要求1所述的用于气象环境测量的八旋翼飞行器，其特征在于：所述中控单元还包括报警模块、高度传感器和姿态控制模块中的一种或几种组合，所述八旋翼微处理器模块的相应端口分别和报警模块、高度传感器和姿态控制模块相连接。

6.根据权利要求1所述的用于气象环境测量的八旋翼飞行器，其特征在于：所述飞行器还包括安装在机架（1）上的设备保护罩（8）和/或置物架（9）。

7.根据权利要求6所述的用于气象环境测量的八旋翼飞行器，其特征在于：所述飞行器的中控单元、气象环境测量模块安装在所述设备保护罩（8）和/或置物架（9）内。

8.根据权利要求6所述的用于气象环境测量的八旋翼飞行器，其特征在于：当所述设备保护罩（8）或置物架（9）为全密封结构时，其上设置有窗口（10）。

9.根据权利要求1所述的用于气象环境测量的八旋翼飞行器，其特征在于：所述机架（1）的四角分别设有凸翼（11），4台所述电机（2）分别安装在凸翼（11）上。

10.根据权利要求1所述的用于气象环境测量的八旋翼飞行器，其特征在于：所述机架（1）上均布有用于连接绳索（6）的绳索装配孔（12）。