CN221024146U - 一种用于多旋翼无人机融合视频回传的遥控矢量喷射装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及无人机喷射装置技术领域，具体公开了一种用于多旋翼无人机融合视频回传的遥控矢量喷射装置，包括喷头近端部分、万向节部分、喷头远端部分和喷嘴部分，喷头近端部分通过万向节部分连接喷头远端部分，喷头远端部分可拆卸式安装喷嘴部分；喷头近端部分设有喷头近端主体、水平面控制舵机、垂直面控制舵机和摄像头，水平面控制舵机、垂直面控制舵机和摄像头安装在喷头近端主体上；本实用新型提高了无人机系统整体的安全性；载荷操作员通过遥控器对喷头进行矢量控制，降低操作难度，提高了喷射精度；配备喷射专用的FPV视角，解决无人机FPV视角不适用于喷射作业的问题；可替换喷头设计，无人机在地面时可根据实际作业需求替换喷嘴。

Description

一种用于多旋翼无人机融合视频回传的遥控矢量喷射装置

技术领域

本实用新型涉及无人机喷射装置技术领域，具体涉及一种用于多旋翼无人机融合视频回传的遥控矢量喷射装置。

背景技术

随着技术的不断发展，无人机已经广泛应用于影视航拍、电力巡检、水利巡查、农林植保、消防救援、安防应急等领域中。无人机搭载不同任务载荷设备即可执行不同的飞行任务。无人机广泛应用提高了工作效率、减少了人力和时间成本，同时也提供了更安全、便捷、环保的解决方案。

无人机定向喷射装置主要应用于无人机进行喷火清障、水冲洗、喷涂等场景，此时任务载荷需要搭载定向喷射装置，定向喷射水、涂料、可燃剂等液体，来执行相应的清洗、喷涂、喷火等任务。

目前市场上虽然也有类似定向喷射装置，但普遍存在以下问题：

1.安全性较差。目前常见的定向喷射装置其通讯控制链路等都与无人机本体的通讯控制链路共用同一套系统，这就要求无人机操作人员在控制无人机飞行姿态的同时操作喷射载荷进行相关清洗、喷涂等作业。无人机飞行本身需要操作人员的注意力时刻高度集中，在操作飞行的同时时刻准备应急处理突发情况，额外再去控制喷射载荷容易导致无人机操作人员注意力分散，使飞行存在安全隐患。与此同时，无人机本体和喷射装置使用同一套通讯控制链路，都由无人机飞行控制器进行姿态运算处理，当喷射装置控制出现问题时，容易诱发飞行控制器报错甚至死机，进而导致无人机控制链路同时出现问题，这遍更加增加了飞行的安全风险。

2.操作难度高、喷射精度低。目前常见的定向喷射装置其喷头部分没有独立的矢量控制系统，液体喷射方向完全由无人机的姿态决定，若要改变喷射方向需要控制无人机本体进行相应的升降和旋转，这就加大了无人机操作人员的操作难度。现实中，往往无人机微小的俯仰或偏转动作都会导致液体喷射方向发生巨大的改变，喷射方向无法通过单纯控制无人机姿态而得到精确的控制，从而造成喷射精度降低的情况。

3.缺少喷射专用的FPV视角。目前虽然多数多旋翼无人机在无人机本体上已经装备FPV摄像机，为操作人员提供了第一视角飞行视角，但无人机自身FPV视角多为飞行任务设计，其角度并不适用于观察喷射装置，加之无人机自身FPV视角多数没有防抖动设计且画面分辨率较低，加剧了作业时画面的抖动，影响操作人员的现场作业，进而降低了作业效率。部分无人机为了解决喷射视角的问题会在无人机安装另一组带有减震云台的高清摄像机来观察喷涂作业的实时情况，这样的方法虽然解决了视角的抖动和清晰度的问题，但是额外安装的任务载荷会增加无人机自身的重量，进而减少了有效作业时间。

4.喷嘴不可替换，工作模式较为单一。目前常见的液体喷射装置的喷嘴多数是集成在喷管上，无法进行柱状喷嘴、扇形喷嘴和雾化喷嘴等喷嘴的更换，从而导致应用场景较为单一，无法适用于复杂的场景。

因此，迫切需要设计一种用于多旋翼无人机融合视频回传的遥控矢量喷射装置，以解决现有定向喷射装置安全性较差、操作难度高、喷射精度低、缺少喷射专用的FPV视角、喷嘴不可替换的问题。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种用于多旋翼无人机融合视频回传的遥控矢量喷射装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于多旋翼无人机融合视频回传的遥控矢量喷射装置，包括喷头近端部分、万向节部分、喷头远端部分和喷嘴部分，所述喷头近端部分通过万向节部分连接喷头远端部分，喷头远端部分可拆卸式安装喷嘴部分；

喷头近端部分设有喷头近端主体、水平面控制舵机、垂直面控制舵机和摄像头，水平面控制舵机、垂直面控制舵机和摄像头安装在喷头近端主体上。

具体的是，所述喷头远端部分设有喷头远端主体，喷头远端主体上固定连接垂直面动作舵角和水平面动作舵角。

具体的是，所述万向节部分设有万向节中心环，万向节中心环通过转动轴连接喷头近端主体和喷头远端主体，喷头近端主体和喷头远端主体采用相互锲合的凹凸结构。

具体的是，所述喷头近端主体上固定有水平面支架，水平面支架上通过水平面紧固螺栓固定安装水平面控制舵机，水平面控制舵机的输出轴上安装水平面动作摇臂，水平面动作摇臂上转动连接水平面动作拉杆一端，水平面动作拉杆另一端转动连接水平面动作舵角，水平面控制舵机通过水平面动作拉杆控制喷头远端主体在水平面上摆动。

具体的是，所述喷头近端主体上固定有垂直面支架，垂直面支架上通过垂直面紧固螺栓固定安装垂直面控制舵机，垂直面控制舵机的输出轴上安装垂直面动作摇臂，垂直面动作摇臂上转动连接垂直面动作拉杆一端，垂直面动作拉杆另一端转动连接垂直面动作舵角，垂直面控制舵机通过垂直面动作拉杆控制喷头远端主体在垂直面上摆动。

具体的是，所述喷头近端主体上设有摄像头安装座，摄像头安装座上安装摄像头。

具体的是，所述摄像头采用FPV高清摄像头。

具体的是，所述喷嘴部分设有喷嘴，喷嘴通过喷嘴快拆座可拆卸式的安装在喷头远端主体上。

具体的是，所述喷嘴包括但不限于采用柱状喷嘴或扇形喷嘴或雾化喷嘴。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型设计的用于多旋翼无人机融合视频回传的遥控矢量喷射装置具有以下有益效果：

1.提高了无人机系统整体的安全性。本装置率先将液体喷射系统载荷与无人机本体分离，使无人机控制链路与载荷控制链路彼此独立。在实际作业中，分别由无人机操作员控制无人机飞行的姿态，由载荷操作员操作控制液体喷射载荷。表面上虽然增加了人员成本，但这能够大大缓解无人机操作员的操作压力，做到飞行作业与喷涂作业相互独立，操作员各司其职。同时，液体喷射系统载荷与无人机本体的互相独立、互不干扰，能够提高飞行安全，即使在任务过程中载荷系统发生错误无法继续工作，也不会存在影响无人机飞行安全的隐患。

2.降低操作难度，提高了喷射精度。使用装置后，解决了喷射方向仅靠无人机姿态控制难度大、精度低的问题。由于矢量喷射装置可单独操作，可实现水平面±20°、垂直面±20°的遥控摆动，在实际的飞行任务中，无人机操作员只需将无人机飞至喷射目标区域附近悬停，并保证与喷射目标的安全距离、时刻观察无人机电池电量、导航定位状态等基本状态，时刻做好应急情况处置等飞行工作；液体喷射任务可交予载荷操作员单独控制，无人机飞行至指定位置后，由载荷操作员进行喷头角度的调整。任务由两名操作员同时进行，两名操作员各司其职，从而实现了控制难度的降低和喷射精准度的提高。

3.配备了喷射专用的FPV视角。在装置中，为矢量喷头配备专用的FPV摄像头，解决了无人机FPV视角不适用于喷射作业的问题，同时喷射专用的FPV视角与喷头相对静止，避免了因无人机震动产生的不利与作业的画面抖动。配备专用FPV视角后，无人机无需再额外配置其他相机载荷，可减少无人机的起飞重量，从而有效的延长无人机作业时间。

4.可替换喷头设计。喷头上集成喷嘴快拆座，无人机在地面时可根据实际作业需求进行喷嘴的替换，可替换的喷嘴包含柱状喷嘴、不同角度的扇形喷嘴和雾化喷嘴等，不同类型的喷嘴可用于执行不同类型的喷射任务。安装柱状喷嘴可执行高压冲洗任务；安装扇形喷嘴可执行面状水清洗任务；安装雾化喷嘴可实现涂料喷涂等任务。

附图说明

图1是用于多旋翼无人机融合视频回传的遥控矢量喷射装置的结构示意图。

图2是用于多旋翼无人机融合视频回传的遥控矢量喷射装置的爆炸图。

图3是用于多旋翼无人机融合视频回传的遥控矢量喷射装置的动作原理图。

图4是用于多旋翼无人机融合视频回传的遥控矢量喷射装置的控制原理图。

图5是FPV高清摄像头的控制原理图。

图中：1-喷头近端部分，101-喷头近端主体，102-水平面紧固螺栓，103-水平面控制舵机，104-水平面动作摇臂，105-水平面动作拉杆，106-摄像头安装座，107-摄像头，108-垂直面控制舵机，109-垂直面紧固螺栓，110-垂直面动作摇臂，111-垂直面动作拉杆；

2-万向节部分，201-万向节中心环，202-转动轴；

3-喷头远端部分，301-垂直面动作舵角，302-水平面动作舵角，303-喷头远端主体；4-喷嘴部分，401-喷嘴。

具体实施方式

以下将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地进一步详细的说明。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一：本实用新型涉及到名词的名词解释如下：

1.无人机

无人驾驶飞行器简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，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，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作。

2.多旋翼无人机

多旋翼无人机，是一种具有三个及以上旋翼轴的特殊的无人驾驶飞行器。

3.任务载荷

是指装备到无人机上为完成任务的设备。不包括飞行控制设备、数据链路和燃油等。无人机的任务载荷的快速发展极大地扩展了无人机的应用领域，无人机根据其功能和类型的不同，其上装备的任务载荷也不同。

4.定向喷射装置

是指无人机任务载荷中能够向特定的方向喷射液体的装置。

5.矢量控制系统

本装置中设计开发的可以控制喷头进行摆动的装置。使用者通过遥控器控制，可同时实现喷头以中心环为旋转点，在水平面和垂直面的矢量摆动，且摆动角度和摆动速度可由使用者控制。

6.舵机

是指在自动驾驶仪中操纵无人机舵面(操纵面)转动的一种执行机构。

7.水平面控制舵机

是指能够控制喷头在水平面进行左右摆动的执行机构。

8.垂直面控制舵机

是指能够控制喷头在垂直面进行上下摆动的执行机构。

9.FPV

FPV是英文First Person View的缩写，即“第一人称主视角”，它是一种基于无人机等遥控设备上加装无线摄像头回传设备，在地面看屏幕进行操控的方法。

实施例二：

如图1-图2所示，一种用于多旋翼无人机融合视频回传的遥控矢量喷射装置，包括喷头近端部分1、万向节部分2、喷头远端部分3和喷嘴部分4，喷头近端部分1通过万向节部分2连接喷头远端部分3，喷头远端部分3可拆卸式安装喷嘴部分4。

喷头近端部分1包括喷头近端主体101、水平面控制舵机103、水平面动作摇臂104、水平面动作拉杆105、摄像头安装座106、摄像头107、垂直面控制舵机108、垂直面动作摇臂110和垂直面动作拉杆111，水平面控制舵机103、垂直面控制舵机108和摄像头107安装在喷头近端主体101上。

喷头近端主体101上固定有水平面支架，水平面支架上通过水平面紧固螺栓102固定安装水平面控制舵机103，水平面控制舵机103的输出轴上安装水平面动作摇臂104，水平面动作摇臂104上转动连接水平面动作拉杆105一端，水平面动作拉杆105另一端转动连接水平面动作舵角302，水平面控制舵机103通过水平面动作拉杆105控制喷头远端主体303在水平面上摆动。

喷头近端主体101上固定有垂直面支架，垂直面支架上通过垂直面紧固螺栓109固定安装垂直面控制舵机108，垂直面控制舵机108的输出轴上安装垂直面动作摇臂110，垂直面动作摇臂110上转动连接垂直面动作拉杆111一端，垂直面动作拉杆111另一端转动连接垂直面动作舵角301，垂直面控制舵机108通过垂直面动作拉杆111控制喷头远端主体303在垂直面上摆动。

喷头近端主体101上设有摄像头安装座106，摄像头安装座106上安装摄像头107。摄像头107采用FPV高清摄像头。

万向节部分2包括万向节中心环201和转动轴202，转动轴202固定万向节中心环201并起到销轴的作用，万向节中心环201通过转动轴202连接喷头近端主体101和喷头远端主体303，喷头近端主体101和喷头远端主体303采用相互锲合的凹凸结构。

喷头远端部分3包括垂直面动作舵角301、水平面动作舵角302和喷头远端主体303，喷头远端主体303上固定连接垂直面动作舵角301和水平面动作舵角302。

喷嘴部分4设有喷嘴401，喷嘴401通过喷嘴快拆座可拆卸式的安装在喷头远端主体303上。喷嘴401包括但不限于采用柱状喷嘴或扇形喷嘴或雾化喷嘴。

1)柱状喷嘴

喷射形态：柱状喷头从喷口处喷出圆柱形水柱，水柱前段为圆柱形，后端随喷射距离增大而逐渐扩散。

喷射特点：测试采用口径为1.2mm的柱状喷头，最远喷射距离5m(无人机静止在地面，喷口距离地面约30cm)。柱状喷头特点是喷射影响范围窄、流量大、压力大、喷射距离远。

适用作业场景：柱状喷头适用于顽固污渍水冲洗等需利用高压水柱进行冲洗的作业。

2)扇形喷嘴

喷射形态：扇形喷头喷口处喷出扇形水柱，扇面方向呈一定角度(角度由喷头决定，常见15°、25°、40°等)，垂直于扇面方向水面较薄。水柱前段为扇形，后端随喷射距离增大而逐渐扩散。

喷射特点：测试采用25°扇形喷头，最远喷射距离3m(无人机静止在地面，喷口距离地面约30cm)。扇形喷头特点是喷射影响范围较广、压力适中。

适用作业场景：扇形喷头适用于一般污渍水冲洗、清洗剂喷涂等对压力要求不高且需要一定喷射角度的作业。

3)雾化喷嘴

喷射形态：从喷口处喷出大范围水雾，水雾水滴直径最小。水雾范围随喷射距离增大而逐渐扩散。

喷射特点：测试采用5孔雾化喷头，特点是影响范围最广、压力最低，受风力影响最大，易被风吹散。

适用作业场景：雾化喷头适用于涂料喷涂、憎水性测试等要求水滴细小、能够喷涂均匀，不需要高水压的作业场景。

如图3所示，矢量喷射装置的水平面动作与垂直面动作控制原理如下：

矢量喷头在水平面和垂直面的摆动通过对应的伺服舵机产生。

当控制指令中含有向右的动作时，水平面控制舵机103带动水平面动作摇臂104向浅色方向摆动，从而带动水平面动作拉杆105向浅色方向摆动，水平面动作拉杆105连接水平面动作舵角302，使喷头远端向右(浅色)摆动。反之则向左(深色)摆动。

当控制指令中含有向下的动作时，垂直面控制舵机108带动垂直面动作摇臂110向浅色方向摆动，从而带动垂直面动作拉杆111向浅色方向摆动，垂直面动作拉杆111连接垂直面动作舵角301，使喷头远端向下(浅色)摆动。反之则向上(深色)摆动。

因为万向节部分2的存在，水平和垂直两个控制面可同时独立完成，两个动作叠加在一起即可完成喷头的三维矢量摆动。

如图4所示，矢量喷射装置的总体控制原理如下：

喷射载荷操作员拨动地面控制站摇杆产生动作控制信号，控制信号通过地面控制端的信号发射机以无线电的形式发射；无人机喷射载荷上带有的信号接收机在接收到无线电信号后，分别将水平方向的控制信号发送给水平面控制舵机103、将垂直方向的控制信号发送给垂直面控制舵机108，相应的舵机分别产生相应的机械动作，通过舵机摇臂、拉杆和舵角等结构分别在两个控制面上产生相应的摆动动作。喷射载荷的所有通讯链路与无人机完全独立，保证了无人机的安全飞行。

如图5所示，FPV高清摄像头的视角画面回传原理如下：

安装在喷头的专用FPV视角摄像头将实时拍摄到的视频画面发送至图传发射机，图传发射机将视频信号转变成无线电信号发射，位于地面的图传接收机接收无线电信号，并将其重新转换为视频信号传输给地面上的显示器，从而实时向地面操作人员回传喷射作业的画面。

本实用新型不局限于上述实施方式，任何人应得知在本实用新型的启示下作出的结构变化，凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案，均落入本实用新型的保护范围之内。

本实用新型未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (9)

1.一种用于多旋翼无人机融合视频回传的遥控矢量喷射装置，其特征在于，包括喷头近端部分(1)、万向节部分(2)、喷头远端部分(3)和喷嘴部分(4)，所述喷头近端部分(1)通过万向节部分(2)连接喷头远端部分(3)，喷头远端部分(3)可拆卸式安装喷嘴部分(4)；

喷头近端部分(1)设有喷头近端主体(101)、水平面控制舵机(103)、垂直面控制舵机(108)和摄像头(107)，水平面控制舵机(103)、垂直面控制舵机(108)和摄像头(107)安装在喷头近端主体(101)上。

2.根据权利要求1所述的用于多旋翼无人机融合视频回传的遥控矢量喷射装置，其特征在于，所述喷头远端部分(3)设有喷头远端主体(303)，喷头远端主体(303)上固定连接垂直面动作舵角(301)和水平面动作舵角(302)。

3.根据权利要求1所述的用于多旋翼无人机融合视频回传的遥控矢量喷射装置，其特征在于，所述万向节部分(2)设有万向节中心环(201)，万向节中心环(201)通过转动轴(202)连接喷头近端主体(101)和喷头远端主体(303)，喷头近端主体(101)和喷头远端主体(303)采用相互锲合的凹凸结构。

4.根据权利要求1所述的用于多旋翼无人机融合视频回传的遥控矢量喷射装置，其特征在于，所述喷头近端主体(101)上固定有水平面支架，水平面支架上通过水平面紧固螺栓(102)固定安装水平面控制舵机(103)，水平面控制舵机(103)的输出轴上安装水平面动作摇臂(104)，水平面动作摇臂(104)上转动连接水平面动作拉杆(105)一端，水平面动作拉杆(105)另一端转动连接水平面动作舵角(302)，水平面控制舵机(103)通过水平面动作拉杆(105)控制喷头远端主体(303)在水平面上摆动。

5.根据权利要求4所述的用于多旋翼无人机融合视频回传的遥控矢量喷射装置，其特征在于，所述喷头近端主体(101)上固定有垂直面支架，垂直面支架上通过垂直面紧固螺栓(109)固定安装垂直面控制舵机(108)，垂直面控制舵机(108)的输出轴上安装垂直面动作摇臂(110)，垂直面动作摇臂(110)上转动连接垂直面动作拉杆(111)一端，垂直面动作拉杆(111)另一端转动连接垂直面动作舵角(301)，垂直面控制舵机(108)通过垂直面动作拉杆(111)控制喷头远端主体(303)在垂直面上摆动。

6.根据权利要求1所述的用于多旋翼无人机融合视频回传的遥控矢量喷射装置，其特征在于，所述喷头近端主体(101)上设有摄像头安装座(106)，摄像头安装座(106)上安装摄像头(107)。

7.根据权利要求6所述的用于多旋翼无人机融合视频回传的遥控矢量喷射装置，其特征在于，所述摄像头(107)采用FPV高清摄像头。

8.根据权利要求1所述的用于多旋翼无人机融合视频回传的遥控矢量喷射装置，其特征在于，所述喷嘴部分(4)设有喷嘴(401)，喷嘴(401)通过喷嘴快拆座可拆卸式的安装在喷头远端主体(303)上。

9.根据权利要求8所述的用于多旋翼无人机融合视频回传的遥控矢量喷射装置，其特征在于，所述喷嘴(401)包括但不限于采用柱状喷嘴或扇形喷嘴或雾化喷嘴。