旋翼无人机及其发射回收装置的制作方法

1.本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种旋翼无人机及其发射回收装置。


背景技术：

2.随着无人机技术的快速发展，无人机集群、蜂群在军事侦察、作战以及在民用探测、巡检、植保等领域的应用将日趋广泛。目前，无人机续航能力一直是制约旋翼无人机开展大范围、长航时室外作业的瓶颈。采用多机集群协同工作的方式，有助于实现无人机在工作区域的短时大范围覆盖。
3.现有技术中，旋翼无人机的发射和回收用时较长，降低了相应作业的效率；旋翼无人机高频次的起降造成发射回收设施的负荷较大，导致发射回收设施可靠性降低；旋翼无人机发射后难于实现定点回收，经常需要人工搜寻回收，甚至出现旋翼无人机遗失的可能。


技术实现要素：

4.本发明的目的旨在通过设计一种旋翼无人机及其发射回收装置，以解决现有技术中存在的上述技术问题。
5.在本发明的一个方面，提供了一种旋翼无人机，包括电池、飞控系统、定位与导航系统、旋翼支架、固定在旋翼支架的多个螺旋桨、配套设置于螺旋桨的旋翼电机，所述旋翼无人机还包括防护外罩，所述旋翼支架以及安装在所述旋翼支架上的电池、飞控系统、定位与导航系统、螺旋桨和旋翼电机均容纳在所述防护外罩内；所述防护外罩的外形制成为圆盘形，上顶面和下底面为平面，所述防护外罩的外圆周面安装有多个导向轮；所述定位与导航系统为载波相位差分系统。
6.进一步地，在上述旋翼无人机中，所述防护外罩的上顶面和下底面上贯通开设有多个通孔，所述通孔的位置及大小匹配于所述螺旋桨。
7.进一步地，在上述旋翼无人机中，所述防护外罩及所述通孔通过3d打印或者注塑成型制成为一体成型结构。
8.进一步地，在上述旋翼无人机中，所述导向轮通过安装支架和短轴安装在所述防护外罩的外圆周面上。
9.进一步地，在上述旋翼无人机中，所述导向轮由工程塑料制成。
10.在本发明的另一个方面，提供了一种旋翼无人机发射回收装置，包括收纳圆筒和安装在所述收纳圆筒内的起降平台，其中：
11.所述收纳圆筒由圆筒主体部和锥口构成，所述圆筒主体部底部封闭、上部开口，所述圆筒主体部的内径大于旋翼无人机的防护外罩的外径，所述锥口形成在所述圆筒主体部的上部，所述锥口为上宽下窄的圆锥形开口，所述锥口的下沿直径与所述圆筒主体部的直径一致，所述锥口的上沿直径大于所述圆筒主体部的直径；
12.所述起降平台包括平台上板和平台底板、设置在所述平台上板和平台底板之间的剪叉连杆机构、连接于所述剪叉连杆机构的连杆驱动机构，所述平台上板放置并支撑旋翼
无人机，所述平台底板放置在所述收纳圆筒的底面上，支撑所述剪叉连杆机构。
13.进一步地，在上述旋翼无人机发射回收装置中，所述剪叉连杆机构包括连接于所述平台上板的一对固定杆和连接于所述平台底板的一对固定杆、在每对所述固定杆的一侧连接在所述固定杆之间的固定转轴、在每对所述固定杆的另一侧连接在所述固定杆之间的滑动转轴、以及多个以剪叉形式通过转轴彼此连接的连杆，其中，最下端的所述连杆分别通过所述固定转轴和所述滑动转轴连接于位于下部的所述一对固定杆，最上端的所述连杆分别通过所述固定转轴和所述滑动转轴连接于位于上部的所述一对固定杆，每对所述固定杆开设有滑槽，所述滑动转轴能在所述固定杆的滑槽内滑动，并且所述转轴中在水平方向共面的一对转轴上设置有螺纹孔。
14.进一步地，在上述旋翼无人机发射回收装置中，所述连杆驱动机构包括驱动电机和连接于所述驱动电机的螺纹轴，所述螺纹轴配合连接在所述在水平方向共面的一对转轴的螺纹孔内。
15.进一步地，在上述旋翼无人机发射回收装置中，所述圆筒主体部的内径等于由安装在所述防护外罩外圆周面上的多个导向轮围出的圆周的直径。
16.进一步地，在上述旋翼无人机发射回收装置中，所述起降平台的平台上板和平台底板均为圆形平板，所述圆形平板的直径小于所述收纳圆筒的圆筒主体部的内径，并且所述圆形平板与所述收纳圆筒同心设置。
17.进一步地，在上述旋翼无人机发射回收装置中，所述圆形平板的直径大于所述防护外罩的外径。
18.进一步地，在上述旋翼无人机发射回收装置中，位于上部的所述一对固定杆和位于下部的所述一对固定杆分别通过沉头螺栓固定于所述平台上板和所述平台底板。
19.与现有技术相比，本发明的旋翼无人机及其发射回收装置具有以下优点和有益效果：
20.能够实现旋翼无人机的快速发射和收纳，大大提高了无人机集群的整体机动性和快速反应能力，为无人机集群现实应用提供重要支撑；
21.发射回收装置主体结构采用了剪叉连杆机构，结构稳定性和可靠性高；
22.旋翼无人机基于rtk进行定位，其定位精度能够达到厘米级，能够实现定点回收，无需人工回收，避免遗失；
23.发射回收装置中收纳圆筒锥口的设计，有效扩大了旋翼无人机降落误差的容忍度，并且能够实现旋翼无人机的自动归中；
24.旋翼无人机防护外罩的设计，使得旋翼无人机可以相互堆叠放置，便于旋翼无人机在收纳圆筒内的高密度收纳；
25.旋翼无人机防护外罩外圆周面导向轮的设置，可以对旋翼无人机进出收纳圆筒起到导向作用，同时可以防止旋翼无人机起飞和降落时旋翼无人机与收纳圆筒筒壁刮擦，避免旋翼无人机受损以及起飞和降落故障。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，附图中：
27.图1为本发明的旋翼无人机的正面立体示意图；
28.图2为本发明的旋翼无人机的底面立体示意图；
29.图3为本发明的旋翼无人机的侧部放大示意图，示出旋翼无人机的导向轮；
30.图4为本发明的旋翼无人机发射回收装置的结构示意图；
31.图5为本发明的旋翼无人机发射回收装置中的起降平台的结构示意图；
32.图6为利用旋翼无人机发射回收装置发射和回收旋翼无人机的状态示意图。
33.附图标记说明：
[0034]1‑
旋翼支架、2
‑
螺旋桨、3
‑
旋翼电机、4
‑
防护外罩、5
‑
通孔、6
‑
安装支架、7
‑
短轴、8
‑
导向轮；
[0035]9‑
收纳圆筒、91
‑
圆筒主体部、92
‑
锥口；
[0036]
10
‑
起降平台、101
‑
平台上板、102
‑
平台底板、103
‑
固定杆、104
‑
固定转轴、105
‑
滑动转轴、106
‑
转轴、107
‑
连杆、108
‑
沉头螺栓、109
‑
驱动电机、110
‑
螺纹轴。
具体实施方式
[0037]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
[0038]
如图1、图2和图3所示，本发明的旋翼无人机包括电池、飞控系统、定位与导航系统、旋翼支架1、固定在旋翼支架1的多个螺旋桨2，每个螺旋桨2配套设置有旋翼电机3，电池、飞控系统、定位与导航系统安装在旋翼支架1上。该旋翼无人机还包括防护外罩1，旋翼支架1以及安装在旋翼支架1上的电池、飞控系统、定位与导航系统、螺旋桨2和旋翼电机3均容纳在防护外罩4内。
[0039]
防护外罩4的外形制成为圆盘形，上顶面和下底面为平面，并优选地在上顶面和下底面上贯通开设有多个通孔5，通孔的位置及大小匹配于螺旋桨2，以便于为螺旋桨2流出气流通道。
[0040]
防护外罩4的外圆周面通过安装支架6和短轴7安装有多个导向轮8。导向轮8可以由工程塑料制成。
[0041]
优选地，防护外罩4及其上设置的通孔5通过3d打印或者注塑成型制成为一体成型结构。
[0042]
优选地，定位与导航系统为载波相位差分(rtk)系统，其定位精度能够达到厘米级。
[0043]
如图4和图5所示，本发明的旋翼无人机发射回收装置包括收纳圆筒9和安装在收纳圆筒9内的起降平台10，收纳圆筒9提供旋翼无人机的存贮空间，起降平台10的主体结构为剪叉连杆机构，通过剪叉连杆机构进行升降运动实现旋翼无人机的推出发射和降落回收。
[0044]
收纳圆筒9由圆筒主体部91和锥口92构成。圆筒主体部91底部封闭，上部开口，圆
筒主体部91的内径大于旋翼无人机的防护外罩4的外径，并且优选地等于由安装在防护外罩4外圆周面上的多个导向轮8围出的圆周的直径。锥口92形成在圆筒主体部91的上部，锥口92为上宽下窄的圆锥形开口，锥口92的下沿直径与圆筒主体部91的直径一致，锥口92的上沿直径大于圆筒主体部91的直径。锥口92的这种上宽下窄的圆锥形结构，有效扩大了旋翼无人机降落误差的容忍度，并且能够通过锥口92的内圆锥面实现旋翼无人机的自动归中。
[0045]
起降平台10包括平台上板101和平台底板102、设置在平台上板101和平台底板102之间的剪叉连杆机构、连接于剪叉连杆机构的连杆驱动机构。起降平台10的平台上板101用于放置并支撑旋翼无人机，起降平台10的平台底板102放置在收纳圆筒9的底面上，用于支撑剪叉连杆机构。
[0046]
优选地，起降平台10的平台上板101和平台底板102均为圆形平板，该圆形平板的直径小于收纳圆筒9的圆筒主体部91的内径，并且该圆形平板与收纳圆筒9同心设置。此外，更优选地，该圆形平板的直径大于旋翼无人机的防护外罩4的外径，由此更加稳定地支撑旋翼无人机。
[0047]
剪叉连杆机构包括连接于平台上板101的一对固定杆103和连接于平台底板102的一对固定杆103、在每对固定杆103的一侧连接在固定杆103之间的固定转轴104、在每对固定杆103的另一侧连接在固定杆103之间的滑动转轴105、以及多个以剪叉形式通过转轴106彼此连接的连杆107，最下端的连杆107分别通过固定转轴104和滑动转轴105连接于位于下部的一对固定杆103，类似地，最上端的连杆107分别通过固定转轴104和滑动转轴105连接于位于上部的一对固定杆103，其中，每对固定杆103开设有滑槽，滑动转轴105可以在固定杆103的滑槽内滑动，并且上述转轴106中在水平方向共面的一对转轴106上设置有螺纹孔。
[0048]
优选地，位于上部的一对固定杆103和位于下部的一对固定杆103分别通过沉头螺栓108固定于平台上板101和平台底板102。
[0049]
连杆驱动机构包括驱动电机109和连接于驱动电机109的螺纹轴110，螺纹轴110配合连接在上述在水平方向共面的一对转轴106的螺纹孔内。通过控制驱动电机109的正反转，可使得上述在水平方向共面的一对转轴106相互靠近或远离，由此实现起降平台10的升降运动控制。
[0050]
如图6所示，利用本发明的旋翼无人机发射回收装置进行旋翼无人机的发射和回收的过程如下：
[0051]
旋翼无人机待机时，升降平台10下降到最低位，多架旋翼无人机上下堆叠收纳在收纳圆筒9中；
[0052]
旋翼无人机集群起飞时，控制驱动电机109转动将升降平台10升起，从而将旋翼无人机批量推出收纳圆筒9，旋翼无人机按照由上到下的顺序依次起飞；
[0053]
旋翼无人机发射回收时，旋翼无人机通过其定位与导航系统飞回到起飞位置进行自主降落，第一架旋翼无人机降落时，升降平台10的平台上板101与收纳圆筒9的锥口92下沿平齐，为第一架旋翼无人机提供降落平面，第一架旋翼无人机降落完毕后，控制驱动电机109转动将升降平台10下降，旋翼无人机通过锥口92的内圆锥面将自动归中，升降平台10下降的距离控制为与旋翼无人机的防护外罩4的高度相等，由此使得第一架旋翼无人机的顶面与收纳圆筒9的锥口92下沿平齐，充当第二架旋翼无人机的降落平面。后续旋翼无人机皆
按上述过程依次回收，直至全部旋翼无人机完成降落，从而将多架旋翼无人机上下堆叠回收在收纳圆筒9中。
[0054]
综上所述，本发明的旋翼无人机及其发射回收装置能够实现旋翼无人机的快速发射和收纳，单架旋翼无人机的发射及收纳时间小于5秒，大大提高了无人机集群的整体机动性和快速反应能力，为无人机集群现实应用提供重要支撑；发射回收装置主体结构采用了剪叉连杆机构，结构稳定性和可靠性高；旋翼无人机基于rtk进行定位，其定位精度能够达到厘米级，能够实现定点回收，无需人工回收，避免遗失；发射回收装置中收纳圆筒锥口的设计，有效扩大了旋翼无人机降落误差的容忍度，并且能够实现旋翼无人机的自动归中；旋翼无人机防护外罩的设计，使得旋翼无人机可以相互堆叠放置，便于旋翼无人机在收纳圆筒内的高密度收纳；旋翼无人机防护外罩外圆周面导向轮的设置，可以对旋翼无人机进出收纳圆筒起到导向作用，同时可以防止旋翼无人机起飞和降落时旋翼无人机与收纳圆筒筒壁刮擦，避免旋翼无人机受损以及起飞和降落故障。
[0055]
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。同时，本文中使用的术语“连接”等应做广义理解，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连。此外，本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”、“顶”、“底”等均以附图中表示的放置状态为参照。
[0056]
还需要说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的范围。