一种更换厂矿灯灯泡的多旋翼无人机及配套LED光源的制作方法

本实用新型属于无人机应用技术领域，具体地说，本实用新型涉及一种更换厂矿灯灯泡的多旋翼无人机及配套LED光源。

背景技术：

厂矿灯又称工矿灯、高棚灯，是工厂、运动场、室内空间广泛使用的照明设备。厂矿灯一般使用金卤灯泡(或各种同类的HID灯)或LED灯。金卤灯泡一般寿命1-2年，即使金卤灯泡不烧坏，也会因为光衰而不符照度要求，都要更换灯泡。目前更换灯泡的方式是搭建脚手架或使用升降平台，然后人工进行更换操作。因为牵涉到派工人进行高空作业，有一定的危险性；同时，要对换灯位置下方，进行封闭，停止正常生产活动，所以更换灯泡问题一直困扰维护人员。

本发明采用最新的多旋翼无人飞行器，可以飞到要更换灯泡的厂矿灯正下方，利用特别设计的机械钳机构和机械爪机构，拆卸灯泡，飞回地面，再携带新灯泡回到厂矿灯正下方，把新灯泡换上。这个设计，方便了更换灯泡的作业，减少安全事故发生率；同时，多旋翼无人飞行器可以到达脚手架到不了的厂矿灯正下方，比如：地面有设备遮挡的位置；另外也大大减短换灯的工时和费用。

技术实现要素：

本实用新型提供一种更换厂矿灯灯泡的多旋翼无人机及配套LED光源，目的是用来更换高空位置的灯泡，减少人为高空作业及换灯费用，提高换灯效率。

为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：一种更换厂矿灯灯泡的多旋翼无人机及配套LED光源，包括无人机、顶架、机械钳机构和机械爪机构，其中所述机械爪机构与无人机连接，所述顶架与机械爪机构连接，所述机械钳机构与顶架连接，所述无人机上设有多个旋臂，旋臂末端设有旋翼，且所述旋臂长度大于顶架半径，使得顶架不会干扰旋翼运动。

优选的，所述顶架上呈120°角均匀设有三个摄像头，所述顶架中心设有盘套，且所述盘套内部设有齿圈。

优选的，所述机械钳机构由锁紧组件、调节组件和夹紧组件组成，其中所述机械钳机构设有三个，且每一个分别设于摄像头旁边，所述锁紧组件包括固定锁块、活动锁块和锁柄，所述固定锁块与顶架固定连接，所述活动锁块与固定锁块滑动连接，所述锁柄一端与固定锁块通过转动副连接，另外一端与活动锁块通过转动副连接；所述调节组件包括圆柱杆、圆柱螺旋弹簧、螺母一和螺母二，所述圆柱螺旋弹簧套在圆柱杆上，所述螺母一和螺母二拧于圆柱杆上，且分别于圆柱螺旋弹簧两端接触；所述夹紧组件包括连接板、电机固定板、电机一、内螺纹套、螺栓一、半钳一和半钳二，所述连接板与螺母二连接，所述电机固定板与连接板连接，所述电机一与电机固定板连接，所述内螺纹套与电机一的输出端连接，且套设在螺栓一上，所述半钳一和半钳二用连接板挡住，然后套设在螺栓一上。

优选的，所述固定锁块上设有锁片，所述固定锁块下方设有滑槽，所述活动锁块与滑槽连接，且所述活动锁块端面设有锁槽，所述锁槽为圆弧槽，且所述圆弧槽为深度不一的连续性槽，另外在活动锁块端面上与锁槽同心设有孔，所述锁柄一端与固定锁块上的锁片通过转动副连接，另外一端与活动锁块上的孔通过转动副连接，所述锁柄上设有锁头，且所述锁头嵌设于锁槽中，可沿锁槽滑动。

优选的，所述固定锁块和活动锁块内设有球曲面。

优选的，所述圆柱杆的下端设有钢球，且所述钢球与固定锁块和活动锁块内设有球曲面通过球副连接，所述圆柱杆外设有外螺纹一。

优选的，所述电机一的输出端设有小齿轮，所述内螺纹套端面设有端齿，且所述端齿与小齿轮啮合连接，所述内螺纹套内部设有内螺纹一，且所述内螺纹一与螺栓一通过螺旋副连接。

优选的，所述机械爪机构由连接组件、抓紧组件和拧紧组件组成，所述连接组件与无人机连接，所述抓紧组件与拧紧组件连接，所述拧紧组件通过盘套与顶架连接。

优选的，所述连接组件包括连接轴、连接柱一和连接柱二，所述机械爪机构通过连接轴与无人机连接，所述连接柱一与连接轴连接；所述抓紧组件包括电机三、外螺纹轴、法兰套、套筒、连杆、螺栓二和机械爪，所述电机三的输出端与外螺纹轴连接，所述法兰套内设有内螺纹二，法兰套通过内螺纹二与外螺纹轴通过螺旋副连接，所述套筒通过螺栓二与外螺纹轴轴向固定连接，所述机械爪与套筒通过回转副连接，所述连杆一端与法兰套通过回转副连接，另外一端与机械爪通过回转副连接；所述机械爪上设有防滑层；所述拧紧组件包括电机二、扭矩块、扭矩筒、外螺纹套筒、齿轮和连接杆件，所述电机二的输出端与扭矩块连接，扭矩块与扭矩筒过盈配合连接，所述扭矩筒与外螺纹套筒内壁过盈配合连接，所述齿轮内设有内螺纹三，齿轮通过内螺纹三与外螺纹套筒形成螺旋副连接，所述连接杆件设有三根，且所述连接杆件一端与外螺纹套筒连接，另一端与套筒连接；所述连接柱二与电机二连接。

一种更换厂矿灯灯泡的多旋翼无人机的配套LED光源，所述配套LED光源的灯泡上采用E27/E40灯头。

本实用新型是用来更换高空位置的灯泡，减少人为高空作业及换灯费用，提高换灯效率，对多旋翼无人机上的结构及LED光源做了全新的设计，采用以上技术方案的有益效果是：通过将机械钳机构和机械爪机构设置在无人机上，所述机械钳机构实现了将无人机与灯具连接为一体，提高了无人机工作的可靠性和安全性；所述机械爪机构实现了将灯泡的夹持，且将所述机械爪机构中的外螺纹套筒上的外螺纹设计成与灯泡灯头上的E27/E40相同，可以定量控制电机二转动的圈数，保证带有E27/E40灯头的新灯泡的拧紧程度，同时避免了拧紧动作对无人机的操控稳定性的影响，另外在机械爪上设有防滑层，有效避免了机械爪抓住灯泡时打滑现象的发生。

附图说明

图1是多旋翼无人机及换灯机构整体装配轴测图；

图2是多旋翼无人机及换灯机构整体装配主视图；

图3是多旋翼无人机及换灯机构整体装配俯视图；

图4是机械钳机构轴测图；

图5是机械爪机构轴测图；

图6是机械爪机构剖视图；

其中：

1、无人机；2、顶架；3、机械钳机构；4、机械爪机构；10、旋臂；11、旋翼；20、盘套；21、摄像头；30、固定锁块；30-1、锁片；30-2、滑槽；31、活动锁块；31-1、锁槽；32、锁柄；32-1、锁头；33、圆柱杆；33-1、钢球；34、圆柱螺旋弹簧；34-1、螺母一；34-2、螺母二；35、连接板；35-1、电机固定板；36、电机一；37、内螺纹套；38、螺栓一；39、半钳一；39-1、半钳二；400、连接轴；401、连接柱一；401-1、连接柱二；402、电机二；403、扭矩块；404、扭矩筒；405、外螺纹套筒；406、齿轮；407、电机三；408、外螺纹轴；409、法兰套；410、连接杆件；411、套筒；412、连杆；413、螺栓二；414、机械爪；415、防滑层。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本实用新型的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

如图1至图6所示，本实用新型是一种更换厂矿灯灯泡的多旋翼无人机及配套LED光源，是用来更换高空位置的灯泡，减少人为高空作业及换灯费用，提高换灯效率。

具体的说，如图1至图6所示，包括无人机1、顶架2、机械钳机构3和机械爪机构4，如图1、图2所示，其中所述机械爪机构4与无人机1连接，所述顶架2与机械爪机构4连接，所述机械钳机构3与顶架2连接，所述无人机1上设有多个旋臂10，旋臂10末端设有旋翼11，且所述旋臂10长度大于顶架2半径，使得顶架2不会干扰旋翼11运动。

如图3所示，所述顶架2上呈120°角均匀设有三个摄像头21，所述顶架2中心设有盘套20，且所述盘套20内部设有齿圈。

如图1、图2、图4所示，所述机械钳机构3由锁紧组件、调节组件和夹紧组件组成，其中所述机械钳机构3设有三个，且每一个分别设于摄像头21旁边，所述锁紧组件包括固定锁块30、活动锁块31和锁柄32，所述固定锁块30与顶架2固定连接，所述活动锁块31与固定锁块30滑动连接，所述锁柄32一端与固定锁块30通过转动副连接，另外一端与活动锁块31通过转动副连接；所述调节组件包括圆柱杆33、圆柱螺旋弹簧34、螺母一34-1和螺母二34-2，所述圆柱螺旋弹簧34套在圆柱杆33上，所述螺母一34-1和螺母二34-2拧于圆柱杆33上，且分别于圆柱螺旋弹簧34两端接触；所述夹紧组件包括连接板35、电机固定板35-1、电机一36、内螺纹套37、螺栓一38、半钳一39和半钳二39-1，所述连接板35与螺母二34-2连接，所述电机固定板35-1与连接板35连接，所述电机一36与电机固定板35-1连接，所述内螺纹套37与电机一36的输出端连接，且套设在螺栓一38上，所述半钳一39和半钳二39-1用连接板35挡住，然后套设在螺栓一38上。

所述固定锁块30上设有锁片30-1，所述固定锁块30下方设有滑槽30-2，所述活动锁块31与滑槽30-2连接，且所述活动锁块31端面设有锁槽31-1，所述锁槽31-1为圆弧槽，且所述圆弧槽为深度不一的连续性槽，另外在活动锁块31端面上与锁槽31-1同心设有孔，所述锁柄32一端与固定锁块30上的锁片30-1通过转动副连接，另外一端与活动锁块31上的孔通过转动副连接，所述锁柄32上设有锁头32-1，且所述锁头32-1嵌设于锁槽31-1中，可沿锁槽31-1滑动。所述固定锁块30和活动锁块31内设有球曲面。所述圆柱杆33的下端设有钢球33-1，且所述钢球33-1与固定锁块30和活动锁块31内设有球曲面通过球副连接，所述圆柱杆33外设有外螺纹一。所述电机一36的输出端设有小齿轮，所述内螺纹套37端面设有端齿，且所述端齿与小齿轮啮合连接，所述内螺纹套37内部设有内螺纹一，且所述内螺纹一与螺栓一38通过螺旋副连接。

如图5、图6所示，所述机械爪机构4由连接组件、抓紧组件和拧紧组件组成，所述连接组件与无人机1连接，所述抓紧组件与拧紧组件连接，所述拧紧组件通过盘套20与顶架2连接。所述连接组件包括连接轴400、连接柱一401和连接柱二401-1，所述机械爪机构4通过连接轴400与无人机1连接，所述连接柱一401与连接轴400连接；所述抓紧组件包括电机三407、外螺纹轴408、法兰套409、套筒411、连杆412、螺栓二413和机械爪414，所述电机三407的输出端与外螺纹轴408连接，所述法兰套409内设有内螺纹二，法兰套409通过内螺纹二与外螺纹轴408通过螺旋副连接，所述套筒411通过螺栓二413与外螺纹轴408轴向固定连接，所述机械爪414与套筒411通过回转副连接，所述连杆412一端与法兰套409通过回转副连接，另外一端与机械爪414通过回转副连接；所述机械爪414上设有防滑层415；所述拧紧组件包括电机二402、扭矩块403、扭矩筒404、外螺纹套筒405、齿轮406和连接杆件410，所述电机二402的输出端与扭矩块403连接，扭矩块403与扭矩筒404过盈配合连接，所述扭矩筒404与外螺纹套筒405内壁过盈配合连接，所述齿轮406内设有内螺纹三，齿轮406通过内螺纹三与外螺纹套筒405形成螺旋副连接，所述连接杆件410设有三根，且所述连接杆件410一端与外螺纹套筒405连接，另一端与套筒411连接；所述连接柱二401-1与电机二402连接。

以下用具体实施例对具体工作方式进行阐述：

一种更换厂矿灯灯泡的多旋翼无人机的配套LED光源，所述配套LED光源的灯泡上采用E27/E40灯头，另外在该配套LED光源的PC导光罩上呈120°角均匀设有三个长槽，方便机械钳机构3里面的夹紧组件中半钳一39和半钳二39-1抓住PC导光罩，同时我们将所述的外螺纹套筒405上的外螺纹设计成与灯泡灯头上的E27/E40相同。

作业前，先在地面布置好安全网，保证无人机1在操作过程中不会伤害到地面人员和财产。然后在地面启动红外激光发射器，对准操作目标灯具，特别是对准PC导光罩的内侧，PC导光罩会把红外激光散射出来，无人机1利用搭载摄像头21的红外感应功能，可以容易找到目标，快速飞近灯具，减少在空中的飞行时间和能耗，从而减轻携带的电池的重量，无人机1飞到灯具附近时，操作人员通过wifi收到传回来的视频流，操作人员可以使用立体眼镜，凭经验判断距离来控制无人机。

在进行拆卸灯泡前，先在地面通过电机三407正转驱动外螺纹轴408正转，由于外螺纹轴408与法兰套409通过螺纹副连接，所以法兰套409会沿着外螺纹轴408的轴线向下运动，又因为所述机械爪414与套筒411通过回转副连接，所述连杆412一端与法兰套409通过回转副连接，另外一端与机械爪414通过回转副连接，所以随着法兰套409沿着外螺纹轴408的轴线向下运动，然后拉着连杆412驱动机械爪414打开，然后根据现场的PC导光罩的厚度，调节电机一36，电机一36通过输出端的小齿轮驱动内螺纹套37端面设有的端齿，然后驱动螺栓一38转动，扩大半钳一39和半钳二39-1之间的钳口距离，保证钳口的距离大于PC导光罩的厚度，然后再根据所述PC导光罩的盘面大小，去调节机械钳机构3的倾角及长度，保证无人机1飞到灯具正下方时PC导光罩的边缘在半钳一39和半钳二39-1之间，具体操作是先将锁紧组件中的锁柄32上的锁头32-1拨到锁槽31-1最深的一端，使活动锁块31沿着固定锁块30下端的滑槽30-2向着固定锁块30上的锁片30-1运动，解除对圆柱杆33下端的钢球33-1的锁紧，然后人为手动去调节圆柱杆33，改变圆柱杆33的倾角，保证三个机械钳机构3中的每个圆柱杆33的倾角相同，调节完圆柱杆33的倾角后，将锁柄32上的锁头32-1拨到锁槽31-1最浅的一端，使活动锁块31沿着固定锁块30下端的滑槽30-2背离固定锁块30上的锁片30-1运动，通过固定锁块30和活动锁块31内设有球曲面将钢球33-1抱死，实现对圆柱杆33下端的钢球33-1的锁紧；通过调节组件改变机械钳机构3的长度，由于在圆柱杆33外设有外螺纹一，改变螺母一34-1和螺母二34-2在圆柱杆33上外螺纹一上的位置，从而改变圆柱螺旋弹簧34的长度，实现改变机械钳机构3的长度。

在以上地面调整准备工作完成后，启动无人机1，将无人机1飞到灯具正下方，然后通过三个摄像头21看到三个机械钳机构3上的半钳一39和半钳二39-1可以同时抓住PC导光罩上的长槽时，同时启动三个机械钳机构3夹紧组件中的电机一36，电机一36通过输出端的小齿轮驱动内螺纹套37端面设有的端齿，然后驱动螺栓一38转动，使半钳一39和半钳二39-1抓住PC导光罩上的长槽；然后使电机三407反转驱动外螺纹轴408反转，由于外螺纹轴408与法兰套409通过螺纹副连接，所以法兰套409会沿着外螺纹轴408的轴线向上运动，又因为所述机械爪414与套筒411通过回转副连接，所述连杆412一端与法兰套409通过回转副连接，另外一端与机械爪414通过回转副连接，所以随着法兰套409沿着外螺纹轴408的轴线向上运动，然后推着连杆412驱动机械爪414抓住带有E27/E40灯头的废旧灯泡，由于在机械爪414上设有防滑层415，且所述防滑层415采用EVA或硅胶材质，防止了机械爪414抓住灯泡打滑，当机械爪414抓紧带有E27/E40灯头的废旧灯泡后，开始让电机二402反转，然后电机二402驱动扭矩块403反转，由于扭矩块403与扭矩筒404过盈配合连接，所述扭矩筒404与外螺纹套筒405内壁过盈配合连接，所述齿轮406内设有内螺纹三，齿轮406通过内螺纹三与外螺纹套筒405形成螺旋副连接，然后扭矩块403驱动扭矩筒404反转，然后扭矩筒404驱动外螺纹套筒405反转，由于在外螺纹套筒405和套筒411之间设有三根连接杆件410，且所述连接杆件410一端与外螺纹套筒405连接，另一端与套筒411连接，在齿轮406内的内螺纹三的束缚下，外螺纹套筒405带着整个抓紧组件做退螺旋运动，然后将带有E27/E40灯头的废旧灯泡拧下来，然后再使电机一36通过输出端的小齿轮驱动内螺纹套37端面设有的端齿，然后驱动螺栓一38转动，扩大半钳一39和半钳二39-1之间的钳口距离，保证钳口的距离大于PC导光罩的厚度，使机械钳机构3上的夹紧组件脱离PC导光罩上的长槽，然后将无人机1飞回地面松开机械爪414，将带有E27/E40灯头的废旧灯泡取下。

在不改变机械钳机构3夹紧组件上的半钳一39和半钳二39-1之间的距离和三根圆柱杆33的倾角的前提下，先将带有E27/E40灯头的新灯泡放置在机械爪机构4中的三个机械爪414中间，然后通过电机三407反转驱动外螺纹轴408反转，由于外螺纹轴408与法兰套409通过螺纹副连接，所以法兰套409会沿着外螺纹轴408的轴线向上运动，又因为所述机械爪414与套筒411通过回转副连接，所述连杆412一端与法兰套409通过回转副连接，另外一端与机械爪414通过回转副连接，所以随着法兰套409沿着外螺纹轴408的轴线向上运动，然后推着连杆412驱动机械爪414抓住带有E27/E40灯头的新灯泡，然后将无人机1飞到灯具正下方，通过三个摄像头21看到三个机械钳机构3上的半钳一39和半钳二39-1可以同时抓住PC导光罩上的长槽时，同时启动三个机械钳机构3夹紧组件中的电机一36，电机一36通过输出端的小齿轮驱动内螺纹套37端面设有的端齿，然后驱动螺栓一38转动，使半钳一39和半钳二39-1抓住PC导光罩上的长槽；然后电机二402驱动扭矩块403正转，由于扭矩块403与扭矩筒404过盈配合连接，所述扭矩筒404与外螺纹套筒405内壁过盈配合连接，所述齿轮406内设有内螺纹三，齿轮406通过内螺纹三与外螺纹套筒405形成螺旋副连接，然后扭矩块403驱动扭矩筒404正转，然后扭矩筒404驱动外螺纹套筒405正转，由于在外螺纹套筒405和套筒411之间设有三根连接杆件410，且所述连接杆件410一端与外螺纹套筒405连接，另一端与套筒411连接，在齿轮406内的内螺纹三的束缚下，外螺纹套筒405带着整个抓紧组件做进螺旋运动，然后将带有E27/E40灯头的新灯泡拧到灯具上，由于所述的外螺纹套筒405上的外螺纹设计成与灯泡灯头上的E27/E40相同，这样我们就可以定量控制电机二402转动的圈数，保证带有E27/E40灯头的新灯泡的拧紧程度，同时避免了拧紧动作对无人机1的操控稳定性的影响，然后再使电机三407正转驱动外螺纹轴408正转，由于外螺纹轴408与法兰套409通过螺纹副连接，所以法兰套409会沿着外螺纹轴408的轴线向下运动，又因为所述机械爪414与套筒411通过回转副连接，所述连杆412一端与法兰套409通过回转副连接，另外一端与机械爪414通过回转副连接，所以随着法兰套409沿着外螺纹轴408的轴线向下运动，然后拉着连杆412驱动机械爪414松开带有E27/E40灯头的新灯泡，然后再使电机一36通过输出端的小齿轮驱动内螺纹套37端面设有的端齿，然后驱动螺栓一38转动，扩大半钳一39和半钳二39-1之间的钳口距离，保证钳口的距离大于PC导光罩的厚度，使机械钳机构3上的夹紧组件脱离PC导光罩上的长槽，然后将无人机1飞回地面，完成更换灯泡的工作。

以上结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然，本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要是采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本实用新型的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。