一种用于清洁光伏板的带机械臂的八旋翼飞行装置的制作方法

本实用新型涉及多旋翼无人机技术领域，具体涉及一种用于清洁光伏板的带机械臂的八旋翼飞行装置。

背景技术：

中国专利申请号201610220907.8，公开了一种多旋翼无人机，它可以降低多旋翼无人机在飞行过程中的阻力，还可以提高机身腔内体积的利用率，有利于对多旋翼无人机进行升级改造 ；此外，这种结构形式的多旋翼无人机在飞行过程中的平衡及姿态变化控制更为简单，其平衡性能高，从而提高了多旋翼无人机的适航能力。但是该发明的六个旋翼均处在同一平面，无法达到灵活全向飞行的功能，且六旋翼较之八旋翼在负载方面也有所欠缺。迄今未见用于清洁光伏板的带机械臂的八旋翼飞行装置的文献报道和实际应用。

技术实现要素：

本实用新型的目的是，克服现有技术的不足，提供一种具有全向飞行的能力，能够对表面易磨损的太阳能光伏板进行清洁，结构合理，作业效率高，效果佳的用于清洁光伏板的带机械臂的八旋翼飞行装置。

为实现本实用新型目的采用的技术方案是：一种用于清洁光伏板的带机械臂的八旋翼飞行装置，它包括机架、GPS天线、飞控仓、电池仓、旋翼、主控器、驱动旋翼旋转且调节旋翼转速的飞行系统，其特征是,所述的旋翼为八个，八个旋翼对称设置于机架的上下两侧，并且分别位于两个垂直平面内，上侧的四个旋翼、机架和下侧的四个旋翼分别位于三个相互平行的水平平面内，还包括与机架铰接的机械臂，在机械臂的顶端连接旋转清洁器。

所述机械臂包括臂座、第1节臂、第2节臂、第3节臂、一号舵机、二号舵机、三号舵机和四号舵机，所述臂座固定在机架的下方，臂座与一号舵机、第1节臂、二号舵机、第2节臂、三号舵机、第3节臂、并置的柔性装置、四号舵机和旋转清洁器依次连接。

本实用新型一种用于清洁光伏板的带机械臂的八旋翼飞行装置的优点为：

1.八个旋翼及其分布方式可以保证提高装置的负载以及实现全向飞行；

2.机械臂与旋转清洁器连接能够有效的清除光伏板表面的灰尘和雪；

3.可以通过主控制器同时对八旋翼和机械臂进行控制，使操作更加灵活简便。

附图说明

图1为 一种用于清洁光伏板的带机械臂的八旋翼飞行装置结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1的侧视图；

图4为图1中机械臂示意图；

图5 为图1中的旋翼分布示意图；

图6为图1中的清洁器示意图；

图7为一种用于清洁光伏板的带机械臂的八旋翼飞行装置的电子控制原理框图。

图中：1GPS天线；2主控制器；3机架；4第1臂轴；5第2臂轴；6第3臂轴；7第4臂轴；8第一旋翼；9第二旋翼；10第三旋翼；11第四旋翼；12第五旋翼； 13第六旋翼；14第七旋翼；15第八旋翼；16第一电机；17第二电机；18第三电机；19第四电机；20第五电机；21第六电机；22第七电机；23第八电机；24一号防护架；25二号防护架；26三号防护架；27四号防护架；28臂座；29电池仓；30一号舵机；31第1节臂；32二号舵机；33第2节臂；34三号舵机；35第3节臂；36第一柔性装置；37第二柔性装置；38四号舵机；39旋转清洁器； 41地面监控系统；42地面遥控单元；43机械臂控制系统； 45飞行控制系统；47飞行航向定向单元；48测量单元；49机架姿态控制单元。

具体实施方式

下面利用附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

参照图1-6,本实用新型的一种用于清洁光伏板的带机械臂的八旋翼飞行装置，包括机架3，GPS天线1，飞控仓，电池仓29，第一至第八旋翼8-15，在飞控仓内置有主控器2，驱动旋翼旋转且调节旋翼转速的飞行系统45和机械臂控制系统43。八个旋翼对称设置于机架3的上下两侧，并且分别位于两个垂直平面内，上侧的第一旋翼8、第三旋翼10、第五旋翼12和第七旋翼14共四个旋翼、机架3和下侧的第二旋翼9、第四旋翼11、第六旋翼13和第八旋翼15共四个旋翼分别位于三个相互平行的水平平面内，还包括与机架3铰接的机械臂，在机械臂的顶端连接旋转清洁器39。机架3、第一至第八旋翼8-15均采用碳纤维材质， 第一至第八旋翼的臂轴分为四段，第1臂轴、第2臂轴、第3臂轴、第4臂轴分别在机架3的四个方向上固定，构成典型的X型机架。第1至第4共四个旋翼臂轴的末端总共安装四对八个无刷电机,即:第五电机20和第六电机21分别固定在第1臂轴4上下两侧；第七电机22和第八电机23分别固定在第2臂轴5上下两侧；第一电机16和第二电机17分别固定在第3臂轴6上下两侧；第三电机18和第四电机19分别固定在第4臂轴7上下两侧，具体参照图5所示的旋翼分布示意图。

所述机械臂包括臂座28、第1节臂31、第2节臂33、第3节臂35、一号舵机30、二号舵机32、三号舵机34和四号舵机38，所述臂座固定在机架的下方，臂座28与一号舵机30、第1节臂31、二号舵机32、第2节臂33、三号舵机34、第3节臂35、并置的柔性装置、四号舵机38和旋转清洁器39依次连接。并置的柔性装置分别为第一柔性装置36和第二柔性装置37。臂座28和节臂材质为碳纤维。此材料具有强度高、耐疲劳、耐磨损、耐腐蚀，质量轻和低密度等优点，因此完全适合用于清洁光伏板的带机械臂的八旋翼飞行装置。

舵机采用Dynamixe AX-12A舵机，具有智能化，模块化动力装置的特点。AX12-12A舵机由齿轮减速箱，精确直流电机和通讯控制芯片组成。控制方式为分布式控制。AX-12A最大等分控制为1024等分，最小角度为0.35度，位移角度为0～300度。控制舵机位移时，柔性转动的角度可调，能同时反馈角位移，角速度，负载扭矩，温度，输入电压等数据。并且舵机内部参数偏离工作值过大时，可触发报警系统。

参照图3和图4，臂座28固定在机架下方，第1节臂31连接有两个舵机，其上部装载的一号舵机30与臂座28连接构成关节1。该关节使机械臂沿无人机头部方向前后旋转0～180度。下部装载的二号舵机32与第1节臂31上部连接构成关节2，关节2使第2节臂33在第1节臂31旋转的同时可以在第1节臂31旋转方向上前后旋转0～180度。第2节臂33下部搭载3号舵机34，与第3节臂35上部连接构成关节3。该关节使第3节臂35在垂直于第1节臂31、第2节臂33所在旋转平面的平面上前后旋转0～180度。参照图6所示的清洁装置示意图，四号舵机38下部并连第一柔性装置36和第二柔性装置37，第一柔性装置36和第二柔性装置37再与清洁装置39连接。节臂采用双面夹板式结构，每块板长79mm、宽26mm、厚度为3.5mm。有效的减轻机械臂的重量。该机械臂最大伸展量为45cm最小伸展尺寸为18cm，运动空间满足工作需求。

本实用新型的一种用于清洁光伏板的带机械臂的八旋翼飞行装置进行光伏板清洁作业时，装置悬停在目标上方，然后驱动机械臂驱动其末端的旋转清洁器39与光伏板板面接触，通过旋转清洁器39的阻尼传感器数据的反馈，旋转清洁器39的毛刷会以适当的速度与光伏板接触。当阻尼传感器数据达到设定的阈值时，旋转清洁器39的毛刷开始旋转，进行清洁工作，直到光伏板达到标准的光洁程度。

参照图7，本实用新型一种用于清洁光伏板的带机械臂的八旋翼飞行装置的主控制器2与机械臂控制系统43、飞行控制系统45；飞行航向定向单元47、测量单元48、机架姿态控制单元49实施控制。控制方法可采用地面监控系统41和地面遥控单元42实施控制，为现有技术。遥控单元42的遥控控制模式有两种：一种是完全由操作人员控制装置的飞行及机械臂的动作，对有污垢的太阳能光伏板进行清洗；第二种是预先由操作人员设定好装置的飞行路线，然后由主控器2控制飞行控制系统45飞到指定光伏板的位置驱动旋转清洁器39进行光伏板板面清洁作业；地面监控系统41为全自动控制模式，地面监控系统41控制主控器2使飞行控制系统45飞到指定光伏板的位置，检测需要清洁的光伏板后，驱动旋转清洁器39进行光伏板板面清洁作业。

主控器2对飞行控制系统45的旋翼旋转和旋翼的电机转速进行调节，以实现升力的不同变化，从而控制装置的运行状态及工作姿态。由于机械臂工作时的高自由度轴向运动，装置的飞行控制系统尤为重要。

主控制器2选用了STM32F407ZGT6微控制器，主控制器2的处理器选用带有ARM 32位 Cortex-M4内核的STM32F407ZGT6，它的时钟频率可以达到168MHz，并且拥有IIC总线接口、JTAG接口、SPI接口、AD采集接口、多路PWM输出和多个串口，便于多样化传感器的挂接和程序的下载与调试。此微控制器具有14个定时器，对于信号采集和PWM输出均能满足。主控制器2的外围硬件还包括加速度计、陀螺仪、电子罗盘、气压计、超声波传感器以及GPS。

本实用新型一种用于清洁光伏板的带机械臂的八旋翼飞行装置将飞行控制系统45、机械臂控制系统43集成于一体。第一电机16、第二电机17、第三电机18、第四电机19、第五电机20、第六电机21、第七电机22和第八电机23均采用三相电机，机械臂的运动由舵机驱动，旋转清洁器39由无刷电机驱动。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。本实用新型的实施例仅用于对本实用新型作进一步的说明，并非穷举，并不构成对权利要求保护范围的限定，本领域技术人员根据本实用新型实施例获得的启示，不经过创造性劳动就能够想到其它实质上等同的替代，均在本实用新型保护范围内。