一种系留无人机的制作方法

本发明属于无人机技术领域，尤其涉及一种系留无人机。

背景技术：

早期的无人机更多地作为靶机和侦察机作试验训练、侦察监视之用，而随着微电子技术、微机械传感技术、全球卫星导航技术、自主控制技术、数字通信技术的不断发展与应用，无人机逐渐发展为一种新型空中力量，能够在枯燥任务领域、恶劣环境任务领域和危险任务领域发挥重要作用。近年来世界各国都在大力发展多旋翼无人机，无论是在军事方面还是在民用方面都得到了广泛的应用。多旋翼无人机体积较小，成本较低，可定点悬停、可垂直起降等优势，因而在军事方面可用于执行运送物资、战场监视、边境巡查等任务，在民用方面可用于电力巡线、救灾探测、勘探测绘、人员搜救等用途。

随着无人机技术的迅猛发展，雷达、激光、声纳等仪器设备都可装备到无人机上，用于完成特定的任务。续航时间的长短严重影响了执行任务的效率，而随着各种小型化、模块化的无人机系统的发展，传统系留无人机存在耗电量大，传统系留无人机先降落，线缆散落在地上，然后再回收线缆，存在线缆回收不便的问题，设计一种通用的节能、高效、续航时间长、可便于操控的系留无人机系统非常有必要。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种便于回收线缆、可实现不限时空中悬停的系留无人机。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种系留无人机，包括设置在球笼内的气球，气球为氢气球或者氦气球，围绕球笼的外圈间隔均布地设置四个机臂，机臂一端为连接球笼的内端、另一端为指向球笼外的外端，每个机臂的指向球笼外的外端均设有一个旋翼组件，所述旋翼组件包括螺旋桨电机和由螺旋桨电机带动的螺旋桨，所述螺旋桨中心轴线为水平延伸，四个机臂上的四个螺旋桨围绕气球的竖直的中心轴线沿圆周线依次排布，螺旋桨中心轴线与圆周线相切。

四个机臂分别位于球笼的前侧、后侧、左侧、右侧，前侧机臂上旋翼组件的螺旋桨以及后侧机臂上旋翼组件的螺旋桨均面向右侧，左侧机臂上旋翼组件的螺旋桨以及右侧机臂上旋翼组件的螺旋桨均面向前侧。

周向相邻的两机臂之间的夹角为90°，机臂与其上旋翼组件中的螺旋桨中心轴线相垂直。

机臂的内端连接球笼的中部。

所述气球的横截面为圆形，气球的纵截面为横向宽度大于高度的扁平状。

所述气球的纵截面为椭圆形，该椭圆形的长轴为水平线。

机臂的内端通过机臂驱动装置连接球笼，机臂驱动装置包括设置在球笼外侧的步进电机和步进电机带动的传动轴，传动轴与相应机臂的内端对接，传动轴转动连接在球笼的外侧。

所述步进电机通过带传动装置传动连接传动轴。

所述机臂内端与球笼固定连接。

本发明所述的一种系留无人机，具有如下有益效果：1.本发明线缆一直处在受力状态，能够在收线缆的同时使系留无人机降落，线缆还不会散落在地上。2.氢气(或氦气)球装置和传统系留无人机结构相结合，减少电能损耗，高效、节能省电。3.相对传统氢气(或氦气)球装置，本发明不会左右晃动，能够稳定悬停。4.耗电量少、功率小选用的线缆更轻便。5.扁平氢气(或氦气)球可以减少横向风阻，耗电更少。

附图说明

图1是实施例1的主视图；

图2是图1的俯视图；

图3是实施例1的立体图；

图4是实施例2的结构示意图；

图5是实施例2中机臂驱动装置、机臂和旋翼组件的结构示意图；

图6是套管和传动轴的结构示意图；

图中：球笼1、气球2、机臂3、旋翼组件4、螺旋桨电机5、保护壳6、螺旋桨7、螺旋桨中心轴线8、圆周线9、竖直的中心轴线10、线缆11、机臂驱动装置12、步进电机13、主动带轮14、传动皮带15、从动带轮16、传动轴安装座17、传动轴18、外支座19、套管20、第二密封圈21、第一密封圈22、滚珠23、外挡盘24、内挡盘25、挡板26。

具体实施方式

实施例1：

由图1-图3所示的一种系留无人机，包括设置在球笼1内的气球2，气球2为氢气球或者氦气球，所述气球2的横截面为圆形，气球2的纵截面为横向宽度大于高度的扁平状，优选地，所述气球2的纵截面为椭圆形，并且该椭圆形的长轴为水平线、短轴为竖直线，并且短轴为气球2的竖直的中心轴线10，气球2是一个围绕其竖直的中心轴线10周圈的回转体。球笼1的形状与气球2的形状相适配。

围绕球笼1的外圈间隔均布地设置四个机臂3，机臂3固设在球笼1外，机臂3一端为连接球笼1的内端、另一端为指向球笼1外的外端，机臂3为直线延伸的圆柱体，周向(圆周方向上)相邻的两机臂3之间的夹角为90°，机臂3的内端与球笼1通过焊接或者螺栓固定连接，并且机臂3的内端连接在球笼1的中部(指高度方向的中部)外侧。

每个机臂3的指向球笼1外的外端均设有一个旋翼组件4，所述旋翼组件4包括固设在机臂3外端的保护壳6、保护壳6内设置的螺旋桨电机5和由螺旋桨电机5带动的螺旋桨7，保护壳6对应螺旋桨电机5的输出轴设置通孔，螺旋桨电机5的输出轴从通孔伸出保护壳6外并对接螺旋桨轴，所述螺旋桨中心轴线8为水平延伸。

四个机臂3上的四个螺旋桨7围绕气球2的竖直的中心轴线10沿圆周线9依次间隔排布，螺旋桨中心轴线8与所述圆周线9相切。机臂3与其上旋翼组件4中的螺旋桨中心轴线8相垂直。图2中箭头指向为前方。

四个机臂3分别位于球笼1的前侧、后侧、左侧、右侧，前侧机臂3与后侧机臂3位于同一前后水平的直线上，左侧机臂3与右侧机臂3位于同一左右水平的直线上，前侧机臂3上旋翼组件4的螺旋桨7以及后侧机臂3上旋翼组件4的螺旋桨7均面向右侧，左侧机臂3上旋翼组件4的螺旋桨7以及右侧机臂3上旋翼组件4的螺旋桨7均面向前侧，前侧机臂3上螺旋桨7设于前侧机臂3外端的右侧，后侧机臂3上螺旋桨7设于后侧机臂3外端的右侧，左侧机臂3上螺旋桨7设于左侧机臂3外端的前侧，右侧机臂3上螺旋桨7设于右侧机臂3外端的前侧。

当然，本发明不拘泥于上述形式，四个螺旋桨7还可围绕气球2的竖直的中心轴线10沿顺时针或者逆时针中心对称设置。

实施例2：

由图4-图6所示的一种系留无人机，与实施例1的不同之处在于：机臂3的内端通过机臂驱动装置12连接球笼1，四个机臂3分别连接四个机臂驱动装置12，机臂驱动装置12设置在球笼1的高度方向上的中部位置。

机臂驱动装置12包括固设在球笼1外侧的步进电机13、固定连接于球笼1外侧的外支座19、固设在外支座19外侧的传动轴安装座17、步进电机13带动的传动轴18、带传动装置和固定连接于球笼1外侧的套管20；传动轴18转动连接于球笼1的外侧，以指向球笼1或者气球2的竖直的中心轴线10为内，反之为外，套管20为圆管，套管20、传动轴和机臂为由内至外依次连接且三者位于同一直线上并同轴设置，套管20的内端通过焊接或者螺钉连接或者法兰连接固定在球笼外侧，套管20的外端口内固设圆环形的外挡盘24，传动轴的内端从外挡盘24的环孔伸入套管20的管腔内，传动轴内端外圈套设一个圆环形的内挡盘25，内挡盘25的内圈表面与传动轴内端外圈表面相贴合且两者焊接连接，内挡盘25位于套管20管腔内并位于外挡盘24的内侧，内挡盘25的面向外挡盘24的外端面设有第一环形凹槽，外挡盘24的面向内挡盘25的内端面设有第二环形凹槽，第一环形凹槽与第二环形凹槽相对并形成一个围绕在传动轴内端外圈的第一圆环形空腔，内挡盘25与外挡盘24之间设有两个圆环形的第一密封圈22，一个第一密封圈22间隔套设在第一圆环形空腔径向外侧，另一个第一密封圈22间隔套设在第一圆环形空腔的径向内侧，第一圆环形空腔内设润滑油和数个滚珠23，第一圆环形空腔内的数个滚珠23围绕传动轴外圈依次设置；套管20管腔内设圆形的挡板26，挡板26与套管20螺钉连接，挡板26挡在内挡盘25的内侧，内挡盘25的面向挡板26的内端面设有第三环形凹槽，挡板26的面向内挡盘25的外端面设有第四环形凹槽，第三环形凹槽与第四环形凹槽相对并形成第二圆环形空腔，内挡盘25与挡板26之间设有一个圆环形的第二密封圈21，第二密封圈21间隔套设在第二圆环形空腔径向外侧，第二圆环形空腔内也设置润滑油和数个滚珠23，第二圆环形空腔内的数个滚珠23围绕套管20的中心轴线外圈依次设置；传动轴的外端通过联轴器或者焊接或者法兰连接对接相应机臂3的内端；步进电机13位于球笼与外支座19之间，步进电机13的输出轴向外伸出并穿插过外支座19，传动轴18的中部依次穿插过外支座19和传动轴安装座17，传动轴18中部与传动轴安装座17之间设置轴承，步进电机13通过带传动装置传动连接传动轴18；所述带传动装置包含设置在步进电机13输出轴的穿插过外支座19的外端上的主动带轮14、设置在传动轴18上的从动带轮16和装配在主动带轮14、从动带轮16上的传动皮带15，从动带轮16位于外支座与传动轴安装座17之间。

本发明所述的一种系留无人机，四个螺旋桨电机5既能正传又能反转。螺旋桨电机5通过线缆11连接系留无人机控制系统，当系留无人机在空中悬停时，连接螺旋桨电机5的线缆11以及连接步进电机13的线缆11向下垂落，在无风的情况下，系留无人机在线缆11的作用下，会悬停在空中，此时螺旋桨电机5不工作。在有风的情况下，系留无人机控制系统会根据风向控制螺旋桨电机5，抵消风力，以达到悬停状态,当然，也可人工手动控制螺旋桨电机5的运作。

实施例2所述的一种系留无人机，步进电机13可带动传动轴18转动，传动轴18再带动机臂3转动，可根据情况使整个螺旋桨7围绕传动轴18的中心轴线或者机臂3的中心轴线转动，当螺旋桨7面向上方的时候，螺旋桨7可提供上升力，步进电机13的线缆11也连接系留无人机控制系统，由系留无人机控制系统控制步进电机13的运作，系留无人机控制系统的型号为DJI悟空wkm-M多轴六八轴飞行控制器，当然，也可采用其他型号或者人工手动控制步进电机13的运作。

本发明所述的一种系留无人机，在空中悬停时，螺旋桨电机5的线缆11以及步进电机13的线缆11一直处在受力状态，既受到向下的自身重力，又受到气球2的向上的拉力，在收线缆11的同时使系留无人机降落，线缆11还不会散落在地上，便于线缆11的回收，同时，气球2的设置可使无人机不限时空中悬停。