便携式可折叠飞行-吸附巡检无人机的制作方法

本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种具有动态飞行巡检及静态吸附监视两种作业模式，且机翼可自动折叠和展开的巡检无人机。

背景技术：

现有无人机系统普遍存在续航能力低，无法停靠定点监视等问题，极大地影响了作业效率和作业时间。为提高无人机的续航能力及满足作业隐蔽性等需求，目前公认比较可行的解决办法就是让无人机能够停附，以维持长时间有效作业的能力。文献(amicrorobotwiththeabilityofflyandadhesion:developmentandexperiment)提出了负压吸附式四旋翼无人机，通过真空泵泵抽掉吸盘内的空气产生负压腔实现吸附，能够产生较大的吸附力。但该吸附方式仅适合表面较光滑的平面对象，且吸附状态下因为真空泵的持续工作，存在较大的噪声。文献(landing,perchingandtakingofffromverticalsurfaces)设计了一种带棘勾的固定翼无人机。无人机能够在遇到障碍物时将水平飞行姿态自动调整为竖直飞行姿态，然后通过棘勾钩住壁面，从而实现停附。但该无人机仅能在柔性或者粗壁面实现停附。

为此，研制便于携带、可吸附停靠、吸附适应能力强、适用范围广的飞行-吸附无人机系统可以从根本上解决无人机续航能力差、作业效率低等问题，对提升无人机巡检能力、作业效率具有极其重要的实际应用价值和意义。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种面向现场巡检、灾后搜救等复杂环境的便携式可折叠飞行-吸附巡检无人机，其具有动态飞行巡检和静态吸附监视模式两种作业模式，且两种模式可自由切换。可吸附停靠多种形状、尺寸和表面特征的对象，能够对非结构化环境进行长时间、大范围地抵近探测、场景构建、目标识别、定位跟踪等。

本发明的便携式可折叠飞行-吸附巡检无人机，包括无人机机体、设置于所述无人机机体的光电系统和吸附装置；所述光电系统包括设置于无人机机体的摄像头及相应的驱动模块；所述吸附装置包括抓手座、柔性手指、绳索和抓手驱动电机；所述抓手座设置于所述机器人机体顶部；多个所述柔性手指沿环向均匀分布于抓手座顶部，并保持收拢状态；所述抓手驱动电机的转轴可通过缠绕绳索拉动所述柔性手指展开。

进一步，所述无人机机体包括机身壳体、折叠式机翼和机翼折叠驱动组件；所述折叠式机翼包括铰接于所述壳体的旋翼固定架，固定于所述旋翼固定架外端的航模电机和固定于所述航模电机转轴上的旋翼；所述机翼折叠驱动组件包括至少两个竖直设置于所述壳体内的丝杆，以可往复移动的方式设置于壳体内的驱动盘，铰接于所述驱动盘与机翼固定架之间的撑杆，以及用于驱动所述丝杆同步转动的折叠驱动电机；所述驱动盘上设有与所述丝杆配合的螺纹孔。

进一步，所述抓手座与无人机机体顶部之间通过缓冲垫连接。

进一步，所述柔性手指包括条状的硅胶基体，内嵌于所述硅胶基体内的弹性筋条，设置于所述硅胶基体外端的绳索末端固定扣、设置于所述硅胶基体内侧面的静电吸附膜，以及设置于所述硅胶基体外侧面的绳索限位孔。

进一步，所述抓手座设有手指插座、导轮和绳索限位支架；所述抓手驱动电机设置于抓手座下方，其输出轴固定有用于缠绕绳索的绕线盘；所述绳索依次通过所述绳索限位支架的通孔、导轮和绳索限位孔，并连接于所述绳索末端固定扣。

本发明的有益效果是：

(1)可变形包覆式静电吸附装置

无人机在实际执行巡检任务时，吸附对象的表面和形状特征不明确，可能是平面、弧面、球面和不规则表面等多种形式，表面粗糙度也不尽相同。为适应复杂工作环境并达到可靠的预定功能效果，采用可变形包覆式柔顺贴合静电吸附装置。包覆式变形机构设计可以很好地实现吸附装置与吸附对象之间的表面柔顺贴合，提高了吸附装置对不同表面特征的吸附对象的吸附能力。也可以更好地适应不同大小、不同形状、不同结构和表面特征的吸附对象，在通用性、容差性和灵活性上具有优势。

(2)吸附过程缓冲结构设计

巡检无人机由正常飞行状态切换到吸附状态过程中，机体存在较大的惯性，与吸附对象之间产生会产生一定的冲击。吸附过程中产生的冲击和回弹不仅会降低吸附装置的吸附成功率，还会对机体各部件产生不可逆损坏从而降低巡检无人机使用寿命和工作性能。吸附缓冲结构可提高可吸附巡检无人机的工作稳定性和使用寿命。

(3)多作业模式自由切换

可吸附式巡检无人机具有动态飞行巡检和静态吸附监视模式，且两种模式可自由切换。在飞行巡检状态时，吸附装置不工作，无人机具有良好的机动性；在吸附状态时，旋翼可停止旋转，通过吸附装置停附在树枝、树干、栏杆等场景，可有效提高无人机的作业时间及作业隐蔽性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的机翼折叠驱动组件的结构示意图；

图3为本发明的柔性抓手的驱动结构示意图；

图4为本发明的抓手座上盖板的结构示意图；

图5为本发明的柔性手指的结构示意图；

图6为本发明的缓冲垫的结构示意图；

图7为本发明的机身壳体的结构示意图；

图8为本发明的驱动盘的结构示意图；

图9为发明的抓手座下盖板的结构示意图；

图10为本发明的绕线盘的结构示意图；

图11为本发明的电机固定座的结构示意图；

图12为本发明的无人机机翼展开(吸附装置打开)的结构示意图；

图13为本发明的无人机机翼展开(吸附装置闭合)的结构示意图；

图14为本发明的无人机机翼折叠(吸附装置打开)的结构示意图；

图15为本发明的无人机机翼折叠(吸附装置闭合)的结构示意图；

图16为本发明的无人机飞行-吸附状态切换过程示意图。

具体实施方式

图1为本发明的整体结构示意图，如图所示，本实施例的便携式可折叠飞行-吸附巡检无人机，包括无人机机体、设置于所述无人机机体的光电系统和吸附装置；

所述光电系统包括设置于无人机机体的摄像头2以及集成于集成控制模块14内的光电系统驱动模块；光电系统用于对目标进行巡检、跟踪、定位等，并将图像、音频等信息实时、高效、稳定回传。光电系统可以采用现有的光电装置实现，其具体结构及电路连接结构在此不赘述。

所述吸附装置包括抓手座、柔性手指8、驱动绳索7和抓手驱动电机20；所述抓手座设置于所述机器人机体顶部；四个所述柔性手指8沿环向均匀分布于抓手座顶部，并保持收拢状态；所述抓手驱动电机20的转轴可通过带动固定于电机轴上的绕线盘21缠绕绳索7拉动所述柔性手指8展开；如图12、13、16所示，当无人机需要在某一位置长期停附时，首先通过光电系统识别定位需要吸附的对象，然后通过抓手驱动电机驱动绕线盘缠绕绳索，通过绳索拉动各个柔性手指展开，使整个柔性抓手呈展开形态，然后无人机飞行至使吸附目标并使该柔性抓手靠近附着物，再控制抓手驱动电机20反转，松开绳索，各个柔性抓手恢复至收拢状态。如图14、15所示，无人机在吸附状态时可以将机架进行折叠，进一步减小机身体积，提高无人机的作业隐蔽性。

本实施例中，所述无人机机体包括壳体12、折叠式机翼和机翼折叠驱动组件；所述折叠式机翼包括铰接于所述壳体12的旋翼固定架5，固定于所述旋翼固定架5外端的航模电机4和固定于所述航模电机4转轴上的旋翼3；

所述机翼折叠驱动组件包括至少两个竖直设置于所述壳体12内的丝杆18，以可往复移动的方式设置于壳体12内的驱动盘17，铰接于所述驱动盘17与旋翼固定架5之间的撑杆10，以及用于驱动所述丝杆18同步转动的折叠驱动电机15；所述驱动盘17上设有与所述丝杆18配合的螺纹孔17-1。

如图1所示，壳体12为圆筒结构，旋翼固定架5的内端铰接于壳体12的顶部；本实施例的无人机机体为四旋翼无人机，其四个旋翼固定架5展开后，无人机机体可以正常飞行；当无人机机体通过柔性抓手停附于某个附着物后，四个机翼均可向内收折。如图2所示，壳体12内通过两个丝杆固定件19安装有两个丝杆18，通过两个电机固定件16固定两个折叠驱动电机15，两折叠驱动电机15的转轴分别与两丝杆18相连以驱动丝杆18转动；如图7和图8所示，驱动盘17上设有两个螺纹孔17-1与丝杆18相互配合，驱动盘17沿环形均匀分布有四个撑杆10铰接孔17-2，用于铰接四根撑杆10；壳体12的侧壁均匀分布有四个条形口12-3，用于使撑杆10从壳体12伸出；当然壳体12内还设有集成控制模块14和升压模块13用于控制和驱动吸附装置、光电系统和机翼折叠等；丝杆18转动时，驱动盘17竖直运动，驱动盘17、撑杆10和机翼固定架5共同形成摇杆滑块机构，因此，驱动盘17的竖直运动可以带动机翼固定架5摆动实现机翼的展开或折叠；另外，由于丝杆18传动具有自锁的特点，可以避免因为断电或电压不稳等情况造成折叠系统的失控。

本实施例中，所述抓手座与无人机机体顶部之间通过缓冲垫11连接；如图6所示，缓冲垫11为圆柱结构，其可采用橡胶等弹性材料制作；缓冲垫11的顶部和底部均设有连接柱11-1以及设置于连接柱11-1侧壁的卡圈槽11-2；如图3所示，抓手座的底盖板22和壳体12的顶部上均设有与连接柱11-1配合的安装孔，连接柱11-1插入安装孔后，通过卡圈卡入卡圈槽11-2内，避免其脱出。由于巡检无人机由正常飞行状态切换到吸附状态过程中，机体存在较大的惯性，与吸附对象之间产生会产生一定的冲击。吸附过程中产生的冲击和回弹不仅会降低吸附装置的吸附成功率，还会对机体各部件产生不可逆损坏从而降低侦察无人机使用寿命和工作性能。因此缓冲垫11结构，可提高可吸附侦察无人机的工作稳定性和使用寿命。

本实施例中，所述柔性手指8包括条状的硅胶基体8-1，内嵌于所述硅胶基体8-1内的弹性筋条8-5，设置于所述硅胶基体8-1外端的绳索末端固定扣8-3、设置于所述硅胶基体8-1内侧面的静电吸附膜8-4，以及设置于所述硅胶基体8-1外侧面的绳索限位孔8-2；如图5所示，条状的硅胶基体8-1为中空结构，以提高其柔性，内嵌的弹性筋条8-5使其不需要额外的驱动力，就能实现对不同形状的吸附对象有效的包覆，柔性抓手采用这种包覆式变形机构设计可以很好地实现吸附装置与吸附对象之间的表面柔顺贴合，提高了吸附装置对不同表面特征的吸附对象的吸附能力。以此更好地适应不同大小、不同形状、不同结构和表面特征的吸附对象，在通用性、容差性和灵活性上具有优势；柔性手指8内侧的静电吸附膜8-4通电后可以产生静电吸附力，将包覆力与静电吸附力相结合，有效的提高了吸附装置的总体吸附能力，最终提高无人机在吸附状态时的稳定性和可靠性。

本实施例中，所述抓手座设有手指插座6-2、导轮23和绳索限位支架6-4；所述抓手驱动电机20设置于抓手座下方，其转轴固定有用于缠绕绳索7的绕线盘21；所述绳索依次通过所述绳索限位支架6-4的通孔、导轮23、顶盖6上的线绳通孔6-6和绳索限位孔8-2并连接于所述绳索末端固定扣8-3；如图2、图3所示，抓手座包括顶盖6、底盖22和侧边框9；绕线盘21设置于顶盖6与底盖22之间；如图4所示，顶盖6底部设有四组手指插座6-2、导轮23和绳索限位支架6-4；插座6-2内设有锁定螺钉孔6-3，可通过锁定螺钉锁住柔性手指以防止其退出；顶盖上还设有使静电吸附膜导线穿过的开孔6-5；如图9所示，底盖22设有缓冲垫固定孔22-1和抓手驱动电机固定孔22-2；导轮23通过导轮固定座6-1转动安装于抓手座顶盖6底部。如图10所述，绕线盘21中部具有与电机转动固定配合的电机输出轴配合孔21-2，其外圆周设有绕线槽21-3，绕线槽21-3内设有用于与线绳端部固定连接的固定孔21-1。

本实施例中，所述壳体12包括两个可拆卸式固定连接的半壳，两个半壳通过壳体固定孔12-2相连；壳体12侧壁靠近下端设有摄像头固定孔12-1，壳体12顶部设有用于安装抓手驱动电机20的电机固定底座12-4；壳体12底部安装有圆柱形电池1。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。