一种基于地面站和氦气球的无人机航母制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于地面站和氦气球的无人机航母，主要包括地面站部分、氦气球部分、无人机部分和连接管线；氦气球部分悬浮于地面站上方，由地面站牵引，无人机连接到氦气球部分上，且飞行高度比氦气球低。所述氦气球部分包括氦气球、航母平台、绕线器、分配盒、空中功能箱、太阳能电池、动力系统、GPS模块、摄像头模块和氦气球控制系统；地面站部分包括外部供电系统、气球线盘、蓄电池和地面功能箱；无人机部分包括多旋翼无人机、管线连接盒和任务作业部件。本实用新型专利技术利用地面站与氦气球，把传统无人机的大部分负载转移到地面上，提升了无人机的续航能力；可搭载各种任务设备用于完成低空农林养护、低空精细采摘、危险区域监控等任务，适应性更广。

A drone carrier based on ground stations and helium balloons

The utility model discloses a UAV aircraft ground station and the helium balloon based on the main part, including the helium balloon part, and a connecting pipeline part of UAV Ground Station; some helium balloons floating on the floor above the station, towed by the UAV Ground Station, connected to a helium balloon portion, and the flight height ratio of helium balloon low. The helium balloon consists of helium balloons, aircraft carrier platform, Winder, distribution box, air box, functional solar battery, power system, GPS module, camera module and helium balloon control system; ground station consists of external power supply system, the balloon wire plate, battery and ground function box; the UAV part includes rotor UAV, pipeline connection box and task components. The utility model uses a ground station and a helium balloon, most of the traditional UAV load transfer to the ground, enhance the UAV endurance; can be equipped with various tasks to complete the low agricultural equipment used for maintenance, low fine picking, dangerous area monitoring tasks, to adapt to the more extensive.

【技术实现步骤摘要】
一种基于地面站和氦气球的无人机航母
本专利技术涉及一种多无人机系统的结构设计和协调控制，属于无人机的结构设计领域和控制领域。
技术介绍
无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。无人机以其尺寸分布广、重量轻、操作方便且能在某些恶劣的环境下执行任务等优势在各个领域备受关注。随着无人机技术的发展，无人机依靠它与生俱来的优势，已经在社会各行各业中发挥了其独特的优势，例如自然灾害搜救、农业植保、林地防火、测绘、电力巡检等。随着无人机的各项性能指标也越来越高，应用范围也越来越广。但是，由于电池技术的限制，目前大多数无人机多用在负载需求和续航性能较低的领域，单次充电飞行制空时间较短，无法最大化发挥无人机的优势。而航空器中的氦气球属于无动力浮空器，氦气球具有无人机不具有的优势：留空时间长，动力需求低，常用于高空科学侦测等，但是机动性能不够好。如果能把两者结合起来弥补相互之间的劣势，则能使无人机和氦气球的应用空间得到扩展。故当前已有人把无人机与氦气球结合(专利号：CN201420292163.7)制成新型的无人机，依靠氦气球的升力来提高无人机的可用负载，并将其用于农业中农药的喷洒。这种其一体式的设计制约了无人机性能的发挥，无人机与氦气球的硬性连接也使得无人机的飞行效率达不到目标期望，难以执行灵活性较高的任务。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术涉及一种基于地面站与氦气球的无人机航母，能够实现长续航的低空飞行作业，本专利技术中借鉴航母概念，是指无人机停靠或受控的平台，不限于海上的舰艇。本专利技术采用如下技术方案：一种基于地面站和氦气球的无人机航母，主要包括地面站部分、氦气球部分、无人机部分和连接管线；氦气球部分悬浮于地面站上方，由地面站牵引，无人机连接到氦气球部分上，且飞行高度比氦气球低。所述氦气球部分包括氦气球、航母平台、绕线器、分配盒、空中功能箱、太阳能电池、动力系统、GPS模块、摄像头模块和氦气球控制系统；地面站部分包括外部供电系统、气球线盘、蓄电池和地面功能箱；无人机部分包括多旋翼无人机、管线连接盒和任务作业部件；此外还有用于连接各部分的连接管线。所述氦气球底部装有圆形或正多边形的航母平台，航母平台上安装有所述的绕线器、空中功能箱、动力系统、分配盒、摄像头模块和氦气球控制系统；在氦气球的上半部分安装有太阳能电池和GPS模块。所述绕线器平均分布在航母平台靠近边缘的地方，绕线器的数量必须大于或等于多旋翼无人机的数量；绕线器用于连接多旋翼无人机管线的收集，一个多旋翼无人机连接一个绕线器；在无人机远离和靠近航母平台时，涡卷弹簧带动线盘的转动从而实现管线的自动拉出和收回，防止管线相互缠绕或掉落在地面；在无人机需要停靠回航母上时，使用步进电机驱动线盘将无人机拉回并锁住连接管线。所述分配盒用于连接来自地面站的管线，并将管线传输的介质分配给各个绕线器上的子管线。所述空中功能箱位于航母平台的中间，在不同的任务条件下所搭载的空中功能箱不同，可以根据实际要求更换。所述太阳能电池为薄板状或薄膜状的太阳能电池，它能够在天气较好的情况下为整个系统供电，分担地面站供电的压力。所述动力系统是由四个对称的电机和螺旋桨组成，当需要移动或者稳定氦气球的位置时，根据GPS模块传来的位置信息，由氦气球控制系统控制电机和螺旋桨的转动从而实现氦气球运动控制。所述摄像头模块安装在航母平台的底部中央，用于监视各多旋翼无人机的相对位置和工作状态，可使用防碰撞任务分配算法来指示各多旋翼无人机的飞行路径，防止无人机之间相互碰撞。地面站部分分为两种实现方式：固定式和移动式；固定式的地面站固定在地面，外部供电系统使用电网供电或者发电机供电等方式；移动式的地面站一般固定在车辆上，外部供电系统可以使用车载发电机供电。所述蓄电池用于整个无人机航母系统的供电；在外部供电系统工作时，外部供电系统可以给无人机航母系统供电，同时给蓄电池充电。所述气球线盘使用步进电机驱动，在线盘上绕有与氦气球连接的管线，当步进电机驱动线盘转动时可以调节氦气球的高度。所述地面功能箱用于搭配空中功能箱使用，可以根据实际任务更换不同的箱体。所述多旋翼无人机的每个旋翼都安装有防护圈，以防止连接管线接触到高速旋转的螺旋桨，也用于防止多旋翼飞行器螺旋桨之间的相互碰撞产生事故；机体上部安装有管线连接盒，用于固定来自氦气球的连接管线，并且将来自管线的电能、物料流分流；机体的下部安装有任务作业部件，用于实施具体任务。所述连接管线主要包括电力供应线路、液体输送管道或其他管线，可以根据实际任务选配；管道材料采用高分子轻型纤维制成，重量轻，柔软，并能抗一定的拉力。本专利技术的有益效果是：本专利技术能同时运行多个作业状态的多旋翼无人机，能提高完成低空高密度的作业的效率；本专利技术利用地面站与氦气球，把传统无人机的大部分负载转移到地面上，并且可以使用发电机或者电网供电，提升了无人机的续航能力；同时，无人机能够搭载各种任务设备用于完成低空农林养护，低空精细采摘，危险区域监控等任务，适应性广。附图说明图1为本专利技术一种基于地面站和氦气球的无人机航母的氦气球部分的结构示意图；图2为本专利技术一种基于地面站和氦气球的无人机航母的地面站部分的结构示意图；图3为本专利技术一种基于地面站和氦气球的无人机航母的无人机部分的结构示意图；图4为本专利技术一种基于地面站和氦气球的无人机航母的整体的结构示意图；图5为本专利技术一种基于地面站和氦气球的无人机航母的用于纵深喷洒示意图；图6为本专利技术一种基于地面站和氦气球的无人机航母的搭载采摘设备示意图。图中：1-氦气球、2-航母平台、3-绕线器、4-分配盒、5-空中功能箱、6-太阳能电池、7-动力系统、8-GPS模块、9-摄像头模块、10-氦气球控制系统、12-气球线盘、13-蓄电池、14-地面功能箱、15-多旋翼无人机、16-管线连接盒、17-任务作业部件，18-纵深喷洒装置、19-采摘设备。具体实施方式为使本专利技术的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于了解明白，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。下面结合附图对本专利技术做进一步说明。如图1和图2所示，本专利技术包括地面站部分、氦气球部分和无人机部分，具体包括氦气球1、航母平台2、绕线器3、分配盒4、空中功能箱5、太阳能电池6、动力系统7、GPS模块8、摄像头模块9、氦气球控制系统10、外部供电系统、气球线盘12、蓄电池13、地面功能箱14、多旋翼无人机15、管线连接盒16和任务作业部件17；此外还有用于连接各部分的连接管线。本专利技术一种基于地面站与氦气球的无人机航母，如图1所示，所述氦气球部分包括氦气球1、航母平台2、绕线器3、分配盒4、空中功能箱5、太阳能电池6、动力系统7、GPS模块8、摄像头模块9和氦气球控制系统10，以六个绕线器为例，如图3所示；氦气球1的上部覆盖有太阳能电池6，氦气球的顶部有GPS模块8用于获取氦气球1的位置；氦气球1的底部连接到航母平台2，由于采用六个绕线器，所以将航母平台设计成正六边形，六个绕线器3分布在六个角附近，用于连接六个多旋翼飞行器；在航母平台2的底部中心安转有分配盒4，分配盒4用于连接来自地面站的连接管线，并将管线内传输的能量与介质分成六份分别供给六个绕线器上的管线；在航母平台2的上面中央安转有空中功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于地面站和氦气球的无人机航母，其特征在于：主要包括地面站部分、氦气球部分、无人机部分和连接管线；氦气球部分悬浮于地面站上方，由地面站牵引，无人机连接到氦气球部分上，且飞行高度比氦气球低；所述氦气球部分包括氦气球、航母平台、绕线器、分配盒、空中功能箱、太阳能电池、动力系统、GPS模块、摄像头模块和氦气球控制系统；地面站部分包括外部供电系统、气球线盘、蓄电池和地面功能箱；无人机部分包括多旋翼无人机、管线连接盒和任务作业部件；此外还有用于连接各部分的连接管线；所述分配盒用于连接来自地面站的管线，并将管线传输的介质分配给各个绕线器上的子管线；空中功能箱位于航母平台的中间；所述摄像头模块安装在航母平台的底部中央；所述气球线盘使用步进电机驱动，在线盘上绕有与氦气球连接的管线，当步进电机驱动线盘转动时可以调节氦气球的高度；地面功能箱用于搭配空中功能箱使用，可以根据实际任务更换不同的箱体；多旋翼无人机的每个旋翼都安装有防护圈，机体上部安装有管线连接盒，用于固定来自氦气球的连接管线，并且将来自管线的电能、物料流分流；机体的下部安装有任务作业部件；所述连接管线主要包括电力供应线路、液体输送管道或其他管线；地面站部分为固定式或移动式。...

【技术特征摘要】
1.一种基于地面站和氦气球的无人机航母，其特征在于：主要包括地面站部分、氦气球部分、无人机部分和连接管线；氦气球部分悬浮于地面站上方，由地面站牵引，无人机连接到氦气球部分上，且飞行高度比氦气球低；所述氦气球部分包括氦气球、航母平台、绕线器、分配盒、空中功能箱、太阳能电池、动力系统、GPS模块、摄像头模块和氦气球控制系统；地面站部分包括外部供电系统、气球线盘、蓄电池和地面功能箱；无人机部分包括多旋翼无人机、管线连接盒和任务作业部件；此外还有用于连接各部分的连接管线；所述分配盒用于连接来自地面站的管线，并将管线传输的介质分配给各个绕线器上的子管线；空中功能箱位于航母平台的中间；所述摄像头模块安装在航母平台的底部中央；所述气球线盘使用步进电机驱动，在线盘上绕有与氦气球连接的管线，当步进电机驱动线盘转动时可以调节氦气球的高度；地面功能箱用于搭配空中功能箱使用，可以根据实际任务更换不同的箱体；多旋翼无人机的每个旋翼都安装有防护圈，机体上部安装有管线连接盒，用于固定来自氦气球的连接管线，并且将来自管线的电能、物料流分流；机体的下部安装有任务作业部件；所述连接管线主要包括电力供应线路、液体输送管道或其他管线；地面站部分为固定式或移动式。2.根据权利要求1所述的一种基于地面站和氦气球的无人机航母，其特征在于：所述氦气球底部装有圆形或正多边形的航母平台，航母平台上安装有所述的绕线器、空中功能箱、动力系统、分配盒、摄像头模块和氦气球控制系统；在氦气球的上半部分安装有太阳能电池和GPS模块。3.根据权利要求1所述的一种基于地面站和氦气球的无人机航母，其特征在于：所述绕线器平均分布在航母平台靠近边缘的地方，绕线器的数量必须大于或等于多旋翼无人机的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨卫民，刘由之，阎华，王晗，丁玉梅，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：新型
国别省市：北京,11