一种双刚度被动折叠的无人机及地下管廊勘探方法技术

本发明专利技术公开了一种双刚度被动折叠的无人机及地下管廊勘探方法；主动折叠的无人机的控制精度要求较高，且在狭小空间飞行是桨翼易发生碰撞损坏。本发明专利技术提供的无人机包括主体支架、飞行驱动电机、翻转支臂、滑轮、拉线、弹簧、双目视觉相机、电磁铁、螺旋桨翼和主动导向轮。本发明专利技术通过碰撞进入狭小通道，并利用撞击力实现被动折叠，实现了对狭小通道的穿越；并且，本发明专利技术在两个翻转支臂在弹簧作用下能够抵住通道的侧壁，使得无人机在狭小通道中形成悬架结构，能够利用两个主动导向轮的转动实现通道内的前进，使得螺旋桨翼在通道内能够停止转动，避免螺旋桨翼与地形相碰撞而导致损坏。避免螺旋桨翼与地形相碰撞而导致损坏。避免螺旋桨翼与地形相碰撞而导致损坏。

【技术实现步骤摘要】
一种双刚度被动折叠的无人机及地下管廊勘探方法


[0001]本专利技术属于无人机
，具体涉及一种双刚度被动折叠的无人机及地下管廊勘探方法。

技术介绍

[0002]无人机一般是指利用无线电遥控设备和/或控制程序进行飞行的飞行器，而对于小型无人机，一般采用四桨翼的结构进行飞行。目前，为了能使无人机通过性能提高，有很多可折叠的无人机被设计研发，但这些无人机的折叠通常由飞控计算机自主控制，在进入狭小的空间时，无人机先行折叠，在缩小自身宽度后飞行通过狭小空间，该方案对无人机的控制精度要求较高，且在狭小空间飞行容易受到空间内气流的干扰，同时也易使得桨翼与地形发生碰撞。
[0003]地下管廊是建设在城市地下用于敷设电力、通讯、给水等市政管线的公共隧道，由于其埋深较大，管道错综复杂且管道宽度不一，因此勘探难度较大，大多需要进行人工勘探；同时，地下管廊中存在部分直径较小的管道；工作人员难以直接进入这些管道，使得地下管廊难以充分彻底。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服无人机通过性不高和主动折叠式无人机控制要求过高的缺陷，提供一种双刚度被动折叠的无人机及地下管廊勘探方法，使无人机的环境适应性和鲁棒性提高，且控制难度降低。
[0005]第一方面，本专利技术提供一种双刚度被动折叠的无人机，其包括主体支架、飞行驱动电机、翻转支臂、滑轮、拉线、弹簧、双目视觉相机、电磁铁、螺旋桨翼和主动导向轮。
[0006]两根翻转支臂的内端与主体支架头端的两侧分别构成转动副。两根翻转支臂的内端均转动连接有滑轮。两根拉线的一端与两根翻转支臂的外侧分别固定。两根拉线分别绕过滑轮。两根拉线的另一端与弹簧的两端分别固定。两根翻转支臂的外端均安装有由电机驱动的主动导向轮。两根翻转支臂的内侧均设置有螺旋桨安装支架。螺旋桨安装支架上安装有由电机驱动的螺旋桨翼。
[0007]所述的主体支架头端的两侧均固定有电磁铁。两根翻转支臂的内端均固定有限位块。限位块的位置与电磁铁的位置对应；限位块采用铁磁性材料。电磁铁与限位块配合，限定翻转支臂向外翻转的极限位置。
[0008]作为优选，初始状态下，两根翻转支臂向外翻转至极限位置，两个电磁铁与两个限位块分别吸合；在遇到宽度小于或等于无人机在初始状态宽度的通道时，两个电磁铁断电，无人机冲入通道，两根翻转支臂受到冲击向内翻转；两个主动导向轮抵住通道的侧壁，并主动旋转，带动无人机在通道中前进。
[0009]作为优选，所述的主体支架的中部安装有飞控计算机。
[0010]作为优选，两根翻转支臂的外端端部均固定有侧部行走驱动电机，并转动连接有
主动导向轮。侧部行走驱动电机的输出轴与对应的主动导向轮固定。
[0011]作为优选，主动导向轮的轴线竖直设置。
[0012]作为优选，螺旋桨安装支架与对应的翻转支臂相互垂直。
[0013]作为优选，所述翻转支臂的外端固定有安装块。主体支架底部的头端、尾端，以及两个安装块上均固定有输出轴朝下设置的飞行驱动电机。飞行驱动电机的输出轴上固定有螺旋桨翼。
[0014]作为优选，螺旋桨翼的半径小于螺旋桨翼的中心轴线到翻转支臂的距离。
[0015]作为优选，主体支架中部的两侧均固定有缓冲块。缓冲块与对应的主体支架的外端到翻转支臂内端的转动轴线的距离相等；缓冲块与主体支架的外端配合，限定翻转支臂向内翻转的极限位置。
[0016]作为优选，所述的主体支架底部的头端转动连接有主动行走轮，并固定有底部行走驱动电机；主动行走轮由底部行走驱动电机驱动。主体支架底部的尾端转动连接有多个从动行走轮。
[0017]第二方面，本专利技术提供一种地下管廊勘探方法，其包括以下步骤：
[0018]步骤一、使用前述的双刚度被动折叠的无人机在地下管廊中起飞。
[0019]步骤二、无人机在地下管廊中飞行。当无人机飞行至一个需要勘察的管道的入口时，无人机飞向该管道入口；无人机与管道入口的距离小于阈值时，两个电磁铁断电，无人机冲入管道内。
[0020]步骤三、无人机在管道中前进并利用双目视觉相机拍摄管道内的图像。
[0021]步骤四、无人机到达管道的终点后，从管道的终点直接冲出管道继续飞行或回退至管道的入口并冲出管道继续飞行。
[0022]本专利技术具有的有益效果是：
[0023]1、本专利技术通过碰撞进入狭小通道，并利用撞击力实现被动折叠，实现了对狭小通道的穿越，提高了无人机的通过性，使得无人机能够穿越比自身折叠前宽度小40％的通道，且被动折叠的形式降低了无人机折叠的控制难度。
[0024]2、本专利技术通过电磁铁来控制无人机在两种刚度的切换，使得无人机的主体支架在正常飞行时能够提供较高的刚性，在穿越狭小通道时又能够降低刚度实现自适应变形。
[0025]3、本专利技术在两个翻转支臂在弹簧作用下能够抵住通道的侧壁，使得无人机在狭小通道中形成悬架结构，能够利用两个主动导向轮的转动实现通道内的前进，使得螺旋桨翼在通道内能够停止转动，避免螺旋桨翼与地形相碰撞而导致损坏。
[0026]4、本专利技术提供了一种地下管廊的全自动勘探方法，显著提高了地下管廊勘探的效率。
附图说明
[0027]图1为本专利技术实施例1提供的无人机在初始状态下的结构示意图。
[0028]图2为本专利技术实施例1提供的无人机完全折叠后的结构示意图。
[0029]图3为本专利技术实施例1提供的无人机在初始状态下的俯视示意图。
[0030]图4为本专利技术实施例1提供的无人机完全折叠后的俯视示意图。
[0031]图5为本专利技术实施例2中无人机的在狭小管道进行勘探的示意图。
具体实施方式
[0032]以下结合附图对本专利技术作进一步说明。
[0033]实施例1
[0034]一种双刚度被动折叠的无人机，包括主体支架1、飞控计算机2、飞行驱动电机3、翻转支臂4、滑轮5、拉线6、弹簧7、双目视觉相机8、电磁铁9、螺旋桨翼10、主动导向轮11、侧部行走驱动电机12、缓冲块13、主动行走轮和从动行走轮14。
[0035]飞控计算机2安装在主体支架1的中部。主体支架1的头端固定有横向安装杆。两根翻转支臂4的内端与横向安装杆的两端分别通过铰接轴构成转动副。该铰接轴上转动连接有滑轮5。两根拉线6的一端与两根翻转支臂4的外侧分别固定。两根拉线6分别绕过滑轮5。两根拉线6的另一端与弹簧7的两端分别固定。处于拉伸状态的弹簧7位于横向安装杆中部的外侧。当两根翻转支臂4向内翻转时，两根拉线6拉伸弹簧7；因此，弹簧7能够对两根翻转支臂4施加向外翻转的复位转矩。
[0036]两根翻转支臂的外端端部均固定有侧部行走驱动电机12，并转动连接有主动导向轮11。侧部行走驱动电机12的输出轴与对应的主动导向轮11固定。主动导向轮11的轴线竖直设置。当无人机处于管道或狭小通道中时，两根翻转支臂受到通道两侧边缘的约束而向内翻转，两个主动导向轮11分别抵住通道的两侧边缘，此时，主动导向轮11的主动旋转能够带动无人机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双刚度被动折叠的无人机，包括主体支架(1)、飞行驱动电机(3)、双目视觉相机(8)和螺旋桨翼(10)；其特征在于：还包括翻转支臂(4)、滑轮(5)、拉线(6)、弹簧(7)、电磁铁(9)和主动导向轮(11)；两根翻转支臂(4)的内端与主体支架(1)头端的两侧分别构成转动副；两根翻转支臂(4)的内端均转动连接有滑轮(5)；两根拉线(6)的一端与两根翻转支臂(4)的外侧分别固定；两根拉线(6)分别绕过滑轮(5)；两根拉线(6)的另一端与弹簧(7)的两端分别固定；两根翻转支臂的外端均安装有由电机驱动的主动导向轮(11)；两根翻转支臂的内侧均设置有螺旋桨安装支架；螺旋桨安装支架上安装有由电机驱动的螺旋桨翼(10)；所述的主体支架(1)头端的两侧均固定有电磁铁(9)；两根翻转支臂的内端均固定有限位块；限位块的位置与电磁铁(9)的位置对应；限位块采用铁磁性材料；电磁铁(9)与限位块配合，限定翻转支臂向外翻转的极限位置。2.根据权利要求1所述的一种双刚度被动折叠的无人机，其特征在于：初始状态下，两根翻转支臂(4)向外翻转至极限位置，两个电磁铁(9)与两个限位块分别吸合；在遇到宽度小于或等于无人机在初始状态宽度的通道时，两个电磁铁(9)断电，无人机冲入通道，两根翻转支臂(4)受到冲击向内翻转；两个主动导向轮(11)抵住通道的侧壁，并主动旋转，带动无人机在通道中前进。3.根据权利要求1所述的一种双刚度被动折叠的无人机，其特征在于：所述的主体支架(1)的中部安装有飞控计算机(2)。4.根据权利要求1所述的一种双刚度被动折叠的无人机，其特征在于：两根翻转支臂的外端端部均固定有侧部行走驱动电机(12)，并转动连接有主动导向轮(11)；侧部行走驱动电机(12)的输出轴与对应的主动导向轮(11)固定...

【专利技术属性】
技术研发人员：许明，赵晋东，张涵俊，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：