一种多功能救援仿生无人飞行器的制作方法

本实用新型涉及无人飞行器装置，特别是一种多功能救援仿生无人飞行器。

背景技术：

无人飞行器，是指能够自动控制、具有自动导航和执行特殊任务且不需要人员直接驾驶操控的飞行设备。无人飞行器已经深入人们日常生活的方方面面，起着至关重要的作用。其中，救援飞行器应用需求十分广泛，主要用于信息采集传输，物资投送及紧急情况处理等。

目前，国内抢险救援工作主要由消防官兵、志愿者及国际救援部队完成。救援工作常位于火灾、洪涝灾害、泥石流、地震、生化爆炸等恶劣地区。在受灾人员被困、交通通讯长时间阻断的情形下，人工救援呈现出明显缺陷：1、救援效率较低。我们人口繁多，地形复杂，自然灾害事故、安全事故频发，救援量大。人工救援往往因为救援工具限制，救援时间较长。2、救援范围有限。人工救援只能够在有限的范围内活动，考虑到救援人员自身的安全，救援人员无法到达更为危险的境地。3、信息获取较慢。灾害发生后，通讯中断的情况下，救援人员无法短时间内掌握灾害中心的情形，造成指挥上的依据匮乏，对指导救援措施造成很大困扰。

由此可见，传统的人工救援已经无法满足现实需求。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种多功能救援仿生无人飞行器，通过无线遥控系统对无人机进行操控，依靠摄像头系统对事故现场情况进行信息采集及传输，为制定救援计划提供可靠参照。针对事故现场紧急情况，利用无人飞行器所配备的四种机械手臂进行救援处理，避免事故进一步扩大。

为了解决上述技术问题，本实用新型提出以下技术方案：一种多功能救援仿生无人飞行器，包括飞行器本体、主控系统、飞行系统、救援系统和摄像系统；所述飞行器本体包括底壳和设置在底壳上的底盘机架，底盘机架上方固接有机身上部，机身上部前端设有前舱门，机身上部上方设有主控系统，主控系统上方设有飞行系统。

所述底盘机架左右两侧设有切割机械手臂和夹取机械手臂，底盘机架上还设有供电装置，底盘机架前端，靠近前舱门一侧设置有喷水机械手臂和喷雾机械手臂，并设有独立旋转电机，底盘机架后端设有底盘变速器，底盘变速器连接至蜗轮蜗杆传动机构，底壳中下方设有摄像系统，底壳前后两段设置有H型起落架。

所述飞行系统为共轴双旋翼结构，上旋翼通过螺栓与上旋翼支座连接，上旋翼套筒与上旋翼支座为一体结构，套筒通过花键与内轴配合，相应地，下旋翼通过螺栓与下旋翼支座连接，下旋翼套筒与下旋翼支座为一体结构，套筒通过花键与外轴配合。

所述上旋翼和下旋翼旋向相反。

所述上旋翼上方设有信号发射与接收装置，并与内轴配合固定。

所述底盘变速器包括主齿轮、左副齿轮和右副齿轮，用于控制H型起落架的起落操作。

所述切割机械手臂、夹取机械手臂、喷水机械手臂和喷雾机械手臂均由单独电机驱动，可根据事故现场需求进行配备和拆卸，喷水机械手臂和喷雾机械手臂可收至前舱门内。

所述H型起落架起落杆设有液压减震器。

尾翼为平行尾翼结构。

本实用新型有如下有益效果：

本使用新型该专利是在现有的远距离无线遥控传输设备的基础上，结合仿生学、机构学、空气动力学等原理和共轴双旋翼技术，在综合考虑事故现场通过性差、危害性高的前提下，采用双旋翼共轴式飞行系统，机身模仿昆虫的外形，小巧灵活，方便其在空中进行小阻力飞行。由于事故情形多样，本实用新型采用多种机械手装置，能够大大增强设备的救援能力。机械手装置可根据具体需求进行安装和拆卸，适用性高，同时可以减轻飞行器负重，达到更好的续航效果。为了减轻装置飞行降落对机身的冲击力，在机身底部设计了液压减震器装置。该减震装置不仅能够缓冲设备降落时地面对其施加的冲击反载荷，还能够在飞行器进行地面工作时支撑飞行器本体，增强了设备的操纵稳定性。机身底部安装有全方位摄像头，对事故周边环境进行有效监测，使其能够在指挥人员的远距离操控下完成现场采样、实时视频传输及救援任务。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型整体装配结构示意图。

图2为本实用新型在飞行状态下主视结构示意图。

图3为本实用新型打开前舱门主视结构示意图。

图4为本实用新型底盘机架整体结构示意图。

图5为本实用新型底盘机架俯视结构示意图。

图6为本实用新型底盘机架仰视结构示意图。

图7为本实用新型摄像系统整体结构示意图。

图中：上旋翼1、内轴2、外轴3、信号发射与接收装置4、下旋翼5，下旋翼套筒6、主控系统7、机身上部8、上旋翼支座9、上旋翼套筒10、下旋翼支座11、底壳12、H型起落架13、连杆14、液压减震器15、液压杆16、缓冲弹簧17、摄像系统18、切割机械手臂19、夹取机械手臂20、喷水机械手臂21、喷雾机械手臂22、底盘机架23、旋转电机24、主齿轮25、左副齿轮26、右副齿轮27、右蜗杆轴28、右后蜗杆29、右后蜗轮30、右前蜗杆31、右前蜗轮32、右后蜗轮轴33、右前蜗轮轴34、左后蜗杆轴35、左后蜗杆36、左后蜗轮37、左前蜗杆38、左前蜗轮39、左后蜗轮轴40、左前蜗轮轴41、旋转电机42、旋转电机43、尾翼44、摄像头底座181、旋转电机182、Z轴保持架183、旋转电机184、摄像头185。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式做进一步的说明。

参见图1-7，一种多功能救援仿生无人飞行器，飞行器本体、主控系统、飞行系统、救援机械手系统、摄像系统。飞行器本体包括底壳12和设置在底壳12上的底盘机架23，底盘机架23左右两侧设有切割机械手臂19和夹取机械手臂20。切割机械手臂19和夹取机械手臂20在飞行器飞行时处于收缩状态，减小风阻。底盘机架23末端设有底盘变速器，底盘变速器由主齿轮25、左副齿轮26和右副齿轮27组成，由旋转电机24驱动，用于控制蜗轮蜗杆机构的转动。左副齿轮26用于连接左后蜗杆轴35，左后蜗杆轴35可同时驱动左后蜗杆36和左前蜗杆38，左后蜗杆36和左后蜗轮37配合，左后蜗轮37驱动左后蜗轮轴40转动，进而驱动后H型起落架转动。左前蜗杆38和左前蜗轮39配合，左前蜗轮39驱动左前蜗轮轴41转动，进而驱动前H型起落架13转动。

右副齿轮27用于连接右蜗杆轴28，右蜗杆轴28可同时驱动右后蜗杆29和右前蜗杆31，右后蜗杆29和右后蜗轮30配合，右后蜗轮30驱动右后蜗轮轴33转动，进而驱动后H型起落架转动。右前蜗杆31和右前蜗轮32配合，右前蜗轮32驱动右前蜗轮轴34转动，进而驱动前H型起落架13转动。

蜗杆36和蜗杆29为左旋蜗杆，蜗杆38和蜗杆31为右旋蜗杆，蜗轮37和蜗轮30为左旋蜗轮，蜗轮32和蜗轮39为右旋蜗轮。不同旋向的设计，使得蜗杆轴朝一个转动时，同一蜗杆轴上的两个蜗轮所输出的转动方向相反，进而使得起落架朝相反方向提升。

进一步的，蜗轮蜗杆机构由主齿轮25、左副齿轮26和右副齿轮27组成的底盘变速器驱动，副齿轮26和右副齿轮27的大小、齿数、模数相等，能够保证蜗杆轴28和左后蜗杆轴35同时转动。起落架由连杆14连接，进一步保证了起落架提升的同步性。

进一步的，蜗轮蜗杆机构具有自锁作用，能够保证起落架的支撑稳定性，使其不会随意转动。

进一步的，H型起落架13的起落杆设有液压减震器15，液压减震器15由液压杆16和缓冲弹簧17组成。液压减震器15能够吸收飞行器降落时由地面所产生的冲击力，提升安全性和稳定性。当飞行器降落于不平整地面时，可以通过调整液压杆16的伸缩长度来调整飞行器使其处于水平状态。

进一步的，H型起落架13在飞行器处于飞行状态时转动至水平位置，一是可以降低飞行阻力，而是便于摄像系统18进行现场信息采集，不至于影响航拍视野范围。

进一步的，所述的第一机械手臂为夹取机械手臂20，第二机械手臂为切割机械手臂19，第三机械手臂为喷水机械臂21，第四机械手臂为喷雾机械臂22。通过不同的手臂结构进行不同的工作，能够在事故现场较为复杂的环境中救援、取样、拍摄。

进一步的，喷水机械臂21和喷雾机械臂22设于底盘机架23前部，机身上部8设有前舱门，第三机械手臂和第四机械手臂在非工况下处于收缩折叠状态，可收至舱门内。舱门内的底盘机架23上还设有储水箱及泡沫发生器，用于给喷水机械臂21和喷雾机械臂22提供水源和灭火泡沫。

进一步的，喷水机械臂21和喷雾机械臂22均为多自由度机械臂，均有独立旋转电机驱动，可根据救援实际需求进行更换和拆卸。

优选的方案中，所述的飞行系统为共轴双旋翼结构,上旋翼1通过螺栓与上旋翼支座9连接，上旋翼套筒10与上旋翼支座9为一体结构，套筒10通过花键与内轴2配合。相应地，下旋翼5通过螺栓与下旋翼支座11连接，下旋翼套筒6与下旋翼支座11为一体结构，套筒6通过花键与外轴3配合。上下旋翼旋向相反，内外轴转动方向相反，共同作用为飞行器提供升力。共轴双旋翼内外轴通过电机驱动，由供电装置驱进行供电。供电装置为发电机或蓄电池，可以为内外轴变速器供电，通过变速器控制内外轴转速，从而控制飞行速度。

主控系统7用于控制飞行器的飞行系统、救援机械手系统、升降系统和摄像系统。信号发射与接收装置4用于将摄像系统采集的现场信息发送给主控系统7，由主控系统7传回控制中心。同时信号发射与接收装置4接收控制中心的指令，传给主控系统7，进而完成相应动作。

机身底壳下方设有摄像系统18，摄像系统18由摄像头底座181、旋转电机182、Z轴保持架183、旋转电机184和摄像头185组成。摄像头底座181安装于飞行器底壳12中下方位置，Z轴保持架183由旋转电机182驱动，使得摄像系统18能够在Z轴方向周向转动。旋转电机184设于Z轴保持架183下端，用于驱动摄像头185，使得摄像头185能够进行俯仰动作。双自由度摄像系统的设计，能够增大航拍角度和视野。当飞行器前进飞行器处于状态的前提下，若此时飞行器改为向后方飞行，只需通过调整摄像头185的俯仰角，使摄像头185朝向飞行器后方，即可辅助飞行器向后方飞行。

进一步的，摄像系统18使得飞行器的飞行的过程中对事故现场进行航拍，并向控制中心返回信息数据。同时，摄像头能够辅助飞行器在复杂地域进行飞行，提高定位精度。

本实用新型的优点为：

1、共轴双旋翼的飞行系统，使得飞行器更加灵活小巧，便于在狭小环境中使用。

2、多功能多自由度可拆卸机械手臂的设计，能够提供多种事故现场方案。

3、带液压减震器的的起落架，能够吸收飞行器降落时由地面所产生的冲击力。

4、蜗轮蜗杆结构设计的起落架传动系统，可以防止飞行器在停放过程中倾覆。

5、两自由度摄像系统，既能够辅助飞行器在空中飞行，又可以对复杂事故现场进行航拍，返回现场信息。

上面结合附图对本实用新型优选的具体实施方式和实施原理作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式和实施原理，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型构思的前提下做出各种变化。因而，本发明的发明范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书所提到的创新性特征的最大范围。