一种面向无线供能的轻量级旋翼无人机的制作方法

1.本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种面向无线供能的轻量级旋翼无人机。


背景技术：

2.四旋翼无人机具备垂直起降、定点悬停、机动灵活等特点，在航拍、侦察、勘测等众多领域取得了良好的应用。但随着无人机在民用或军用中应用的普及，无人机机载设备与其续航时间一直难以平衡，其无法长时间续航问题越发突显。


技术实现要素：

3.本说明书实施例的目的是提供一种面向无线供能的轻量级旋翼无人机。
4.为解决上述技术问题，本技术实施例通过以下方式实现的：
5.本技术提供一种面向无线供能的轻量级旋翼无人机，该无人机包括：
6.机架，机架包括机臂；
7.脚架，脚架与机臂垂直连接；
8.光伏充电板，光伏充电板通过地面无线激光充电系统实现远程无线供能；光伏充电板固定于脚架上。
9.在其中一个实施例中，机臂上开设有镂空滑槽，脚架通过脚架连接件连接于镂空滑槽中，脚架连接件通过脚架固定扣盖固定。
10.在其中一个实施例中，脚架连接件包括与镂空滑槽匹配的凸起，凸起通过连接柱与连接板连接，连接板与脚架连接。
11.在其中一个实施例中，无人机还包括：散热鳍片；散热鳍片安装于光伏充电板与机架之间。
12.在其中一个实施例中，散热鳍片采用阳极氧化铝，阳极氧化铝通过绝缘导热胶与光伏充电板黏贴。
13.在其中一个实施例中，光伏充电板通过光伏板固定扣件固定于脚架上，光伏板固定扣件包括半圆部，半圆部的两侧分别设置有第一固定板和第二固定板，第一固定板或第二固定板上开有固定光伏充电板的开口，第一固定板和第二固定板均开有通孔。
14.在其中一个实施例中，每个机臂上均设置有桨叶，桨叶形成的无人机风道避开光伏充电板。
15.在其中一个实施例中，每个机臂上还设置有电机，电机为桨叶提供动力。
16.在其中一个实施例中，电机采用无刷电机。
17.在其中一个实施例中，脚架远离机臂的一侧还套设有橡胶脚架套。
18.由以上本说明书实施例提供的技术方案可见，该方案：可以利用地面无线供电实现长时间续航，相较于利用太阳能供电，地基供电的方案能量密度更大，可以为无人机提供有效的能量输入。同时由于地面端具备跟瞄功能，无人机可以自由根据具体要求进行作业。
附图说明
19.为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本技术提供的面向无线供能的轻量级旋翼无人机的结构示意图；
21.图2为本技术提供的面向无线供能的轻量级旋翼无人机的三维示意图一；
22.图3为本技术提供的面向无线供能的轻量级旋翼无人机的三维示意图二；
23.图4为本技术提供的机架的结构示意图；
24.图5为本技术提供的脚架和机架连接处的剖面视图；
25.图6为本技术提供的脚架连接件的结构示意图；
26.图7为本技术提供的脚架固定扣盖的结构示意图；
27.图8为本技术提供的光伏板固定扣件的结构示意图。
具体实施方式
28.为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书保护的范围。
29.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本技术。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本技术的描述。
30.在不背离本技术的范围或精神的情况下，可对本技术说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本技术的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本技术说明书和实施例仅是示例性的。
31.关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
32.相关技术中，出于提高无人机续航时间的考虑，目前已知的可以提高无人机续航时间的方案有：
33.(1)设计备用电池仓，通过增加无人机电池能源的携带量，增加无人机的续航时间。其无人机特定是整体无人机偏大，电机功率更大，无人机能耗较正常无人机更高。该方案虽然能够提高一定的续航时间，但是随着电池携带量的增加，无人机本身重量也会有一定的提高，由于无人机本身动力因素的限制，无人机电池的可增加量是十分有限的，其续航时间也并不会因为电池量的增加而线性增长。
34.(2)设置中继续航的无人机充电站。该方案可以保证在无人机作业中如果出现电量匮乏时可就近选择充电仓，进行能量补给。其特点是无人机需要与充电站有良好的机械配合结构，同时无人机携带可以与充电站通讯及识别的额外设备。该方案在一定程度上提
高了无人机的适应性，但无法避免无人机因为充电所带来的起降的能量损耗。同时，其充电待机的时间依旧无法避免。无法做到连续、长时间的作业。
35.(3)在无人机上表面设计增加太阳能充电板，在无人机飞行的过程中，通过太阳能板进行充电，从而为无人机进行一定程度的能量补充。该方案首先十分受制于天气和时间的限制，无法在阴天和晚上正常运行。同时无人机所能携带的太阳能充电板的充电功率相对于无人机本身的飞行功耗来说是十分小的，并不能有效提高无人机的续航时间。
36.上述方案的不足可以分为：
37.(1)不能有效增加无人机续航时间。无论是增加电池或增加太阳能板都无法为无人机飞行过程中提供长时间且有效的能源供应。
38.(2)无法避免频繁起降。无人机必须在一定时间内(15-30分钟)内进行降落，更换电池或进行充电。因为更换或者充电带来的能量损耗、时间浪费是十分显著的。
39.基于上述缺陷，本技术提供一种面向无线供能的轻量级旋翼无人机，通过无人机机体上搭载光伏充电板，使用地面激光的远程供能，从而保证无人机可以获取更长的续航时间以及勘测等作业时间。
40.下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明。
41.参照图1、图2、图3，其示出了适用于本技术实施例提供的面向无线供能的轻量级旋翼无人机的结构示意图。
42.如图1、图2、图3所示，一种面向无线供能的轻量级旋翼无人机，可以包括：
43.机架1，机架1包括机臂1-1；
44.脚架2，脚架2与机臂1-1垂直连接；
45.光伏充电板3，光伏充电板3通过地面无线激光充电系统实现远程无线供能；光伏充电板3固定于脚架2上。
46.具体的，机架1可以采用碳纤维机架1。机架1上的机臂1-1的数量可以根据实际需求进行设置，例如四旋翼无人机的机臂1-1数量为四个。
47.脚架2可以采用碳纤维脚架2，并且可以将无人机的脚架2设计为镂空结构，例如碳纤维圆管，以此减轻机身重量。
48.地面无线激光充电系统具备跟瞄功能，可以保证发出的激光一直跟着无人机，为光伏充电板3供能，从而保证无人机可以获取更长的续航时间以及勘测等作业时间。
49.为了保证无人机刚度的同时减轻无人机重量，整体机体结构采取镂空的设计，除机臂1-1以外，仅有中心小面积的机身。无人机整体设计为中心对称结构，结构平稳，具备良好的空气动力学。无人机机架1的镂空及小面积机身设计在保证无人机整体刚度、无人机搭载设备等需求的同时，尽可能的减轻了无人机的整体重量，减少了无人机飞机过程中的功耗。
50.可以理解的，本技术实施例提供的面向无线供能的轻量级旋翼无人机，无人机上所需要的飞控、电池、配套电路、各种传感器等组成部分均有包括，这些部件可以参考现有无人机，在此不再赘述。
51.本技术实施例提供的面向无线供能的轻量级旋翼无人机，可以利用地面无线供电实现长时间续航，相较于利用太阳能供电，地基供电的方案能量密度更大，可以为无人机提供有效的能量输入。同时由于地面端具备跟瞄功能，无人机可以自由根据具体要求进行作
业。
52.另外，无人机不用携带更多的机载电池，整体机身轻盈，从而避免了因自身重量的增加而带来的能量消耗。
53.而且，远程无线充电设备可以达到千米级以上的远程供电，因此无人机的可作业范围更大，且避免了因充电问题而带来的频繁起降，真正意义上解决了无人机连续长时间的作业需求。无人机整体飞行功耗低、远程充电功率高。可实现长时间空中悬停作业。
54.一个实施例中，为了为光伏充电板3预留空间，如图4所示，机臂1-1上开设有镂空滑槽，如图5所示，脚架2通过脚架连接件4连接于镂空滑槽中，脚架连接件4通过脚架固定扣盖5固定。
55.具体的，在机臂1-1上开设镂空滑槽，则脚架2即可沿机臂1-1方向调整与机臂1-1固定的位置，从而实现根据不同的需求安装不同大小的光伏充电板3。例如，可以根据实际需求调整无人机重量和无人机所能达到的充电功率。示例性的，光伏充电板可以设计为200x200mm方形结构等。
56.一个实施例中，如图6所示，脚架连接件4包括与镂空滑槽匹配的凸起4-1，凸起4-1通过连接柱4-2与连接板4-3连接，连接板4-3与脚架2连接。
57.可以理解的，如图7所示，脚架固定扣盖5开设有与凸起4-1匹配的凹槽5-1，脚架固定扣盖5还包括通孔5-2，通孔5-2供螺栓穿过以将脚架固定扣盖5和脚架连接件4固定在机臂1-1上。
58.具体的，脚架2可以通过脚架连接件4在机臂1-1的镂空滑槽中滑动而调节具体位置。脚架连接件4安装时先将凸起4-1放入镂空滑槽中，然后旋转90度确保脚架连接件4在沿脚架2纵向方向无相对移动，然后可以沿机臂1-1方向进行调节，调节完毕之后由脚架固定扣盖5进行固定，并用螺栓紧固。
59.一个实施例中，无人机还包括：散热鳍片6；散热鳍片6安装于光伏充电板3与机架1之间。可选的，散热鳍片6采用阳极氧化铝，阳极氧化铝通过绝缘导热胶与光伏充电板3黏贴。
60.具体的，散热鳍片6可以设计为中空结构，示例性的，散热鳍片6的横截面可以为锯齿型，如图1-3所示，也可以为其他如波浪形等，增大散热鳍片6的面积以使散热效果更好均可。并且散热鳍片6采用阳极氧化铝材质较轻，可以减轻无人机的整体重量，减少能耗。在光伏充电板3和机架1之间安装散热鳍片6，在高效光电转换的同时，保证系统实现良好散热。
61.一个实施例中，光伏充电板3通过光伏板固定扣件7固定于脚架2上，如图8所示，光伏板固定扣件7包括半圆部7-1，半圆部7-1的两侧分别设置有第一固定板7-2和第二固定板7-3，第一固定板7-2或第二固定板7-3上开有固定光伏充电板3的开口7-4，第一固定板7-2和第二固定板7-3均开有通孔7-5。
62.具体的，当确定光伏充电板3的位置之后，将两个光伏固定扣件使用螺栓紧固。
63.一个实施例中，每个机臂1-1上均设置有桨叶8，桨叶8形成的无人机风道避开光伏充电板3。
64.示例性的，为保证无人机机身稳定的同时，携带尽可能高功率的无线光伏充电板3，机体整体机身轴距选取为450mm大轴距，桨叶8选取八寸桨叶8，无人机风道避开光伏充电板3，减少功率内耗。
65.一个实施例中，每个机臂1-1上还设置有电机9，电机9为桨叶8提供动力。可选的，电机9可以选取大扭矩低转速的无刷电机9，在保证机身抗干扰能力的同时提高能源利用效率。
66.一个实施例中，还可以脚架2远离机臂1-1的一侧还套设有橡胶脚架套10，使得无人机在降落时减轻震荡。
67.需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
68.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

技术特征：
1.一种面向无线供能的轻量级旋翼无人机，其特征在于，所述无人机包括：机架，所述机架包括机臂；脚架，所述脚架与所述机臂垂直连接；光伏充电板，所述光伏充电板通过地面无线激光充电系统实现远程无线供能；所述光伏充电板固定于所述脚架上。2.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述机臂上开设有镂空滑槽，所述脚架通过脚架连接件连接于所述镂空滑槽中，所述脚架连接件通过脚架固定扣盖固定。3.根据权利要求2所述的无人机，其特征在于，所述脚架连接件包括与所述镂空滑槽匹配的凸起，所述凸起通过连接柱与连接板连接，所述连接板与所述脚架连接。4.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述无人机还包括：散热鳍片；所述散热鳍片安装于所述光伏充电板与所述机架之间。5.根据权利要求4所述的无人机，其特征在于，所述散热鳍片采用阳极氧化铝，所述阳极氧化铝通过绝缘导热胶与所述光伏充电板黏贴。6.根据权利要求1-5任一项所述的无人机，其特征在于，所述光伏充电板通过光伏板固定扣件固定于所述脚架上，所述光伏板固定扣件包括半圆部，所述半圆部的两侧分别设置有第一固定板和第二固定板，所述第一固定板或所述第二固定板上开有固定所述光伏充电板的开口，所述第一固定板和所述第二固定板均开有通孔。7.根据权利要求1-5任一项所述的无人机，其特征在于，每个所述机臂上均设置有桨叶，所述桨叶形成的无人机风道避开所述光伏充电板。8.根据权利要求7所述的无人机，其特征在于，每个所述机臂上还设置有电机，所述电机为所述桨叶提供动力。9.根据权利要求8所述的无人机，其特征在于，所述电机采用无刷电机。10.根据权利要求1-5任一项所述的无人机，其特征在于，所述脚架远离所述机臂的一侧还套设有橡胶脚架套。

技术总结
本申请提供一种面向无线供能的轻量级旋翼无人机，该无人机包括：机架，机架包括机臂；脚架，脚架与机臂垂直连接；光伏充电板，光伏充电板通过地面无线激光充电系统实现远程无线供能；光伏充电板固定于脚架上。该方案可以利用地面无线供电实现长时间续航，相较于利用太阳能供电，地基供电的方案能量密度更大，可以为无人机提供有效的能量输入。同时由于地面端具备跟瞄功能，无人机可以自由根据具体要求进行作业。行作业。行作业。


技术研发人员：李学龙 王之港 赵斌 王廉胜
受保护的技术使用者：上海人工智能创新中心
技术研发日：2022.12.30
技术公布日：2023/4/28