一種適用于微小型無人機(jī)的感應(yīng)取電掛鉤的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于微小型無人機(jī)的感應(yīng)取電掛鉤，涉及機(jī)電設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。所述的感應(yīng)取電掛鉤由連桿機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。連桿機(jī)構(gòu)通過合理的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)鉤掛在輸電線上并獲得電能，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用于驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)的收起和展開，控制系統(tǒng)用于控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作狀態(tài)。本發(fā)明采用可收放式的設(shè)計(jì)，平時(shí)可以收起，使用時(shí)展開，有利于減小飛行阻力；并且可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)完成鉤掛動(dòng)作和依靠重力自鎖。同時(shí)，本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)潔，有利于減小結(jié)構(gòu)重量。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)通過感應(yīng)取電從輸電線補(bǔ)充能源的同時(shí)，機(jī)載任務(wù)系統(tǒng)可正常工作的功能；連桿機(jī)構(gòu)可以單獨(dú)延長(zhǎng)使用，實(shí)現(xiàn)更大的捕捉目標(biāo)輸電線的能力。
【專利說明】
一種適用于微小型無人機(jī)的感應(yīng)取電掛鉤
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)電設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于微小型無人機(jī)的感應(yīng)取電掛鉤。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，無人機(jī)系統(tǒng)在民用以及軍用領(lǐng)域正起著越來越大的作用。其中微小型無人機(jī)是指最大起飛重量小于50kg的無人機(jī)，由于微小型無人機(jī)體積小、重量輕，具有攜帶方便、起飛著陸簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。在使用中，根據(jù)任務(wù)的需求，通常會(huì)要求無人機(jī)具有更高的續(xù)航時(shí)間或更遠(yuǎn)的飛行距離。但是由于無人機(jī)自身攜帶能源總量有限，微小型無人機(jī)面臨著續(xù)航時(shí)間短、飛行距離小等問題，限制其進(jìn)一步的廣泛應(yīng)用。
[0003]因此，設(shè)法提高微小型無人機(jī)的飛行時(shí)間和飛行距離是非常必要的。無人機(jī)常用的能源有燃油和蓄電池。對(duì)于采用燃油發(fā)動(dòng)機(jī)的無人機(jī)，提高飛行時(shí)間和距離的方式是增大燃油裝載量，但受到飛機(jī)體積的限制，燃油裝載量不能無限增大，想要增加飛行時(shí)間和距離變得十分困難。對(duì)于采用蓄電池提供能源的無人機(jī)，單方面提高蓄電池的容量會(huì)導(dǎo)致電池體積和重量的增加，使得飛行耗能的增加，飛機(jī)體積也會(huì)急劇增加，對(duì)飛行時(shí)間和飛行距離的提升并不明顯，并且也不適合小型化制作。但是可以為采用蓄電池作為能源的無人機(jī)設(shè)計(jì)額外補(bǔ)充電能的裝置。當(dāng)前實(shí)用的補(bǔ)充電能方式有太陽能電池，通過利用太陽能來增加飛機(jī)續(xù)航時(shí)間。但太陽能電池效率低，重量大，只能適用于大展弦比固定翼飛機(jī)。并不適用于所述微小型無人機(jī)。因此，需要設(shè)計(jì)其他的補(bǔ)充能源的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中提到的無人機(jī)補(bǔ)充電能的需要，本發(fā)明提出了一種采用輸電線感應(yīng)取電方式的掛鉤裝置，可以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)在輸電線上棲息的同時(shí)補(bǔ)充電能。本發(fā)明輸電線感應(yīng)取電掛鉤采用可收放式的設(shè)計(jì)，平時(shí)可以收起，使用時(shí)展開，有利于減小飛行阻力;并且可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)完成鉤掛動(dòng)作和機(jī)械自鎖。同時(shí)，本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)潔，有利于減小結(jié)構(gòu)重量。
[0005 ]本發(fā)明提出的無人機(jī)的感應(yīng)取電掛鉤由連桿機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。連桿機(jī)構(gòu)通過合理的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)鉤掛在輸電線上并獲得電能，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用于驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)的收起和展開，控制系統(tǒng)用于控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作狀態(tài)。
[0006]所述連桿機(jī)構(gòu)由底座、前支桿、掛鉤支桿、后支桿、內(nèi)拉桿、感應(yīng)線圈和掛鉤組成；其中底座為長(zhǎng)桿結(jié)構(gòu)，沿?zé)o人機(jī)機(jī)身長(zhǎng)度方向布置，并固定在機(jī)身上，前支桿下部通過螺栓鉸接在底座的前部安裝孔，上部通過螺栓與掛鉤支桿的上部安裝孔鉸接，掛鉤支桿的上部固定連接有掛鉤，掛鉤上纏繞有感應(yīng)線圈，掛鉤支桿的下部與后支桿的上部安裝孔通過螺栓鉸接，后支桿的中部安裝孔與內(nèi)拉桿的上部安裝孔通過螺栓鉸接，后支桿的下部安裝孔與底座的后部安裝孔通過螺栓鉸接，內(nèi)拉桿為一端設(shè)置有安裝孔的長(zhǎng)桿結(jié)構(gòu)，內(nèi)拉桿中部固定安裝有定位銷，所述定位銷與絲杠上的定位槽相配合，使得內(nèi)拉桿可以沿絲杠的內(nèi)壁軸向滑動(dòng)但不能轉(zhuǎn)動(dòng)，且通過絲杠上的定位槽限制內(nèi)拉桿的自由行程。
[0007]所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)底座、減速電機(jī)、電機(jī)齒輪、螺母齒輪、絲杠、角接觸球軸承和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)箱蓋組成，所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)底座為平面結(jié)構(gòu)，所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)箱蓋是一個(gè)沒有上蓋的矩形的空腔結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)箱蓋通過螺栓與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)底座相連接，形成封閉空腔結(jié)構(gòu)，封閉空腔內(nèi)部布置減速電機(jī)、電機(jī)齒輪、螺母齒輪、絲杠和角接觸球軸承，在所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)底座上以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)箱蓋的底部分別固定兩根同軸的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸垂直于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)底座以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)箱蓋的底面，所述轉(zhuǎn)軸與連桿機(jī)構(gòu)中的底座的下部轉(zhuǎn)動(dòng)連接，整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在絲杠的帶動(dòng)下發(fā)生繞轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng);減速電機(jī)通過螺栓固連在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)底座上，減速電機(jī)的輸出軸上安裝電機(jī)齒輪，電機(jī)齒輪與螺母齒輪相嚙合，螺母齒輪外側(cè)是與電機(jī)齒輪相嚙合的齒輪，內(nèi)側(cè)為帶有內(nèi)螺紋的通孔，所述的內(nèi)螺紋與絲杠配合連接，螺母齒輪安裝在兩個(gè)背對(duì)背布置的角接觸球軸承的內(nèi)環(huán)上，角接觸球軸承的外環(huán)安裝在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)底座上，所述的電機(jī)齒輪與螺母齒輪的旋轉(zhuǎn)面垂直于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)底座的底面;絲杠是一個(gè)空心圓柱體，其外側(cè)有外螺紋，外側(cè)通過外螺紋與螺母齒輪的內(nèi)螺紋連接，絲杠一端開有定位槽，內(nèi)拉桿底端置于絲杠內(nèi)，并通過定位銷與絲杠連接，定位銷位于絲杠的定位槽內(nèi)；絲桿另一端為梯形圓臺(tái)結(jié)構(gòu)，用于壓觸限位開關(guān)，以此控制絲杠的極限位置。
[0008]所述的控制系統(tǒng)由兩個(gè)限位開關(guān)和一個(gè)控制器組成，控制器的作用是綜合無人機(jī)給出的信號(hào)和兩個(gè)限位開關(guān)的信號(hào)，控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部減速電機(jī)的啟動(dòng)停止和正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)；第一個(gè)限位開關(guān)安裝在底座上，前支桿的上部設(shè)置有壓板，當(dāng)前支桿下降到指定位置時(shí)，壓板觸壓第一個(gè)限位開關(guān)，給出信號(hào)并傳遞到控制器，控制器控制減速電機(jī)停轉(zhuǎn);第二個(gè)限位開關(guān)安裝在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)底座上，當(dāng)絲杠移動(dòng)到指定位置時(shí)，絲杠末段梯形圓臺(tái)觸壓所述的第二個(gè)限位開關(guān)，給出信號(hào)并傳遞到控制器，控制器使得減速電機(jī)停轉(zhuǎn)。
[0009]本發(fā)明的適用于微小型無人機(jī)的感應(yīng)取電掛鉤的工作過程如下:當(dāng)安裝有本發(fā)明的無人機(jī)飛行到輸電線附近后，根據(jù)輸電線的電磁信號(hào)和視頻圖像確定目標(biāo)輸電線位置，調(diào)整無人機(jī)飛行姿態(tài)，使得無人機(jī)飛行方向與目標(biāo)輸電線垂直并且使得飛行高度微低于目標(biāo)輸電線，然后感應(yīng)取電掛鉤展開，當(dāng)掛鉤上部接觸到輸電線后，即可自動(dòng)掛在輸電線上，同時(shí)開始取電過程。充電完成后，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)掛鉤實(shí)現(xiàn)脫開，無人機(jī)繼續(xù)向前飛行。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0011](I)實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)通過感應(yīng)取電從輸電線補(bǔ)充能源的功能；
[0012](2)實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)掛靠棲息在輸電線補(bǔ)充能源的同時(shí)，機(jī)載任務(wù)系統(tǒng)可正常工作的功能；
[0013](3)采用可收放式設(shè)計(jì)，使用時(shí)展開，不用時(shí)收起，有利于減小飛行阻力；
[0014](4)可以完成自動(dòng)鉤掛輸電線并且完成自鎖，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，脫鉤過程無需復(fù)雜動(dòng)作；
[0015](5)掛鉤連桿部分可以單獨(dú)延長(zhǎng)使用，實(shí)現(xiàn)更大的捕捉目標(biāo)輸電線的能力；
[0016](6)整體結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)潔，有利于減輕重量，提高可靠性，易于加工。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明感應(yīng)取電掛鉤感應(yīng)取電原理圖；
[0018]圖2是本發(fā)明感應(yīng)取電掛鉤組成圖；
[0019]圖3是本發(fā)明安裝位置及工作原理示意圖；
[0020]圖4是本發(fā)明感應(yīng)線圈纏繞方式示意圖；
[0021 ]圖5是本發(fā)明內(nèi)拉桿與絲杠連接示意圖；
[0022]圖6是本發(fā)明內(nèi)拉桿圖；
[0023]圖7是本發(fā)明感應(yīng)取電掛鉤延長(zhǎng)使用示意圖；
[0024]圖8是本發(fā)明驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成圖；
[0025]圖9是本發(fā)明驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)螺母齒輪安裝示意圖；
[0026]圖10是本發(fā)明驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)軸示意圖；
[0027]圖11是本發(fā)明驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)箱蓋圖；
[0028]圖12是本發(fā)明限位開關(guān)安裝位置示意圖；
[0029]圖13是本發(fā)明電氣設(shè)備接線原理圖。
[0030]圖中:
[0031]1-底座2-前支桿3-掛鉤支桿
[0032]4_后支桿5_內(nèi)拉桿6_感應(yīng)線圈
[0033]7-前延長(zhǎng)桿8-后延長(zhǎng)桿9-定位銷
[0034]10-輸電線11-無人機(jī)機(jī)身12-無人機(jī)重心
[0035]13驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)底座14-減速電機(jī)15-電機(jī)齒輪
[0036]16-螺母齒輪17-絲杠18-角接觸球軸承
[0037]19-驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)箱蓋20-限位開關(guān)21-控制器
[0038]22-掛鉤23-延長(zhǎng)掛鉤支桿24-延長(zhǎng)前支桿
[0039]25-轉(zhuǎn)軸
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0041]本發(fā)明提供的適用于微小型無人機(jī)的感應(yīng)取電掛鉤的取電原理如圖1所示，輸電線10上通過有交變電流I，在輸電線10周圍產(chǎn)生以其為圓心的環(huán)形交變磁場(chǎng)B，纏繞在掛鉤22上的感應(yīng)線圈6的平面垂直于交變磁場(chǎng)B，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，交變磁場(chǎng)B在感應(yīng)線圈6內(nèi)產(chǎn)生交變電流i，此交變電流i可作為能源被微小型無人機(jī)使用。通過改變感應(yīng)線圈6的匝數(shù)，滿足微小型無人機(jī)(以下統(tǒng)一簡(jiǎn)稱為無人機(jī))對(duì)不同電壓和功率的需求。
[0042]本發(fā)明提供的微小型無人機(jī)的感應(yīng)取電掛鉤包括連桿機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，所述的連桿機(jī)構(gòu)的主要功能是實(shí)現(xiàn)鉤掛動(dòng)作并承受整機(jī)的重量并傳遞到輸電線10上，同時(shí)上面纏繞有感應(yīng)線圈6，可以從輸電線10感應(yīng)出電流。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要功能是驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)完成相應(yīng)的動(dòng)作。控制系統(tǒng)的主要功能是根據(jù)無人機(jī)給出的信號(hào)，控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部減速電機(jī)的啟動(dòng)停止和正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)，進(jìn)而控制整套感應(yīng)取電掛鉤的展開與收起。
[0043]本發(fā)明感應(yīng)取電掛鉤的連桿機(jī)構(gòu)如圖2所示，所述連桿機(jī)構(gòu)由底座1、前支桿2、掛鉤支桿3、后支桿4、內(nèi)拉桿5、感應(yīng)線圈6和掛鉤22組成;其中底座I為長(zhǎng)桿結(jié)構(gòu)，沿?zé)o人機(jī)機(jī)身11長(zhǎng)度方向布置，并固定在機(jī)身11上。所述底座I的主要作用是連接無人機(jī)機(jī)身11和整套感應(yīng)取電掛鉤系統(tǒng)。前支桿2的主要作用是承力和承受輸電線10的撞擊，前支桿2下部通過螺栓鉸接在底座I的前部安裝孔，上部通過螺栓與掛鉤支桿3的上部安裝孔鉸接，掛鉤支桿3的上部固定連接有掛鉤22。掛鉤支桿3和掛鉤22的主要作用是完成鉤掛動(dòng)作和感應(yīng)取電，掛鉤22上纏繞有感應(yīng)線圈6，線圈的匝數(shù)由無人機(jī)所需電壓和功率決定，線圈纏繞完成后，在掛鉤22外側(cè)涂有保護(hù)涂層，感應(yīng)線圈6的纏繞方式如圖4所示，圖4中掛鉤22前部為移除保護(hù)涂層的情形。掛鉤支桿3的下部與后支桿4的上部安裝孔通過螺栓鉸接。后支桿4的主要作用是承受驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳遞的力，后支桿4的中部安裝孔與內(nèi)拉桿5的上部安裝孔通過螺栓鉸接，后支桿4的下部安裝孔與底座I的后部安裝孔通過螺栓鉸接。內(nèi)拉桿5與絲杠17的連接方式以及內(nèi)拉桿5的結(jié)構(gòu)如圖5和圖6所示。所述的內(nèi)拉桿5為一端設(shè)置有安裝孔的長(zhǎng)桿結(jié)構(gòu)，內(nèi)拉桿5中部固定安裝有定位銷9，所述定位銷9與絲杠17上的定位槽相配合，使得內(nèi)拉桿5可以沿絲杠17的內(nèi)壁軸向滑動(dòng)但不能轉(zhuǎn)動(dòng)，且通過絲杠17上的定位槽限制內(nèi)拉桿5的自由行程。此自由行程的作用是在無人機(jī)鉤掛輸電線10的過程中，由于無人機(jī)自身重力作用使得原本處于等待狀態(tài)呈一定角度的掛鉤支桿3和后支桿4有拉開的趨勢(shì)，使得內(nèi)拉桿5可以沿絲杠17內(nèi)壁軸向向上滑動(dòng)。最終使得掛鉤支桿3和后支桿4處在同一直線上，同時(shí)掛鉤22的前部設(shè)計(jì)有板狀凸起，該凸起恰好可以伸入前支桿2上的兩片叉狀支桿之間，當(dāng)掛鉤支桿3和后支桿4處于同一直線上的同時(shí)，輸電線10恰好封閉在掛鉤22與前支桿2形成的空間內(nèi)，保證取電過程中輸電線10和感應(yīng)線圈6之間的感應(yīng)取電。此后在重力的作用下掛鉤支桿3和后支桿4保持處于同一直線上，上部掛鉤22與前支桿2在外力的干擾下不能打開，因此連桿機(jī)構(gòu)保持重力自鎖。連桿機(jī)構(gòu)的各個(gè)構(gòu)件均設(shè)有減輕孔，用于減輕結(jié)構(gòu)重量。
[0044]本發(fā)明感應(yīng)取電掛鉤的連桿機(jī)構(gòu)也可以進(jìn)行延長(zhǎng)使用，如圖7所示。連桿機(jī)構(gòu)延長(zhǎng)使用的目的是進(jìn)一步提高連桿機(jī)構(gòu)展開以后的高度。延長(zhǎng)前支桿24和延長(zhǎng)掛鉤支桿23分別替換原來的前支桿2和掛鉤支桿3，同時(shí)增加了前延長(zhǎng)桿7和后延長(zhǎng)桿8，具體連接關(guān)系為:延長(zhǎng)前支桿24的下部安裝孔與底座I的前部安裝孔通過螺栓鉸接，延長(zhǎng)前支桿24的中部安裝孔與后延長(zhǎng)桿8的中部安裝孔通過螺栓鉸接在點(diǎn)A，延長(zhǎng)前支桿24的上部安裝孔與延長(zhǎng)掛鉤支桿23的下部安裝孔鉸接在點(diǎn)B。前延長(zhǎng)桿7的上部安裝孔與延長(zhǎng)掛鉤支桿23的上部安裝孔通過螺栓鉸接在點(diǎn)C，前延長(zhǎng)桿7的下部安裝孔與后延長(zhǎng)桿8的上部安裝孔通過螺栓鉸接在點(diǎn)D，點(diǎn)ABCD形成平行四邊形結(jié)構(gòu)。后延長(zhǎng)桿8的下部安裝孔與后支桿4的上部安裝孔通過螺栓鉸接。經(jīng)過延長(zhǎng)后的感應(yīng)取電掛鉤工作原理以及使用方法與未延長(zhǎng)之前一致，其他未涉及的組件保持不變。
[0045 ]本發(fā)明感應(yīng)取電掛鉤的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)如圖8和圖9所示，所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)底座13、減速電機(jī)14、電機(jī)齒輪15、螺母齒輪16、絲杠17、角接觸球軸承18和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)箱蓋19組成。所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)底座13為平面結(jié)構(gòu)，所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)箱蓋19結(jié)構(gòu)如圖11所示，是一個(gè)沒有上蓋的矩形的空腔結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)箱蓋19通過螺栓與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)底座13相連接，形成封閉空腔結(jié)構(gòu)，封閉空腔內(nèi)部布置減速電機(jī)14、電機(jī)齒輪15、螺母齒輪16、絲杠17和角接觸球軸承18，以達(dá)到隔離、防塵的效果。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要作用是給感應(yīng)取電掛鉤的展開和收起提供動(dòng)力。在所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)底座13上以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)箱蓋19的底部分別固定兩根同軸的轉(zhuǎn)軸25，轉(zhuǎn)軸25垂直于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)底座13以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)箱蓋19的底面，如圖10所示，所述轉(zhuǎn)軸25與連桿機(jī)構(gòu)中的底座I的下部轉(zhuǎn)動(dòng)連接，整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以在絲杠17的帶動(dòng)下發(fā)生繞轉(zhuǎn)軸25的轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖8所示，減速電機(jī)14通過螺栓固連在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)底座13的特定安裝位置，減速電機(jī)14的輸出軸上安裝電機(jī)齒輪15，電機(jī)齒輪15與螺母齒輪16相嚙合。螺母齒輪16外側(cè)是與電機(jī)齒輪15相嚙合的齒輪，內(nèi)側(cè)為帶有內(nèi)螺紋的通孔，所述的內(nèi)螺紋與絲杠17配合連接，絲杠17所在平面應(yīng)平行于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)底座13的底面，減速電機(jī)14工作時(shí)，通過電機(jī)輸出軸帶動(dòng)電機(jī)齒輪15轉(zhuǎn)動(dòng)，由于電機(jī)齒輪15和螺母齒輪16的嚙合，螺母齒輪16隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，使得螺母齒輪16內(nèi)部的絲杠17產(chǎn)生直線位移。螺母齒輪16安裝在兩個(gè)背對(duì)背布置的角接觸球軸承18的內(nèi)環(huán)上，角接觸球軸承18的外環(huán)安裝在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)底座13上，具體安裝形式如圖9所示，所述的電機(jī)齒輪15與螺母齒輪16的旋轉(zhuǎn)面垂直于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)底座13的底面。角接觸球軸承18可以承受螺母齒輪16傳遞的橫向和縱向載荷。絲杠17是一個(gè)空心圓柱體，其外側(cè)有外螺紋，外側(cè)通過外螺紋與螺母齒輪16的內(nèi)螺紋連接。絲杠17—端開有定位槽，內(nèi)拉桿5底端置于絲杠17內(nèi)，并通過定位銷9與絲杠17連接，定位銷9位于絲杠17的定位槽內(nèi)；絲桿17另一端為梯形圓臺(tái)結(jié)構(gòu)，用于壓觸限位開關(guān)20(如圖12右側(cè))，以此控制絲杠17的極限位置。
[0046]本發(fā)明感應(yīng)取電掛鉤的控制系統(tǒng)由兩個(gè)限位開關(guān)20和一個(gè)控制器21組成。控制器21的主要作用是綜合無人機(jī)給出的信號(hào)和兩個(gè)限位開關(guān)20的信號(hào)，控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部減速電機(jī)14的啟動(dòng)停止和正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)。限位開關(guān)20的主要作用是限制絲杠17的行程，防止減速電機(jī)14堵轉(zhuǎn)燒毀。限位開關(guān)20的安裝位置如圖12所示，第一個(gè)限位開關(guān)20安裝在底座I上，前支桿2的上部設(shè)置有壓板，當(dāng)前支桿2下降到指定位置時(shí)，壓板觸壓限位開關(guān)20(如圖12左側(cè)所示)，給出信號(hào)并傳遞到控制器21，控制器21控制減速電機(jī)14停轉(zhuǎn);第二個(gè)限位開關(guān)20安裝在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)底座13上，當(dāng)絲杠17移動(dòng)到指定位置時(shí)，絲杠17末段梯形圓臺(tái)觸壓所述的第二個(gè)限位開關(guān)20(如圖12右側(cè))，給出信號(hào)并傳遞到控制器21，控制器21使得減速電機(jī)14停轉(zhuǎn)。接線原理圖如圖13所示。
[0047]本發(fā)明的適用于微小型無人機(jī)的感應(yīng)取電掛鉤的鉤掛取電過程如圖3A?3C所示，圖3A?3C依次代表了鉤掛輸電線動(dòng)作的三個(gè)主要過程狀態(tài):折疊狀態(tài)，等待狀態(tài)，取電狀態(tài)。圖3A?3C中無人機(jī)機(jī)身11上的箭頭方向代表無人機(jī)的飛行方向，無人機(jī)重心12為無人機(jī)的整機(jī)重心。本發(fā)明提供的感應(yīng)取電掛鉤的安裝位置應(yīng)在無人機(jī)機(jī)身11上部并且處于無人機(jī)重心12之前。圖3A是安裝有感應(yīng)取電掛鉤的無人機(jī)正常飛行時(shí)的示意圖，此時(shí)感應(yīng)取電掛鉤處于折疊狀態(tài)，折疊狀態(tài)時(shí)，前支桿3位于最低點(diǎn)，迎風(fēng)面小，空氣阻力較小。當(dāng)無人機(jī)需要補(bǔ)充電能或需要在輸電線上棲息時(shí)，無人機(jī)給出展開指令到控制器21，控制器21驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)14正轉(zhuǎn)，電機(jī)輸出軸末端的電機(jī)齒輪15旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)螺母齒輪16的旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)螺母齒輪16內(nèi)部螺紋連接的絲杠17的移動(dòng)。由于此時(shí)定位銷9位于絲杠17上定位槽的最底處，因此絲杠17通過定位銷9帶動(dòng)內(nèi)拉桿5向上推動(dòng)后支桿4，前支桿2和掛鉤支桿3隨之運(yùn)動(dòng)。絲杠17相對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)底座13繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)絲杠17末段梯形圓臺(tái)觸壓到安裝在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)底座13上的第二個(gè)限位開關(guān)20(如圖12右側(cè))時(shí)，給出信號(hào)到控制器21，控制器21控制減速電機(jī)14停轉(zhuǎn)，停轉(zhuǎn)后由于螺紋傳動(dòng)的摩擦自鎖特性，絲杠17的位置保持固定，此時(shí)感應(yīng)取電掛鉤展開到圖3B所示的等待狀態(tài)。等待狀態(tài)時(shí)絲杠17處于上極限位置，但是定位銷9處在絲杠17的定位槽的最底端，掛鉤22與前支桿2之間保持一定距離未閉合。隨后無人機(jī)根據(jù)輸電線10的電磁信號(hào)和視頻圖像確定目標(biāo)輸電線10位置，調(diào)整飛行姿態(tài)，使得飛行方向與目標(biāo)輸電線10垂直并且使得飛行高度微低于目標(biāo)輸電線10。當(dāng)目標(biāo)輸電線10到達(dá)如圖3B所示的位置時(shí)，此時(shí)無人機(jī)的重力將會(huì)使得感應(yīng)取電掛鉤按照掛鉤22上方和后支桿4上標(biāo)記的小箭頭所示的方向運(yùn)動(dòng)，即向上展開運(yùn)動(dòng)，過程中使得內(nèi)拉桿5沿絲杠17的軸向移動(dòng)，移動(dòng)完整個(gè)自由行程(定位銷9到達(dá)絲杠17的定位槽最頂部時(shí)停止移動(dòng))，并最終達(dá)到圖3C所示的狀態(tài)并依靠重力保持連桿機(jī)構(gòu)自鎖，至此，掛鉤動(dòng)作完成，裝置處于取電狀態(tài)。取電狀態(tài)時(shí)，輸電線10處于掛鉤22與前支桿2形成的封閉形狀內(nèi)，后支桿4與掛鉤支桿3保持處于同一直線上，絲杠17處于上極限位置，定位銷9處于絲杠17的定位槽的最頂端。脫鉤動(dòng)作與掛鉤動(dòng)作相反，當(dāng)無人機(jī)補(bǔ)充能源或棲息作業(yè)完成后，無人機(jī)給出脫鉤指令到控制器21，控制器21驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)14反轉(zhuǎn)，電機(jī)齒輪15帶動(dòng)螺母齒輪16的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使得絲杠17回縮后退的同時(shí)帶動(dòng)內(nèi)拉桿5向下運(yùn)動(dòng)，拉動(dòng)后支桿4的運(yùn)動(dòng)，后支桿4拉動(dòng)掛鉤支桿3向下運(yùn)動(dòng)，掛鉤支桿3的向下運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致掛鉤22打開，前支桿2向下轉(zhuǎn)動(dòng)，此過程即是感應(yīng)取電掛鉤的折疊動(dòng)作，折疊動(dòng)作進(jìn)行的同時(shí)掛鉤22上部打開，在重力的作用下無人機(jī)從輸電線10上滑落，無人機(jī)開啟動(dòng)力，繼續(xù)向前飛行。折疊動(dòng)作繼續(xù)進(jìn)行，當(dāng)前支桿2上部的壓板壓觸到安裝在底座I上的第一個(gè)限位開關(guān)20(如圖12左側(cè))時(shí)，給出信號(hào)到控制器21，控制器21控制減速電機(jī)14停轉(zhuǎn)，此后感應(yīng)取電掛鉤處于折疊狀態(tài)。
[0048]實(shí)施例
[0049]本例給出一種本發(fā)明感應(yīng)取電掛鉤的尺寸參數(shù)。本例采用正常使用方式，底座11長(zhǎng)320mm，前支桿12長(zhǎng)310mm，掛鉤支桿13兩安裝孔間距為140mm，后支桿14長(zhǎng)160mm，內(nèi)拉桿15長(zhǎng)100mm，絲杠25長(zhǎng)130mm，絲杠25螺紋長(zhǎng)度100mm，絲杠25定位槽長(zhǎng)度36mm，絲杠25外徑8mm，螺紋為梯形螺紋，牙型角30°，螺距3mm.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)減速電機(jī)22為N20減速電機(jī)，電機(jī)齒輪模數(shù)為1.25，齒數(shù)10，螺母齒輪24模數(shù)1.25，齒數(shù)30，角接觸球軸承26為700IC，限位開關(guān)31型號(hào)為OMRON SS5GL微動(dòng)開關(guān)。
[0050]經(jīng)模擬驗(yàn)證，本裝置可以實(shí)現(xiàn)掛在直徑為4cm以下的輸電線4上，并可以成功脫離，滿足輸電線取電的需求。
[0051]以上實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想和特點(diǎn)，其目的在于使本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于上述實(shí)施例。所以，凡依據(jù)本發(fā)明所揭示的原理、設(shè)計(jì)思路所做的等同變化或修飾，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種適用于微小型無人機(jī)的感應(yīng)取電掛鉤，其特征在于:所述的感應(yīng)取電掛鉤包括連桿機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，所述的連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)鉤掛動(dòng)作并承受整機(jī)的重量并傳遞到輸電線上，同時(shí)從輸電線感應(yīng)出電流;驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)完成相應(yīng)的動(dòng)作;控制系統(tǒng)根據(jù)無人機(jī)給出的信號(hào)，控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部減速電機(jī)的啟動(dòng)停止和正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)，進(jìn)而控制整套感應(yīng)取電掛鉤的展開與收起； 所述連桿機(jī)構(gòu)由底座、前支桿、掛鉤支桿、后支桿、內(nèi)拉桿、感應(yīng)線圈和掛鉤組成;其中底座為長(zhǎng)桿結(jié)構(gòu)，沿?zé)o人機(jī)機(jī)身長(zhǎng)度方向布置，并固定在機(jī)身上，前支桿下部通過螺栓鉸接在底座的前部安裝孔，上部通過螺栓與掛鉤支桿的上部安裝孔鉸接，掛鉤支桿的上部固定連接有掛鉤，掛鉤上纏繞有感應(yīng)線圈，掛鉤支桿的下部與后支桿的上部安裝孔通過螺栓鉸接，后支桿的中部安裝孔與內(nèi)拉桿的上部安裝孔通過螺栓鉸接，后支桿的下部安裝孔與底座的后部安裝孔通過螺栓鉸接，內(nèi)拉桿為一端設(shè)置有安裝孔的長(zhǎng)桿結(jié)構(gòu)，內(nèi)拉桿中部固定安裝有定位銷，所述定位銷與絲杠上的定位槽相配合，使得內(nèi)拉桿可以沿絲杠的內(nèi)壁軸向滑動(dòng)但不能轉(zhuǎn)動(dòng)，且通過絲杠上的定位槽限制內(nèi)拉桿的自由行程； 所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)底座、減速電機(jī)、電機(jī)齒輪、螺母齒輪、絲杠、角接觸球軸承和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)箱蓋組成，所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)底座為平面結(jié)構(gòu)，所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)箱蓋是一個(gè)沒有上蓋的矩形的空腔結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)箱蓋通過螺栓與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)底座相連接，形成封閉空腔結(jié)構(gòu)，封閉空腔內(nèi)部布置減速電機(jī)、電機(jī)齒輪、螺母齒輪、絲杠和角接觸球軸承，在所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)底座上以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)箱蓋的底部分別固定兩根同軸的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸垂直于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)底座以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)箱蓋的底面，所述轉(zhuǎn)軸與連桿機(jī)構(gòu)中的底座的下部轉(zhuǎn)動(dòng)連接，整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在絲杠的帶動(dòng)下發(fā)生繞轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng);減速電機(jī)通過螺栓固連在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)底座上，減速電機(jī)的輸出軸上安裝電機(jī)齒輪，電機(jī)齒輪與螺母齒輪相嚙合，螺母齒輪外側(cè)是與電機(jī)齒輪相嚙合的齒輪，內(nèi)側(cè)為帶有內(nèi)螺紋的通孔，所述的內(nèi)螺紋與絲杠配合連接，螺母齒輪安裝在兩個(gè)背對(duì)背布置的角接觸球軸承的內(nèi)環(huán)上，角接觸球軸承的外環(huán)安裝在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)底座上，所述的電機(jī)齒輪與螺母齒輪的旋轉(zhuǎn)面垂直于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)底座的底面;絲杠是一個(gè)空心圓柱體，其外側(cè)有外螺紋，外側(cè)通過外螺紋與螺母齒輪的內(nèi)螺紋連接，絲杠一端開有定位槽，內(nèi)拉桿底端置于絲杠內(nèi)，并通過定位銷與絲杠連接，定位銷位于絲杠的定位槽內(nèi)；絲桿另一端為梯形圓臺(tái)結(jié)構(gòu)，用于壓觸限位開關(guān)，以此控制絲杠的極限位置； 所述的控制系統(tǒng)由兩個(gè)限位開關(guān)和一個(gè)控制器組成，控制器的作用是綜合無人機(jī)給出的信號(hào)和兩個(gè)限位開關(guān)的信號(hào)，控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部減速電機(jī)的啟動(dòng)停止和正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn);第一個(gè)限位開關(guān)安裝在底座上，前支桿的上部設(shè)置有壓板，當(dāng)前支桿下降到指定位置時(shí)，壓板觸壓第一個(gè)限位開關(guān)，給出信號(hào)并傳遞到控制器，控制器控制減速電機(jī)停轉(zhuǎn);第二個(gè)限位開關(guān)安裝在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)底座上，當(dāng)絲杠移動(dòng)到指定位置時(shí)，絲杠末段梯形圓臺(tái)觸壓所述的第二個(gè)限位開關(guān)，給出信號(hào)并傳遞到控制器，控制器使得減速電機(jī)停轉(zhuǎn)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于微小型無人機(jī)的感應(yīng)取電掛鉤，其特征在于:所述的連桿機(jī)構(gòu)可以延長(zhǎng)使用，通過將延長(zhǎng)前支桿和延長(zhǎng)掛鉤支桿分別替換原來的前支桿和掛鉤支桿，同時(shí)增加了前延長(zhǎng)桿和后延長(zhǎng)桿，具體連接關(guān)系為:延長(zhǎng)前支桿的下部安裝孔與底座的前部安裝孔通過螺栓鉸接，延長(zhǎng)前支桿的中部安裝孔與后延長(zhǎng)桿的中部安裝孔通過螺栓鉸接在點(diǎn)A，延長(zhǎng)前支桿的上部安裝孔與延長(zhǎng)掛鉤支桿的下部安裝孔鉸接在點(diǎn)B，前延長(zhǎng)桿的上部安裝孔與延長(zhǎng)掛鉤支桿的上部安裝孔通過螺栓鉸接在點(diǎn)C，前延長(zhǎng)桿的下部安裝孔與后延長(zhǎng)桿的上部安裝孔通過螺栓鉸接在點(diǎn)D，點(diǎn)ABCD形成平行四邊形結(jié)構(gòu)。后延長(zhǎng)桿的下部安裝孔與后支桿的上部安裝孔通過螺栓鉸接。3.根據(jù)權(quán)利要求所述的一種適用于微小型無人機(jī)的感應(yīng)取電掛鉤，其特征在于:所述的連桿機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)的各個(gè)構(gòu)件均設(shè)有減輕孔。
【文檔編號(hào)】H02J50/10GK105882990SQ201610312903
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年5月12日
【發(fā)明人】向錦武, 李道春, 姜家琦
【申請(qǐng)人】北京航空航天大學(xué)