垂直起飛供電系統及固定翼無人機的制作方法

本實用新型涉及一種垂直起飛供電系統、固定翼無人機。

背景技術：

由于無人機具有機動快速、使用成本低、維護使用簡單等特點，因此在國內外已經廣泛被運用。

但是傳統的無人機在垂直起飛過程中，需要消耗大量的電能，大量電能被消耗，會嚴重影響無人機的巡航里程和時間。

因此，如何降低或避免無人機在垂直起飛時的電能消耗是本領域的技術難題。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種垂直起飛供電系統，以有效降低無人機在垂直起飛時的自身電能消耗。

為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種垂直起飛供電系統，包括：位于地面的電源供電裝置；所述電源供電裝置適于在無人機垂直起飛時，保持對無人機供電；以及當無人機達到預定高度后，無人機脫離電源供電裝置供電。

進一步，所述垂直起飛供電系統還包括：吸附裝置和充電端；所述吸附裝置適于使充電端的插頭插入無人機充電接口，且當無人機達到預定高度后，吸附裝置帶動充電端脫落，使無人機脫離電源供電裝置供電；以及所述電源供電裝置處設有用于盤繞輸電導線的線輪。

進一步，所述電源供電裝置包括：主處理器模塊，與該主處理器模塊相連的主電力線載波模塊；所述吸附裝置內包括：從處理器模塊，與該從處理器模塊相連的從電力線載波模塊，由所述從處理器控制得電或失電的電磁鐵；并且所述從處理器模塊還適于獲取無人機的實時高度數據，且無人機達到預定高度后，由從處理器模塊控制電磁鐵失電，實現充電端與無人機自動分離；所述吸附裝置還適于將實時高度數據通過電力線載波方式發送至電源供電裝置；若在無人機達到預定高度后，充電端與無人機未分離，則通過電源供電裝置發送使電磁鐵失電的電力線載波信號至吸附裝置，使充電端與無人機人工分離。

所述垂直起飛供電系統包括：位于地面的電源供電裝置；所述工作方法包括：在無人機垂直起飛時，所述電源供電裝置適于保持對無人機供電；以及當無人機達到預定高度后，無人機脫離電源供電裝置供電。

進一步，所述垂直起飛供電系統還包括：吸附裝置和充電端；所述吸附裝置適于使充電端的插頭插入無人機充電接口，且當無人機達到預定高度后，吸附裝置帶動充電端脫落；無人機脫離電源供電裝置供電；所述電源供電裝置處設有用于盤繞輸電導線的線輪；所述電源供電裝置包括：主處理器模塊，與該主處理器模塊相連的主電力線載波模塊；所述吸附裝置內包括：從處理器模塊，與該從處理器模塊相連的從電力線載波模塊，由所述從處理器控制得電或失電的電磁鐵；并且所述從處理器模塊還適于獲取無人機的實時高度數據，且無人機達到預定高度后，由從處理器模塊控制電磁鐵失電，實現充電端與無人機自動分離；所述吸附裝置還適于將實時高度數據通過電力線載波方式發送至電源供電裝置；若在無人機達到預定高度后，充電端與無人機未分離，則通過電源供電裝置發送使電磁鐵失電的電力線載波信號至吸附裝置，使充電端與無人機人工分離。

本實用新型的種垂直起飛供電系統的有益效果：通過電源供電裝置在無人機垂直起飛時，持續對無人機進行供電，滿足垂直起飛電能需求，大大降低了無人機自身的電能消耗，延長了無人機巡航里程和時間。

第三方面，本實用新型還提供了一種固定翼無人機，包括：機載處理器模塊，由該機載處理器模塊控制的無人機動力系統，以及所述垂直起飛供電系統；當無人機脫離電源供電裝置供電后，切換無人機內供電系統供電。

進一步，所述無人機動力系統包括：由機載處理器模塊控制的水平動力子系統和垂直動力子系統；其中所述水平動力子系統位于機身處，且包括：水平螺旋槳機構；所述垂直動力子系統包括：對稱設于左、右機翼處的垂直螺旋槳機構；以及所述機載處理器模塊還與用于檢測無人機飛行姿態的陀螺儀、用于對無人機進行定位的GPS模塊相連。

進一步，所述垂直螺旋槳機構包括至少一垂直螺旋槳，用于將垂直螺旋槳機構懸掛于機翼下方的懸掛裝置，所述垂直螺旋槳適于通過相應微型電機驅動轉動；所述懸掛裝置包括：適于使垂直螺旋槳向前或向后傾斜的第一角度微調電機，以及使垂直螺旋槳向左或向右傾斜的第二角度微調電機；其中所述第一、第二角度微調電機和微型電機均由機載處理器模塊控制，以根據飛行姿態調節垂直螺旋槳的傾角和垂直螺旋槳的轉速。

進一步，所述無人機還設有用于檢測飛行過程中側風的風向傳感器和風速傳感器，所述風向傳感器和風速傳感器適于將當前無人機所受側風的風向和風速數據發送至機載處理器模塊；所述機載處理器模塊適于根據側風的風向和風速數據，調節垂直螺旋槳的傾角和垂直、水平螺旋槳的轉速，以穩定當前飛行姿態。

第四方面，本實用新型還提供了一種無人機的工作方法。

當所述無人機垂直起飛時，該無人機通過電源供電裝置保持對無人機供電；以及當無人機達到預定高度后，無人機脫離電源供電裝置供電。

本實用新型的無人機及其工作方法的有益效果：本無人機及其工作方法，能夠在起飛或巡航過程中，穩定無人機飛行姿態，并且在遇到側風時，通過調節垂直螺旋槳的傾角和垂直、水平螺旋槳的轉速，以穩定當前飛行姿態，該功能特別適合航拍。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。

圖1是本實用新型的垂直起飛供電系統的工作示意圖；

圖2是本實用新型的垂直起飛供電系統的原理框圖；

圖3是本實用新型的固定翼無人機的控制原理圖；

圖4是本實用新型的無人機的結構示意圖；

圖5是本實用新型的垂直螺旋槳機構的結構框圖。

圖中：電源供電裝置1、吸附裝置101、插頭102、輸電導線103、線輪104、無人機2、水平動力子系統3、水平螺旋槳301、垂直動力子系統4、垂直螺旋槳401、微型電機402、機翼5、懸掛裝置6、第一角度微調電機601、第二角度微調電機602。

具體實施方式

現在結合附圖對本實用新型作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本實用新型的基本結構，因此其僅顯示與本實用新型有關的構成。

實施例1

如圖1所示，本實施例1提供了一種垂直起飛供電系統，包括：位于地面的電源供電裝置1；所述電源供電裝置1適于在無人機2垂直起飛時，保持對無人機2供電；以及當無人機2達到預定高度后，無人機2脫離電源供電裝置1供電。

作為垂直起飛供電系統的一種可選實施方式，所述垂直起飛供電系統還包括：吸附裝置和充電端；所述吸附裝置適于使充電端的插頭102插入無人機充電接口，且當無人機達到預定高度后，吸附裝置帶動充電端脫落，使無人機脫離電源供電裝置供電；以及所述電源供電裝置1處設有用于盤繞輸電導線103的線輪104。

具體的，所述電源供電裝置包括：主處理器模塊，與該主處理器模塊相連的主電力線載波模塊；所述吸附裝置內包括：從處理器模塊，與該從處理器模塊相連的從電力線載波模塊，由所述從處理器控制得電或失電的電磁鐵。

為了使無人機到達預定高度后，能夠自動與充電端分離，所述從處理器模塊還適于獲取無人機的實時高度數據，且無人機達到預定高度后，由從處理器模塊控制電磁鐵失電，實現充電端與無人機自動分離。

若出現自動分離失敗后，需采用相應應急措施，所述吸附裝置還適于將實時高度數據通過電力線載波方式發送至電源供電裝置；若在無人機達到預定高度后，充電端與無人機未分離，則通過電源供電裝置發送使電磁鐵失電的電力線載波信號至吸附裝置，使充電端與無人機人工分離。

例如，所述吸附裝置設有應急脫離按鈕，當應急脫離按鈕按下后，所述主處理器模塊適于發送使電磁鐵失電的電力線載波信號至吸附裝置。

所述無人機的實時高度數據適于通過MS5540C數字大氣壓力傳感器獲得飛行高度，所述吸附裝置內包括與無人機進行數據通訊的數據通訊口，且通過該數據通訊口進行數據傳輸，當吸附裝置與飛機分離式，該數據通訊口也隨之斷開，進一步，通過該數據通訊口可以使電源供電裝置獲得飛機相應參數，該方式比無線方式更加可靠，保證無人機在垂直起飛時可以穩定、可靠的達到預定高度。所述飛行相應數據包括但不限于：飛行高度、飛機當前電量、飛行姿態、高空風向和風速（在實施例3和實施例4中會詳細介紹）。

作為電源供電裝置對吸附裝置和充電端供電適于采用直流方式或者交流方式。

其中，若采用直流輸電方式，則所述電源供電裝置適于將市電電壓轉換為直流電后經過升壓模塊發送至吸附裝置和充電端，所述吸附裝置中的電磁鐵適于采用直流電磁鐵，以及所述充電端包括升壓模塊，用于提升經過輸電導線降壓后的直流電壓，通過插頭連接無人機內的充放電控制模塊。

若采用交流方式，若采用交流輸電方式，則在充電端設有AD-DC模塊將交流電轉換為直流電提供非無人機充放電控制模塊；以及所述電磁鐵適于采用交流電磁鐵。

所述主、從電力線載波模塊例如但不限于采用SENS-00電力線載波模塊，所述主、從處理器模塊例如但不限于采用STC系列單片機，嵌入式處理器，可以采用通過控制電磁鐵供電端的電子開關的方式控制電磁鐵得電或失電。

實施例2

在實施例1基礎上，本實施例2還提供了一種垂直起飛供電系統的工作方法，即在無人機垂直起飛時，所述電源供電裝置適于保持對無人機供電；以及當無人機達到預定高度后，無人機脫離電源供電裝置供電。

所述垂直起飛供電系統還包括：吸附裝置和充電端；所述吸附裝置適于使充電端的插頭插入無人機充電接口，且當無人機達到預定高度后，吸附裝置帶動充電端脫落；無人機脫離電源供電裝置供電；所述電源供電裝置處設有用于盤繞輸電導線的線輪。

所述電源供電裝置包括：主處理器模塊，與該主處理器模塊相連的主電力線載波模塊；所述吸附裝置內包括：從處理器模塊，與該從處理器模塊相連的從電力線載波模塊，由所述從處理器控制得電或失電的電磁鐵；并且所述從處理器模塊還適于獲取無人機的實時高度數據，且無人機達到預定高度后，由從處理器模塊控制電磁鐵失電，實現充電端與無人機自動分離；所述吸附裝置還適于將實時高度數據通過電力線載波方式發送至電源供電裝置；若在無人機達到預定高度后，充電端與無人機未分離，則通過電源供電裝置發送使電磁鐵失電的電力線載波信號至吸附裝置，使充電端與無人機人工分離。

實施例3

在實施例1基礎上，本實施例2還提供了一種固定翼無人機。

所述無人機包括：機載處理器模塊，由該機載處理器模塊控制的無人機動力系統，以及所述的垂直起飛供電系統；當無人機脫離電源供電裝置供電后，切換無人機內供電系統供電。

所述無人機內供電系統包括：充放電控制模塊和鋰電池。

所述無人機動力系統包括：由機載處理器模塊控制的水平動力子系統3和垂直動力子系統4；其中所述水平動力子系統3位于機身處，且包括：水平螺旋槳機構；所述垂直動力子系統4包括：對稱設于左、右機翼5處的垂直螺旋槳401機構；以及所述機載處理器模塊還與用于檢測無人機飛行姿態的陀螺儀、用于對無人機進行定位的GPS模塊相連。

所述垂直螺旋槳401機構包括至少一垂直螺旋槳401，用于將垂直螺旋槳401機構懸掛于機翼5下方的懸掛裝置6，所述垂直螺旋槳401適于通過相應微型電機402驅動轉動；所述懸掛裝置6包括：適于使垂直螺旋槳401向前或向后傾斜的第一角度微調電機601（如圖5中F1方向），以及使垂直螺旋槳401向左或向右傾斜的第二角度微調電機602（如圖5中F2方向）；其中所述第一、第二角度微調電機和微型電機402均由機載處理器模塊控制，以根據飛行姿態調節垂直螺旋槳401的傾角和垂直螺旋槳401的轉速。

圖5中一垂直螺旋槳401包括兩個垂直螺旋槳401，且前后對稱設置，因此，也同樣包括兩個第二角度微調電機602，該兩個第二角度微調電機602由機載處理器模塊控制適于同步轉動。

所述無人機還設有用于檢測飛行過程中側風的風向傳感器和風速傳感器，所述風向傳感器和風速傳感器適于將當前無人機所受側風的風向和風速數據發送至機載處理器模塊；所述機載處理器模塊適于根據側風的風向和風速數據，調節垂直螺旋槳401的傾角和垂直、水平螺旋槳的轉速，以穩定當前飛行姿態。

具體的，所述風向傳感器和風速傳感器用于測得無人機在飛行過程中實際獲得的側風的風向和風速數據，進而通過垂直螺旋槳401的傾角，即前或后，左或右調節，并結合垂直、水平螺旋槳的轉速，以起到穩定飛行姿態的效果，并且若側風有利于飛行，提高飛行效率。

例如無人機從東往西飛行，若遇到西南方向的側風，則機載處理器模塊適于調節垂直螺旋槳401的傾角，即向西南方向傾斜，以抵消西南方向的側風對無人機飛行路線的影響；并且，根據風速大小，改變垂直螺旋槳401的轉速。

其中，所述機載處理器模塊例如但不限于采用單片機或者ARM處理器。

實施例4

在實施例3基礎上，本實用新型還提供了一種固定翼無人機的工作方法。

其中，無人機如實施例3所述，且在無人機垂直起飛時，該無人機通過電源供電裝置保持對無人機供電；以及當無人機達到預定高度后，無人機脫離電源供電裝置供電。

優選的，所述機載處理器模塊還與用于檢測無人機飛行姿態的陀螺儀、用于對無人機進行定位的GPS模塊相連；所述無人機動力系統包括：由機載處理器模塊控制的水平動力子系統3和垂直動力子系統4；其中所述水平動力子系統3位于機身處，且包括水平螺旋槳機構；所述垂直動力子系統4包括：對稱設于左、右機翼5處的垂直螺旋槳401機構；所述垂直螺旋槳401機構包括至少一垂直螺旋槳401，用于將垂直螺旋槳401機構懸掛于機翼5下方的懸掛裝置6，所述垂直螺旋槳401適于通過相應微型電機402驅動轉動；所述懸掛裝置6包括：適于使垂直螺旋槳401向前或向后傾斜的第一角度微調電機601，以及使垂直螺旋槳401向左或向右傾斜的第二角度微調電機602；其中所述第一、第二角度微調電機和微型電機402均由機載處理器模塊控制，以根據飛行姿態調節垂直螺旋槳401的傾角和垂直螺旋槳401的轉速。

根據飛行姿態調節垂直螺旋槳401的傾角和轉速的方法包括：所述機載處理器模塊適于控制第一角度微調電機601帶動垂直螺旋槳401向前傾斜，同時控制水平螺旋槳機構中水平螺旋槳工作，以縮短無人機到達設定的巡航高度的時間，且在無人機在達到巡航高度的同時，滿足其巡航速度。

所述無人機還設有用于檢測飛行過程中側風的風向傳感器和風速傳感器，所述風向傳感器和風速傳感器適于將當前無人機所受側風的風向和風速數據發送至機載處理器模塊；所述機載處理器模塊適于根據側風的風向和風速數據，調節垂直螺旋槳401的傾角和垂直、水平螺旋槳的轉速，以穩定與當前飛行姿態。

具體的，所述機載處理器模塊適于根據側風的風向和風速數據，調節垂直螺旋槳401的傾角和垂直、水平螺旋槳的轉速，以穩定與當前飛行姿態的方法包括：若無人機在空中懸停，則水平螺旋槳停止工作，且垂直螺旋槳401工作，所述機載處理器模塊適于根據側風的風向和風速數據，改變垂直螺旋槳401的傾角和轉速，以穩定懸停姿態；若無人機巡航，所述機載處理器模塊適于根據側風的風向和風速數據，改變垂直螺旋槳401的傾角和轉速，以保持巡航高度。

具體實施過程：若無人機在控制懸停，若遇到從東往西的側風，則垂直螺旋槳401的傾角對應側風方向，以抵消側風對無人機飛行姿態的影響，并且根據側風的風速調節垂直螺旋槳401的轉速。

所述機載處理器模塊適于判斷側風的風向和風速是否有助于飛行，若有助于飛行，則降低垂直螺旋槳401和/或水平螺旋槳的轉速，提高了無人機的巡航里程。