CN116639246A - 一种模块化多工况无人机喷射装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化多工况无人机喷射装置及其工作方法，装置包括地面输送小车以及可拆卸式安装于无人机上的支撑结构、喷剂箱组、电池箱组、微型增压泵、自适应喷射机构，支撑结构与无人机下部的起落架连接，喷剂箱组、电池箱组、微型增压泵、自适应喷射机构分别通过支撑结构设置于起落架上的空位，喷剂箱组、电池箱组均为模块化结构，自适应喷射机构通过微型增压泵与喷剂箱组连接，无人机和自适应喷射机构分别与电池箱组电信号连接，自适应喷射机构与地面输送小车可拆卸式连接。本发明能够实现无人机与地面输送小车联动与单独工作的灵活切换，可完成多工况融合的高空喷射作业，大大提高了效率，改善无人机喷射装置的适用性。

Description

一种模块化多工况无人机喷射装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种无人机喷射装置，尤其是涉及一种模块化多工况无人机喷射装置及其工作方法。

背景技术

无人机喷射技术目前已经广泛应用于船舶外板、建筑墙面及桥梁高架等大型建筑的外表面喷漆工作中，另一方面无人机喷射技术也用于对高空窗面的清洗工作，目前无人机喷射的优点有：节省人力，通用性强，效率高等。

目前，该项技术较为成熟的方法是将无人机喷射装置与地面传输装置相结合，进而保证无人机的续航和持续的物料供应，如CN112844915A发明专利所提供的一种无人机喷涂装置，可以实现无人机喷涂装置与地面物料小车的联动工作，完成一些简单场景下的喷涂任务，但在面对高空的喷漆或补漆作业时，会受到输料管长度的限制，地面坡度较大也会干扰物料小车的运动，且无人机喷涂装置与地面输送小车必须联动，使得该喷涂装置较为单一和呆板，在面对喷涂场景切换时无法灵活切换和拆装，在远距离运输与保存中也存在一定的难度，因此该专利适用的工况范围较窄。

而在实际生活中，喷漆和补漆工作需要应对多种复杂的喷涂场景，需要根据不同工况的喷涂要求，实时对喷涂装置进行个性化装配，且无人机喷射技术需面对多样化的喷射对象，具有特定工作对象的无人机喷射技术将难以满足市场需要。

发明内容

发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种模块化多工况无人机喷射装置，提高效率、智能性，增强适用性，实现无人机配置的灵活切换以及联动与单独工作的灵活切换。并提供了其工作方法。

技术方案：一种模块化多工况无人机喷射装置，包括地面输送小车以及可拆卸式安装于无人机上的支撑结构、喷剂箱组、电池箱组、微型增压泵、自适应喷射机构，支撑结构与无人机下部的起落架连接，喷剂箱组、电池箱组、微型增压泵、自适应喷射机构分别通过支撑结构设置于起落架上的空位，喷剂箱组、电池箱组均为模块化结构，自适应喷射机构通过微型增压泵与喷剂箱组连接，无人机和自适应喷射机构分别与电池箱组电信号连接，自适应喷射机构与地面输送小车可拆卸式连接。

进一步的，支撑结构包括支撑架、辅助平面、支撑板，辅助平面通过多根沿其周向间隔设置的支撑架水平安装于起落架上部，支撑板平行间隔设置于辅助平面下方，支撑板的外周面与起落架连接，喷剂箱组、电池箱组、微型增压泵分别螺纹安装于支撑板上，自适应喷射机构螺纹安装于辅助平面上。

最佳的，支撑架、支撑板的材料均为碳纤维，辅助平面、支撑板均为方形，支撑架的一端与辅助平面螺纹连接，另一端通过一个单通结构与起落架的上部连接，支撑板的四个顶角分别通过一个三通结构与起落架的下部连接。支撑架、支撑板的采用炭纤维材料制造，强度高的同时重量轻。

进一步的，喷剂箱组包括喷剂箱座、便捷式喷剂箱、螺纹软管、插接连通结构，喷剂箱座至少设有两个并依次间隔排列，相邻两个喷剂箱座之间通过螺纹软管连通，每个喷剂箱座上方分别设有一个便捷式喷剂箱，便捷式喷剂箱通过插接连通结构与喷剂箱座连通，喷剂箱座分别与支撑结构螺纹连接，微型增压泵与其中一个喷剂箱座连通。

最佳的，插接连通结构包括聪明头结构、聪明座结构、聪明盖结构，聪明盖结构设置于便捷式喷剂箱底部，聪明座结构设置于喷剂箱座顶部的中央并与其连通，聪明头结构安装于聪明座结构顶面的中央并与聪明盖结构插接连通，聪明座结构、喷剂箱座内部均设有用于容纳喷剂的中空结构。

最佳的，聪明头结构与聪明座结构之间以及聪明头结构与聪明盖结构之间的连接处均设有密封结构。

进一步的，电池箱组包括电池组、连接组件、折叠结构及固定结构，固定结构对称间隔设有两个，两者之间至少设有两个依次间隔排列的电池组，电池组之间通过连接组件串联，两个固定结构通过相对间隔设置的两个折叠结构连接，使位于首位和末位的两个电池组的外侧面分别与对应的一个固定结构抵合，固定结构与支撑结构螺纹连接。

进一步的，自适应喷射机构包括旋转平台、导轨、喷杆、万向摄像机、自适应喷头、控制单元，旋转平台、控制单元安装于支撑结构上并相互连接，喷杆通过导轨与旋转平台滑动连接，喷杆的一端与自适应喷头螺纹密封连接，另一端通过物料输送软管与喷剂箱组连通，万向摄像机安装于喷杆前段并与控制单元信号连接，控制单元与地面输送小车信号连接。

万向摄像机用于采集喷射参数，控制单元用于实时调整喷射状态，旋转平台用于对喷杆的角度调整，导轨通过卡槽与旋转平台可拆卸式连接，用于控制喷杆的伸出长度。

进一步的，地面输送小车包括小车本体以及安装于其上的涂料仓、电池桩、无人机平台、地面控制单元、小车制动机构、输料管线收放装置，无人机平台安装于小车本体顶部，其下方设置有涂料仓、电池桩、地面控制单元、输料管线收放装置，小车制动机构安装于小车本体的车轮处，小车制动机构、自适应喷射机构分别与地面控制单元信号连接。

涂料仓和电池桩通过输送管线为小车本体提供续航和喷料，地面控制单元根据无人机的位置参数实时调整小车本体的移动。

一种上述的模块化多工况无人机喷射装置的工作方法，包括以下步骤：

步骤一：综合分析工况环境及工作质量要求，选择空地联动工作模式或无人机单独工作模式进行无人机喷涂工作；

步骤二：

2-1：在步骤一中，当采用空地联动工作模式时，根据喷涂方案要求，对地面输送小车进行配置，同时将无人机上的喷剂箱组、电池箱组及微型增压泵进行拆卸，通过输料管线将地面输送小车上的涂料与自适应喷射机构相输通，选装完成；

当采用无人机单独工作模式时，根据喷涂方案要求，将无人机上的喷剂箱组和电池箱组进行装配，将喷剂箱组与微型增压泵入口端相连，微型增压泵出口端与自适应喷射机构连接，前述各部件分别安装在支撑结构上，选装完成；

2-2：根据具体的工作质量要求，增补传感器种类及数量，完成对自适应喷射机构(500)的个性化选配；

步骤三：将选配完成的无人机喷射装置投入使用进行喷涂作业。

借助自适应喷涂机构可保证喷涂质量，地面输送小车、喷剂及电池箱组实现物料和能源的持续供应，提高无人机续航并增大可作业面积。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：

①能够根据工况对无人机进行模块组装和拆卸，灵活切换，提高了无人机喷射装置的适用性。

②模块化的设计允许无人机喷射机构脱离小车单独作业，可以完成一些高难度的喷补作业。

③自适应喷射机构的控制单元和地面输送小车的地面控制单元共同作用，可以实现实时调整喷射参数，保证喷射的高可靠性。

④喷剂箱组与电池箱组的便携式拆卸结构可以节省换料的时间，大大提高了效率。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图；

图2为本发明的侧视结构示意图；

图3为喷剂箱组的主视结构示意图；

图4为喷剂箱组的剖视结构示意图；

图5为电池箱组的部分结构示意图之一；

图6为电池箱组的部分结构示意图之二；

图7为地面输送小车的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

一种模块化多工况无人机喷射装置，参照图1至图7，包括支撑结构100、喷剂箱组200、电池箱组300、微型增压泵400、自适应喷射机构500及地面输送小车600。其中，支撑结构100为可拆卸式固定于无人机起落架上的空位，喷剂箱组200、电池箱组300及微型增压泵400均可拆卸式固定于支撑结构100上，自适应喷射机构500可拆卸式穿设于支撑结构100的中部，地面输送小车600置于地面上，通过输送软管与自适应喷射机构可拆卸式连接。喷剂箱组200、电池箱组300均为模块化结构，无人机和自适应喷射机构500分别与电池箱组300电信号连接，

根据上述技术方案的多工况无人机喷射装置，各部件可便捷拆卸以适应不同工况。支撑组件100包括由多个支撑架100所固定的辅助平面120以及至少一个支撑板130组成的底部平面，支撑板130与支撑架100均为可拆卸式固定于无人机机体上，喷剂箱组200、电池箱组300及微型增压泵400均为可拆卸式固定于底部平面上，自适应喷射机构500可拆卸式固定于辅助平面上，地面输送小车600可以与无人机联动工作，同时无人机也可以脱离小车依靠本身携带的喷料与电源独立工作，喷剂箱组200与电池箱组300均为模块化设计结构，可以个性化装配，大大提高无人机喷射装置的适用性。

参照图1至图2，在一些实施例中，支撑结构100包括至少四个支撑架110、一个辅助平面120及一个支撑板130，支撑板130平行间隔设置于辅助平面120下方，支撑架110通过单通固定座固定在无人机起落架上部，另一端与辅助平面120可拆卸式螺纹连接，支撑板130的四角处设有三通结构，通过三通结构与无人机起落架可拆卸式连接。支撑板130与辅助平面120上均设有若干个螺纹孔，用于对喷剂箱组200、电池箱组300、微型增压泵400及自适应喷射机构500的固定安装，保证在喷射过程中的稳定性。

在一些实施例中，支撑架110与支撑板130由碳纤维材料制成，具有高强度同时减轻了重量。

参照图1至图4，在一些实施例中，喷剂箱组200包括喷剂箱座210及便捷式喷剂箱220，多个喷剂箱座210通过螺纹软管211实现可拆卸式连接，便捷式喷剂箱220设有螺纹箱盖221、聪明盖结构222，喷剂箱座210中部设有聪明头结构212与聪明座结构213，便捷式喷剂箱220通过螺纹箱盖221、聪明盖结构222与聪明头结构212配合关系实现快速拔插与良好密封，聪明座结构213内部为中空结构，用于喷剂的输送与容纳，同时保证了所存储喷剂的重心位置位于中部，保证了喷射过程的稳定性。喷剂箱组200通过螺纹软管与微型增压泵400可拆卸式连接。喷剂箱座210底部设有若干外伸螺纹孔，喷剂箱座210与支撑板130通过螺栓实现可拆卸式连接。

在一些实施例中，喷剂箱座210可以具有不同的形状，彼此可拆卸式连接形成通路。可以理解的是，便捷式喷剂箱220具有多种不同的类型，可以根据不同的工况场景，选择不同的喷剂箱类型及数量，同时螺纹箱盖221的可拆卸式结构为喷剂的快速填充提供了条件。

参照图5至6，在一些实施例中，电池箱组300包括电池组310、连接组件320、折叠结构330及固定结构340，电池组310由多个电池块组成，电池块通过连接组件320实现可拆卸式串联，可以根据不同的工况选择电池的数量。电池组310放置在折叠结构330内实现可调节固定，固定组件340上设有多个螺纹孔，固定组件340通过螺栓连接将电池箱组可拆卸式固定在支撑板130上，电池箱组300通过连接线对无人机及喷射设备进行供电。

在一些实施例中，电池箱组300可以根据不同的工况场景进行切换电池组310的类型及数量，折叠结构330可以具有多种类型，实现对电池组310的动态固定。

参照图1至图2，自适应喷射机构500包括旋转平台510、导轨520、喷杆530、万向摄像机540、自适应喷头550及控制单元560。控制单元560通过螺栓固定在辅助平面上，旋转平台510固定在控制单元560上，导轨520通过卡槽固定在旋转平台上，喷杆530可拆卸式固定于导轨520上，其一端与自适应喷头550可拆卸式螺纹连接，另一端与物料输送软管可拆卸式螺纹连接，导轨510由步进电机带动齿轮组和丝杆螺母机构，为喷杆530的前后移动提供动力，通过蜗轮蜗杆构成的旋转平台510来实现喷杆530的水平转动，滑块导轨减小了喷杆移动的阻力，使得伸缩运动更加合理，万向摄像机540固定在喷杆530前段，采集喷射参数传至控制单元560，控制单元560根据喷射参数进行实时调整，通过操控旋转平台510、导轨520与自适应喷头550对无人机喷射姿态进行调整，大大提高喷射质量。

在一些实施例中，喷杆530和自适应喷头550具有多种类型供选择，可以根据喷剂特性、喷射压力、喷射距离等特殊要求进行个性化选择，以提高本发明的使用范围。另外，可适当增补一些传感器，对无人机喷射的其他参数进行捕获，从而进行更准确的调控，保证喷射质量。

参照图7，在一些实施例中，地面传输小车600包括涂料仓610、电池桩620、无人机平台630、地面控制单元640、小车制动机构650及输料管线收放装置660，涂料仓610与电池桩620通过输料管线收放装置660与自适应喷射机构500可拆卸式螺纹连接，向无人机输送涂料与供电，地面控制单元640与控制单元560协调控制，保证喷射过程中小车实时跟随，在地面平坦处的大面积喷射中，可以实现无人机的长时间工作，提高喷射工作的效率。

在一些实施例中，面对多工况的喷射场景，可以调整无人机喷射装置的配置，在大面积喷漆中，地面输送小车600与无人机自适应喷射机构500联动工作，实现稳定的喷射输出，在面对一些具有特殊要求或高难度的喷补工作时，将电池箱组300、喷剂箱组200、自适应喷头550、喷杆530及微型增压泵400进行模块化装配，脱离地面输送小车600独立作业，从而避免了地面条件的干涉，节省人力物力，这种模块化设计与拆装，提高了无人机喷射技术的适用性。

上述的模块化多工况无人机喷射装置的工作方法，包括以下步骤：

步骤一：综合分析工况环境及工作质量要求，制定最优模块化选配方案；

步骤二：①若采用空地联动工作模式，根据具体的选配方案，将涂料仓610及充电桩620进行配置，同时将无人机上的喷剂箱组200、电池箱组300及微型增压泵400进行拆卸，通过输料管线将涂料仓与自适应喷射机构相连，选装完成；

②若采用无人机单独工作模式，根据具体的选配方案，将无人机上的喷剂箱组200和电池箱组400进行装配，通过螺纹软管211将喷剂箱组200与微型增压泵400入口端相连，微型增压泵400出口端通过软管与自适应喷射机构500连接，各组件固定在支撑板130上；

③根据具体的工作质量要求，增补传感器种类及数量，完成对自适应喷射机构500的个性化选配。

步骤三：将选配完成的无人机喷射装置投入使用，借助自适应喷涂机构500可保证喷涂质量，地面输送小车600、喷剂箱组200及电池箱组300实现物料和能源的持续供应，提高无人机续航并增大可作业面积。

Claims (10)

1.一种模块化多工况无人机喷射装置，其特征在于：包括地面输送小车(600)以及可拆卸式安装于无人机上的支撑结构(100)、喷剂箱组(200)、电池箱组(300)、微型增压泵(400)、自适应喷射机构(500)，支撑结构(100)与无人机下部的起落架连接，喷剂箱组(200)、电池箱组(300)、微型增压泵(400)、自适应喷射机构(500)分别通过支撑结构(100)设置于起落架上的空位，喷剂箱组(200)、电池箱组(300)均为模块化结构，自适应喷射机构(500)通过微型增压泵(400)与喷剂箱组(200)连接，无人机和自适应喷射机构(500)分别与电池箱组(300)电信号连接，自适应喷射机构(500)与地面输送小车(600)可拆卸式连接。

2.根据权利要求1所述的一种模块化多工况无人机喷射装置，其特征在于：支撑结构(100)包括支撑架(110)、辅助平面(120)、支撑板(130)，辅助平面(120)通过多根沿其周向间隔设置的支撑架(110)水平安装于起落架上部，支撑板(130)平行间隔设置于辅助平面(120)下方，支撑板(130)的外周面与起落架连接，喷剂箱组(200)、电池箱组(300)、微型增压泵(400)分别螺纹安装于支撑板(130)上，自适应喷射机构(500)螺纹安装于辅助平面(120)上。

3.根据权利要求2所述的一种模块化多工况无人机喷射装置，其特征在于：支撑架(110)、支撑板(130)的材料均为炭纤维，辅助平面(120)、支撑板(130)均为方形，支撑架(110)的一端与辅助平面(120)螺纹连接，另一端通过一个单通结构与起落架的上部连接，支撑板(130)的四个顶角分别通过一个三通结构与起落架的下部连接。

4.根据权利要求1所述的一种模块化多工况无人机喷射装置，其特征在于：喷剂箱组(200)包括喷剂箱座(210)、便捷式喷剂箱(220)、螺纹软管(211)、插接连通结构，喷剂箱座(210)至少设有两个并依次间隔排列，相邻两个喷剂箱座(210)之间通过螺纹软管(211)连通，每个喷剂箱座(210)上方分别设有一个便捷式喷剂箱(220)，便捷式喷剂箱(220)通过插接连通结构与喷剂箱座(210)连通，喷剂箱座(210)分别与支撑结构(100)螺纹连接，微型增压泵(400)与其中一个喷剂箱座(210)连通。

5.根据权利要求4所述的一种模块化多工况无人机喷射装置，其特征在于：插接连通结构包括聪明头结构(212)、聪明座结构(213)、聪明盖结构(222)，聪明盖结构(222)设置于便捷式喷剂箱(220)底部，聪明座结构(213)设置于喷剂箱座(210)顶部的中央并与其连通，聪明头结构(212)安装于聪明座结构(213)顶面的中央并与聪明盖结构(222)插接连通，聪明座结构(213)、喷剂箱座(210)内部均设有用于容纳喷剂的中空结构。

6.根据权利要求5所述的一种模块化多工况无人机喷射装置，其特征在于：聪明头结构(212)与聪明座结构(213)之间以及聪明头结构(212)与聪明盖结构(222)之间的连接处均设有密封结构。

7.根据权利要求1所述的一种模块化多工况无人机喷射装置，其特征在于：电池箱组(300)包括电池组(310)、连接组件(320)、折叠结构(330)及固定结构(340)，固定结构(340)对称间隔设有两个，两者之间至少设有两个依次间隔排列的电池组(310)，电池组(310)之间通过连接组件(320)串联，两个固定结构(340)通过相对间隔设置的两个折叠结构(330)连接，使位于首位和末位的两个电池组(310)的外侧面分别与对应的一个固定结构(340)抵合，固定结构(340)与支撑结构(100)螺纹连接。

8.根据权利要求1所述的一种模块化多工况无人机喷射装置，其特征在于：自适应喷射机构(500)包括旋转平台(510)、导轨(520)、喷杆(530)、万向摄像机(540)、自适应喷头(550)、控制单元(560)，旋转平台(510)、控制单元(560)安装于支撑结构(100)上并相互连接，喷杆(530)通过导轨(520)与旋转平台(510)滑动连接，喷杆(530)的一端与自适应喷头(550)螺纹密封连接，另一端通过物料输送软管与喷剂箱组(200)连通，万向摄像机(540)安装于喷杆(530)前段并与控制单元(560)信号连接，控制单元(560)与地面输送小车(600)信号连接。

9.根据权利要求1所述的一种模块化多工况无人机喷射装置，其特征在于：地面输送小车(600)包括小车本体以及安装于其上的涂料仓(610)、电池桩(620)、无人机平台(630)、地面控制单元(640)、小车制动机构(650)、输料管线收放装置(660)，无人机平台(630)安装于小车本体顶部，其下方设置有涂料仓(610)、电池桩(620)、地面控制单元(640)、输料管线收放装置(660)，小车制动机构(650)安装于小车本体的车轮处，小车制动机构(650)、自适应喷射机构(500)分别与地面控制单元(640)信号连接。

10.一种如权利要求1～9任一所述的模块化多工况无人机喷射装置的工作方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：综合分析工况环境及工作质量要求，选择空地联动工作模式或无人机单独工作模式进行无人机喷涂工作；

步骤二：

2-1：在步骤一中，当采用空地联动工作模式时，根据喷涂方案要求，对地面输送小车(600)进行配置，同时将无人机上的喷剂箱组(200)、电池箱组(300)及微型增压泵(400)进行拆卸，通过输料管线将地面输送小车(600)上的涂料与自适应喷射机构(500)相输通，选装完成；

当采用无人机单独工作模式时，根据喷涂方案要求，将无人机上的喷剂箱组(200)和电池箱组(300)进行装配，将喷剂箱组(200)与微型增压泵(400)入口端相连，微型增压泵(400)出口端与自适应喷射机构(500)连接，前述各部件分别安装在支撑结构(100)上，选装完成；

2-2：根据具体的工作质量要求，增补传感器种类及数量，完成对自适应喷射机构(500)的个性化选配；

步骤三：将选配完成的无人机喷射装置投入使用进行喷涂作业。