一种无人机防护装置

技术领域

本发明涉及核电站安全壳外观缺陷检查技术领域，特别是涉及一种无人机防护装置。

背景技术

核电站安全壳被称为保护核电站的第三道屏障。它用来控制和限制放射性物质从反应堆扩散出去，以保护公众免遭放射性物质的伤害。目前国内已建的核电站大部分位于沿海地区，其安全壳要承受海风侵蚀、阳光直射、台风和地震等环境因素影响。这些环境因素的影响会导致混凝土表面碳化，引起钢筋和预应力系统腐蚀甚至出现破损或裂缝，降低安全壳的承载力，影响安全壳的使用寿命。因此对核电站安全壳进行定期的外观检查，对其外观的缺陷进行基本评定以及持续的跟踪和分析是十分必要的。

核电站安全壳外壁的传统检查方法是通过人工目测对其外柱面进行常规监测，但存在安全壳过高、无抓扶物、人工攀爬不便和目测误差过大等缺点，同时检查效率低、安全隐患大。

采用空中巡检机器人携带摄像机以遍历的方式分区域拍摄到安全壳外表面的图像后，以无线的形式发送至位于安全壳底部安全地带的上位机进行分析。根据回送图像信息判定出安全壳外表面是否存在裂缝、孔洞和蚀斑等缺陷信息，并对缺陷信息进行存储管理，方便动态监测安全壳缺陷变化情况。

随着无人机引入必然会存在无人机事故隐患。无人机事故发生原因大多由于无人机自身失控、操作人员控制失误或飞行环境突发变化等导致，使无人机在空中飞行时高速旋转螺旋桨或机体撞击物体。有时高速旋转螺旋桨会划伤安全壳，或造成更大的事故，或损坏其它重要设备。

现有技术中，多采用螺旋桨保护罩对无人机进行防护，在无人机高速飞行中，螺旋桨上保护罩的强度有限、受力集中，当无人机撞击物体时，很难起到保护撞击物体和缓冲撞击力的效果。因此，急需一种全方位无人机防护装置，以对无人机及其撞击物体进行保护。

发明内容

基于此，有必要针对螺旋桨保护罩无法对无人机及其撞击物进行有效保护的问题，提供一种无人机防护装置，对无人机及其撞击物进行有效保护。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种无人机防护装置，包括球形节点网架，球形节点网架内部安装的无人机固定架，球形节点网架上安装的视窗，以及视窗四周安装的灯带；所述球形节点网架由多个球形节点和连接不同球形节点的多个连接杆组成的护笼结构；所述连接杆由碳纤维材料制成。

进一步地，所述护笼结构为球形结构；所述球形节点为纤维缠绕胶粘节点，经过树脂浸渍和固化。

进一步地，所述球形节点包括“丁字形”球形节点、“十字形”球形节点和“伞形”球形节点；

所述“丁字形”球形节点包括横杆和垂直连接在横杆中部的竖杆，横杆两端和竖杆自由端均设有与连接杆连接的孔；所述球形节点网架的顶部是由多个“丁字形”球形节点和连接不同“丁字形”球形节点横杆端部的多个连接杆组成的球形结构顶部；所述球形节点网架的底部是由多个“丁字形”球形节点和连接不同“丁字形”球形节点横杆端部的多个连接杆组成的球形结构底部；

所述球形节点网架的中部是由多个“十字形”球形节点、轴向中心对称设置的两个“伞形”球形节点、连接不同“十字形”球形节点的多个连接杆、连接“十字形”球形节点和“伞形”球形节点的多个连接杆组成的球形结构中部；

所述球形节点网架的中部与球形节点网架的顶部的连接通过球形节点网架中部最上层的连接杆与球形节点网架顶部的“丁字形”球形节点竖杆自由端一一对应连接实现；所述球形节点网架的中部与球形节点网架的底部的连接通过球形节点网架中部最下层的连接杆与球形节点网架底部的“丁字形”球形节点竖杆自由端一一对应连接实现；

所述“伞形”球形节点包括伞骨和垂直连接在伞骨中部的伞杆，伞骨为十字形结构，伞骨端部和伞杆自由端均设有与连接杆连接的孔；“伞形”球形节点的伞骨端部与邻近的“伞形”球形节点通过连接杆连接。

进一步地，所述无人机固定架包括固定杆；所述固定杆由碳纤维材料制成，周向旋转连接在两个“伞形”球形节点的伞杆自由端之间；所述固定杆横穿无人机机身，支撑无人机机身的重量；所述固定杆横穿无人机机身时，无人机重心位于固定杆的下方。

进一步地，所述球型节点网架上无人机上方和下方分别搭载多个激光探头；所述视窗为固定式视窗，由碳纤维材料制成，通过环氧树脂嵌入固定在球型节点网架上，与激光探头视野保持相对固定；所述视窗尺寸大于激光探头视角的投影尺寸；沿视窗四周布置一圈灯带。

进一步地，所述视窗为长方形，投影面积为200mm×150mm。

进一步地，所述碳纤维材料的密度在1.70g/cm3～1.80g/cm3，强度在1200MPa～7000MPa，弹性模量在200GPa～400GPa，具有耐紫外线、耐摩擦、耐冲击和耐腐蚀性能。

本发明的有益技术效果：

本发明的无人机防护装置，球形节点网架由多个球形节点和连接不同球形节点的多个连接杆组成的护笼结构，连接杆由碳纤维材料制成，确保无人机撞击障碍物时，能够吸收大部分的撞击能力，实现缓冲，减少碰撞损伤；碳纤维材料减轻无人机防护装置重量的同时具备优异的耐紫外线、耐摩擦、耐冲击、耐腐蚀性能。

本发明的无人机防护装置，护笼结构为球形结构，球形结构具有各向同性，压力分布均匀，确保无人机具备强大的防碰撞能力，保证无人机炸机时关键部件的可靠和稳定；球形节点为纤维缠绕胶粘节点，保证了球型结构所具备的弧度，避免了连接区域中应力集中，从而提高了连接的稳定性和耐久性。

本发明的无人机防护装置，球形结构顶部和底部均为扁平状结构，有助于无人机平稳着地，提高无人机起飞和降落时的安全性，同时有助于无人机飞行空气动力学实现，提高单架次飞行电池使用时间；球型节点网架中部构成无人机防护装置的主要吸能结构，可以避免无人机关键部件与外部环境发生直接接触而损坏，同时可以防止无人机炸机时旋翼直接伤害人员；无人机飞行时通过“伞形”球形节点支撑球形节点网架整体重量；球型节点网架重心位于“伞形”球形节点之下，发生碰撞时球型节点网架不会发生翻转导致严重后果。

本发明的无人机防护装置，无人机固定架横穿无人机机身时，无人机重心位于无人机固定架的下方，无人机不易发生翻转，确保无人机飞行的稳定性；固定杆周向旋转连接在两个“伞形”球形节点的伞杆自由端之间，固定杆可实现360度翻转，在无人机碰冲撞时，无人机能通过惯性保持原有的飞行姿态飞行，降低坠落风险；固定杆由碳纤维材料制成，减轻无人机防护装置重量的同时具备优异的耐紫外线、耐摩擦、耐冲击、耐腐蚀性能。

本发明的无人机防护装置，球型节点网架上无人机上方和下方分别搭载多个激光探头，实时测量球型节点网架与周围障碍物的距离，防止无人机与障碍物发生碰撞；视窗尺寸大于激光探头视角的投影尺寸，保证激光探头观察时不被球型节点网架遮挡，不影响激光探头的视野观察；视窗由碳纤维材料制成，减轻无人机防护装置重量的同时具备优异的耐紫外线、耐摩擦、耐冲击、耐腐蚀性能；沿视窗四周布置一圈灯带，在光线弱的检查区域可提供环境照明，满足激光探头测量所需的光照度。

附图说明

图1为无人机防护装置结构示意图；

图2为“丁字形”球形节点结构示意图；

图3为“十字形”球形节点结构示意图；

图4为“伞形”球形节点结构示意图。

图中，1、球形节点网架；2、视窗；3、球形节点；4、灯带；5、无人机固定架。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”、“内部”、“外部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参见图1，本实施例提供一种无人机防护装置，包括球形节点网架1，球形节点网架1内部安装的无人机固定架5，球形节点网架1上安装的视窗2，以及视窗2四周安装的灯带4；所述球形节点网架1由多个球形节点3和连接不同球形节点3的多个连接杆组成的护笼结构；所述连接杆由碳纤维材料制成。

球形节点网架1由多个球形节点3和连接不同球形节点3的多个连接杆组成的护笼结构，连接杆由碳纤维材料制成，确保无人机撞击障碍物时，能够吸收大部分的撞击能力，实现缓冲，减少碰撞损伤；碳纤维材料减轻无人机防护装置重量的同时具备优异的耐紫外线、耐摩擦、耐冲击、耐腐蚀性能。

在本实施例中，所述护笼结构为球形结构；所述球形节点3为纤维缠绕胶粘节点，经过树脂浸渍和固化。

护笼结构为球形结构，球形结构具有各向同性，压力分布均匀，确保无人机具备强大的防碰撞能力，保证无人机炸机时关键部件的可靠和稳定；球形节点3为纤维缠绕胶粘节点，纤维缠绕胶粘节点保证了球型结构所具备的弧度，避免了连接区域中应力集中，从而提高了连接的稳定性和耐久性。

参见图2-4，在本实施例中，所述球形节点3包括“丁字形”球形节点、“十字形”球形节点和“伞形”球形节点；

所述“丁字形”球形节点包括横杆和垂直连接在横杆中部的竖杆，横杆两端和竖杆自由端均设有与连接杆连接的孔；所述球形节点网架1的顶部是由多个“丁字形”球形节点和连接不同“丁字形”球形节点横杆端部的多个连接杆组成的球形结构顶部；所述球形节点网架1的底部是由多个“丁字形”球形节点和连接不同“丁字形”球形节点横杆端部的多个连接杆组成的球形结构底部；

所述球形节点网架1的中部是由多个“十字形”球形节点、轴向中心对称设置的两个“伞形”球形节点、连接不同“十字形”球形节点的多个连接杆、连接“十字形”球形节点和“伞形”球形节点的多个连接杆组成的球形结构中部；

所述球形节点网架1的中部与球形节点网架1的顶部的连接通过球形节点网架1中部最上层的连接杆与球形节点网架1顶部的“丁字形”球形节点竖杆自由端一一对应连接实现；所述球形节点网架1的中部与球形节点网架1的底部的连接通过球形节点网架1中部最下层的连接杆与球形节点网架1底部的“丁字形”球形节点竖杆自由端一一对应连接实现；

所述“伞形”球形节点包括伞骨和垂直连接在伞骨中部的伞杆，伞骨为十字形结构，伞骨端部和伞杆自由端均设有与连接杆连接的孔；“伞形”球形节点的伞骨端部与邻近的“伞形”球形节点通过连接杆连接。

球形结构顶部和底部均为扁平状结构，有助于无人机平稳着地，提高无人机起飞和降落时的安全性，同时有助于无人机飞行空气动力学实现，提高单架次飞行电池使用时间；球型节点网架1中部构成无人机防护装置的主要吸能结构，可以避免无人机关键部件与外部环境发生直接接触而损坏，同时可以防止无人机炸机时旋翼直接伤害人员；无人机飞行时通过“伞形”球形节点支撑球形节点网架1整体重量；球型节点网架1重心位于“伞形”球形节点之下，发生碰撞时球型节点网架1不会发生翻转导致严重后果。

在本实施例中，所述无人机固定架5包括固定杆；所述固定杆由碳纤维材料制成，周向旋转连接在两个“伞形”球形节点的伞杆自由端之间；所述固定杆横穿无人机机身，支撑无人机机身的重量；所述固定杆横穿无人机机身时，无人机重心位于固定杆的下方。

无人机固定架5横穿无人机机身时，无人机重心位于无人机固定架5的下方，无人机不易发生翻转，确保无人机飞行的稳定性；固定杆周向旋转连接在两个“伞形”球形节点的伞杆自由端之间，固定杆可实现360度翻转，在无人机碰冲撞时，无人机能通过惯性保持原有的飞行姿态飞行，降低坠落风险；固定杆由碳纤维材料制成，减轻无人机防护装置重量的同时具备优异的耐紫外线、耐摩擦、耐冲击、耐腐蚀性能。

在本实施例中，所述球型节点网架1上无人机上方和下方分别搭载多个激光探头；所述视窗2为固定式视窗，由碳纤维材料制成，通过环氧树脂嵌入固定在球型节点网架1上，与激光探头视野保持相对固定；所述视窗2为长方形，投影面积为200mm×150mm，所述视窗2尺寸大于激光探头视角的投影尺寸；沿视窗2四周布置一圈灯带4。

球型节点网架1上无人机一周上方和下方分别搭载多个激光探头，实时测量球型节点网架1与周围障碍物的距离，防止无人机与障碍物发生碰撞；视窗2尺寸大于激光探头视角的投影尺寸，保证激光探头观察时不被球型节点网架1遮挡，不影响激光探头的视野观察；视窗2由碳纤维材料制成，减轻无人机防护装置重量的同时具备优异的耐紫外线、耐摩擦、耐冲击、耐腐蚀性能；沿视窗2四周布置一圈灯带4，在光线弱的检查区域可提供环境照明，满足激光探头测量所需的光照度。

在本实施例中，所述碳纤维材料的密度在1.70g/cm3～1.80g/cm3，搭载在无人机上轻便，不影响飞行；所述碳纤维材料的强度在1200MPa～7000MPa，是同等截面钢材的7-10倍，能保持稳定的结构特性；所述碳纤维材料的弹性模量在200GPa～400GPa，和钢铁相似，不惧外界的冲击力，不易变形；碳纤维材质不仅可以抵御紫外线的伤害，还具有良好的耐腐蚀、耐磨、耐冲击性能，不用担心接触到化学物质，在恶劣、复杂的环境下依然可以正常工作。

使用本发明的无人机防护装置进行核电站安全壳外观缺陷检查时，将搭载激光探头的无人机安装在无人机固定架5上，通过单机或多机协同方式按照预定的轨迹实行安全壳检查，直至所有检查区域扫查完毕，完成核电站安全壳外观缺陷检查。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。