一种输电巡检无人航空器

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，尤其涉及一种输电巡检无人航空器。

背景技术

在电力输送系统中，输电塔与输电线的定期巡检是一项不可或缺的任务，旨在确保电力设施的正常运行与安全状态。巡检工作主要包括对输电线是否受到异物附着的细致排查，以及对输电塔是否存在异物堆积或遭受非法攀爬行为的严密监控。当前，多轴旋翼无人机已成为执行此类巡检任务的主流工具，其具备的悬停功能使其能够在特定位置对目标区域进行精准观察与记录，为巡检工作带来了便利性。

然而，其飞行过程中产生的风阻较大，由于无人机机体设计所致，飞行时会迎风面积较大，引发较大的空气阻力，这不仅增加了无人机动力系统的能耗，间接缩短了其有效续航时间，还可能导致在强风条件下稳定性下降，影响巡检任务的顺利进行。同时，此类无人机的机身重心通常设置于旋翼下方，虽然这样的布局有利于保持飞行稳定，但在一定程度上牺牲了飞行操控的灵活性。特别是在面对复杂地形环境或需要快速响应、进行高速飞行的情境下，现有无人机的操控性能难以满足高效、敏捷巡检的需求，对其在特殊条件下的任务适应性构成制约。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种输电巡检无人航空器，以解决目前的巡检无人机机身飞行阻力大、无法适应高速飞行的问题。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

一种输电巡检无人航空器，包括机身、机臂和驱动装置；

所述机身具有首端和尾端，并沿一参考轴线延伸，所述机身内设有摄像组件，所述摄像组件的至少一部分能够外露于所述首端或所述尾端；

所述机臂的一端转动连接于所述机身，所述机臂的另一端转动连接于所述驱动装置，所述机臂具有巡航模式和悬停模式，当所述机臂由所述巡航模式切换至所述悬停模式，所述机臂相对所述机身摆动以使所述驱动装置靠近所述机身的首端；当所述机臂由所述悬停模式切换至所述巡航模式，所述机臂相对所述机身摆动以使所述驱动装置靠近并连接于所述机身的尾端。

优选地，所述机身为中空且两端相贯通的筒形，所述机身的内壁面设有平行于所述参考轴线的滑轨，所述摄像组件可滑动地连接于所述滑轨，使所述摄像组件能够沿所述滑轨在所述机身的首端和尾端之间运动，且所述摄像组件能够相对所述滑轨转动。

优选地，所述机身设有引导轨道，所述引导轨道包括平行于所述参考轴线的第一引导段以及延伸轨迹呈L形弧线的两个第二引导段，两个所述第二引导段分别位于所述第一引导段的两端，使所述引导轨道呈U形，其中一个所述第二引导段位于所述首端，另一个所述第二引导段位于所述尾端；

所述摄像组件设有活动连接于所述引导轨道的所述引导块，所述引导块位于所述摄像组件与所述滑轨之间的转动轴线的一侧；

当所述摄像组件沿所述滑轨运动至所述首端时，位于所述首端的所述第二引导段驱动所述摄像组件相对所述滑轨正向转动，使所述摄像组件的图像采集方向朝向所述机身的首端；当所述摄像组件沿所述滑轨运动至所述尾端时，位于所述尾端的所述第二引导段驱动所述摄像组件相对所述滑轨反向转动，使所述摄像组件的图像采集方向朝向所述机身的尾端。

优选地，所述机身内设有驱动丝杆；

所述摄像组件设有与其转动连接的滑台，所述引导块位于所述摄像组件与所述滑台之间的转轴的侧边；

所述滑台可滑动地连接于所述滑轨，所述滑台活动配合连接于所述驱动丝杆。

优选地，所述滑轨位于所述引导轨道和所述驱动丝杆之间。

优选地，所述机臂包括第一支臂和第二支臂，所述第一支臂的两端分别转动连接于所述机身和所述驱动装置，所述第二支臂的两端分别转动连接于所述机身和所述驱动装置，所述机身、所述第一支臂、所述第二支臂和所述驱动装置之间构成四边形结构，其中，所述第一支臂的长度大于所述第二支臂的长度；

当所述机臂处于所述巡航模式时，所述驱动装置的转动平面垂直于所述参考轴线；当所述机臂处于所述悬停模式时，所述驱动装置的转动平面倾斜于所述参考轴线，且所述驱动装置的压力面朝向所述机身的外侧。

优选地，所述第一支臂的端部有传动齿轮，两个所述第一支臂的传动齿轮相啮合；

所述机身内设有与所述传动齿轮相连接的驱动齿轮，所述驱动齿轮啮合于所述驱动丝杆。

优选地，所述机身开设有连通于其内部的让位孔，所述机身内设置有与所述让位孔相邻设置的锁止销，所述锁止销可滑动地连接于所述机身；所述驱动装置靠近所述机身的一侧设有锁止件，所述锁止件设置有锁孔，所述锁止销在所述锁止件穿入所述让位孔时穿设于所述锁孔。

优选地，所述机身内设置有锁止机构，所述锁止机构包括弹性件和驱动电磁体，所述弹性件的两端分别连接于所述机身和所述锁止销，所述驱动电磁体用于驱动所述锁止销相对所述机身滑动。

优选地，所述摄像组件包括基架、云台和摄像装置，所述基架连接于所述机身，所述摄像装置通过所述云台活动连接于所述基架。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

机身沿一参考轴线延伸设置，其内部设有摄像组件，摄像组件的一部分能够外露于机身的其中一端，机臂能够带动驱动装置相对机身摆动，机臂处于巡航模式时，机臂驱使驱动装置靠近并连接于机身的尾端，驱动装置位于该无人航空器的重心的下方，有利于提升飞行操控性，飞行速度越快，机身与水平面之间的夹角越小，机身的风阻越小，机臂处于悬停模式时，驱动装置位于该无人航空器的重心的上方，这有利于提升飞行稳定性，悬停更稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。

图1为发明的输电巡检无人航空器的整体结构示意图；

图2为发明的输电巡检无人航空器的机身首端结构示意图；

图3为发明的输电巡检无人航空器的机身尾端结构示意图；

图4为发明的输电巡检无人航空器的剖面结构示意图；

图5为发明的输电巡检无人航空器的机臂处于巡航模式的示意图；

图6为发明的输电巡检无人航空器的机臂处于悬停模式的示意图；

图7为图2中A处的放大示意图；

图8为图3中B处的放大示意图；

图9为图4中C处的放大示意图；

附图标记说明：

10、机身；11、首端；12、尾端；13、滑轨；14、引导轨道；141、第一引导段；142、第二引导段；15、驱动丝杆；20、机臂；21、第一支臂；22、第二支臂；221、驱动齿轮；30、驱动装置；40、摄像组件；41、基架；42、摄像装置；43、滑台；431、引导块；50、保护壳。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以用许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

结合图1至图9所示，示意性地显示了本发明的输电巡检无人航空器，包括机身10、机臂20和驱动装置30。驱动装置30包括可转动的旋翼，旋翼转动以产生推力。

机身10具有首端11和尾端12，并沿一参考轴线延伸，这使得机身10为长条形结构。机身10内设有摄像组件40，摄像组件40的至少一部分能够外露于首端11或尾端12，以便于摄像组件40采集机身10外部的环境图像。摄像组件40可以是与机身10固定连接的，也可以是与机身10活动连接的，以便于在首端11和尾端12之间运动以切换图像采集方向。

结合图5和图6，机臂20的一端转动连接于机身10，机臂20的另一端转动连接于驱动装置30，这使得机臂20能够相对机身10摆动，进而调节驱动装置30与机身10之间的相对位置。机臂20具有巡航模式和悬停模式，当机臂20由巡航模式切换至悬停模式，机臂20相对机身10正向摆动以使驱动装置30靠近机身10的首端11，优选地，当机臂20处于悬停模式时，驱动装置30与机身10之间的距离最远，当设置有多个驱动装置30时，各个驱动装置30之间的距离在悬停模式时最大，以便于提升飞行稳定性，而且，当机臂20处于悬停模式时，驱动装置30位于该无人航空器的重心的上方，这有利于提升飞行稳定性，悬停更稳定。当机臂20由悬停模式切换至巡航模式，机臂20相对机身10反向摆动以使驱动装置30靠近并连接于机身10的尾端12，此时驱动装置30与机身10之间的距离最近，机臂20处于巡航模式时，驱动装置30位于该无人航空器的重心的下方，有利于提升飞行操控性，飞行速度越快，机身10与水平面之间的夹角越小，机身10的风阻越小。

具体地，如图2至图4，机身10为中空且两端相贯通的圆筒形，参考轴线与该圆筒形机身10的轴线相互平行。机身10的内壁面设有平行于参考轴线的滑轨13，摄像组件40可滑动地连接于滑轨13，使摄像组件40能够沿滑轨13在机身10的首端11和尾端12之间运动，且摄像组件40能够相对滑轨13转动，这使得摄像组件40的一部分能够外露于机身10的首端11或者尾端12。例如，在机臂20处于悬停模式时，摄像组件40沿滑轨13运动至机身10的尾端12，且摄像组件40的图像采集方向朝向机身10的尾端12方向，而在机臂20处于巡航模式时，摄像组件40沿滑轨13运动至机身10的首端11，且摄像组件40的图像采集方向朝向机身10的首端11方向，这样可以实现单一一个摄像组件40满足不同模式（悬停模式和巡航模式）下的图像采集需求，而无需增设更多数量的摄像组件40。需要说明的是，图像采集质量更高的摄像组件40，其重量更大，成本更高，因此，数量更少的摄像组件40不仅能够实现无人航空器的轻量化，还能够显著降低整个无人航空器的成本，这有利于无人航空器的大规模量产及推广。

为了使摄像组件40能够自动地相对机身10转动，如图8至图9，以便于在机身10的首端11或尾端12朝向对应的方向进行图像采集，机身10设有引导轨道14，引导轨道14包括第一引导段141和两个第二引导段142，第一引导段141平行于参考轴线，第二引导段142的延伸轨迹呈L形弧线，优选为1/4圆弧。两个第二引导段142分别位于第一引导段141的两端，使引导轨道14呈U形。其中一个第二引导段142位于机身10的首端11，另一个第二引导段142位于机身10的尾端12。引导轨道14U形的开口对着滑轨13，滑轨13和第一引导段141相互平行。

对应的，摄像组件40设有活动连接于引导轨道14的引导块431，如图2和图7，引导块431位于摄像组件40与滑轨13之间的转动轴线的一侧，即引导块431为偏心设置。当摄像组件40沿滑轨13运动至首端11时，位于首端11的第二引导段142驱动摄像组件40相对滑轨13正向转动，使摄像组件40的图像采集方向朝向机身10的首端11；当摄像组件40沿滑轨13运动至尾端12时，位于尾端12的第二引导段142驱动摄像组件40相对滑轨13反向转动，使摄像组件40的图像采集方向朝向机身10的尾端12。因此，在引导轨道14的引导作用下，摄像组件40运动至首端11或尾端12时会自动地相对机身10转动，以改变摄像组件40的图像采集方向。

摄像组件40包括基架41、云台和摄像装置42，基架41连接于机身10，摄像装置42通过云台活动连接于基架41，云台可使摄像装置42相对基架41摆动，不仅能够在一定角度范围内改变摄像装置42的图像采集方向，还能够提供多轴防抖功能。上述的引导块431连接于基架41。

如图7至图9所示，为了驱动摄像组件40在滑轨13上滑移，机身10内设有平行于参考轴线的驱动丝杆15，摄像组件40设有与其转动连接的滑台43，滑台43与基架41转动连接，引导块431位于摄像组件40与滑台43之间的转轴的侧边。滑台43可滑动地连接于滑轨13，滑台43活动配合连接于驱动丝杆15。驱动丝杆15可采用现有的伺服电机驱动，驱动丝杆15转动时，滑台43受驱动丝杆15的驱动并在滑台43上滑移，当滑台43滑动至机身10的首端11或尾端12，引导块431运动至第二引导段142中，引导块431驱动基架41相对滑台43转动，改变摄像装置42的图像采集方向。

在本实施例中，滑轨13位于引导轨道14和驱动丝杆15之间。

进一步地，机臂20包括第一支臂21和第二支臂22，第一支臂21的两端分别转动连接于机身10和驱动装置30，第二支臂22的两端分别转动连接于机身10和驱动装置30，机身10、第一支臂21、第二支臂22和驱动装置30之间构成四边形结构，其中，第一支臂21的长度大于第二支臂22的长度。基于上述结构，当机臂20处于巡航模式时，驱动装置30的转动平面垂直于参考轴线；当机臂20处于悬停模式时，驱动装置30的转动平面倾斜于参考轴线，且驱动装置30的压力面朝向机身10的外侧，正是由于在机臂20处于悬停模式时，各个驱动装置30之间的距离较远，倘若各驱动装置30的转动平面均垂直于参考轴线，则在无人航空器需要小范围调节水平位置时，需要机身10其中一侧的驱动装置30提高较高的转速才能使机身10倾斜并水平位移。而本实施例的驱动装置30的转动平面倾斜于参考轴线，且驱动装置30的压力面朝向机身10的外侧，如图6，由于无人航空器悬停时，驱动装置30的压力面本身就与水平面倾斜，机身10其中一侧的驱动装置30只需要提高较小的转速就可以使机身10水平位移（倾斜的驱动装置30的压力面本身就可以提供一定的水平分力），这使得机身10摇摆幅度更小，有利于在悬停时更稳定地进行图像采集。

本实施例的机臂20的数量设有两个，如图1，第一支臂21的端部有传动齿轮（未图示），两个第一支臂21的传动齿轮相啮合，这使得两个第一支臂21能够同步运动。结合图7和图9，机身10内设有与传动齿轮相连接的驱动齿轮221，驱动齿轮221啮合于驱动丝杆15，驱动丝杆15能够带动驱动齿轮221转动，进而驱动两个机臂20相对机身10摆动，由于机臂20传动连接在驱动丝杆15，因此，可通过驱动丝杆15同时驱动机臂20摆动以及摄像组件40在机身10内运动，基于该联动关系，可以自动实现机臂20处于悬停模式时，摄像组件40位于机身10的尾端12，机臂20处于巡航模式时摄像组件40位于机身10的首端11。

为了在机臂20处于巡航模式时锁止驱动装置30，机身10开设有连通于其内部的让位孔（未图示），机身10内设置有与让位孔相邻设置的锁止销（未图示），锁止销可滑动地连接于机身10。驱动装置30靠近机身10的一侧设有锁止件（未图示），锁止件设置有锁孔，锁止销在锁止件穿入让位孔时穿设于锁孔，锁止销穿入锁孔后，驱动装置30和机身10锁定，以免在无人航空器高速飞行时机臂20意外摆动而导致驱动装置30与机身10分离。

其中，机身10内设置有锁止机构（未图示），锁止机构包括弹性件和驱动电磁体，弹性件的两端分别连接于机身10和锁止销，驱动电磁体用于驱动锁止销相对机身10滑动。驱动电磁体得电时，驱动电磁体驱动锁止销相对机身10正向滑动并克服弹性件的弹力，锁止销退出锁孔；驱动电磁体失电时，锁止销在弹性件的弹力作用下相对机身10反向滑动，锁止销穿入锁孔。

在本实施例中，为了保护摄像组件40，可在机身10的首端11和/或尾端12设置透明的保护壳50。

综上所述，机身10沿一参考轴线延伸设置，其内部设有摄像组件40，摄像组件40的一部分能够外露于机身10的其中一端，机臂20能够带动驱动装置30相对机身10摆动，机臂20处于巡航模式时，机臂20驱使驱动装置30靠近并连接于机身10的尾端12，驱动装置30位于该无人航空器的重心的下方，有利于提升飞行操控性，飞行速度越快，机身10与水平面之间的夹角越小，机身10的风阻越小，机臂20处于悬停模式时，驱动装置30位于该无人航空器的重心的上方，这有利于提升飞行稳定性，悬停更稳定。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。