應用於環境保護的無人機的製作方法

2023-12-03 16:57:12 2

本發明涉及無人機飛行領域，具體涉及應用於環境保護的無人機。

背景技術：

由於我國地大物博，幅員遼闊，眾多的自然風光催生了旅遊業高速發展。旅遊活動作為一種生態消費活動，在消費自然資源的同時，也產生旅遊廢棄物，如廢水、廢氣、廢渣、糞便以及固體垃圾等。旅遊活動對旅遊區環境的影響主要在於旅遊過程產生的垃圾對景點環境的汙染以及旅遊活動本身對景點自然生態平衡及旅遊意境的影響；由於旅遊區本身設施的不完善和遊客素養不高，隨著旅遊活動規模的擴大，景點垃圾遺棄量日益增加。旅遊區內大量垃圾隨意拋灑堆積，破壞了自然景觀，汙染了景點水體，使旅遊區水體富營養化。我國許多旅遊區水體都遭到了不同程度的汙染，其中相當一部分旅遊水體的透明度、色度、嗅味等指標均超過國家規定的旅遊水體標準，漂浮物、懸浮物、油跡汙染物已經影響遊客感官，使其旅遊興致降低。超過景點容納容量的超規模接待破壞了旅遊區自然生態系統平衡，構成自然景觀的生態系統對旅遊活動本身存在一定的承載能力，這種承載能力由生態系統的結構所確定，超過其承載能力的旅遊活動將使旅遊區生態系統結構發生變化，旅遊區旅遊功能喪失。

總體來說，旅遊廢棄物會通過多種渠道對人體健康造成危害。一是直接危害，廢棄物中含有豐富的蛋白質、脂類和糖類化合物，在常溫情況下，微生物分解有機物過程中產生NH3、H2S以及有害的碳化氫化合物氣體，具有明顯的惡臭和毒性，直接危害人體；二是間接危害，廢棄物堆是蚊、蠅、鼠、蟲孳生的場所，垃圾滲瀝液與超市地是成蚊產卵、幼蟲孳生與成蚊棲息地，各類病毒以及細菌會利用蚊、蠅、鼠、蟲等作為傳播媒介，在人類生活區中快速傳播；三是附著危害，廢棄物中的危害物質汙染空氣、土壤與水體，進而以空氣、土壤、水體、食物為媒體或是載體將附著的危害物侵入人體，使人受害。然而，遊客在進行旅遊活動時亂認垃圾，甚至導致在部分景區內的懸崖峭壁或位於高空的樹梢上均會有固體垃圾殘留，這對景區環衛工作造成極大的困難，環衛人員很難到達垃圾所處位置，且在清理過程中環衛工人的人身安全無法保證，進一步地增加了景區環衛工作的成本與風險。

技術實現要素：

本發明目的在於提供應用於環境保護的無人機，以解決景區特殊地段的固體垃圾清理難度大的問題。

本發明通過下述技術方案實現：

應用於環境保護的無人機，包括載機平臺，載機平臺上設有碳纖板，輔助攝像頭固定在碳纖板上，在所述碳纖板底部設有支杆，支杆上設置有第一連杆以及第二連杆，在所述第二連杆上鉸接設置有支臂，伸縮氣缸固定在第二連杆上，且所述伸縮氣缸輸出端與支臂鉸接，在所述支臂下段開有與之同軸的盲孔，且沿所述支臂軸向在外圓周壁上開有多個與盲孔連通的活動通孔，在所述活動通孔側壁上鉸接設置有棘爪，盲孔內設置有開閉氣缸，多個棘爪的上端端部均與所述開閉氣缸輸出端連接，在所述第二連杆上固定有與所述棘爪相對應的儲存桶。針對現有技術中各景區中部分特殊地段的固體垃圾清理難度大、需要耗費的人力物力高等問題，發明人利用無人機小巧輕便等特性，通過飛手的精準調控，使得無人機到達指定位置，如陡峭的懸崖或是樹叢頂部等，利用多個棘爪組成的抓取部對該點位處的固體廢棄物進行拾取，然後在收縮氣缸帶動下，將拾取的固體廢棄物轉移至存儲桶中，繼而實現景區內危險地段垃圾清理的目的，以降低人工拾取所引發安全事故的風險，同時節約景區環衛的成本。

具體使用時，載機平臺在飛手的控制下開始對景區各地段進行巡檢，在發現固體垃圾時，輔助攝像頭對固體垃圾所在位置進行實時記錄，以供飛手在拾取時提高操作精度；無人機懸停後，飛手開始拾取工作，通過調節伸縮氣缸，使得多個棘爪所構成的抓取部移動至固體垃圾所處位置，然後調節開閉氣缸，使得開閉氣缸輸出端向上回縮，而棘爪鉸接設置在活動通孔，在開閉氣缸輸出端的帶動下，多個棘爪的爪尖部分相支臂的軸線處合攏，直至固體垃圾被多個棘爪穩定夾持，再次調節伸縮氣缸，使得支臂在水平方向上發生位移，直至抓取部將固體垃圾攜帶至存儲桶內，開閉氣缸輸出端向下伸出，進而帶動多個棘爪解除對固體垃圾的夾持，則固體垃圾被暫存在存儲桶內，飛手繼續控制載機平臺進行巡檢，以方便進行下一次垃圾清理工作。其中，本裝置主要針對食品袋或是塑料瓶等景區常見的輕質垃圾，因此，將支杆、第一連杆、第二連杆、存儲桶以及支臂均採用輕質材料，以降低載機平臺的載荷，同時避免在進行垃圾拾取時載機平臺下方的載荷過大而導致拾取部發生擺動，提高載機平臺的飛行穩定性。通過無人機拾取替代人工拾取，大大減小在拾取過程中發生安全事故的可能性，並且，通過定點定位的巡檢拾取，景區的清理效率大大提高，同時降低了傳統人工拾取時的人數的要求，只需一個飛手，通過輔助攝像頭提供的實時影響，即能實現遠距離固體垃圾清理，降低景區維護的成本。

所述第一連杆與第二連杆對稱設置在所述支杆的兩側。由於拾取部為載機平臺下方的延伸部分，即拾取部導致載機平臺的整體體積增大，容易在空中發生較大幅度的擺動，因此，發明人將第一連杆與第二連杆對稱設置在支杆的兩側，使得拾取部在結構上保持一定的平衡，進而確保在固體垃圾拾取時載機平臺的穩定性，以提高垃圾拾取效率。

所述第一連杆與第二連杆之間形成一個夾角，所述夾角為70°～90°。進一步地，將第一連杆與第二連杆之間所形成的夾角範圍設置為70°～90°，以確保垃圾清理時拾取部自身的穩定，且當該夾角小於70°時，棘爪與存儲桶之間的間距過小，飛手需要進行多次的飛行調試才能對固體垃圾進行定位，即無法實現固體垃圾的快速拾取；當該夾角大於90°，棘爪與存儲桶之間的間距過大，會導致支臂在固體垃圾轉運至存儲桶內的過程中產生過大的擺動，以至於影響載機平臺整體的晃動。

還包括水平設置在支臂上的控制電機，所述控制電機輸出端分別與第一連杆、第二連杆連接。針對於樹叢冠部或是崎嶇的山頂、峭壁等垃圾遺留地段，固定連接的第一連杆與第二連杆無法滿足該複雜地形處的垃圾拾取，因此，發明人在支臂上水平設置控制電機，且控制電機的輸出端分別與第一連杆、第二連杆連接，並且，為進一步提高拾取部的靈活性，採用步進電機作為控制電機，即使得第一連杆與第二連杆可繞控制電機輸出端進行一定角度的圓周運動，增大了無人機在懸停時拾取部的覆蓋範圍，提高遠距離垃圾清理的工作效率。

多個所述活動通孔均勻分布在所述支杆的外圓周壁上。作為優選，活動通孔為棘爪配合開閉氣缸一併運動提供導向空間，將多個活動通孔均勻設置在支杆的外圓周壁上，使得多個棘爪構成的拾取部在對固體垃圾拾取時提供的夾持力分布均勻，以防止在固體垃圾轉運過程中意外掉落，避免出現二次汙染。

在所述儲存桶的外壁上開有多個通孔。作為優選，存儲桶的體積相對較大，在載機平臺的帶動飛行下受到的風阻較大，即容易導致載機平臺發生空中變向，增加了飛手的操作難度，發明人在存儲桶的外壁上開有多個通孔，以減小在空中飛行時無人機旋翼下洗風力的影響，確保無人機整體的飛行穩定性。

本發明與現有技術相比，具有如下的優點和有益效果：

1、本發明應用於環境保護的無人機，利用無人機小巧輕便等特性，通過飛手的精準調控，使得無人機到達指定位置，如陡峭的懸崖或是樹叢頂部等，利用多個棘爪組成的抓取部對該點位處的固體廢棄物進行拾取，然後在收縮氣缸帶動下，將拾取的固體廢棄物轉移至存儲桶中，繼而實現景區內危險地段垃圾清理的目的，以降低人工拾取所引發安全事故的風險，同時節約景區環衛的成本；

2、本發明應用於環境保護的無人機，將第一連杆與第二連杆對稱設置在支杆的兩側，使得拾取部在結構上保持一定的平衡，進而確保在固體垃圾拾取時載機平臺的穩定性，以提高垃圾拾取效率；

3、本發明應用於環境保護的無人機，為進一步提高拾取部的靈活性，採用步進電機作為控制電機，即使得第一連杆與第二連杆可繞控制電機輸出端進行一定角度的圓周運動，增大了無人機在懸停時拾取部的覆蓋範圍，提高遠距離垃圾清理的工作效率。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發明實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，並不構成對本發明實施例的限定。在附圖中：

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為支臂的結構示意圖。

附圖中標記及對應的零部件名稱：

1-載機平臺、2-輔助攝像頭、3-碳纖板、4-支杆、5-控制電機、6-存儲桶、7-支臂、71-開閉氣缸、72-盲孔、73-活動通孔、74-銷釘、8-伸縮氣缸、9-棘爪、10-第一連杆、11-第二連杆。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本發明作進一步的詳細說明，本發明的示意性實施方式及其說明僅用於解釋本發明，並不作為對本發明的限定。

實施例1

如圖1和圖2所示，本實施例包括載機平臺1，載機平臺1上設有碳纖板3，輔助攝像頭2固定在碳纖板3上，在所述碳纖板3底部設有支杆4，支杆4上設置有第一連杆10以及第二連杆11，在所述第二連杆11上鉸接設置有支臂7，伸縮氣缸8固定在第二連杆11上，且所述伸縮氣缸8輸出端與支臂7鉸接，在所述支臂7下段開有與之同軸的盲孔72，且沿所述支臂7軸向在外圓周壁上開有多個與盲孔72連通的活動通孔73，在所述活動通孔73側壁上鉸接設置有棘爪9，盲孔72內設置有開閉氣缸71，多個棘爪9的上端端部均與所述開閉氣缸71輸出端連接，在所述第二連杆11上固定有與所述棘爪9相對應的儲存桶。

具體使用時，載機平臺1在飛手的控制下開始對景區各地段進行巡檢，在發現固體垃圾時，輔助攝像頭2對固體垃圾所在位置進行實時記錄，以供飛手在拾取時提高操作精度；無人機懸停後，飛手開始拾取工作，通過調節伸縮氣缸8，使得多個棘爪9所構成的抓取部移動至固體垃圾所處位置，然後調節開閉氣缸71，使得開閉氣缸71輸出端向上回縮，而棘爪9鉸接設置在活動通孔73，在開閉氣缸71輸出端的帶動下，多個棘爪9的爪尖部分相支臂7的軸線處合攏，直至固體垃圾被多個棘爪9穩定夾持，再次調節伸縮氣缸8，使得支臂7在水平方向上發生位移，直至抓取部將固體垃圾攜帶至存儲桶6內，開閉氣缸71輸出端向下伸出，進而帶動多個棘爪9解除對固體垃圾的夾持，則固體垃圾被暫存在存儲桶6內，飛手繼續控制載機平臺1進行巡檢，以方便進行下一次垃圾清理工作。其中，本裝置主要針對食品袋或是塑料瓶等景區常見的輕質垃圾，因此，將支杆4、第一連杆10、第二連杆11、存儲桶6以及支臂7均採用輕質材料，以降低載機平臺1的載荷，同時避免在進行垃圾拾取時載機平臺1下方的載荷過大而導致拾取部發生擺動，提高載機平臺1的飛行穩定性。通過無人機拾取替代人工拾取，大大減小在拾取過程中發生安全事故的可能性，並且，通過定點定位的巡檢拾取，景區的清理效率大大提高，同時降低了傳統人工拾取時的人數的要求，只需一個飛手，通過輔助攝像頭2提供的實時影響，即能實現遠距離固體垃圾清理，降低景區維護的成本。

其中，所述第一連杆10與第二連杆11對稱設置在所述支杆4的兩側。由於拾取部為載機平臺1下方的延伸部分，即拾取部導致載機平臺1的整體體積增大，容易在空中發生較大幅度的擺動，因此，發明人將第一連杆10與第二連杆11對稱設置在支杆4的兩側，使得拾取部在結構上保持一定的平衡，進而確保在固體垃圾拾取時載機平臺1的穩定性，以提高垃圾拾取效率。

進一步地，將第一連杆10與第二連杆11之間所形成的夾角範圍設置為70°～90°，以確保垃圾清理時拾取部自身的穩定，且當該夾角小於70°時，棘爪9與存儲桶6之間的間距過小，飛手需要進行多次的飛行調試才能對固體垃圾進行定位，即無法實現固體垃圾的快速拾取；當該夾角大於90°，棘爪9與存儲桶6之間的間距過大，會導致支臂7在固體垃圾轉運至存儲桶6內的過程中產生過大的擺動，以至於影響載機平臺1整體的晃動。

本實施例還包括水平設置在支臂7上的控制電機5，所述控制電機5輸出端分別與第一連杆10、第二連杆11連接。針對於樹叢冠部或是崎嶇的山頂、峭壁等垃圾遺留地段，固定連接的第一連杆10與第二連杆11無法滿足該複雜地形處的垃圾拾取，因此，發明人在支臂7上水平設置控制電機5，且控制電機5的輸出端分別與第一連杆10、第二連杆11連接，並且，為進一步提高拾取部的靈活性，採用步進電機作為控制電機5，即使得第一連杆10與第二連杆11可繞控制電機5輸出端進行一定角度的圓周運動，增大了無人機在懸停時拾取部的覆蓋範圍，提高遠距離垃圾清理的工作效率。

作為優選，棘爪9通過銷釘74鉸接設置在活動通孔73內，且活動通孔73為棘爪9配合開閉氣缸71一併運動提供導向空間，將多個活動通孔73均勻設置在支杆4的外圓周壁上，使得多個棘爪9構成的拾取部在對固體垃圾拾取時提供的夾持力分布均勻，以防止在固體垃圾轉運過程中意外掉落，避免出現二次汙染。

作為優選，存儲桶6的體積相對較大，在載機平臺1的帶動飛行下受到的風阻較大，即容易導致載機平臺1發生空中變向，增加了飛手的操作難度，發明人在存儲桶6的外壁上開有多個通孔，以減小在空中飛行時無人機旋翼下洗風力的影響，確保無人機整體的飛行穩定性。

以上所述的具體實施方式，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施方式而已，並不用於限定本發明的保護範圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。