一種適用于無人機的機載氣象站裝置及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于無人機的機載氣象站裝置及其使用方法，無人機為中空式多旋翼無人機，裝置包括氣象站外殼體、氣象站基座、動力模塊、傳動模塊、控制模塊，氣象站外殼體固定在無人機中空位置，其內(nèi)壁兩側(cè)設有導軌；傳動模塊中的齒輪旋轉(zhuǎn)帶動齒條在導軌上滑動；氣象站基座兩端分別與齒條固定連接，上下兩側(cè)設有氣象監(jiān)測傳感器；控制模塊將采集的數(shù)據(jù)通過無線傳輸模塊實時返回到地面。作業(yè)時，無人機懸停，機載氣象站裝置調(diào)整齒條停在導軌上的不同位置，通過氣象監(jiān)測傳感器最終得到無人機機身垂直空間不同高度的氣象參數(shù)。本發(fā)明能減小無人機飛行形成的風場對于氣象站測得數(shù)據(jù)的影響，具有監(jiān)測精度高，操作簡便靈活的特點。
【專利說明】
一種適用于無人機的機載氣象站裝置及其使用方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及氣象監(jiān)測研究領域，特別涉及一種適用于無人機的機載氣象站裝置及其使用方法。
【背景技術】
[0002]氣象對于人類生活及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著重要的影響，氣象站是監(jiān)測氣象條件的主要裝置，現(xiàn)如今氣象站大都固定在地面上，只能監(jiān)測到地面附近的一些氣象數(shù)據(jù)，不能監(jiān)測高空位置的氣象數(shù)據(jù)。而載人固定翼飛機雖可以采集高空氣象數(shù)據(jù)，但存在成本高、采集時間短、航跡規(guī)劃困難、采集數(shù)據(jù)種類少、惡劣天氣下機組人員危險性較高等缺點。
[0003]近年來，無人機因其便捷高效的優(yōu)點正得到越來越多的關注。無人機可以搭載多種平臺進行各種不同作業(yè)，采用無人機進行氣象監(jiān)測正成為一個研究熱點。但在實際應用中，受無人機自身旋翼風場的影響，監(jiān)測結(jié)果并不盡如人意。為克服上述缺點，設計一種適用于無人機的機載氣象站裝置具有重要的應用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了克服目前現(xiàn)有技術存在的不足，提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、合理，能有效監(jiān)測高空氣象條件的適用于無人機的機載氣象站裝置;同時還提供了上述裝置的使用方法。
[0005]本發(fā)明的目的通過以下的技術方案實現(xiàn):一種適用于無人機的機載氣象站裝置，所述無人機為中空式多旋翼無人機，所述機載氣象站裝置包括氣象站外殼體、氣象站基座、動力模塊、傳動模塊、控制模塊，所述氣象站外殼體固定在無人機中空位置，其內(nèi)壁兩側(cè)設有導軌;所述傳動模塊包括齒輪、齒條，齒輪固定于氣象站外殼體內(nèi)壁且與動力模塊連接，每根導軌上設有一個滑塊，所述齒條固定在滑塊上，每根齒條分別和齒輪嚙合，通過齒輪的旋轉(zhuǎn)帶動齒條在所述導軌上滑動;所述氣象站基座內(nèi)部中空，用于放置控制模塊，氣象站基座兩端分別與兩側(cè)導軌上的齒條固定連接，氣象站基座的上下兩側(cè)設有氣象監(jiān)測傳感器；所述控制模塊包括數(shù)據(jù)采集裝置、處理器和無線傳輸模塊，數(shù)據(jù)采集裝置與氣象監(jiān)測傳感器相連，將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到處理器，然后處理器將數(shù)據(jù)通過無線傳輸模塊實時返回到地面。本發(fā)明通過設置傳動模塊，可以調(diào)整氣象站基座上各個氣象監(jiān)測傳感器與無人機旋翼的距離，從而減小無人機飛行形成的風場對于氣象站測得數(shù)據(jù)的影響，具有監(jiān)測精度高，操作簡便靈活的特點。
[0006]優(yōu)選的，所述動力模塊為安裝在氣象站外殼體外壁上的舵機，舵機有若干個。
[0007]優(yōu)選的，所述氣象站基座的上下兩側(cè)各設有一個百葉窗，氣象監(jiān)測傳感器內(nèi)置其中。這里的氣象監(jiān)測傳感器包括氣溫、氣濕、氣壓、氣體傳感器等，通過設置百葉窗可起到保護傳感器的作用。
[0008]優(yōu)選的，所述齒條兩端無齒型。因此與齒輪不產(chǎn)生嚙合，在進行上下滑動時可形成自鎖，防止裝置滑脫。
[0009]優(yōu)選的，所述氣象站基座兩端通過兩根橫向的支撐桿件與齒條相連接。
[0010]更進一步的，所述支撐桿件采用碳纖維管。
[0011]優(yōu)選的，所述氣象站基座的上下兩側(cè)還設有若干個傳感器模塊化安裝支架，支架上設有用于安裝模塊化傳感器的位置。從而可依據(jù)不同需求安裝不同的模塊化傳感器。
[0012]更進一步的，所述氣象站基座的上下兩側(cè)還設有若干個外伸長桿，與傳感器模塊化安裝支架中央位置的配合孔配合，通過銷進行固定連接;所述外伸長桿頂端安裝有三向風速傳感器、風向傳感器。
[0013]優(yōu)選的，所述無人機中空的結(jié)構(gòu)形狀為方形、圓形、橢圓形中的任意一種，中空位置下部設有固定架，所述氣象站殼體固定在該固定架上，無人機包括機身，以及若干個旋翼電機、旋翼和支撐臂，所述旋翼安裝于旋翼電機的轉(zhuǎn)軸上，所述旋翼電機安裝于支撐臂的一端，所述支撐臂的另一端固定在機身上;所述旋翼電機沿機身的對角線對稱分布。無人機中旋翼電機、旋翼和支撐臂的數(shù)量可根據(jù)實際情況的需要決定，如6個或8個等。
[0014]—種上述機載氣象站裝置的使用方法，包括步驟:作業(yè)時，無人機懸停，機載氣象站裝置根據(jù)需求調(diào)整齒條停在導軌上的不同位置，在每一個位置處，氣象站基座上各個氣象監(jiān)測傳感器均進行氣象參數(shù)的采集，最終得到無人機機身垂直空間不同高度的氣象參數(shù)，控制模塊將采集的氣象參數(shù)通過無線傳輸方式實時返回地面。
[0015]具體的，所述使用方法包括步驟:
[0016]a、依據(jù)實際測量任務將相應傳感器安裝到機載氣象站裝置上，調(diào)節(jié)外伸長桿長度；
[0017]b、初始時機載氣象站裝置收縮于無人機中空部位，待無人機飛抵作業(yè)區(qū)域后，保證飛機平穩(wěn)，懸停；
[0018]C、動力模塊和傳動模塊開始工作，氣象站基座沿導軌向下方移動至齒條極限長度；
[0019]d、各傳感器開始工作，隨后數(shù)據(jù)采集裝置將采集的氣象數(shù)據(jù)傳送給處理器，處理器通過無線傳輸模塊將信息實時返回地面；
[0020]e、氣象站基座開始緩慢沿導軌向上方移動，移動一定距離后停止，重復步驟d;
[0021]f、重復步驟e，直至氣象站基座沿導軌移動到上方齒條的極限長度；
[0022]g、完成上述步驟后，無人機結(jié)束懸停，飛至作業(yè)區(qū)域內(nèi)的其他氣象采集位置重復步驟b至步驟f;
[0023]h、完成所有氣象數(shù)據(jù)采集作業(yè)后，將機載氣象站裝置重新收回無人機中空部位，無人機返航。
[0024]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點和有益效果:
[0025]1、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，采用無人機調(diào)度方便、成本低，可以垂直測量，針對突發(fā)監(jiān)測任務可及時應對，不受地形地貌影響，測量數(shù)據(jù)及時無線回傳，具有很高的實時性。
[0026]2、本發(fā)明人機分離，無人機可在較危險的、污染嚴重的、有毒有害的環(huán)境中工作，無需機組人員的損耗，且能夠較容易獲得其他方式很難獲取的氣象數(shù)據(jù)。
[0027]3、本發(fā)明監(jiān)測作業(yè)平臺搭載靈活，可根據(jù)不同需求搭載不同的儀器設備，且作業(yè)平臺具有可回收性和重復利用性。
[0028]4、本發(fā)明監(jiān)測作業(yè)時無人機懸停，可有效的測得無人機機身垂直空間不同高度的氣象參數(shù)；同時還可以通過裝置的升高有效隔離飛行器形成的風場對于氣象站測得數(shù)據(jù)的影響，具有監(jiān)測精度高，操作簡便靈活的特點。
【附圖說明】
[0029]圖1是作業(yè)前機載氣象站裝置處于初始狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖2是作業(yè)時機載氣象站裝置伸長于無人機下方的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖3是作業(yè)時機載氣象站裝置伸長于無人機上方的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖4是不包括無人機時本實施例所述機載氣象站裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0034]如圖1至圖3所示的一種適用于無人機的機載氣象站裝置，所述無人機為中空式多旋翼無人機，所述機載氣象站裝置包括氣象站外殼體21、氣象站基座24、動力模塊、傳動模塊、控制模塊、百葉窗25、傳感器模塊化安裝支架26、模塊化傳感器261、外伸長桿27和固定架。氣象站外殼體21通過固定架安裝于無人機中空部位。所述氣象站基座24位于機載氣象站裝置中部，與氣象站外殼體21內(nèi)壁相連接。所述百葉窗25、傳感器模塊化安裝支架26均安裝于氣象站基座24的上下兩側(cè)，所述外伸長桿27位于氣象站裝置上下兩端最外側(cè)。所述控制模塊包括數(shù)據(jù)采集裝置231、處理器232和無線傳輸模塊，數(shù)據(jù)采集裝置231與氣象監(jiān)測傳感器相連，將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到處理器232，然后處理器232將數(shù)據(jù)通過無線傳輸模塊實時返回到地面。
[0035]所述無人機中空的結(jié)構(gòu)形狀可以為方形、圓形、橢圓形中的任意一種。本發(fā)明優(yōu)選方形同時中空位置下部有固定架。所述無人機包括機身11、4個旋翼電機12、4個旋翼13和4個支撐臂14，所述旋翼13安裝于旋翼電機12的轉(zhuǎn)軸，所述旋翼電機12安裝于支撐臂14的一端，所述支撐臂14的另一端固定于機身U。所述旋翼電機12沿機身11的對角線對稱分布。飛行器中旋翼電機12、旋翼13和支撐臂14的數(shù)量可根據(jù)實際情況的需要決定，如6個或8個等。
[0036]所述機載氣象站外殼體21，形狀近似為“口”字形，殼體外壁上安裝有動力模塊，內(nèi)壁兩側(cè)設有導軌。所述動力模塊為安裝在氣象站外殼體外壁上的舵機2211，舵機2211數(shù)量為4個。本發(fā)明中可采用遙控或自動控制的控制方式控制旋翼電機12和舵機2211的動作。
[0037]傳動模塊包括齒條2222和齒輪2221，齒輪2221數(shù)量為4個，固定于氣象站外殼體內(nèi)壁且與動力模塊連接，每根導軌上設有一個滑塊，所述齒條2222數(shù)量為2個，固定在滑塊上，每根齒條分別和兩個齒輪嚙合，通過齒輪2221的旋轉(zhuǎn)帶動齒條2222在所述導軌2223上滑動。所述導軌2223軌道采用油潤滑。齒條2222兩端無齒型，與齒輪2221不產(chǎn)生嚙合，可形成自鎖，防止裝置滑脫。
[0038]所述氣象站基座24內(nèi)部中空，用于放置控制模塊，氣象站基座24兩端通過兩根橫向的支撐桿件241與齒條相連接，支撐桿件241采用強度較高的碳纖維管。氣象站基座24的上下兩側(cè)設有百葉窗25、傳感器模塊化安裝支架26。所述百葉窗25為圓柱形，數(shù)量為2個，在氣象站基座24上下對稱布置，內(nèi)置氣溫、氣濕、氣壓、氣體傳感器等。所述傳感器模塊化安裝支架26，數(shù)量為2個，設有8個安裝位置，可依據(jù)不同需求安裝不同的模塊化傳感器261安裝，同時支架中央位置有配合孔與外伸長桿27孔軸配合。
[0039]所述外伸長桿27為圓柱桿，長度可根據(jù)需求調(diào)節(jié)，與傳感器模塊化安裝支架26中央位置的配合孔配合，通過銷273進行固定連接，外伸長桿27頂端安裝有三向風速傳感器271、風向傳感器272。
[0040]本實施例基于上述適用于無人機的機載氣象站裝置的使用方法，包括以下步驟:
[0041]a、依據(jù)實際測量任務將相應傳感器安裝到機載氣象站裝置上，調(diào)節(jié)外伸長桿長度；
[0042]b、初始時機載氣象站裝置收縮于無人機中空部位，待無人機飛抵作業(yè)區(qū)域后，保證飛機平穩(wěn)，懸停；
[0043]C、動力模塊和傳動模塊開始工作，氣象站基座沿導軌向下方移動至齒條極限長度；
[0044]d、各傳感器開始工作，隨后數(shù)據(jù)采集裝置將采集的氣象數(shù)據(jù)傳送給處理器，處理器通過無線傳輸模塊將信息實時返回地面；
[0045]e、氣象站基座開始緩慢沿導軌向上方移動，移動一定距離后停止，重復步驟d;
[0046]f、重復步驟e，直至氣象站基座沿導軌移動到上方齒條的極限長度；
[0047]g、完成上述步驟后，無人機結(jié)束懸停，飛至作業(yè)區(qū)域內(nèi)的其他氣象采集位置重復步驟b至步驟f;
[0048]h、完成所有氣象數(shù)據(jù)采集作業(yè)后，將機載氣象站裝置重新收回無人機中空部位，無人機返航。
[0049]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種適用于無人機的機載氣象站裝置，所述無人機為中空式多旋翼無人機，其特征在于，所述機載氣象站裝置包括氣象站外殼體、氣象站基座、動力模塊、傳動模塊、控制模塊，所述氣象站外殼體固定在無人機中空位置，其內(nèi)壁兩側(cè)設有導軌;所述傳動模塊包括齒輪、齒條，齒輪固定于氣象站外殼體內(nèi)壁且與動力模塊連接，每根導軌上設有一個滑塊，所述齒條固定在滑塊上，每根齒條分別和齒輪嚙合，通過齒輪的旋轉(zhuǎn)帶動齒條在所述導軌上滑動;所述氣象站基座內(nèi)部中空，用于放置控制模塊，氣象站基座兩端分別與兩側(cè)導軌上的齒條固定連接，氣象站基座的上下兩側(cè)設有氣象監(jiān)測傳感器;所述控制模塊包括數(shù)據(jù)采集裝置、處理器和無線傳輸模塊，數(shù)據(jù)采集裝置與氣象監(jiān)測傳感器相連，將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到處理器，然后處理器將數(shù)據(jù)通過無線傳輸模塊實時返回到地面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機載氣象站裝置，其特征在于，所述氣象站基座的上下兩側(cè)各設有一個百葉窗，氣象監(jiān)測傳感器內(nèi)置其中。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機載氣象站裝置，其特征在于，所述齒條兩端無齒型。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機載氣象站裝置，其特征在于，所述氣象站基座兩端通過兩根橫向的支撐桿件與齒條相連接。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的機載氣象站裝置，其特征在于，所述支撐桿件采用碳纖維管。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機載氣象站裝置，其特征在于，所述氣象站基座的上下兩側(cè)還設有若干個傳感器模塊化安裝支架，支架上設有用于安裝模塊化傳感器的位置。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的機載氣象站裝置，其特征在于，所述氣象站基座的上下兩側(cè)還設有若干個外伸長桿，與傳感器模塊化安裝支架中央位置的配合孔配合，通過銷進行固定連接;所述外伸長桿頂端安裝有三向風速傳感器、風向傳感器。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機載氣象站裝置，其特征在于，所述無人機中空的結(jié)構(gòu)形狀為方形、圓形、橢圓形中的任意一種，中空位置下部設有固定架，所述氣象站殼體固定在該固定架上，無人機包括機身，以及若干個旋翼電機、旋翼和支撐臂，所述旋翼安裝于旋翼電機的轉(zhuǎn)軸上，所述旋翼電機安裝于支撐臂的一端，所述支撐臂的另一端固定在機身上;所述旋翼電機沿機身的對角線對稱分布； 所述動力模塊為安裝在氣象站外殼體外壁上的舵機，舵機有若干個。9.一種權(quán)利要求1-8任一項所述機載氣象站裝置的使用方法，其特征在于，包括步驟:作業(yè)時，無人機懸停，機載氣象站裝置根據(jù)需求調(diào)整齒條停在導軌上的不同位置，在每一個位置處，氣象站基座上各個氣象監(jiān)測傳感器均進行氣象參數(shù)的采集，最終得到無人機機身垂直空間不同高度的氣象參數(shù)，控制模塊將采集的氣象參數(shù)通過無線傳輸方式實時返回地面。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的使用方法，其特征在于，包括步驟: a、依據(jù)實際測量任務將相應傳感器安裝到機載氣象站裝置上，調(diào)節(jié)外伸長桿長度； b、初始時機載氣象站裝置收縮于無人機中空部位，待無人機飛抵作業(yè)區(qū)域后，保證飛機平穩(wěn)，懸停； c、動力模塊和傳動模塊開始工作，氣象站基座沿導軌向下方移動至齒條極限長度； d、各傳感器開始工作，隨后數(shù)據(jù)采集裝置將采集的氣象數(shù)據(jù)傳送給處理器，處理器通過無線傳輸模塊將信息實時返回地面； e、氣象站基座開始緩慢沿導軌向上方移動，移動一定距離后停止，重復步驟d; f、重復步驟e，直至氣象站基座沿導軌移動到上方齒條的極限長度； g、完成上述步驟后，無人機結(jié)束懸停，飛至作業(yè)區(qū)域內(nèi)的其他氣象采集位置重復步驟b至步驟f; h、完成所有氣象數(shù)據(jù)采集作業(yè)后，將機載氣象站裝置重新收回無人機中空部位，無人機返航。
【文檔編號】G01W1/08GK105891908SQ201610247161
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月19日
【發(fā)明人】蘭玉彬, 姚偉祥, 李繼宇, 呂建秋, 陳盛德, 黃聰, 劉琪, 彭謹, 張海艷
【申請人】華南農(nóng)業(yè)大學