無人機的機翼制造技術

一種適合于圖像采集、監視或其它應用的無人機(400)的單翼由肋形框架(100)和泡沫(200)組成，考慮到剛度和強度，在模塑期間在泡沫(200)中集成肋形框架(100)。泡沫(200)具有容納電氣和/或電子組件的容器(301,302,303)。泡沫(200)在撞擊側(204,205,206)，構成所述無人機(400)的外層。所述機翼能夠大批量地低成本并且低復雜性地生產，增大當用在民用領域時的抗沖擊性和安全性，并且可拆卸和隨意處理，從而能夠實現電氣和/或電子組件的重新使用。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術總體上涉及用于圖像采集應用，比如數字地形建模，即，用于諸如礦山之類的基礎設施規劃，諸如貧礦床之類的大型礦床的儲量計算，城建規劃，土地復墾或農業產業中的植被監測等的地形圖的數字制作的無人機。具有按照本專利技術的機翼的無人機也可用于其它應用，比如實時監視。本專利技術尤其涉及用于這種無人機的安全、抗沖擊并且可隨意處理的機翼的高效生產。
技術介紹
對于各種應用中的規劃和決策來說必不可少的地形數據可人工通過利用全球定位系統(GPS)收發器，攝影測繪術，地形掃描儀，LIDAR技術的現場測量來收集，或者可通過利用小型無人機系統(UAS)的機載高分辨率數字照相機的圖像采集來收集。通常，需要具有分米精度或更高精度的網格密度。 盡管存在限制，不過地面勘測目前仍然是收集待模擬的地形的高程數據的常見方法。利用現有的GPS技術，地面勘測員一天能夠測量數十個點或者甚至數百個點。不過，這種人工的現場勘測要求人類可以接近的地形，從而可能危險。勘測員的在場可能與正在進行的操作沖突，和/或由于地形的性質，例如，礦區、施工區、存在由爆炸引起的倒塌建筑物的地帶等，勘測員可能處于危險之中。由于可測量點的數目天生受限，因此利用地面地形勘測可獲得的分辨率有限。分辨率或細節層次只能通過增加人工測量來增大。當工程需要測量數千個點或者更多的點時，這些人工測量一般碰到可量測性的邊界。數據采集工作量隨預期的分辨率，以及隨勘測的區域的大小而線性增大。結果，在許多情況下，人工現場勘測變得費用太高和太費時。LIDAR或者說光探測和測距是測量散射光的性質，以便得到遠程目標的距離的光學遙感技術。地面LIDAR技術，例如，固定掃描儀或移動掃描儀束縛于和地面勘測員相同的限制。此外，歸因于捕捉數據的角度，用于數字地形建模的圖像提取相當困難。利用飛機或直升機作為移動平臺，LIDAR允許3D地形測繪。對諸如精確的慣性導航系統之類的貴重設備的需求，以及所述設備在飛機中的集成限制了 LIDAR的適用性和市場占有率。如上所述，人工現場測量的備選方案在于利用裝備高分辨率照相機的無人機系統(UAS)的圖像采集。這種無人機能夠掃描預定的區域，并實時傳送拍攝的圖像(例如監視的情況下)，或者本地保存拍攝的圖像，以便以后處理。從起飛到著陸，可以完全自動地進行飛行。無人機一般具有100-300米的飛行高度，一般具有幾平方公里的作用范圍，具有能夠利用分米分辨率模擬地形的機載數字照相機。結果，在例如30分鐘的單次飛行期中，無人機可收集數十萬個測量點的數據。無人機通過平行掃描和連續交疊的照相機拍攝，掃描必須被建模的地形。地面控制站能夠監測飛行，最后還進行遠程圖像質量檢查。在地形測圖的情況下，收集的數據是標有拍攝照片的相應位置的GPS坐標的一組照片。照片的數目顯然取決于地形的大小和要求的分辨率。用于圖像采集應用的小型無人機的設計人員要解決的技術問題是考慮到批量生產的大小和重量，堅固性，氣候和風敏感度，抗沖擊性，壽命，成本和復雜性。用于遠程圖像采集的現有無人機是Air Robotics的Airborne VehicleSystem(AVS)。從2009年8月5日起,在各種新聞稿中記述和描繪了 AVS。可通過以下URL,從因特網檢索到這些新聞稿http://airrobotics. wordpress. com/AVS可以攜帶光電、紅外和化學傳感器，為監視和偵查應用提供某個區域的實時圖像。為了使AVS耐沖擊,Air Robotics開發了用重量輕的能量耗散材料制成的機身和尾翼組。如2009年8月7日的新聞稿舉例所示，AVS由剪裁(即，無模施工方法)的泡沫芯和保護板或保護層組成。重量輕的泡沫使AVS能夠攜帶更重的有效負載，而免于墜落。由于幾個原因,Air Robotics的AVS存在缺陷。首先,如Air Robotics的無模施工方法中要求的，剪裁泡沫芯需要費時的人工生產步驟。換句話說，不能大批量地高效制造Air Robotics的AVS。特別地，覆蓋AVS的泡沫芯的保護板或保護層的應用是使制造過程復雜的費時步驟。此外，當在民用領域中使用時，這種層疊或保護遮蓋物使AVS不安全。雖然Airborne的無人機看來通過了撞毀測試，不過在墜落的情況下，被AVS擊中的人、動物或物體會由于堅硬外層的碰撞而不能幸存，或者至少嚴重受傷。此外，Airborne的層疊泡沫芯不允許回收內部的昂貴電子設備，例如，高分辨率數字照相機、電池等。機翼的壽命預期局限于數十次飛行，例如20-50次飛行，然而無人機攜帶的昂貴電子設備一般具有至少10倍于此的壽命。由于電池可被重新充電超過1000次，數字照相機具有超過幾千小時工作時間的耐用期，而控制電子設備具有10000小時或者更長的壽命，因此用于圖像采集應用的無人機內的電子設備目前能夠安全地經受住數百次，甚至可能數千次的飛行。總之，Air Robotics的AVS既復雜又制造費用高,在民用環境中不能安全地使用，并且不允許回收內部的昂貴電子設備，以便重新使用(只要所述電子設備的壽命允許的話)。2004年7月22日公布的佛羅里達大學的PCT專利申請WO 2004/060743,“Bendable Wing for Micro Air Vehicle”描述另一種用于設計成裝備有供軍用圖像采集之用的靜態畫幅照相機和攝像機的無人機的機翼。如WO 2004/060743的圖I圖解所示，該機翼由被覆蓋一層或一片彈性材料，比如膠乳的肋形支承結構組成。這樣，該機翼被設計成抵抗飛行期間的向上撓曲，并且可按照飛機可被存放在軍事人員攜帶的緊湊的圓柱形體積中，例如存放在他們的背包中的方式向下彎曲。正如Air Robotics的AVS—樣，WO 2004/060743的機翼復雜，難以制造。支承結構的每根肋條必須描述飛機的準確形狀，于是必須人工生產。雖然基于該機翼的無人機可以折疊，不過它不耐沖擊，并且對在民用環境中應用來說也不安全。薄的膠乳層或者替代的彈性層不能保護被墜落的飛機擊中的人或任何其它物體免受嚴重傷害。此外，該機翼不能容易地取下，從而取回飛機內的昂貴電子組件，以便重新使用。美國專利申請US 2004/0195438描述一種用發泡聚丙烯(EPP)制造的輕型、抗沖擊的飛翼玩具。通過嵌入EPP翼內的一個或多個翼梁軸，例如，安裝在翼內的細長的翼加強梁20，增大機身剛度。US 2004/0195438的飛翼玩具相當復雜，難以制造。一般來說，在費時并且勞動密集的無模步驟中，從EPP芯剪裁機翼。之后，如在US 2004/0195438的段落中所述，在EPP翼中鉆出多個小孔，以便能夠安裝加強梁20。鉆孔和梁的安裝構成使飛翼玩具的批量生產復雜的額外步驟。在EPP中鉆孔和使梁穿過小孔的另一個缺陷在于EPP顆粒和梁之間不可避免地缺乏附著力。結果，梁能夠回轉或者旋轉，導致飛翼玩具的強度、剛性和扭轉剛度不是最佳。另外注意，US 2004/0195438的飛翼玩具不適合于圖像采集或監視應用。它沒有容納圖像采集或監視電子設備的容器，于是生性更輕，從而不受可與用于圖像采集和監視應用的無人機面臨的那些約束比較的安全性和抗沖擊性約束。這種飛翼玩具不適合于圖像采集或監視應用的事實的另一種后果在于US2004/0195438的飛翼玩具未本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：M·M·范斯貝布魯克，P·H·科斯恩，M·W·范登布魯克，
申請(專利權)人：加特溫股份有限公司，
類型：
國別省市：