基于无人机的电磁式硬币清理装置设计

2021-03-03平华丽

中国设备工程 2021年4期

平华丽

（苏州工业园区工业技术学校，江苏苏州 215100）

在很多景点，经常会看到在建筑或雕像上会有一些硬币，这些硬币较多，并且有些具有一定的隐蔽性。传统的清理方式，无非是人工借助梯子、凳子等登高设备，手工清理。这种方式费时费力，效率极低，并有一定的危险性。而随着科技的发展，无人机技术的不断更新发展，越来越多地融入日常生产生活。本设计利用无人机作为载体，将具有升降功能的电磁铁安装在无人机上，实现安全、高效的清理工作。

1 组成结构

在本电磁式硬币清理装置的设计中，除了无人机，主要采用以下几个部件：云台相机、控制电路板、直流电机、滚轮和电磁吸铁。具体的结构安装如图1所示。

图1 结构示意图

（1）云台相机。采用云台相机的目的，主要是考虑到当无人机在飞行过程中，出现抖动不平稳导致影像最终呈现的视觉效果不清晰，使操作者不能准确地进行硬币的清理。

（2）控制电路板。本装置中采用如图2所示的控制电路板，由四个模块组成，分别是供电模块、控制模块、输入模块和输出模块。供电模块用于连接12V DC电源，此电源可直接利用机载动力电池（3S1P）；控制模块使用STM32微处理器，可以将系统输入的PWM波转换成开关量信号；输入模块，连接至无人机接收机上的四路PWM波；输出模块，经过STM32处理后的开关量信号与输入的四路PWM波一一对应。当某一路的PWM波形发生变化时，此时，对应的输出信号由断开变为闭合状态。此开关量信号，可以驱动负载（如电磁铁）工作，因此，实现了利用遥控器对机载负载的远程控制。

（3）直流电机。本装置选用型号为55ZYT01的永磁直流电动机。具体参数如表1所示。

（4）电磁吸铁。本装置选用直流电吸盘式电磁铁，该部件具有良好的温度稳定性及绝缘性，导电性能强。工作电压为直流12V，电流0.22A，功率1W，最大吸力为3kg。部件外型如图3所示，具体尺寸如表2所示。

表1 55ZYT01的永磁直流电动机参数表

表2 电磁吸铁结构尺寸

图2 控制电路板

图3 电磁吸铁

图4 电路原理图

2 工作原理

当电磁吸铁通电时，会产生电磁吸力，利用此吸力可拾取硬币。如图1所示，在无人机上安装有一台直流电机（由无人机上的动力电池供电），电机主轴上安装一个滚轮，滚轮上缠绕钢丝绳，钢丝绳牵引电磁吸铁。同时，设计一块无线电收发装置，在该装置上安装中间继电器KA1、KA2、KA3。电路原理图如图4所示。当无线电信号使得中间继电器KA1或KA2闭合时，可以带动直流电机正反转来控制电磁铁的上升及下降，当电磁铁接近硬币时，再使用无线电信号控制中间继电器KA3闭合，从而电磁吸铁得电吸起硬币。

3 实施方法

在清理景区建筑、雕像上掉落的硬币时，驾驶员操作无人机升空，借助无人机上安装的云台相机及地面影像接收装置，可以观测硬币掉落的位置。当无人机飞行至硬币上方时，按动地面上的无线电控制按钮S1，驱动电机正转，放下电磁铁。当电磁铁靠近硬币时，按动地面上的无线电控制按钮S3，电磁铁产生吸力，抓住硬币。抓取完硬币后，按动地面上的无线电控制按钮S2，驱动电机反转，收回电磁铁。等无人机落地后，按动地面上的无线电控制按钮S4，电磁铁吸力消失，硬币即可收回。