平華麗

（蘇州工業(yè)園區(qū)工業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 蘇州 215100）

在很多景點(diǎn)，經(jīng)常會(huì)看到在建筑或雕像上會(huì)有一些硬幣，這些硬幣較多，并且有些具有一定的隱蔽性。傳統(tǒng)的清理方式，無(wú)非是人工借助梯子、凳子等登高設(shè)備，手工清理。這種方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率極低，并有一定的危險(xiǎn)性。而隨著科技的發(fā)展，無(wú)人機(jī)技術(shù)的不斷更新發(fā)展，越來(lái)越多地融入日常生產(chǎn)生活。本設(shè)計(jì)利用無(wú)人機(jī)作為載體，將具有升降功能的電磁鐵安裝在無(wú)人機(jī)上，實(shí)現(xiàn)安全、高效的清理工作。

1 組成結(jié)構(gòu)

在本電磁式硬幣清理裝置的設(shè)計(jì)中，除了無(wú)人機(jī)，主要采用以下幾個(gè)部件：云臺(tái)相機(jī)、控制電路板、直流電機(jī)、滾輪和電磁吸鐵。具體的結(jié)構(gòu)安裝如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)示意圖

（1）云臺(tái)相機(jī)。采用云臺(tái)相機(jī)的目的，主要是考慮到當(dāng)無(wú)人機(jī)在飛行過(guò)程中，出現(xiàn)抖動(dòng)不平穩(wěn)導(dǎo)致影像最終呈現(xiàn)的視覺(jué)效果不清晰，使操作者不能準(zhǔn)確地進(jìn)行硬幣的清理。

（2）控制電路板。本裝置中采用如圖2所示的控制電路板，由四個(gè)模塊組成，分別是供電模塊、控制模塊、輸入模塊和輸出模塊。供電模塊用于連接12V DC電源，此電源可直接利用機(jī)載動(dòng)力電池（3S1P）； 控制模塊使用STM32微處理器，可以將系統(tǒng)輸入的PWM波轉(zhuǎn)換成開(kāi)關(guān)量信號(hào)；輸入模塊，連接至無(wú)人機(jī)接收機(jī)上的四路PWM波；輸出模塊，經(jīng)過(guò)STM32處理后的開(kāi)關(guān)量信號(hào)與輸入的四路PWM波一一對(duì)應(yīng)。當(dāng)某一路的PWM波形發(fā)生變化時(shí)，此時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)由斷開(kāi)變?yōu)殚]合狀態(tài)。此開(kāi)關(guān)量信號(hào)，可以驅(qū)動(dòng)負(fù)載（如電磁鐵）工作，因此，實(shí)現(xiàn)了利用遙控器對(duì)機(jī)載負(fù)載的遠(yuǎn)程控制。

（3）直流電機(jī)。本裝置選用型號(hào)為55ZYT01的永磁直流電動(dòng)機(jī)。具體參數(shù)如表1所示。

（4）電磁吸鐵。本裝置選用直流電吸盤(pán)式電磁鐵，該部件具有良好的溫度穩(wěn)定性及絕緣性，導(dǎo)電性能強(qiáng)。工作電壓為直流12V，電流0.22A，功率1W，最大吸力為3kg。部件外型如圖3所示，具體尺寸如表2所示。

表1 55ZYT01的永磁直流電動(dòng)機(jī)參數(shù)表

表2 電磁吸鐵結(jié)構(gòu)尺寸

圖2 控制電路板

圖3 電磁吸鐵

圖4 電路原理圖

2 工作原理

當(dāng)電磁吸鐵通電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電磁吸力，利用此吸力可拾取硬幣。如圖1所示，在無(wú)人機(jī)上安裝有一臺(tái)直流電機(jī)（由無(wú)人機(jī)上的動(dòng)力電池供電），電機(jī)主軸上安裝一個(gè)滾輪，滾輪上纏繞鋼絲繩，鋼絲繩牽引電磁吸鐵。同時(shí)，設(shè)計(jì)一塊無(wú)線電收發(fā)裝置，在該裝置上安裝中間繼電器KA1、KA2、KA3。電路原理圖如圖4所示。當(dāng)無(wú)線電信號(hào)使得中間繼電器KA1或KA2閉合時(shí)，可以帶動(dòng)直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)來(lái)控制電磁鐵的上升及下降，當(dāng)電磁鐵接近硬幣時(shí)，再使用無(wú)線電信號(hào)控制中間繼電器KA3閉合，從而電磁吸鐵得電吸起硬幣。

3 實(shí)施方法

在清理景區(qū)建筑、雕像上掉落的硬幣時(shí)，駕駛員操作無(wú)人機(jī)升空，借助無(wú)人機(jī)上安裝的云臺(tái)相機(jī)及地面影像接收裝置，可以觀測(cè)硬幣掉落的位置。當(dāng)無(wú)人機(jī)飛行至硬幣上方時(shí)，按動(dòng)地面上的無(wú)線電控制按鈕S1，驅(qū)動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)，放下電磁鐵。當(dāng)電磁鐵靠近硬幣時(shí)，按動(dòng)地面上的無(wú)線電控制按鈕S3，電磁鐵產(chǎn)生吸力，抓住硬幣。抓取完硬幣后，按動(dòng)地面上的無(wú)線電控制按鈕S2，驅(qū)動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)，收回電磁鐵。等無(wú)人機(jī)落地后，按動(dòng)地面上的無(wú)線電控制按鈕S4，電磁鐵吸力消失，硬幣即可收回。

4 結(jié)語(yǔ)

本文完成了設(shè)計(jì)和研究以無(wú)人機(jī)為載體的電磁式硬幣清理裝置，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工作原理以及實(shí)施方法。這對(duì)研究以無(wú)人機(jī)為載體的其他裝置提供了理論依據(jù)。