基于無人機的電磁式硬幣清理裝置設計

平華麗

（蘇州工業園區工業技術學校，江蘇 蘇州 215100）

在很多景點，經常會看到在建筑或雕像上會有一些硬幣，這些硬幣較多，并且有些具有一定的隱蔽性。傳統的清理方式，無非是人工借助梯子、凳子等登高設備，手工清理。這種方式費時費力，效率極低，并有一定的危險性。而隨著科技的發展，無人機技術的不斷更新發展，越來越多地融入日常生產生活。本設計利用無人機作為載體，將具有升降功能的電磁鐵安裝在無人機上，實現安全、高效的清理工作。

1 組成結構

在本電磁式硬幣清理裝置的設計中，除了無人機，主要采用以下幾個部件：云臺相機、控制電路板、直流電機、滾輪和電磁吸鐵。具體的結構安裝如圖1所示。

圖1 結構示意圖

（1）云臺相機。采用云臺相機的目的，主要是考慮到當無人機在飛行過程中，出現抖動不平穩導致影像最終呈現的視覺效果不清晰，使操作者不能準確地進行硬幣的清理。

（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載動力電池（3S1P）； 控制模塊使用STM32微處理器，可以將系統輸入的PWM波轉換成開關量信號；輸入模塊，連接至無人機接收機上的四路PWM波；輸出模塊，經過STM32處理后的開關量信號與輸入的四路PWM波一一對應。當某一路的PWM波形發生變化時，此時，對應的輸出信號由斷開變為閉合狀態。此開關量信號，可以驅動負載（如電磁鐵）工作，因此，實現了利用遙控器對機載負載的遠程控制。

（3）直流電機。本裝置選用型號為55ZYT01的永磁直流電動機。具體參數如表1所示。

（4）電磁吸鐵。本裝置選用直流電吸盤式電磁鐵，該部件具有良好的溫度穩定性及絕緣性，導電性能強。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的永磁直流電動機參數表

表2 電磁吸鐵結構尺寸

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

當電磁吸鐵通電時，會產生電磁吸力，利用此吸力可拾取硬幣。如圖1所示，在無人機上安裝有一臺直流電機（由無人機上的動力電池供電），電機主軸上安裝一個滾輪，滾輪上纏繞鋼絲繩，鋼絲繩牽引電磁吸鐵。同時，設計一塊無線電收發裝置，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。當無線電信號使得中間繼電器KA1或KA2閉合時，可以帶動直流電機正反轉來控制電磁鐵的上升及下降，當電磁鐵接近硬幣時，再使用無線電信號控制中間繼電器KA3閉合，從而電磁吸鐵得電吸起硬幣。

3 實施方法

在清理景區建筑、雕像上掉落的硬幣時，駕駛員操作無人機升空，借助無人機上安裝的云臺相機及地面影像接收裝置，可以觀測硬幣掉落的位置。當無人機飛行至硬幣上方時，按動地面上的無線電控制按鈕S1，驅動電機正轉，放下電磁鐵。當電磁鐵靠近硬幣時，按動地面上的無線電控制按鈕S3，電磁鐵產生吸力，抓住硬幣。抓取完硬幣后，按動地面上的無線電控制按鈕S2，驅動電機反轉，收回電磁鐵。等無人機落地后，按動地面上的無線電控制按鈕S4，電磁鐵吸力消失，硬幣即可收回。

4 結語

本文完成了設計和研究以無人機為載體的電磁式硬幣清理裝置，包括結構設計、工作原理以及實施方法。這對研究以無人機為載體的其他裝置提供了理論依據。