CN104401487A

CN104401487A - 一种可地面行走的物流无人旋翼机

Info

Publication number: CN104401487A
Application number: CN201410664623.9A
Authority: CN
Inventors: 王英杰; 吴强; 姜洪法; 龚旭东
Original assignee: CHINA AVIATION INDUSTRIAL ECONOMICS TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE
Current assignee: AVIATION INDUSTRIAL INFORMATION CENTER
Priority date: 2014-11-19
Filing date: 2014-11-19
Publication date: 2015-03-11
Anticipated expiration: 2034-11-19
Also published as: CN104401487B

Abstract

本发明属于航空技术领域，涉及一种无人机，特别是一种可地面行走的物流无人旋翼机，包括机箱和设置在机箱上的共轴双旋翼，物流无人旋翼机的底部设置有行走装置。本发明采用在无人旋翼机上设置行走装置的设计，使得无人旋翼机具备了降落之后自动行走的功能，避免了传统无人机降落之后因为落点不够准确而必须要通过在无人机底部加设滑轮才能拖动的缺陷，通过安装降落伞弹射装置，在无人旋翼机的油动发动机失效时，弹射出降落伞，打开紧急下降缓冲装置，使无人旋翼机缓慢降落到地面，防止对地面物品和人群造成伤害。

Description

一种可地面行走的物流无人旋翼机

技术领域

本发明属于航空技术领域，涉及一种无人机，特别是一种可地面行走的物流无人旋翼机。

背景技术

城市生活节奏不断加快对物流效率提出了越来越高的要求，传统地面车辆运输已经不能满足快速、实时速递的需要，无人机空中物流应运而生。在偏远地区、山区地形状态下，特别是如一些景区，山路崎岖，人力运输物品耗时费力，效率低下，依靠物流无人机将大幅度提高物品配送效率，降低人力成本。物流用的无人旋翼机，应当具有高运行效率、高安全性的特点。高安全性，体现在系统可靠性和在紧急情况发生的减害措施，尤其是在空中飞行时一旦发生发动机、动力失效和气象原因，无人机必须具备充分的减害措施，安全下降至地面并最大程度较少对地面物品、人员的伤害。高运行效率，无人机在空中飞行，效率远高于地面，但是，智能物流除了要求无人机在空中运行时按规划的自动运行，也同样要求无人机在地面，如发送站和接货站具有自动地面行走能力，以减少人为干涉，使得在发货环节和接货、维护环节上提高自动化能力。

发明内容

本发明的目的是：提出一种可地面行走的物流无人旋翼机，在降落地面后，能够依靠自身动力在地面行走，提高地面使用机动性和灵活性。

本发明的技术方案是：一种可地面行走的物流无人旋翼机，包括机箱1和设置在机箱1上的共轴双旋翼2，所述机箱1带有四根机体框架3，机箱1的中央位置设置有转轴4，转轴4的上端连接共轴双旋翼2，转轴4的下端与油动发动机5连接，油动发动机5通过转轴4驱动转轴4旋转给共轴双旋翼2提供动力，油动发动机5与燃油箱6联通，飞行控制系统7设置在机箱1上，分别与油动发动机5和油箱6电连接，控制油箱6给油动发动机的给油，并控制油动发动机5的转速，物流无人旋翼机的底部设置有行走装置8，位于机箱1的下方，所述地面行走装置8包括行走机架9以及设置在行走机架9上的前轮10和后轮11，在行走机架9上还设置有均与飞行控制系统连接的动力装置12和转向控制部件13，动力装置12设置在行走机架9的后部，通过电机驱动后轮11前进后退，转向控制部件13位于机架前部，控制前轮10做转向运动，实现物流无人旋翼机在地面行走时的转向，在机箱上设置有无线电接收装置14，接受遥控器发射的信号并传输到飞行控制系统7，在机箱1和行走机架9中间形成的空腔中设置有物流货箱14。

优选地，在共轴双旋翼2的顶部设置有降落伞装置15，在行走机架9的底部设置有下降缓冲装置17，在机箱1上还设置有弹射控制系统16，弹射控制系统16测量物流无人旋翼机的垂向速度，并对比飞行控制系统7的控制信号，当弹射控制系统16发现无人旋翼机的向下垂向速度超过允许速度时，关闭油动发动机5并自动弹射降落伞装置15，同时启动紧急下降缓冲装置17；当接收到遥控器的弹射信号指令时，将按照指令要求弹射降落伞15并启动紧急下降缓冲装置17并关闭油动发动机17。

优选地，所述降落伞装置15包括降落伞舱18，降落伞舱18的舱内底部安装一个轻质的降落伞弹射装置19，并安装一副降落伞20，正常状态时降落伞弹射装置19以及降落20均在舱内处于折叠状态，在降落伞舱18的上部有一个口盖21，在接到弹射控制系统16的弹射指令时，口盖21打开，降落伞弹射装置19开启，弹出降落伞，产生安全下降速度。

优选地，所述紧急下降缓冲装置17为矩形气囊，矩形气囊设置有充气装置18，当弹射控制系统16发出弹射指令时，充气装置18释放高压空气，使矩形气囊充气，减少无人机落地时对地面的冲击和碰撞。

优选地，在机身1上还设置有共轴发电机22和与其电连接的充电电池23，共轴发电机22与转轴4共轴，正常飞行时油动发动机5驱动共轴双旋翼2旋转，共轴发电机22在转轴4的驱动下将产生的电能存储到充电电池23；在油动发动机5失效而不能产生动力时，共轴发电机22转换为备用电动机，依靠充电电池23提供的电力维持转轴4的转动为无人旋翼机提供升力，降低下落速度。

优选地，在机身1上设置有若干个超声波探测仪24，超声波探测仪24将六个方向的障碍信号传递给飞行控制系统7，使无人旋翼机在空中采用回避或停留方式避免碰撞，在下降至起地面时，超声波探测仪24将距离地面距离信号提供给飞行控制系统7，使无人旋翼机缓慢降落至地面。

优选地，还设置有与油动发动机5、共轴发电机22以及充电电池23连接的机载能量控制系统25，共轴发电机22产生的电能由机载能量控制系统25存储于充电电池23，在油动发动机5失效停转时，机载能量控制系统23将电能提供给共轴发电机22使之成为备用电动机带动转轴4继续工作，降低飞行器下落速度。

本发明的优点是：本发明采用在无人旋翼机上设置行走装置的设计，使得无人旋翼机具备了降落之后自动行走的功能，避免了传统无人机降落之后因为落点不够准确而必须要通过在无人机底部加设滑轮才能拖动的缺陷，通过安装降落伞弹射装置，在无人旋翼机的油动发动机失效时，弹射出降落伞，打开紧急下降缓冲装置，使无人旋翼机缓慢降落到地面，防止对地面物品和人群造成伤害。本发明采用动力冗余安全性设计，在油动发动机失效而不能产生动力时，与共轴双旋翼共轴的发电机转换为电动机，依靠充电电池提供的电力维持共轴双旋翼工作，以提供升力，降低下落速度。在油动发动机失效停转时，能源管理系统控制提供给发电机，使之成为备用电动机带动共轴双旋翼继续工作，降低无人旋翼机的下落速度。本发明采用空中防撞、缓冲设计，采用超声波距离测量装置，在具有探测无人旋翼机周边六个方向的障碍物的能力，在空中飞行中遭遇飞行方向上的障碍物时，超声波探测仪将障碍信号传递给机载飞行控制系统，使飞机在空中采用回避或停留方式避免碰撞。采用弹射控制系统检测无人旋翼机的垂向速度，发现异常及时关闭油动发动机并自动弹射降落伞装置和启动紧急下降缓冲装置，确保无人旋翼机的安全和地面人员和财物的安全。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的侧视图；

图3是本发明的行走装置示意图；

图4是本发明的降落伞装置示意图(正常工作状态)；

图5是本发明的降落伞装置示意图(打开工作状态)；

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明，请参见图1至图5。

如图1所示，一种可地面行走的物流无人旋翼机，包括机箱1和设置在机箱1上的共轴双旋翼2，所述机箱1带有四根机体框架3，机箱1的中央位置设置有转轴4，转轴4的上端连接共轴双旋翼2，转轴4的下端与油动发动机5连接，油动发动机5通过转轴4驱动转轴4旋转给共轴双旋翼2提供动力，油动发动机5与燃油箱6联通，飞行控制系统7设置在机箱1上，分别与油动发动机5和油箱6电连接，控制油箱6给油动发动机的给油，并控制油动发动机5的转速，物流无人旋翼机的底部设置有行走装置8，位于机箱1的下方，所述地面行走装置8包括行走机架9以及设置在行走机架9上的前轮10和后轮11，在行走机架9上还设置有均与飞行控制系统连接的动力装置12和转向控制部件13，动力装置12设置在行走机架9的后部，通过电机驱动后轮11前进后退，转向控制部件13位于机架前部，控制前轮10做转向运动，实现物流无人旋翼机在地面行走时的转向，在机箱上设置有无线电接收装置14，接受遥控器发射的信号并传输到飞行控制系统7，在机箱1和行走机架9中间形成的空腔中设置有物流货箱14。该设计主要目的在于：物流无人旋翼机在运行的全部过程中都可实现无人自动化运行，包括在地面发货点自主运行至起飞点，自主起飞并飞行至送货点，卸货后自主飞行回发货点降落，在降落后依靠行走装置自主运行至再次发货或者维修，从而大大减少了人力在地面运输成本、环节、时间，便于实现全阶段智能物流。

如图1及图4、图5所示，在共轴双旋翼2的顶部设置有降落伞装置15，在行走机架9的底部设置有下降缓冲装置17，在机箱1上还设置有弹射控制系统16，弹射控制系统16测量物流无人旋翼机的垂向速度，并对比飞行控制系统7的控制信号，当弹射控制系统16发现无人旋翼机的向下垂向速度超过允许速度时，关闭油动发动机5并自动弹射降落伞装置15，同时启动紧急下降缓冲装置17；当接收到遥控器的弹射信号指令时，将按照指令要求弹射降落伞15并启动紧急下降缓冲装置17并关闭油动发动机5。备份发电机转换为电机后不能提供足够的升力，为了避免油动发动机失效后飞机下降过快而对地面造成伤害的问题，采用主动弹射降落伞方式，对下降速度强行减速，同时，停止旋翼转动以减小对地面的附加伤害，启动飞机行走装置底部的紧急下降缓冲装置，多重防损害设计共同减少对地面物品及人员的损害可能性。

如图4及图4所示，所述降落伞装置15包括降落伞舱18，降落伞舱18的舱内底部安装一个降落伞弹射装置19，并安装一副降落伞20，正常状态时降落伞弹射装置19以及降落20均在舱内处于折叠状态，在降落伞舱18的上部有一个口盖21，在接到弹射控制系统16的弹射指令时，降落伞弹射装置19开启，打开口盖21，弹出降落伞，产生安全下降速度。降落伞舱18可以采用碳纤维，形状可以设计成符合空气动力学的椭球体，为上下两半段扣合而成，下半段镶嵌在支撑柱上，上半段为口盖21，依靠铰链扣合在下半段上，起到防雨防风的作用。当接到弹射控制系统16的弹射指令时，弹射装置19释放弹射部件，推出降落伞同时顶开口盖，推出降落伞到舱外，从而打开降落伞。

如图2所示，所述紧急下降缓冲装置17为矩形气囊，矩形气囊设置有充气装置18，当弹射控制系统16发出弹射指令时，充气装置18释放高压空气，使矩形气囊充气，减少无人机落地时对地面的冲击和碰撞。

如图2所示，在机身1上还设置有共轴发电机22和与其电连接的充电电池23，共轴发电机22与转轴4共轴，正常飞行时油动发动机5驱动共轴双旋翼2旋转，共轴发电机22在转轴4的驱动下将产生的电能存储到充电电池23；在油动发动机5失效而不能产生动力时，共轴发电机22转换为备用电动机，依靠充电电池23提供的电力维持转轴4的转动为无人旋翼机提供升力，降低下落速度。

如图2所示，在机身1上设置有若干个超声波探测仪24，超声波探测仪24将六个方向的障碍信号传递给飞行控制系统7，使无人旋翼机在空中采用回避或停留方式避免碰撞，在下降至起地面时，超声波探测仪24将距离地面距离信号提供给飞行控制系统7，使无人旋翼机缓慢降落至地面。

如图1所示，还设置有与油动发动机5、共轴发电机22以及充电电池23连接的机载能量控制系统25，共轴发电机22产生的电能由机载能量控制系统25存储于充电电池23，在油动发动机5失效停转时，机载能量控制系统23将电能提供给共轴发电机22使之成为备用电动机带动转轴4继续工作，降低飞行器下落速度。

本发明采用在无人旋翼机上设置行走装置的设计，使得无人旋翼机具备了降落之后自动行走的功能，避免了传统无人机降落之后因为落点不够准确而必须要通过在无人机底部加设滑轮才能拖动的缺陷，通过安装降落伞弹射装置，在无人旋翼机的油动发动机失效时，弹射出降落伞，打开紧急下降缓冲装置，使无人旋翼机缓慢降落到地面，防止对地面物品和人群造成伤害。本发明采用动力冗余安全性设计，在油动发动机失效而不能产生动力时，与共轴双旋翼共轴的发电机转换为电动机，依靠充电电池提供的电力维持共轴双旋翼工作，以提供升力，降低下落速度。在油动发动机失效停转时，能源管理系统控制提供给发电机，使之成为备用电动机带动共轴双旋翼继续工作，降低无人旋翼机的下落速度。本发明采用空中防撞、缓冲设计，采用超声波距离测量装置，在具有探测无人旋翼机周边六个方向的障碍物的能力，在空中飞行中遭遇飞行方向上的障碍物时，超声波探测仪将障碍信号传递给机载飞行控制系统，使飞机在空中采用回避或停留方式避免碰撞。采用弹射控制系统检测无人旋翼机的垂向速度，发现异常及时关闭油动发动机并自动弹射降落伞装置和启动紧急下降缓冲装置，确保无人旋翼机的安全和地面人员和财物的安全。

Claims

1.一种可地面行走的物流无人旋翼机，包括机箱[1]和设置在机箱[1]上的共轴双旋翼[2]，其特征在于，所述机箱[1]带有四根机体框架[3]，机箱[1]的中央位置设置有转轴[4]，转轴[4]的上端连接共轴双旋翼[2]，转轴[4]的下端与油动发动机[5]连接，油动发动机[5]通过转轴[4]驱动转轴[4]旋转给共轴双旋翼[2]提供动力，油动发动机[5]与燃油箱[6]联通，飞行控制系统[7]设置在机箱[1]上，分别与油动发动机[5]和油箱[6]电连接，控制油箱[6]给油动发动机的给油，并控制油动发动机[5]的转速，物流无人旋翼机的底部设置有行走装置[8]，位于机箱[1]的下方，所述地面行走装置[8]包括行走机架[9]以及设置在行走机架[9]上的前轮[10]和后轮[11]，在行走机架[9]上还设置有均与飞行控制系统连接的动力装置[12]和转向控制部件[13]，动力装置[12]设置在行走机架[9]的后部，通过电机驱动后轮[11]前进后退，转向控制部件[13]位于机架前部，控制前轮[10]做转向运动，实现物流无人旋翼机在地面行走时的转向，在机箱上设置有无线电接收装置[14]，接受遥控器发射的信号并传输到飞行控制系统[7]，在机箱[1]和行走机架[9]中间形成的空腔中设置有物流货箱[14]。

2.根据权利要求1所述的一种可地面行走的物流无人旋翼机，其特征在于，在共轴双旋翼[2]的顶部设置有降落伞装置[15]，在行走机架[9]的底部设置有下降缓冲装置[17]，在机箱[1]上还设置有弹射控制系统[16]，弹射控制系统[16]测量物流无人旋翼机的垂向速度，并对比飞行控制系统[7]的控制信号，当弹射控制系统[16]发现无人旋翼机的向下垂向速度超过允许速度时，关闭油动发动机[5]并自动弹射降落伞装置[15]，同时启动紧急下降缓冲装置[17]；当接收到遥控器的弹射信号指令时，将按照指令要求弹射降落伞[15]并启动紧急下降缓冲装置[17]并关闭油动发动机[5]。

3.根据权利要求2所述的一种可地面行走的物流无人旋翼机，其特征在于，所述降落伞装置[15]包括降落伞舱[18]，降落伞舱[18]的舱内底部安装一个轻质的降落伞弹射装置[19]，并安装一副降落伞[20]，正常状态时降落伞弹射装置[19]以及降落[20]均在舱内处于折叠状态，在降落伞舱[18]的上部有一个口盖[21]，在接到弹射控制系统[16]的弹射指令时，口盖[21]打开，降落伞弹射装置[19]开启，弹出降落伞，产生安全下降速度。

4.根据权利要求3所述的一种可地面行走的物流无人旋翼机，其特征在于，所述紧急下降缓冲装置[17]为矩形气囊，矩形气囊设置有充气装置[26]，当弹射控制系统[16]发出弹射指令时，充气装置[26]释放高压空气，使矩形气囊充气，减少无人机落地时对地面的冲击和碰撞。

5.根据权利要求4所述的一种可地面行走的物流无人旋翼机，其特征在于，在机身[1]上还设置有共轴发电机[22]和与其电连接的充电电池[23]，共轴发电机[22]与转轴[4]共轴，正常飞行时油动发动机[5]驱动共轴双旋翼[2]旋转，共轴发电机[22]在转轴[4]的驱动下将产生的电能存储到充电电池[23]；在油动发动机[5]失效而不能产生动力时，共轴发电机[22]转换为备用电动机，依靠充电电池[23]提供的电力维持转轴[4]的转动为无人旋翼机提供升力，降低下落速度。

6.根据权利要求5所述的一种可地面行走的物流无人旋翼机，其特征在于，在机身[1]上设置有若干个超声波探测仪[24]，超声波探测仪[24]将六个方向的障碍信号传递给飞行控制系统[7]，使无人旋翼机在空中采用回避或停留方式避免碰撞，在下降至起地面时，超声波探测仪[24]将距离地面距离信号提供给飞行控制系统[7]，使无人旋翼机缓慢降落至地面。

7.根据权利要求6所述的一种可地面行走的物流无人旋翼机，其特征在于，还设置有与油动发动机[5]、共轴发电机[22]以及充电电池[23]连接的机载能量控制系统[25]，共轴发电机[22]产生的电能由机载能量控制系统[25]存储于充电电池[23]，在油动发动机[5]失效停转时，机载能量控制系统[23]将电能提供给共轴发电机[22]使之成为备用电动机带动转轴[4]继续工作，降低飞行器下落速度。