CN109353513A - 整体式物流无人机 - Google Patents

Abstract

本发明的一种整体式物流无人机，包括主体、机臂以及机翼，所述的主体包括中间承载部，固定设置在所述的中间承载部上部的骨架，主体盖板，构造在所述的中间承载部下方的货仓，所述的骨架和盖板构成电控舱，所述的机臂包括与所述的骨架固定连接的臂骨架，以及与所述的臂骨架固定连接的臂盖板，在所述的机臂内形成有臂腔以固定电控板，与所述的电控板对应的臂盖板上开设有散热孔。本发明的物流无人机的机型对各个模块进行了合理布局，并利用合理的结构对各模块进行固定，在不影响各模块性能的前提下可以实现整机空间的合理利用；飞机货仓不再是以挂载的形式安装到飞机上，而是与飞机融合成一体。

Description

整体式物流无人机

技术领域

本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种整体式物流无人机。

背景技术

无人机是一种处于迅速发展中的飞行装置，其具有机动灵活、反应快速、无人飞行、操作要求低的优点，可广泛应用于农业、勘探、摄影、边境巡逻等领域。由于无人机一般情况下主要用在航拍、无人侦查等领域，因此对结构可靠性以及载重要求较低，难以应用于运输、快递配送等对结构可靠性要求较高的领域。

如CN 205633055 U公开了一种无人机，其包括机身以及与机身相连的至少一个机臂，机身内设置有框架，框架包括多条连接杆，其中至少部分连接杆的至少一端与机臂连接。

虽然上述专利将连接杆与机臂连接，能够有效的将连接杆的受力分散给机臂，但是仍存在以下缺点；

1、整体性不强，在无人机运输时需要对物品进行必要的防护，以及对电池等的定位效果不佳。

2、机臂设置过长，导致整体体积大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种整体式物流无人机，该整体式物流无人机有效提高整体性，减少高度和风阻。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种整体式物流无人机，包括主体、机臂以及机翼，所述的主体包括中间承载部，固定设置在所述的中间承载部上部的骨架，主体盖板，构造在所述的中间承载部下方的货仓，所述的骨架和盖板构成电控舱，所述的机臂包括与所述的骨架固定连接的臂骨架，以及与所述的臂骨架固定连接的臂盖板，在所述的机臂内形成有臂腔以固定电控板，与所述的电控板对应的臂盖板上开设有散热孔。

在上述技术方案中，所述的货仓包括两个相对设置在所述的中间承载部下方的侧板，以及至少一个对应设置在两侧板间的侧开门。

在上述技术方案中，所述的机臂的端部竖直固定设置有支撑筒，在所述的支撑筒内上下间隔地设置有载板，在所述的载板上分别固定设置有机桨，所述的机桨包括电机，以及上下对应同轴设置的旋翼。

在上述技术方案中，所述的机桨对应设置有桨叶位置检测机构，所述的桨叶位置检测机构与所述的机桨的电机可控连接以使旋翼的桨叶停靠在设定位置。

在上述技术方案中，所述的浆叶位置检测机构包括对应与旋翼的转轴固定设置的磁环，与所述的磁环对应地设置的磁编码器或两个呈90°布局的霍尔传感器，所述的磁编码器或霍尔传感器固定在电路板上或电机座上。

在上述技术方案中，所述的货仓内设置有托举机构，其包括固装在所述的侧板底部的壳体和用于托举和抛卸货物箱的托物柄，所述的壳体内设置有用于驱动所述的托物柄水平旋转的自锁舵机，所述的托物柄的自由端部设置有压力传感器。

在上述技术方案中，所述的电控舱包括位于中部上开口用以容纳定位电池盒的电池仓，分别位于所述的电池仓前后两侧的供电仓和控制仓。

在上述技术方案中，所述的电池仓底部一侧设置有电池导通接线端，所述的电池仓的侧壁上设置有导向槽，所述的电池盒上设置有与所述的导通接线端对应的触头和导向板，所述的电池盒与机体间设置有自锁机构。

在上述技术方案中，所述的侧板底部向外弯折并延伸形成有脚架，在所述的脚架外侧上设置有充电接口。

在上述技术方案中，所述的骨架为碳纤维材质制成的碳骨架，其布局分上下两层，其中上层用于固定个各种天线，下层用于固定飞控系统的各模块，在上层骨架上铺设一层屏蔽材料以避免下层模块产生的电磁干扰影响上层天线。

本发明的优点和有益效果为：

本发明的物流无人机的机型对各个模块进行了合理布局，并利用合理的结构对各模块进行固定，在不影响各模块性能的前提下可以实现整机空间的合理利用；飞机货仓不再是以挂载的形式安装到飞机上，而是与飞机融合成一体，尽量压缩飞机的高度空间，保证飞机的流线型设计，减小风阻。同时设计尽量考虑扁平化设计，不会因为额外的模块而增加飞机的高度。

附图说明

图1-5是本发明整体式物流无人机的各视角结构示意图。

图6是本发明整体式物流无人机的爆炸态结构示意图。

图7是本发明整体式物流无人机的主体机构示意图；

图8-9是货仓部位各视角结构示意图。

图10是电池仓部位结构示意图。

图11是电池截面结构示意图。

图12机臂布局结构示意图。

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

本发明的整体式物流无人机，包括主体1和机臂2，所述的主体包括中间承载部11，如中间载板或者平板式中间载框架等，也可以是中间开孔的板体等，固定设置在所述的中间承载部上部的骨架3，主体盖板4，固定设置在所述的中间承载部下方的货仓，所述的骨架和盖板构成电控舱。

优选地，所述的骨架为碳纤维材质制成的碳骨架，其布局分上下两层，其中上层用于固定个各种天线并且上层碳骨架可以拆卸，下层用于固定飞控系统的各个模块，飞控系统各模块固定完之后，固定上层碳骨架，并且在上层铺设一层屏蔽材料，避免下层模块产生的电磁干扰影响上层天线。该机型内部碳骨架进行了有效的减重设计和加强设计，保证整机的牢固性，内部碳骨架也进行了合理的布局拆分，实现各个模块的固定。

本发明的物流无人机的机型对各个模块进行了合理布局，并利用合理的结构对各模块进行固定，在不影响各模块性能的前提下可以实现整机空间的合理利用；飞机货仓不再是以挂载的形式安装到飞机上，而是与飞机融合成一体，尽量压缩飞机的高度空间，保证飞机的流线型设计，减小风阻。同时设计尽量考虑扁平化设计，不会因为额外的模块而增加飞机的高度，所以货仓上方就是电控舱以布局飞控系统、供电系统、智能电池和动力系统等。

作为一个优选方案，所述的机臂2包括与所述的骨架固定连接的臂骨架20，以及与所述的臂骨架固定连接的臂盖板21，在所述的机臂内形成有臂腔22以固定电控板23，与所述的电控板对应的臂盖板上开设有散热孔24。为了迎合飞机的扁平化设计，在机体内没有空间的前提下，将电调布置到机臂上面，因此充分利用了飞机的每一部分空间。将电控板23(电调)固定到机臂上面，在机臂的上下面开了凹槽，充分释放了机体内部空间，并且在电调的前后部分开有通风口，保证电调产生的热量可以快速的散发出去。同时，为提高设计强度，所述的机臂为内端两点与所述的骨架固定连接的人字型结构。同时，为降低风阻，所述的臂盖板的前后两侧均为中间向前凸出设计，两侧的坡面上分别形成所述的散热孔。

优选地，所述的货仓包括两个相对设置且分别与所述的中间承载架一体或固定连接的侧板5，以及至少一个对应设置在两侧板间的侧开门51，优选包括两个对应设置侧板5间的侧开门51，其中，所述的侧板包括与所述的中间承载部固定连接的边框50，固定设置在边框间的板体，所述的侧开门一侧与所述的边框铰接，另一侧与对应另一侧的边框扣合，如，采用锁钩锁扣等，同时，所述的侧开门可为一体式或者采用两折门的设计等。采用前后两侧开门，底部构成进出货通道的形式，三个进出口，有效提高货物取放的便利性和适应性。

同时，所述的货仓底部为开口设计，在所述的侧板底部设置有托举机构6，其中，托举机构包括固装在侧板底底边上的壳体和用于托举和抛卸货物箱的托物柄61(在无货物箱时，托物柄折叠紧贴侧板底边)，壳体内设置有用于驱动托物柄水平旋转的自锁舵机60，托物柄的自由端设置有压力传感器以用于反馈货物箱放置在托物柄上的情况。

进一步地，货仓内上设置有用于加持固定货物箱的卡持装置，两侧板的内侧分别设置有用于将货物箱限位在货仓内的侧翼板，所述的侧翼板上端朝内呈弧形突出，其为具有一定弹性的钢条制成，对货仓具有夹持定位效果，满足适应性，避免货物箱在货仓内晃动。

采用集成式货仓和托举机构实现智能装卸货物箱的功能，使用方便，采用托举机构对货物箱进行托举和抛卸，采用压力传感器对货物箱装卸的状态进行检查，精确度高，采用卡持装置对装入货仓内的货物箱进行加持，避免货物箱在运输过程中货物箱偏斜或者掉落的情况，该智能货仓能够代替人工装卸货物箱，减少了大量的人力成本。

进一步地，所述的侧板的边框50底部向外弯折并延伸形成有脚架52，在所述的脚架外侧上设置有充电接口53。脚架52部位设计了线槽，方便脚架上的模块走线，所述的充电接口可实现自动充电，而且，并且飞机的脚架部位设计了线槽，方便脚架上的模块走线。

具体地，所述的脚架的中间位置的充电机构为外侧形成有四棱台形的凹腔，腔壁为便于导向的坡面，所述的充电接口与所述的物流无人机的电池电连接。设置凹腔结构以用于引导充电接头插入，且具有相对于充电接头的1cm的容错距离，用于保证充电接头插装在充电接口内；充电接口的内底面设置有弹针孔，充电接头上设置有与弹针孔一一对应的弹针，方便充电接头与充电座对接；弹针孔为充电弹针孔或通信弹针孔，弹针为充电弹针或通信弹针。

实施例二

具体地说，所述的电控舱包括位于中部上开口用以容纳定位电池盒36的电池仓30，分别位于所述的电池仓前后两侧的供电仓31和控制仓32，所述的电池仓底部一侧设置有电池导通接线端33，所述的电池仓的侧壁上设置有导向槽34，所述的电池盒上设置有与所述的导通接线端对应的触头和与导向槽对应的导向板，导向机构的设置，提高装配的便利性，而且保证其固定的稳定性，防止其发生晃动，保证电连接的稳定可靠。电池盒36(智能电池)位于机体的中央位置，飞机的供电模块与飞控模块分布于智能电池的两侧，避免供电模块产生的大电流影响飞控模块。

对应地，所述的主体盖板包括与骨架固定连接的主盖40分别位于电池仓前部和后部的前盖41和后盖42，其采用玻纤材质加工，其内端与主盖40卡接或铰接，外端使用磁吸的方式固定，即保证了美观，还有利于卫星信号传输。

同时，为便于更换电池，所述的电池盒36顶部设置有把手。可以配合机械手实现智能电池的插拔。同时为保证飞机在翻滚的状态下，智能电池不会从飞机上掉出来，所述的电池盒的顶部内侧还具有自锁机构，所述的自锁机构包括设置在所述的电池的上表面上设置有可前后滑动的锁紧推板37，通过连杆38与所述的锁紧推板37传动连接受驱动自所述的电池盒侧部两端对应伸出或所处的锁杆39，以及对应形成在所述的电池仓侧壁上的锁孔35。所述的锁杆与所述的电池盒的盒体间设置有使其保持向外伸出的弹簧，同时，所述的锁杆的端部下表面形成有引导坡面以实现装配时自动锁紧。即，电池进入电池仓的过程中，锁杆会收缩向内移动，到位之后锁杆端部会进入电池仓壁上的锁孔35，实现电池的锁紧。

实施例三

本发明的机桨采用共轴双桨的布局形式，采用合理的上下桨间距，实现各桨叶的力效最大化，具体地，所述的机臂的端部竖直固定设置有支撑筒25，在所述的支撑筒内上下间隔地设置有载板26，在所述的载板上分别固定设置有机桨，所述的机桨包括电机，以及上下对应同轴设置的旋翼27。其中，所述的支撑筒内形成有用于多组用于定位所述的载板的由上下两个固定台构成的定位卡口，所述的载板上对应地设置有与所述的定位卡口匹配的卡持部，卡持部之间构成运行自定位卡口处穿过的避空，卡持部对应卡入所述的定位卡口内然后周向固定即可完成装配固定，而且形成上下贯通的散热通道。

具体地，上部机桨的电机座与上部的载板固定连接，下部机桨的电机座与转接载板固定连接，所述的转接载板与所述的载板固定连接。

其中，上下共轴，并且电机座的侧面没有开任何孔允许螺栓拧紧工具进入，所以为了实现上下电机都能固定到位，只能从下面一个方向伸入螺丝刀，实现上下电机的固定，装配顺序为，先从下面伸入螺丝刀固定上电机，然后将下电机先固定到转接碳板上，然后再将转接碳板固定到电机座的下碳板上，转接碳板的中间孔为用于固定电机，转接板四周的孔用于与电机座上的碳板相连。同时所述的支撑筒上设置有指示灯28。采用支撑筒设计，能实现电路简洁布局，而且可便捷的将指示灯设置在最大机身主体环周，便于控制和警示。

对应地，所述的旋翼对应设置有桨叶位置检测机构，所述的桨叶位置检测机构与所述的旋翼的电机可控连接以使桨叶停靠在设定位置，所述的马达位置传感器包括对应与旋翼的转轴固定设置的磁环，与所述的磁环对应地设置的磁编码器或两个呈90°布局的霍尔传感器，所述的磁编码器或霍尔传感器固定在电路板上。

其中，所述的设定位置是指浆叶的长度方向与其机臂的轴向垂直方向或近似垂直方向，如桨叶1的中轴线与机臂轴向方向偏差±5°，优选±1-3°以内。

通过将无人机各旋翼的桨叶规整到与其机臂垂直方向上实现了桨叶的正位停放，避免了由于桨叶停放的不规则造成占地面积增大的情况，从而减少了桨叶直径对无人机机场造成的体积变大的情况，对于短时、长久停放或停放后无人机的继续动作带来空间占据上的便利。而且收拢式桨叶的停放，避免了外部因素可能对桨叶的干涉或撞击，提高了整体无人机的使用安全性和寿命。

为实现无人机降落后各桨叶的位置检测，首先控制各旋翼低速旋转或停止，然后通过马达位置测量传感机构来实现桨叶的位置检测继而控制正位。其中，需要说明的是，该控制各旋翼低速旋转可为无人机降落过程中的低速旋转，实现降落和桨叶的同步进行，也可以在无人机完全停靠后再驱动桨叶很低的速度转动以实现对桨叶位置的检测和驱动并停靠在设定位置，或者完全停靠桨叶停止转动后，根据检测到的桨叶当前位置信息进行驱动直接使桨叶达到设定位置。

为实现对桨叶位置的检测，所述的马达位置传感器包括对应与旋翼的转轴固定设置的磁环，与所述的磁环对应地设置的两个呈90°布局的霍尔传感器(第一霍尔传感器5和第二霍尔传感器6)。

具体地说，在旋翼的转轴，如马达轴的正下方安装一个磁环，通过磁力计找出其NS极，在距磁环35mm的位置，如电路板或电机座上安装霍尔传感器，磁环随着电机转动，但是电路板是固定的，当电机转动后，霍尔传感器上方的磁场场强就会变化，霍尔传感器通过检测这种变化，霍尔传感器上方的场强也会变化，从而引起霍尔传感器上的电压变化。即可以通过检测霍尔传感器的电压变化，来测量马达位置(即桨叶的实际位置)。利用AD转化，将霍尔元件测量的电压输入到飞控系统，进行马达位置的控制，即实现正位。

其中，由于磁环变化呈正弦曲线变化，但是在每个π里，一个值对应着两个角度，这样是无法确定角度的，所以还需要另外一个霍尔传感器来进一步确定是哪个角度，结合正弦余弦关系，就能很好的判断出桨叶真实位置及桨叶的位置角。

具体分析步骤包括：在标有角度的转盘上，转动马达，飞控得到对应位置上两个霍尔传感器对应的ADC数据后，经过采样电路转换，将其转换到电压，并且将转换结果记录下来，利用matlab数学工具，对数据进行归一化处理后，得到马达位置与两霍尔传感器ADC采样数据关系，从采样的数据分析的结果来看，在磁环的不同位置，两霍尔传感器对应的电压关系为正余弦关系。而且正好余弦曲线和正弦曲线相位角相差90度，相位差正好与摆放位置差一致。因此即可根据磁环位置获知马达相对位置。而且确保马达对磁环的没有干扰，能够拟合出理想的正弦曲线。

当物流无人机降落在机场停机台上，需要将所有桨叶正位，具体控制方法如下，

1)以顺时针方向为正方向，逆时针方向为负方向，将特定时刻两个霍尔传感的测量角度归一到±π并根据归一化后的正负判断该特定时刻桨叶角度的正负，即判断该特定时刻桨叶的相位，可根据两个霍尔传感器检测的角度值的正负进行象限判断，具体如下表一所示，

2)将两霍尔传感器归一化的测量角度的正弦值相比得到特定时刻桨叶角度对应的正切值的大小；

3)根据特定时刻桨叶的相位和所述的正切值的大小确定该特定时刻的位置角；

4)控制马达并使所述的位置角达到桨叶正位时对应的正位角；如，可以根据位置角和正位角的差值进行马达的正反转控制。

其中，所述的特定时刻为无人机停靠后桨叶停止后启动正位进程的时刻或无人机低速旋转时启动正位进程的时刻。正弦余弦函数在极值附近分辨率低，而正切函数正好弥补了这两个缺点，在±π/2处存在极值，但是计算tan(89°)为57.29，属于正常浮点数，能有效满足正位精度要求。

上述采用正弦值来作为计算，当然也可采用对应余弦值，而且，当存在不可比时，即，对应±π/2处时，可以直接赋值对应的正切值，如直接赋值为57.29，或者更大的合理数值以提高精度。

同时，为了获取桨叶步骤4中的正位位置对应的正位角，先将桨叶拨到正位位置，采用上述步骤的1-3即可得到正位对应的角度即为正位角，该正位角为初始设定值。

当采用磁编码器时，具体控制如上述类似，具体不再赘述。

为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种整体式物流无人机，其特征在于：包括主体、机臂以及机翼，所述的主体包括中间承载部，固定设置在所述的中间承载部上部的骨架，主体盖板，构造在所述的中间承载部下方的货仓，所述的骨架和盖板构成电控舱，所述的机臂包括与所述的骨架固定连接的臂骨架，以及与所述的臂骨架固定连接的臂盖板，在所述的机臂内形成有臂腔以固定电控板，与所述的电控板对应的臂盖板上开设有散热孔。

2.根据权利要求1所述的一种整体式物流无人机，其特征在于：所述的货仓包括两个相对设置在所述的中间承载部下方的侧板，以及至少一个对应设置在两侧板间的侧开门。

3.根据权利要求1所述的一种整体式物流无人机，其特征在于：所述的机臂的端部竖直固定设置有支撑筒，在所述的支撑筒内上下间隔地设置有载板，在所述的载板上分别固定设置有机桨，所述的机桨包括电机，以及上下对应同轴设置的旋翼。

4.根据权利要求3所述的一种整体式物流无人机，其特征在于：所述的机桨对应设置有桨叶位置检测机构，所述的桨叶位置检测机构与所述的机桨的电机可控连接以使旋翼的桨叶停靠在设定位置。

5.根据权利要求4所述的一种整体式物流无人机，其特征在于，所述的浆叶位置检测机构包括对应与旋翼的转轴固定设置的磁环，与所述的磁环对应地设置的磁编码器或两个呈90°布局的霍尔传感器，所述的磁编码器或霍尔传感器固定在电路板上或电机座上。

6.根据权利要求1所述的一种整体式物流无人机，其特征在于：所述的货仓内设置有托举机构，其包括固装在所述的侧板底部的壳体和用于托举和抛卸货物箱的托物柄，所述的壳体内设置有用于驱动所述的托物柄水平旋转的自锁舵机，所述的托物柄的自由端部设置有压力传感器。

7.根据权利要求1所述的一种整体式物流无人机，其特征在于：所述的电控舱包括位于中部上开口用以容纳定位电池盒的电池仓，分别位于所述的电池仓前后两侧的供电仓和控制仓。

8.根据权利要求7所述的一种整体式物流无人机，其特征在于：所述的电池仓底部一侧设置有电池导通接线端，所述的电池仓的侧壁上设置有导向槽，所述的电池盒上设置有与所述的导通接线端对应的触头和导向板，所述的电池盒与机体间设置有自锁机构。

9.根据权利要求1所述的一种整体式物流无人机，其特征在于：所述的侧板底部向外弯折并延伸形成有脚架，在所述的脚架外侧上设置有充电接口。

10.根据权利要求1所述的一种整体式物流无人机，其特征在于：所述的骨架为碳纤维材质制成的碳骨架，其布局分上下两层，其中上层用于固定个各种天线，下层用于固定飞控系统的各模块，在上层骨架上铺设一层屏蔽材料以避免下层模块产生的电磁干扰影响上层天线。