CN111688926A - 一种非接触式物资投放无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非接触式物资投放无人机，包括无人机本体，无人机本体底部可拆卸安装有一壳体，壳体内由上至下依次设有上层动力腔、中层储物腔和下层投放腔，壳体中心处竖向设有圆筒型的主轴腔，主轴腔内转动安装有下层转轴，下层转轴上安装有扭簧，下层转轴上端通过电磁离合器连接有上层转轴，上层转轴安装有第一齿轮；还包括驱动第一齿轮转动、伸缩套伸缩的动力机构以及用于启闭下落口的控料机构。本发明通过采用横向弹射的方式，可以将物品投射到高层建筑中层房间、悬崖平台等特殊地理位置的应用场景时；中层容纳腔内可携带四个物资包，可逐一对物资包进行投放，可实现对多个不同场景位置的抛投，提高物资投放的灵活性。

Description

一种非接触式物资投放无人机

技术领域

本发明涉及无人机领域，特别是一种非接触式物资投放无人机。

背景技术

随着无人机技术的飞速发展和市场的成熟，无人机在社会上得到了广泛的应用，如在消防、公共安全、物资输送等方面，无人机都已经得到很好发展。在进行物资包输送时，物资包都是通过挂载方式设置在无人机底部，目前的诸多无人机在执行抛投挂载任务，多使用舵机驱动挂钩进行定点抛投，借助重力进行自由落体式抛投输送物资包，但如今抛投任务繁多，场景各异，所需抛投的物件也各有不同，现有的的抛投无人机无法对高层建筑中层房间、崖壁平台等特殊地理位置执行抛投任务，存在较大局限性；且无人机抛投器都为单个吊挂抛投，一个舵机只能控制一根连杆上挂载的单个物品的抛投，无法实现对多个场景位置的抛投，效率低下，且应用狭隘。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种非接触式物资投放无人机。

实现上述目的本发明的技术方案为，一种非接触式物资投放无人机，包括无人机本体，所述无人机本体底部可拆卸安装有一壳体，所述壳体内由上至下依次设有上层动力腔、中层储物腔和下层投放腔，所述中层储物腔底部开有与下层投放腔连通的下落口，所述下层投放腔内横向设有投放通道，所述投放通道的出口处安装有伸缩套，所述壳体中心处竖向设有圆筒型的主轴腔，所述主轴腔内转动安装有下层转轴，所述下层转轴上安装有用于对其转动产生阻力的扭簧，所述下层转轴上安装有伸入下层投放腔内的下层拨杆，所述下层拨杆上安装有下层拨板，所述下层转轴上端通过电磁离合器连接有上层转轴，所述上层转轴上安装有伸入中层储物腔内的四个上层拨杆，四个所述上层拨杆沿上层转轴轴线呈圆周分布，所述上层拨杆上安装有用于拨动中层储物腔内的待投放物资包并使其经过下落口的上层拨板，所述上层转轴顶端转动安装在上层动力腔内且安装有第一齿轮；还包括：

设置在上层动力腔内的动力机构，所述动力机构驱动第一齿轮转动、伸缩套伸缩；

设置在下层投放腔顶部的用于启闭下落口的控料机构，所述下层拨板与控料机构配合驱动其开启下落口。

优选地，所述动力机构包括转动安装在上层动力腔内的从动轴、安装在从动轴上且与第一齿轮啮合连接的第二齿轮、固定安装在上层动力腔内的电动推杆、固定安装在上层动力腔内的滑槽导轨、滑动安装在滑槽导轨内的滑板、与电动推杆伸缩端和滑板连接的连接板、位于滑板一侧且与第二齿轮啮合连接的齿条、两端分别固定安装在齿条和滑板上的弹簧导向杆、固定安装在滑板上用于吸附齿条以使齿条脱离第二齿轮的电磁铁；其中，所述滑板一端伸出上层动力腔且安装有连接杆，所述连接杆与伸缩套远离下落口的一端连接。

优选地，所述控料机构包括固定在下落口后部的收卷机构、一端固定且卷绕在收卷机构上且用于封闭下落口以供待投放物资包通过的柔性带、固定在柔性带另一端的横移板、固定在下落口左侧的燕尾滑槽轨道、滑动设置在燕尾滑槽轨道内且与横移板固定连接的燕尾滑块、固定在下落口前部且拉线与燕尾滑块连接的第一拉线收卷盒、开设在横移板上的燕尾槽、滑动设置在燕尾槽内的条形燕尾块、固定在条形燕尾块右端的限位块、固定安装在横移板左侧且拉线与条形燕尾块连接的第二拉线收卷盒；其中，所述柔性带始终保持张紧态。

优选地，所述收卷机构包括固定在下层投放腔内的两个涡簧座、转动安装在涡簧座内的收卷辊、安装在涡簧座内且与收卷辊连接的涡簧。

优选地，所述动力机构驱动第一齿轮转动方向为扭簧蓄力方向，沿扭簧蓄力方向，所述下落口的内侧壁边缘为向上的斜面。

优选地，沿所述上层转轴轴线一点为中心建立平面直角坐标系，所述投放通道位于第一象限，所述下落口位于第二象限，所述下层拨板沿扭簧蓄力方向依次经过第四象限、第三象限和第二象限。

优选地，所述壳体上安装有与中层储物腔对应的储放门，所述储放门一端与壳体铰接另一端与壳体可分离连接。

优选地，所述中层储物腔与主轴腔构成一供待投放物资包通过的环形通道。

优选地，所述下层投放腔下部与主轴腔构成一供待投放物资包通过的弧形通道，所述投放通道与弧形通道相切。

本发明的有益效果：通过采用横向弹射的方式，使得投射出的物资包具有一定的横向速度，从而可以将物品投射到高层建筑中层房间、悬崖平台等特殊地理位置的应用场景时；中层容纳腔内可携带四个物资包，可逐一对物资包进行投放，可实现对多个不同场景位置的抛投，提高物资投放的灵活性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的侧视图；

图3是图1的局部放大图；

图4是上层动力腔的俯视剖视图；

图5是中层储物腔的俯视剖视图；

图6是下层投放腔的俯视剖视图一（扭簧未蓄力状态）；

图7是下层投放腔的俯视剖视图二（扭簧蓄力状态）；

图8是下层投放腔的俯视剖视图三（扭簧释放弹力状态）；

图9是控料机构的局部示意图；

图10是图6中B的局部放大图；

图中，1、无人机本体;

2、壳体；21、上层动力腔；22、中层储物腔；23、下层投放腔；231、投放通道；24、下落口；25、主轴腔；

3、伸缩套;

401、下层转轴；402、下层拨杆；403、物资包；404、扭簧；405、下层拨板；406、电磁离合器；407、上层转轴；408、上层拨杆；409、上层拨板；410、第一齿轮；

5、动力机构；501、从动轴；502、第二齿轮；503、电动推杆；504、滑槽导轨；505、滑板；506、连接板；507、齿条；508、弹簧导向杆；509、电磁铁；510、连接杆；

6、控料机构；61、收卷机构；611、涡簧座；612、收卷辊；613、涡簧；601、柔性带；602、横移板；603、燕尾滑槽轨道；604、燕尾滑块；605、第一拉线收卷盒；606、燕尾槽；607、条形燕尾块；608、限位块；609、第二拉线收卷盒；

71、第一象限；72、第二象限；73、第三象限；74、第四象限；

8、储放门。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1-10所示:一种非接触式物资投放无人机，包括无人机本体1，无人机本体1底部可拆卸安装有一壳体2，通过在无人机本体1底部安装L型连接件，可将壳体2可拆卸安装在无人机本体1底部，无人机本体1是现有技术的无人机，但必须是如旋翼无人机或者复合翼无人机这种的可以悬停的无人机，以便于实现悬停投放功能；壳体2内由上至下依次设有上层动力腔21、中层储物腔22和下层投放腔23，中层储物腔22底部开有与下层投放腔23连通的下落口24，下层投放腔23内横向设有投放通道231，投放通道231的出口处安装有伸缩套3，壳体2中心处竖向设有圆筒型的主轴腔25，主轴腔25位于中层储物腔22和下层投放腔23间，主轴腔25内转动安装有下层转轴401，下层转轴401通过轴承座安装在下层投放腔23底部，下层转轴401上安装有用于对其转动产生阻力的扭簧404，扭簧404一端固定在主轴腔25内另一端与下层转轴401固定连接，下层转轴401上安装有伸入下层投放腔23内的下层拨杆402，下层拨杆402上安装有下层拨板405，下层拨板405用于将下层投放腔23内的物资包403拨至投放通道231，下层转轴401上端通过电磁离合器406连接有上层转轴407，上层转轴407上安装有伸入中层储物腔22内的四个上层拨杆408，四个上层拨杆408沿上层转轴407轴线呈圆周分布，上层拨杆408上安装有用于拨动中层储物腔22内的待投放物资包403并使其经过下落口24的上层拨板409，相邻上层拨板409间放置待投放物资包403，物资包403内为非易碎物品，如医疗纱布或食物等，上层转轴407顶端转动安装在上层动力腔21内且安装有第一齿轮410，上层转轴407顶端通过轴承座安装在上层动力腔21顶部；还包括：设置在上层动力腔21内的动力机构5，动力机构5驱动第一齿轮410转动、伸缩套3伸缩；设置在下层投放腔23顶部的用于启闭下落口24的控料机构6，下层拨板405与控料机构6配合驱动其开启下落口24。

优选地，为驱动第一齿轮410单向转动，以使上层拨板409将中层储物腔22内的待投放物资包403推送至下落口24、扭簧404形变蓄力，同时驱动伸缩套3伸出，以增加物资包403抛出下落口24时的水平横移距离、提高横向投递距离，设置动力机构5，如图3-4所示，动力机构5包括转动安装在上层动力腔21内的从动轴501、安装在从动轴501上且与第一齿轮410啮合连接的第二齿轮502、固定安装在上层动力腔21内的电动推杆503、固定安装在上层动力腔21内的滑槽导轨504、滑动安装在滑槽导轨504内的滑板505、与电动推杆503伸缩端和滑板505连接的连接板506、位于滑板505一侧且与第二齿轮502啮合连接的齿条507、两端分别固定安装在齿条507和滑板505上的弹簧导向杆508、固定安装在滑板505上用于吸附齿条507以使齿条507脱离第二齿轮502的电磁铁509；其中，滑板505一端伸出上层动力腔21且安装有连接杆510，连接杆510与伸缩套3远离下落口24的一端连接；设置滑槽导轨504对滑板505起到导向作用，使得滑板505沿电动推杆503伸缩方向平稳移动；弹簧导向杆508的数量设置两个，使得滑板505可以带动齿条507运动，同时可实现齿条507在水平方向上与滑板505靠拢或远离；第二齿轮502齿数多于第一齿轮410，可以在电动推杆503伸缩范围较小的情况下，驱动第一齿轮410转动更大角度，同时第二齿轮502和第一齿轮410的设置起到换向作用，在电动推杆503伸缩端收缩以带动伸缩套3伸张时，也驱动第一齿轮410沿扭簧404蓄力方向转动；齿条507为铁磁性物质，优选为铁，以便于电磁铁509吸附。

优选地，为保证在下层拨板405或上层拨板409转动至第三象限73或第四象限74时，中层储物腔22内的物资包403不会由下落口24落下，同时在下层拨板405经过至第二象限72时，下落口24可以打开以使物资包403落至下层投放腔23，设置控料机构6；如图3和图6-10所示，控料机构6包括固定在下落口24后部的收卷机构61、一端固定且卷绕在收卷机构61上且用于封闭下落口24以供待投放物资包403通过的柔性带601、固定在柔性带601另一端的横移板602、固定在下落口24左侧的燕尾滑槽轨道603、滑动设置在燕尾滑槽轨道603内且与横移板602固定连接的燕尾滑块604、固定在下落口24前部且拉线与燕尾滑块604连接的第一拉线收卷盒605、开设在横移板602上的燕尾槽606、滑动设置在燕尾槽606内的条形燕尾块607、固定在条形燕尾块607右端的限位块608、固定安装在横移板602左侧且拉线与条形燕尾块607连接的第二拉线收卷盒609；其中，柔性带601始终保持张紧态，以承载物资包403通过下落口24；在下层拨板405经过至第三象限73、第二象限72时，下层拨板405与条形燕尾块607接触，下层拨板405经过第二象限72时，推动条形燕尾块607、横移板602向收卷机构61移动，柔性带601收卷逐渐打开下落口24，可以打开以使物资包403由下落口24落至下层投放腔23；通过设置燕尾滑槽轨道603和燕尾滑块604，可以支撑横移板602，使其可以沿水平方向横移；柔性带601可以为帆布带，柔性带601与下层投放腔23顶壁贴合；为保证下落口24开启至可供物资包403下落的大小，设置燕尾槽606、条形燕尾块607和限位块608，这样当在下层拨板405旋转至横移板602边缘至投放通道231间，下层拨板405仍能通过条形燕尾块607和限位块608连接横移板602，不至于使下层拨板405与横移板602脱离，从而继续将柔性带601收卷至收卷辊612上，完全开启下落口24。

优选地，为使柔性带601始终保持张紧态，同时实现柔性带601逐渐启开下落口24的功能，设置收卷机构61，如图6-10所示，收卷机构61包括固定在下层投放腔23内的两个涡簧座611、转动安装在涡簧座611内的收卷辊612、安装在涡簧座611内且与收卷辊612连接的涡簧613；柔性带601封闭下落口24时，涡簧613处于弹性形变状态，在推动条形燕尾块607、横移板602向收卷辊612移动过程中，涡簧613作为动力元件驱动收卷辊612转动，收卷柔性带601，使柔性带601保持张紧态，这样可保证此刻位于柔性带601上的物资包403顺利通过下落口24，下一物资包403可以由下落口24落下。

优选地，动力机构5驱动第一齿轮410转动方向为扭簧404蓄力方向，为使得在扭簧404蓄力过程中，经过柔性带601的承载后物资包403可以顺利再通过下落口24，如图3所示，沿扭簧404蓄力方向，下落口24的内侧壁边缘设置为向上的斜面，这样可避免物资包403卡在柔性带601和下落口24间。

优选地，如图5所示，为提高物资包403投射出的水平距离，增大扭簧404的扭力，沿上层转轴407轴线一点为中心建立平面直角坐标系，投放通道231位于第一象限71，下落口24位于第二象限72，下层拨板405沿扭簧404蓄力方向依次经过第四象限74、第三象限73和第二象限72；这样，初始时，下层拨板405卡在投放通道231的入口，即第一象限71和第四象限74大致交界处，下层拨板405依次经过第四象限74、第三象限73和第二象限72，大致旋转270度，使得扭簧404扭转尽可能大的角度，以提高扭簧404弹力。

优选地，为便于将物资包403放入中层储物腔22，如图5所示，在壳体2上安装有与中层储物腔22对应的储放门8，储放门8一端与壳体2铰接另一端与壳体2可分离连接。储放门8一端可通过合页与壳体2铰接，另一端可通过搭扣锁组件与壳体2可分离连接，搭扣锁组件可选用保险搭扣锁，即在搭扣锁的基础上加上自锁装置，让搭扣锁不被随意开启或弹开，可以起到安全作用的。以上连接方式均为现有技术，其他可分离连接的现有技术形式亦在本发明的保护之中，不再赘述。

优选地，为使上层拨板409可以顺利拨动物资包403在中层容纳腔内圆周运动，如图5所示，设置中层储物腔22与主轴腔25构成一供待投放物资包403通过的环形通道，储放门8为形状与中层储物腔22适配的弧形门，储放门8关闭时，储放门8内壁与中层储物腔22内壁光滑过度，大致无凹凸处，以保证物资包403顺利通过，不会卡在储放门8与壳体2连接处。

优选地，为提高物资投射效果，避免物资撞击下层投放腔23内壁，如图6-8所示，设置下层投放腔23下部与主轴腔25构成一供待投放物资包403通过的弧形通道，并且投放通道231与弧形通道相切，这样当扭簧404释放弹力的时候，下层拨板405会带动弧形通道中处于第二象限72的物资依次经过第三象限73、第四象限74，下层拨板405在第四象限74和第一象限71的交界处被主轴腔25限位停止继续旋转，此时下层拨板405与弧形通道大致垂直，下层拨板405对物资包403施加的力与弧形通道轴线大致平行，因而物资包403会受力大致径直通过投放通道231。

本实施方案的工作步骤：

步骤一、无人机本体1飞行至合适位置后悬停，电动推杆503伸缩端收缩，电磁离合器406通电使得上层转轴407和下层转轴401传动连接，通过连接板506带动滑板505、弹簧导向杆508、齿条507运动，齿条507带动第二齿轮502、第一齿轮410、上层转轴407、下层转轴401转动，上层转轴407、下层转轴401沿顺时针方向大致旋转270度，扭簧404形变蓄力，期间，大致前180度由于柔性带601仍封闭或不完全开启下落口24，因此通过的两个物资包403不会由下落口24落下，当下层拨板405转动至第二象限72时，逐渐大幅度推动条形燕尾块607、横移板602向收卷辊612处运动，第一拉线收卷盒605拉线拉出，柔性带601收卷至收卷辊612上，条形燕尾块607相对横移板602在燕尾槽606内滑动，第二拉线收卷盒609的拉线拉出，下落口24逐渐开启，后大致90度，位于第三象限73和第四象限74交界处的上层拨板409大致移动至第三象限73和第二象限72交界处，将物资包403拨至开启的下落口24，此时下层拨板405大致移动至第一象限71和第二象限72交界处；连接杆510带动伸缩套3完全伸张，此时伸缩套3内壁大致光滑，以供物资包403顺利通过；

步骤二、电磁离合器406断电，在扭簧404弹性恢复力作用下，下层转轴401受力转动，下层拨板405拨动由下落口24下落至下层投放腔23内的物资包403至投放通道231，物资包403经过弧形通道、投放通道231、伸缩套3后投射而出，到达预先计算好的投放点；第一拉线收卷盒605的拉力大于涡簧613的弹力，当下层拨板405脱离条形燕尾块607后，在第一拉线收卷盒605的拉力作用下，柔性带601重新封闭下落口，在第二拉线收卷盒609的拉力作用下，条形燕尾块607复位。

步骤三、电磁铁509通电吸附齿条507，使齿条507与第二齿轮502不再接触，电动推杆503带动齿条507复位，随后电磁铁509断电，在弹簧导向杆508的作用下，齿条507复位再次与第二齿轮502啮合；

步骤四、重复步骤1-3，如此，可以将初始时位于第一象限71、第四象限74、第三象限73、第二象限72的物资包403依次投递出去。

上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种非接触式物资投放无人机，包括无人机本体（1），其特征在于，所述无人机本体（1）底部可拆卸安装有一壳体（2），所述壳体（2）内由上至下依次设有上层动力腔（21）、中层储物腔（22）和下层投放腔（23），所述中层储物腔（22）底部开有与下层投放腔（23）连通的下落口（24），所述下层投放腔（23）内横向设有投放通道（231），所述投放通道（231）的出口处安装有伸缩套（3），所述壳体（2）中心处竖向设有圆筒型的主轴腔（25），所述主轴腔（25）内转动安装有下层转轴（401），所述下层转轴（401）上安装有用于对其转动产生阻力的扭簧（404），所述下层转轴（401）上安装有伸入下层投放腔（23）内的下层拨杆（402），所述下层拨杆（402）上安装有下层拨板（405），所述下层转轴（401）上端通过电磁离合器（406）连接有上层转轴（407），所述上层转轴（407）上安装有伸入中层储物腔（22）内的四个上层拨杆（408），四个所述上层拨杆（408）沿上层转轴（407）轴线呈圆周分布，所述上层拨杆（408）上安装有用于拨动中层储物腔（22）内的待投放物资包（403）并使其经过下落口（24）的上层拨板（409），所述上层转轴（407）顶端转动安装在上层动力腔（21）内且安装有第一齿轮（410）；还包括：

设置在上层动力腔（21）内的动力机构（5），所述动力机构（5）驱动第一齿轮（410）转动、伸缩套（3）伸缩；

设置在下层投放腔（23）顶部的用于启闭下落口（24）的控料机构（6），所述下层拨板（405）与控料机构（6）配合驱动其开启下落口（24）。

2.根据权利要求1所述的一种非接触式物资投放无人机，其特征在于，所述动力机构（5）包括转动安装在上层动力腔（21）内的从动轴（501）、安装在从动轴（501）上且与第一齿轮（410）啮合连接的第二齿轮（502）、固定安装在上层动力腔（21）内的电动推杆（503）、固定安装在上层动力腔（21）内的滑槽导轨（504）、滑动安装在滑槽导轨（504）内的滑板（505）、与电动推杆（503）伸缩端和滑板（505）连接的连接板（506）、位于滑板（505）一侧且与第二齿轮（502）啮合连接的齿条（507）、两端分别固定安装在齿条（507）和滑板（505）上的弹簧导向杆（508）、固定安装在滑板（505）上用于吸附齿条（507）以使齿条（507）脱离第二齿轮（502）的电磁铁（509）；其中，所述滑板（505）一端伸出上层动力腔（21）且安装有连接杆（510），所述连接杆（510）与伸缩套（3）远离下落口（24）的一端连接。

3.根据权利要求2所述的一种非接触式物资投放无人机，其特征在于，所述控料机构（6）包括固定在下落口（24）后部的收卷机构（61）、一端固定且卷绕在收卷机构（61）上且用于封闭下落口（24）以供待投放物资包（403）通过的柔性带（601）、固定在柔性带（601）另一端的横移板（602）、固定在下落口（24）左侧的燕尾滑槽轨道（603）、滑动设置在燕尾滑槽轨道（603）内且与横移板（602）固定连接的燕尾滑块（604）、固定在下落口（24）前部且拉线与燕尾滑块（604）连接的第一拉线收卷盒（605）、开设在横移板（602）上的燕尾槽（606）、滑动设置在燕尾槽（606）内的条形燕尾块（607）、固定在条形燕尾块（607）右端的限位块（608）、固定安装在横移板（602）左侧且拉线与条形燕尾块（607）连接的第二拉线收卷盒（609）；其中，所述柔性带（601）始终保持张紧态。

4.根据权利要求3所述的一种非接触式物资投放无人机，其特征在于，所述收卷机构（61）包括固定在下层投放腔（23）内的两个涡簧座（611）、转动安装在涡簧座（611）内的收卷辊（612）、安装在涡簧座（611）内且与收卷辊（612）连接的涡簧（613）。

5.根据权利要求4所述的一种非接触式物资投放无人机，其特征在于，所述动力机构（5）驱动第一齿轮（410）转动方向为扭簧（404）蓄力方向，沿扭簧（404）蓄力方向，所述下落口（24）的内侧壁边缘为向上的斜面。

6.根据权利要求5所述的一种非接触式物资投放无人机，其特征在于，沿所述上层转轴（407）轴线一点为中心建立平面直角坐标系，所述投放通道（231）位于第一象限（71），所述下落口（24）位于第二象限（72），所述下层拨板（405）沿扭簧（404）蓄力方向依次经过第四象限（74）、第三象限（73）和第二象限（72）。

7.根据权利要求6所述的一种非接触式物资投放无人机，其特征在于，所述壳体（2）上安装有与中层储物腔（22）对应的储放门（8），所述储放门（8）一端与壳体（2）铰接另一端与壳体（2）可分离连接。

8.根据权利要求7所述的一种非接触式物资投放无人机，其特征在于，所述中层储物腔（22）与主轴腔（25）构成一供待投放物资包（403）通过的环形通道。

9.根据权利要求8所述的一种非接触式物资投放无人机，其特征在于，所述下层投放腔（23）下部与主轴腔（25）构成一供待投放物资包（403）通过的弧形通道，所述投放通道（231）与弧形通道相切。

Images