CN112607031A - 一种模块化无人机集群空中快速投放系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模块化无人机集群空中快速投放系统，包括导轨模块，导轨模块为U型轨道；还包括发射单元模块，发射单元模块嵌入导轨模块内，且与导轨模块活动连接，导轨模块开口一端还设置有直线作动器，直线作动器伸入导轨模块内与发射单元模块相接，发射模块的底部设置有发射单元模块投放孔，导轨模块底部开设有三个与发射单元模块投放孔配合的导轨模块投放孔，三个导轨模块投放孔均匀分布于导轨模块底部；本发明操作简单，可自主智能投放，投送系统内置，对载机自身气动特性无影响且装置安装位于载机机腹弹舱中部，对载机重心影响小的优点。

Description

一种模块化无人机集群空中快速投放系统
技术领域
本发明属于无人机技术领域，涉及一种模块化无人机集群空中快速投放系统。
背景技术
随着无人机在军事领域应用的不断深入及战场环境的日趋复杂化。对无人机投送的智能化，模块化提出了新的要求。目前，无人机空投主要有两种方式。第一种式载机翼下挂载，这种方式对无人机的一次性投送数量有较大的局限性，无法适应一次任务大批量投放的需求场景。第二种是发射箱式，该方式相较于第一种方式，对单次任务无人机投放数量有了较大提升，但是其较大体积的机体外部挂载对载机的气动性能影响较大，且该种发射方式无法适应不同种类，不同尺寸无人机的同时投放。
发明内容
本发明的目的是提供一种模块化无人机集群空中快速投放系统，解决了现有技术中存在的投送数量局限大和设备体积大的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种模块化无人机集群空中快速投放系统，包括导轨模块，导轨模块为U型轨道；还包括发射单元模块，发射单元模块嵌入导轨模块内，且与导轨模块活动连接，导轨模块开口一端还设置有直线作动器，直线作动器伸入导轨模块内与发射单元模块相接，发射模块的底部设置有发射单元模块投放孔，导轨模块底部开设有三个与发射单元模块投放孔配合的导轨模块投放孔，三个导轨模块投放孔均匀分布于导轨模块底部。
本发明的特点还在于：
其中发射单元模块包括筒体，筒体两端分别设置有与筒体同轴的滚珠轴承，滚珠轴承内嵌有与滚珠轴承同心的无人机固定盘，无人机固定盘还套设有齿轮环，无人机固定盘通过键齿与齿轮环连接，齿轮环与滚珠轴承相接；
位于筒体顶部的无人机固定盘圆心处还架设有电机，电机通过电机转轴与无人机固定盘圆心相连，筒体嵌入导轨模块内，电机还连接有电机控制器；
其中筒体顶部还设置有固定支架，固定支架两端固定于筒体顶部两侧，电机设置于固定支架上；
其中筒体顶部还设置有盖体，盖体与筒体螺纹连接，盖体位于固定支架与筒体之间，电机转轴穿过盖体，盖体表面还开设有装填口；
其中筒体底部还设置有发射单元模块下盖，发射单元模块下盖表面开设有发射单元模块投放孔；
其中无人机固定盘表面绕无人机固定盘的圆心设置有若干无人机，无人机固定盘通过花键与电机转轴相连；
其中导轨模块的导轨内还设置有多个与导轨平行的卡环，发射单元模块的筒体嵌入卡环内与卡环活动连接，导轨模块的导轨内部两侧设置有与卡环配合的侧壁轨道；
其中导轨模块内还设置有与导轨模块垂直的挡板A和挡板B，挡板A与直线作动器的输出端相连；
其中挡板A和挡板B均为与发射单元模块筒体侧身配合的弧形板，且挡板A和挡板B的弧面相对，导轨模块底部还设置有导轨模块底部轨道，挡板A和挡板B嵌入导轨模块底部轨道与导轨模块底部轨道活动连接；
其中直线作动器通过作动器支架与导轨模块相连。
本发明的有益效果是：
本发明的一种模块化无人机集群空中快速投放系统，该系统通过一种模块化发射单元集成在通用导轨平台上，发射单元模块自身亦为模块化设计，主要包含有：可快速更换及维护的发射单元动力模块，在高强度任务环境下，可实现发射单元模块的核心模块-动力模块发生故障时的快速更换及各发射单元模块间的模块通用性。不同尺寸的无人机固定支架及模块化发射单元下盖的设计实现了同一发射单元模块快速更换模块后发射不同种无人机的任务多样性需要。同时，该设计方式在满足同种模块发射不同无人机需求时，由于导轨模块，卡环及发射单元模块外部壳体均为标准统一尺寸，所以使用时只需准备不同种无人机固定盘及发射单元模块下盖，极大减少的备件种类及数量，大大减轻了后勤及维护压力，同时，各模块间的零部件通用也极大降低了使用、维护成本。
附图说明
图1是本发明的一种模块化无人机集群空中快速投放系统中无人机快速投放系统示意图；
图2是本发明的一种模块化无人机集群空中快速投放系统中无人机快速投放系统侧向示意图；
图3是本发明的一种模块化无人机集群空中快速投放系统中无人机快速投放系统底部示意图；
图4是本发明的一种模块化无人机集群空中快速投放系统中发射单元模块顶部刨面视图；
图5是本发明的一种模块化无人机集群空中快速投放系统中几种不同无人机的固定盘示意图；
图6是本发明的一种模块化无人机集群空中快速投放系统中发射单元模块结构示意图；
图7是本发明的一种模块化无人机集群空中快速投放系统中发射单元模块侧面刨示图；
图8是本发明的一种模块化无人机集群空中快速投放系统中发射单元模块与卡环外形图；
图9是本发明的一种模块化无人机集群空中快速投放系统中无人机空投任务示意图。
图中，1.装填口，2.挡板，3.固定支架，4.电机，5.发射单元模块，6.挡板，7.电机控制器，8.直线作动器，9.导轨模块，10.盖体，11.导轨模块投放孔，12.滚柱轴承，13.齿轮环，14.无人机固定盘，15.电机转轴，16.无人机，17.发射单元模块投放孔，18.发射模块卡环，19.作动器支架，20.导轨模块支架安装孔，21.导轨模块侧壁轨道，22.导轨模块底部轨道，23.发射单元模块下盖。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供了一种模块化无人机集群空中快速投放系统，如图1和图2所示，包括导轨模块9，导轨模块9为U型轨道；导轨模块9外侧两面侧壁打有8个螺纹孔20，通过螺纹孔，可以根据不同飞机弹舱的尺寸需要，通过可组装式固定支架使导轨模块9与载机弹舱固连，以适用于不同载机的需要，还包括发射单元模块5，发射单元模块5嵌入导轨模块9内，且与导轨模块9活动连接，导轨模块9开口一端还设置有直线作动器8，直线作动器8通过作动器支架19与导轨模块9相连，直线作动器8伸入导轨模块9内与发射单元模块5相接，如图7所示，发射模块5的底部设置有发射单元模块投放孔17，如图3所示，导轨模块9底部开设有三个与发射单元模块投放孔17配合的导轨模块投放孔11，三个导轨模块投放孔11均匀分布于导轨模块9底部；
如图4所示，发射单元模块5包括筒体，筒体两端分别设置有与筒体同轴的滚珠轴承12，滚珠轴承12内嵌有与滚珠轴承12同心的无人机固定盘14，无人机固定盘14还套设有齿轮环13，无人机固定盘14通过键齿与齿轮环13连接，齿轮环13与滚珠轴承12相接；
如图6所示，即无人机通过上下两个无人机固定盘14固定于发射单元模块5筒体内，上下两个无人机固定盘14分别与上下两个齿轮环13通过键齿连接，同时，齿轮环13法向负方向通过滚珠轴承12的突出部分限位，法向正方形通过弹性卡圈限位；
位于筒体顶部的无人机固定盘14圆心处还架设有电机4，电机4通过电机转轴15与无人机固定盘14圆心相连，筒体嵌入导轨模块9内，电机4还连接有电机控制器7，筒体顶部还设置有固定支架3，固定支架3两端固定于筒体顶部两侧，电机4设置于固定支架3上；
其中电机控制器7的输入指令为：
Ncmd＝Kf(fcmd-f) (1)
式中，fcmd、f分别为发射频率指令和当前发射频率指令；Ncmd为输入至电机控制器的转速指令；Ncmd作为电机控制器的输入，通过电机控制器7的转速控制及电流控制来实现期望的发射频率；
筒体顶部还设置有盖体10，盖体10与筒体螺纹连接，盖体10位于固定支架3与筒体之间，电机转轴15穿过盖体10，盖体10表面还开设有装填口1；
筒体底部还设置有发射单元模块下盖23，发射单元模块下盖23表面开设有发射单元模块投放孔17；
无人机固定盘14表面绕无人机固定盘14的圆心设置有若干折叠后的无人机16，无人机固定盘1通过花键与电机转轴15相连；
如图8所示，导轨模块9的导轨内还设置有多个与导轨平行的卡环18，发射单元模块5的筒体嵌入卡环18内与卡环18活动连接，导轨模块9的导轨内部两侧设置有与卡环18配合的侧壁轨道21；
导轨模块9内还设置有与导轨模块9垂直的挡板A6和挡板B2，挡板A6与直线作动器8的输出端相连；挡板A6和挡板B2均为与发射单元模块5筒体侧身配合的弧形板，且挡板A6和挡板B2的弧面相对，导轨模块9底部还设置有导轨模块底部轨道22，挡板A6和挡板B2嵌入导轨模块底部轨道22与导轨模块底部轨道22活动连接，通过挡板A6和挡板B2固定发射单元模块组；
通过卡环18和挡板两个措施防止发射单元模块5倾覆，同时，约束了其运动的轨迹，挡板A6通过轴承与直线作动器8进行法向连接，该种连接方式可以限制径向和轴向的位移，同时可以使其绕法向自由旋转。
直线作动器8集成有作动器控制单元，通过控制单元控制直线作动器的运动，直线作动器控制单元的控制结构为：
Figure BDA0002851424740000061
式中，Pcmd、P分别为指令位置和当前位置；Vcmd、V分别为速度指令和当前速度；Acmd为电流指令；
图5展示了几种发射单元模块5所配的适用与不同无人机的固定盘14，当任务需要同时发射3种尺寸类型的无人机，地面装填时，将包含有对应无人机尺寸的发射单元模块投放孔17的下盖23分别更换安装在发射单元模块5上，上下两个无人机固定盘14分别更换为图5中的3种固定盘，按照每种固定盘的孔径分别装填对应的无人机，将装填好的三种发射单元模块5安装在导轨模块9的A、B、C三处投放孔对应的发射模块卡环18上，由于导轨模块9的三个导轨模块投放孔均按照该种投放系统中可支持的最大无人机尺寸设计，所以，按照上述流程装填完成后，载机可直接起飞并机动至任务区域，遂行3种尺寸无人机的投放任务；
执行空投发射任务时，发射单元通过电机控制器7根据无人机投送的数量及频率需求实时发送指令至电机4，通过控制电机转速控制投送频率及投送数量，当电机控制器7接收到投放指令后，控制电机4旋转，电机4旋转带动电机转轴15，电机转轴15通过花键与无人机固定盘14相连，当转轴15带动无人机固定盘14旋转，驱动无人机16旋转至发射单元投孔17与导轨投放孔11重合时，无人机通过重力自动投出，当有快速投放需求时，电机控制器7以最高投放速度驱动电机加速旋转，增加单个模块的投放速度，同时，导轨模块9设置有3个投放孔11，当单个模块投放以最大投放速度空投时，仍无法满足空投速度要求，则电机控制器7同时驱动3组发射单元模块5的电机旋转，以实现一次三架无人机的同时投放，当单个发射单元模块5内的无人机全部投放后，直线作动器8作动杆伸出，推动未投放的模块5至投放位置，准备下一次投放任务，载机返场后，可通过装填孔1直接装填无人机至空模块5内，或通过打开发射单元模块动力模块的盖体10进行装填，其中，固定支架3，电机控制器7，电机4，电机转轴15及装填口1均集成在盖体10上，组成发射单元动力模块，以实现发射单元5的快速维护需要。

Claims (10)

1.一种模块化无人机集群空中快速投放系统，其特征在于，包括导轨模块(9)，所述导轨模块(9)为U型轨道；还包括发射单元模块(5)，所述发射单元模块(5)嵌入导轨模块(9)内，且与导轨模块(9)活动连接，所述导轨模块(9)开口一端还设置有直线作动器(8)，所述直线作动器(8)伸入导轨模块(9)内与发射单元模块(5)相接，所述发射模块(5)的底部设置有发射单元模块投放孔(17)，所述导轨模块(9)底部开设有三个与发射单元模块投放孔(17)配合的导轨模块投放孔(11)，三个所述导轨模块投放孔(11)均匀分布于导轨模块(9)底部。
2.根据权利要求1所述的一种模块化无人机集群空中快速投放系统，其特征在于，所述发射单元模块(5)包括筒体，所述筒体两端分别设置有与筒体同轴的滚珠轴承(12)，滚珠轴承(12)内嵌有与滚珠轴承(12)同心的无人机固定盘(14)，无人机固定盘(14)还套设有齿轮环(13)，无人机固定盘(14)通过键齿与齿轮环(13)连接，所述齿轮环(13)与滚珠轴承(12)相接；
所述位于筒体顶部的无人机固定盘(14)圆心处还架设有电机(4)，所述电机(4)通过电机转轴(15)与无人机固定盘(14)圆心相连，所述筒体嵌入导轨模块(9)内，电机(4)还连接有电机控制器(7)。
3.根据权利要求2所述的一种模块化无人机集群空中快速投放系统，其特征在于，所述筒体顶部还设置有固定支架(3)，固定支架(3)两端固定于筒体顶部两侧，电机(4)设置于固定支架(3)上。
4.根据权利要求2所述的一种模块化无人机集群空中快速投放系统，其特征在于，所述筒体顶部还设置有盖体(10)，盖体(10)与筒体螺纹连接，盖体(10)位于固定支架(3)与筒体之间，电机转轴(15)穿过盖体(10)，所述盖体(10)表面还开设有装填口(1)。
5.根据权利要求2所述的一种模块化无人机集群空中快速投放系统，其特征在于，所述筒体底部还设置有发射单元模块下盖(23)，发射单元模块下盖(23)表面开设有发射单元模块投放孔(17)。
6.根据权利要求2所述的一种模块化无人机集群空中快速投放系统，其特征在于，所述无人机固定盘(14)表面绕无人机固定盘(14)的圆心设置有若干无人机(16)，无人机固定盘(14)通过花键与电机转轴(15)相连。
7.根据权利要求1所述的一种模块化无人机集群空中快速投放系统，其特征在于，所述导轨模块(9)的导轨内还设置有多个与导轨平行的卡环(18)，所述发射单元模块(5)的筒体嵌入卡环(18)内与卡环(18)活动连接，所述导轨模块(9)的导轨内部两侧设置有与卡环(18)配合的侧壁轨道(21)。
8.根据权利要求1所述的一种模块化无人机集群空中快速投放系统，其特征在于，所述导轨模块(9)内还设置有与导轨模块(9)垂直的挡板A(6)和挡板B(2)，挡板A(6)与直线作动器(8)的输出端相连。
9.根据权利要求2或8所述的一种模块化无人机集群空中快速投放系统，其特征在于，所述挡板A(6)和挡板B(2)均为与发射单元模块(5)筒体侧身配合的弧形板，且挡板A(6)和挡板B(2)的弧面相对，导轨模块(9)底部还设置有导轨模块底部轨道(22)，挡板A(6)和挡板B(2)嵌入导轨模块底部轨道(22)与导轨模块底部轨道(22)活动连接。
10.根据权利要求1所述的一种模块化无人机集群空中快速投放系统，其特征在于，所述直线作动器(8)通过作动器支架(19)与导轨模块(9)相连。
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