CN113148200B - 一种悬吊式载物无人机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种悬吊式载物无人机，包括无人机本体；悬吊组件，其与无人机本体的底部铰接；驱动机构，其设置在无人机本体和悬吊组件之间，能够改变悬吊组件的倾角；载物箱，其可拆卸连接悬吊组件，用于装载物品；装卸组件，其可拆卸连接载物箱，用于装卸物品。通过设置倾角可变的悬吊组件和自动装卸组件适用于多种应用场景，装卸便捷，效率高。

Description

一种悬吊式载物无人机及其控制方法

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种悬吊式载物无人机及其控制方法。

背景技术

无人机是一种以无线电遥控或由自身程序控制为主的不载人飞机，它具有体积小、造价低、使用方便、对环境要求低等优点，随着无人机技术的逐步成熟，无人机的应用越来越广泛，与传统载物、运输方式相比，无人机的优点显而易见，因而受到快递运输等行业的青睐。市场上现有的载物无人机都是通过悬臂夹持、钩取等方式运载物品，过程繁琐、稳定性差，而且极易发生因运输过程不稳而造成物品磕碰、损坏。

发明内容

本发明提供了一种悬吊式载物无人机，在无人机本体的底部连接倾角可调的悬吊架，通过悬吊架与载物箱可拆卸连接，实现无人机对载物箱的运载，同时设计了自动装卸组件，自动装卸组件与悬吊架配合，适用于平地、山坡等多种应用场景，且装配效率高，实用性强。

本发明的技术方案为：

一种悬吊式载物无人机，其特征在于，包括：

无人机本体；

悬吊组件，其与无人机本体的底部铰接；

驱动机构，其设置在无人机本体和悬吊组件之间，能够改变悬吊组件的倾角；

载物箱，其可拆卸连接悬吊组件，用于装载物品；

装卸组件，其可拆卸连接载物箱，用于装卸物品。

优选的是，悬吊组件包括：

悬吊架；

第一支撑杆，其一端与无人机本体连接，另一端与悬吊架的一侧铰接；

第二支撑杆，其为可伸缩杆，且一端与无人机本体连接，另一端与悬吊架的另一侧铰接；

至少两根悬吊绳，其为可伸缩绳，一端可拆卸连接所述悬吊架；

连接钩，其可拆卸连接悬吊绳的另一端；

其中，第二支撑杆伸缩，能够改变悬吊架的倾角。

优选的是，连接钩包括：

壳体；

钩体，其一端可旋转的支撑在壳体内，且具有外齿；

锁紧杆，其为可伸缩杆，一端可滑动支撑在壳体内，且外壁设置有螺纹；

齿轮，其可旋转支撑在壳体内，且一端与螺纹啮合，另一端与外齿啮合；

锁紧板，其连接锁紧杆的另一端；

第一驱动电机，其连接锁紧杆，能够驱动锁紧杆伸缩；

其中，锁紧杆伸缩，能够带动钩体另一端向锁紧杆一侧靠近或远离。

优选的是，驱动机构包括：

驱动轴，其可旋转的支撑在无人机本体的底部；

套接件，其套设在驱动轴上，能够与驱动轴螺纹配合，驱动轴旋转，所述套接件沿驱动轴滑动；

联动拉杆，其一端与套接件铰接，另一端与悬吊架铰接；

第二驱动电机，其连接驱动轴，能够驱动驱动轴旋转。

优选的是，载物箱包括：

箱体，其内部具有容置腔；

连接环，其设置在箱体的外表面，能够与连接钩配合连接；

装卸轨，其设置在容置腔内；

平移滑轮，其可转动支撑在装卸轨上；

定位块，其设置在容置腔内；

转动电机，其连接平移滑轮，能够驱动平移滑轮转动；

缓冲机构，其可拆卸连接箱体的底部。

优选的是，装卸组件包括：

载物台；

第一挡板，其设置在载物台的一侧；

第二挡板，其设置在载物台的一端；

导槽，其设置在载物台上表面，且对称设置有矩形定位口；

至少两个固定块，其可滑动设置在导槽上，且通过调节组件与定位口卡紧与松开实现在导槽内固定和移动；

卡接块，其设置在载物台的一端，能够与定位块配合；

滑动卡槽，其设置在载物台的下表面，能够与平移滑轮配合，平移滑轮转动以使载物台沿装卸轨滑动。

优选的是，调节组件包括：

按压块；

片簧，其弹性支撑在按压块的底部；

卡脚，其设置在片簧的两侧，且与定位口配合，以卡住定位口。

优选的是，缓冲机构包括：

缓冲圈，其一端具有至少一个限位凸起，另一端可拆卸连接箱体；

安装套筒，其一端可滑动套接缓冲圈，且内部具有滑轨，滑轨与限位凸起配合滑动，另一端具有限位平台，限位平台的内径小于限位凸起的外径；

弹簧，其弹性支撑在安装套筒和缓冲圈之间。

一种悬吊式载物无人机的控制方法，包括：

装载物品时，将物品固定在所述载物台上，将载物台一侧放置在装卸轨上，转动电机正向转动，载物台以速度v向靠近箱体一侧移动，t时间后停止，即将载物台装入箱体内；

卸载物品时，转动电机反向转动，载物台以速度v向远离箱体一侧移动，t时间后停止，即将载物台移出箱体。

优选的是，速度v的计算公式为：

其中，v为载物台移动速度，为转动电机的平均转速，θ为悬吊架的倾斜角度ω为驱动电机的平均转速，a为联动拉杆的长度，b为第一支撑杆的长度，c为驱动轴的螺距，/>为驱动系数，m为平移滑轮外径，n为平移滑轮的内径，k为平移滑轮的螺距，e为自然常数，f为响应系数；

所述转动时间t的计算公式为：

其中，L为卡接块与定位块间的距离，a为载物台的搭载深度。

本发明的有益效果是：

1.本发明提供了一种悬吊式载物无人机，通过无人机、悬吊架、载物箱可拆卸连接，实现无人机运载物品的功能灵活性高。通过调节悬吊架的倾角，一方面可以适用于不同的应用场景，另一发面在卸载物品时，可以通过一定的倾角，使卸载更便利。

2.本发明提供的悬吊绳可伸缩，在不使用时将悬吊绳收起，能够有效地减少空间占用，便于收纳；本发明提供的连接钩通过锁紧杆的伸缩实现自动上钩和脱钩，操作简单，效率高。

3.本发明提供的装卸组件与载物箱配合，能够实现物品的自动装卸，即提高效率又节省了人工成本，经济效益高。

4.本发明还提供了一种悬吊式载物无人机的控制方法，给出了物品装载的控制速度和时间，使物品匀速装载或卸载，避免暴力装卸造成破损。

附图说明

图1为本发明提供的一种悬吊式载物无人机的示意图(第一视角)。

图2为本发明提供的一种悬吊式载物无人机的示意图(第二视角)。

图3为本发明的一个实施例中悬吊绳与连接钩的结构示意图。

图4为本发明的一个实施例中连接钩的结构示意图。

图5为本发明的一个实施例中连接钩的剖面图。

图6为本发明的一个实施例中载物箱与装卸组件的结构示意图。

图7为本发明的一个实施例中载物箱的结构示意图。

图8为本发明的一个实施例中装卸组件的结构示意图。

图9为本发明的一个实施例中导槽与固定块的连接结构示意图。

图10为本发明的一个实施例中固定块的结构示意图。

图11为本发明的一个实施例中片簧的结构示意图。

图12为本发明的实施例中减震机构的剖面图。

图13为本发明的实施例中安装套筒的剖面图。

图14为本发明的实施例中缓冲圈的结构示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中”、“上”、“下”、“横”、“内”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-3所示本发明提供的一种悬吊式载物无人机，包括无人机本体100、悬吊组件200、驱动机构300、载物箱400和装卸组件500。

悬吊组件200与无人机主体铰接，悬吊组件200包括悬吊架210、第一支撑杆220、第二支撑杆230、悬吊绳240和悬吊钩250。

第一支撑杆220的一端与无人机本体100连接，另一端与悬吊架210的一侧铰接，第二支撑杆230为可伸缩杆，其一端与无人机本体100连接，另一端与悬吊架210的另一侧铰接，悬吊绳240至少为两根，且为伸缩绳，连接钩250可拆卸连接悬吊绳240的另一端，第二支撑杆230伸缩能够改变悬吊架210的倾角。

作为一种优选，悬吊绳240的数量为4-6个，平均分布在悬吊架210的两侧，当使用悬吊绳拉动物品时，可以提供稳定、均匀的作用力。

驱动机构300设置在无人机主体100和悬吊架200之间，驱动机构300包括驱动轴310、套接件320、联动拉杆330和第二驱动电机。驱动轴310可旋转的支撑在无人机本体100的底部，套接件320套设在驱动轴310上，能够与驱动轴310配合滑动，联动拉杆330的一端与套接件320铰接，另一端与悬吊架210铰接，第二驱动电机连接驱动轴310。

启动第二驱动电机转动，能够带动驱动轴310转动，套接件320沿驱动轴310滑动，联动拉杆330一端受力，另一端的悬吊架210受联动拉杆的作用力，倾角发生改变，第二支撑杆230配合伸缩，以实现对悬吊架210倾角的调节，不仅可以应用在较为复杂的坡地使用，还可以通过调价悬吊架210的倾角，使载物箱400与地面形成一定的倾角，使载物箱装卸物品更省力。

如图4所示悬吊绳240包括安装架241、转轴242、绳体243。转轴242可转动支撑在安装架241上，绳体243与转轴242的一端固连，绳体243随转轴242转动，以实现伸缩。

如图5-6所示连接钩250包括壳体251、锁紧杆252、钩体253、齿轮254、锁紧板255和第一驱动电机256。钩体253一端可旋转的支撑在壳体251内，且一端具有外齿253a，锁紧杆252为可伸缩杆，一端可滑动支撑在壳体251内，且外壁设置有螺纹252a，齿轮254可旋转支撑在壳体251内，且一端与螺纹252啮合，另一端与外齿253a啮合，锁紧板255连接锁紧杆252的另一端；第一驱动电机256连接锁紧杆252，能够驱动锁紧杆252伸缩，锁紧杆252伸缩，能够带动钩体253另一端向锁紧杆252一侧靠近或远离。

如图7所示载物箱400包括箱体410、连接环420、装卸轨430、平移滑轮440、定位块450、缓冲机构460和转动电机470。

其中，箱体410为一面可开合的立方体，且内部具有容置腔，连接环420设置在箱体的外表面，能够与连接钩250配合连接，装卸轨430设置在容置腔内，且其上可滚动设置有平移滑轮440，定位块450设置在容置腔内，转动电机470连接平移滑轮440，能够驱动平移滑轮440转动，缓冲机构460可拆卸连接箱体410的底部，载物箱降落着地时可以起到缓冲避震的效果，减少载物箱内物品受到的冲击力，同时延长载物箱的使用寿命。

连接钩250与载物箱400连接时，将连接钩250靠近载物箱400的连接环420，启动第一驱动电机256，锁紧杆252从壳体251伸出，钩体253转动，向锁紧杆252的一侧靠近，锁紧板255与钩体253抵接，将载物箱钩连。

当连接钩250与载物箱分离时，启动第二驱动电机256，锁紧杆向壳体回缩，钩体253向远离锁紧杆252一侧转动，以实现自动载物箱自动脱钩。

如图8-11所示为本发明提供的装卸组件的结构示意图，装卸组件能够与载物箱400配合，实现自动装卸物品的功能。装卸组件包括载物台510、第一挡板520、第二挡板530、导槽540、固定块550、滑动卡槽560和卡接块。

其中，第一挡板520设置在载物台510的一侧，第二挡板530设置在载物台510的一端，导槽540设置在载物台510上表面，且对称设置有矩形定位口541，固定块550可滑动设置在导槽540上，且通过调节组件551与定位口541卡紧与松开实现在导槽540内固定和移动。卡接块设置在载物台510的一端，能够与定位块450配合，滑动卡槽560设置在载物台510的下表面，能够与平移滑轮440配合，平移滑轮440转动能够使载物台510沿装卸轨430滑动。

调节组件551包括按压块551a、片簧551b、卡脚551c和复位弹簧551d。片簧551b弹性支撑在按压块551a的底部，卡脚551c设置在片簧551b的两侧，与定位口541配合，以卡住定位口541，复位弹簧551弹性支撑在卡簧551b与按压快551a之间。

作为一种优选，第一挡板520、第二挡板530和固定块550的表面均具有防滑垫。

作为一种优选，固定滑块550的数量为3-4个，当物品放置到载物台510上是，调节固定540将物品夹持在固定滑块540和挡板之间，通过平行设置3-4个固定滑块，可以灵活适用于不规则形状物品的固定。

使用固定块550固定物体的工作过程为：按压按压部，是卡簧551a向下移动，卡脚551c与定位扣541脱离，固定块550能够沿导槽540滑动，固定块550与装载物品抵接，松开按压块，在复位弹簧551d的弹性作用下复位，卡脚551c与定位扣541卡紧，固定块固定。

如图12-14所述为本发明提供的缓冲机构460的结构示意图，缓冲机构460包括缓冲圈461、安装套筒462和弹簧463。

缓冲圈461的一端具有至少一个限位凸起461a，其另一端可拆卸连接箱体410，安装套筒462可滑动套接在缓冲圈461的一端，其内部具有滑轨462a，滑轨462a与限位凸起461a滑动配合，以保证缓冲圈461在安装套筒462内垂直滑动，安装套筒462的一端还具有限位平台462b，限位平台462b的内径小于限位凸起461a的外径，以防止缓冲圈461从安装套筒462中脱离，弹簧463弹性支撑在安装套筒462和缓冲圈461之间，当载物降落到地面时，受地面冲击力，弹簧463一侧受地面冲击力，另一侧受箱体重力作用，弹簧463发生形变，以减小地面对箱体的冲击力，保护箱体内物品不收撞击损伤，延长箱体的使用寿命。

实施以悬吊式载物无人机的工作过程为例，作进一步说明

运载准备：根据使用场景，调节载物箱400的水平角度，启动驱动电机，带动驱动轴310转动，与驱动轴310配合的套接件320沿驱动轴310滑动，联动拉杆330受力作用，推动悬吊架210，以调节悬吊架210与载物箱400的倾角。

物品装载：将物品放置在载物台510上，物品的两个侧面分别与第一挡板520和第二挡板530贴近，根据物品外观调节固定块550使物品两端分别与挡板和固定滑块540抵接，物品被固定在装载台510上。

打开箱体410一侧的开合门，将装载台510搭载在箱体410的一端，滑动卡槽560与平移滑轮440配合，启动转动电机470正向转动，带动平移滑轮440正向转动，以使滑动卡槽560沿装卸轨430向箱体内部滑动，直至卡接块与定位块450接触锁紧，载物台510被固定在箱体410内，关闭开合门，利用无人机将物品运抵目的地。

物品卸载：转动电机470反向旋转，将载物台510从箱体410中滑移出来。同时可根据卸载场所的实际情况，利用上述方法调节载物箱到合适倾角，配合卸载，效率更高。

本发明提供了一种悬吊式载物无人机，在无人机本体的底部连接倾角可调的悬吊架，通过悬吊架与载物箱可拆卸连接，实现无人机对载物箱的运载，同时设计了自动装卸组件，自动装卸组件与悬吊架配合，适用于平地、山坡等多种应用场景，且装配效高、结构简单，操作方便。

一种悬吊式载物无人机的控制方法，包括：

装载物品时，将物品固定在载物台上，将载物台一侧放置在装卸轨上，转动电机正向转动，载物台以速度v向箱体内侧移动，t时间后停止，即将载物台装入箱体内；

卸载物品时，转动电机正向转动，载物台以速度v向箱体外侧移动，t时间后停止，即将载物台移出箱体。

速度v的计算公式为：

其中，v为载物台移动速度，为转动电机的平均转速，θ为悬吊架的倾斜角度ω为驱动电机的平均转速，a为联动拉杆的长度，b为第一支撑杆的长度，c为驱动轴的螺距，/>为驱动系数，m为平移滑轮外径，n为平移滑轮的内径，k为平移滑轮的螺距，e为自然常数，f为响应系数；

转动时间t的计算公式为：

其中，L为卡接块与定位块间的距离，A为载物台的搭载深度。

本发明给出了物品装载的控制速度和时间，使物品匀速装载或卸载，避免暴力装卸造成破损。

以上内容仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不脱离本发明的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (6)

1.一种悬吊式载物无人机，其特征在于，包括：

无人机本体；

悬吊组件，其与所述无人机本体的底部铰接；所述悬吊组件包括：

悬吊架；

第一支撑杆，其一端与所述无人机本体连接，另一端与所述悬吊架的一侧铰接；

第二支撑杆，其为可伸缩杆，且一端与所述无人机本体连接，另一端与所述悬吊架的另一侧铰接；

至少两根悬吊绳，其为可伸缩绳，一端可拆卸连接所述悬吊架；

连接钩，其可拆卸连接所述悬吊绳的另一端；

其中，所述第二支撑杆伸缩，能够改变所述悬吊架的倾角；

驱动机构，其设置在所述无人机本体和所述悬吊组件之间，能够改变所述悬吊组件的倾角；所述驱动机构包括：

驱动轴，其可旋转的支撑在所述无人机本体的底部；

套接件，其套设在所述驱动轴上，能够与所述驱动轴螺纹配合，所述驱动轴旋转，所述套接件沿所述驱动轴滑动；

联动拉杆，其一端与所述套接件铰接，另一端与所述悬吊架铰接；

第二驱动电机，其连接所述驱动轴，能够驱动所述驱动轴旋转；

载物箱，其可拆卸连接所述悬吊组件，用于装载物品；

所述载物箱包括：

箱体，其内部具有容置腔；

连接环，其设置在所述箱体的外表面，能够与所述连接钩配合连接；

装卸轨，其设置在所述容置腔内；

平移滑轮，其可转动支撑在所述装卸轨上；

定位块，其设置在所述容置腔内；

转动电机，其连接所述平移滑轮，能够驱动所述平移滑轮转动；

缓冲机构，其可拆卸连接所述箱体的底部；

装卸组件，其可拆卸连接所述载物箱，用于装卸物品，所述装卸组件包括：

载物台；

第一挡板，其设置在所述载物台的一侧；

第二挡板，其设置在所述载物台的一端；

导槽，其设置在所述载物台上表面，且对称设置有矩形定位口；

至少两个固定块，其可滑动设置在所述导槽上，且通过调节组件与所述定位口卡紧与松开实现在所述导槽内固定和移动；

卡接块，其设置在所述载物台的一端，能够与所述定位块配合；

滑动卡槽，其设置在所述载物台的下表面，能够与所述平移滑轮配合，所述平移滑轮转动以使所述载物台沿装卸轨滑动。

2.如权利要求1所述的悬吊式载物无人机，其特征在于，所述连接钩包括：

壳体；

钩体，其一端可旋转的支撑在所述壳体内，且具有外齿；

锁紧杆，其为可伸缩杆，一端可滑动支撑在所述壳体内，且外壁设置有螺纹；

齿轮，其可旋转支撑在所述壳体内，且一端与所述螺纹啮合，另一端与所述外齿啮合；

锁紧板，其连接所述锁紧杆的另一端；

第一驱动电机，其连接所述锁紧杆，能够驱动所述锁紧杆伸缩；

其中，所述锁紧杆伸缩，能够带动所述钩体另一端向所述锁紧杆一侧靠近或远离。

3.如权利要求2所述的悬吊式载物无人机，其特征在于，所述调节组件包括：

按压块；

片簧，其弹性支撑在所述按压块的底部；

卡脚，其设置在所述片簧的两侧，且与所述定位口配合，以卡住所述定位口。

4.如权利要求3所述的悬吊式载物无人机，其特征在于，所述缓冲机构包括：

缓冲圈，其一端具有至少一个限位凸起，另一端可拆卸连接所述箱体；

安装套筒，其一端可滑动套接所述缓冲圈，且内部具有滑轨，所述滑轨与所述限位凸起配合滑动，另一端具有限位平台，所述限位平台的内径小于所述限位凸起的外径；

弹簧，其弹性支撑在所述安装套筒和所述缓冲圈之间。

5.一种悬吊式载物无人机的控制方法，使用权利要求1-4中任一项所述的悬吊式载物无人机，其特征在于，包括：

装载物品，将物品固定在载物台上，将载物台一侧放置在装卸轨上，转动电机正向转动，载物台以速度v向靠近箱体一侧移动，t时间后停止，即将载物台装入箱体内；

卸载物品时，转动电机反向转动，载物台以速度v向远离箱体一侧移动，t时间后停止，即将载物台移出箱体其中，t表示转动时间。

6.如权利要求5所述的悬吊式载物无人机的控制方法，其特征在于，所述速度v的计算公式为：

其中，v为载物台移动速度，为转动电机的平均转速，θ为悬吊架的倾斜角度ω为驱动电机的平均转速，a为联动拉杆的长度，b为第一支撑杆的长度，c为驱动轴的螺距，/>为驱动系数，m为平移滑轮外径，n为平移滑轮的内径，k为平移滑轮的螺距，e为自然常数，f为响应系数；

转动时间t的计算公式为：

其中，L为卡接块与定位块间的距离，A为载物台的搭载深度。