CN113511337A - 一种多物料运输飞行器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多物料运输飞行器及其控制方法，飞行器包括飞行器、物料存放装置、物料保护盒、转盘模块以及自锁装置；飞行器机身底部设有安装平台，物料存放装置安装在安装平台上；物料存放装置包括多个储物仓，每个储物仓内设置多个物料保护盒；自锁装置设置在储物仓内，用于锁定物料保护盒，实现物料精准投放；转盘模块包括转盘、舵机、转轴以及联轴器；当飞行器到达目标地点上空，舵机带动转盘转动，使得转盘开口正好对准某一储物仓位置，触发自锁装置关闭，物料保护盒由于重力作用从转盘开口处下落，实现了物料的投放。本发明提高了物资投放的精确度和成功率，提高了一次飞行所搬运的物资数量。

Description

一种多物料运输飞行器及其控制方法

技术领域

本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种多物料运输飞行器及其控制方法。

背景技术

目前，无人机在民用领域中的应用越来越广泛，例如可以进行航拍和送货等。多旋翼无人机，是一种具有三个及以上旋翼轴的特殊的无人驾驶直升机。其通过每个轴上的电动机转动，带动旋翼，从而产生升推力。旋翼的总距固定，而不像一般直升机那样可变。通过改变不同旋翼之间的相对转速，可以改变单轴推进力的大小，从而控制飞行器的运行轨迹。

多旋翼无人机操控性强，可垂直起降和悬停，主要适用于低空、低速、有垂直起降和悬停要求的任务类型；目前常见的物料搬运多旋翼无人机主要有搬运灭火物料的灭火无人机、搬运农业材料的施肥、洒农药无人机，鲜有用于搬运救灾物资的多旋翼无人机。

现在绝大部分的救灾、运货无人机都是采用固定翼无人机或者载人直升机而不是多旋翼无人机，一个很大的原因在于多旋翼无人机无法有效搬运物资，多旋翼无人机多用于航拍、探测等任务。但是，固定翼无人机投放物资的精确度和一次搬运的物资数量有限，载人直升机耗费资源过多，故提供一种多物料运输飞行器及控制方法，希望能将六轴或八轴多旋翼无人机应用于抢险救灾、运货的物资搬运工作上。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出一种多物料运输飞行器及其控制方法，提高了物资投放的精确度和成功率，提高了一次飞行所搬运的物资数量。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种多物料运输飞行器，包括飞行器、物料存放装置、物料保护盒、转盘模块以及自锁装置；

飞行器机身底部设有安装平台，物料存放装置安装在安装平台上；

物料存放装置包括多个储物仓，每个储物仓内设置多个物料保护盒；

自锁装置设置在储物仓内，用于锁定物料保护盒，实现物料精准投放；

转盘模块包括转盘、舵机、转轴以及联轴器；转盘上设有凹槽，转盘通过凹槽嵌合在物料存放装置下方；转盘上开有一圆形开口；舵机安装在物料存放装置底部正中心位置，转轴与物料存放装置底面以及转盘平面垂直，通过联轴器与转盘固定；

当飞行器到达目标地点上空，舵机带动转盘转动，使得转盘开口正好对准某一储物仓位置，触发自锁装置关闭，物料保护盒由于重力作用从转盘开口处下落，实现了物料的投放。

进一步的，飞行器具体为多旋翼无人机，包括机身、机臂、螺旋桨机构、脚架、摄像头、传感器以及飞控模块；

机臂有多个，围绕机身设置，每个机臂上均设置有螺旋桨机构；

螺旋桨机构包括电机以及桨叶；

摄像头和传感器有多个，用于实时反馈无人机所在位置状况，收集飞行器各项数据；

飞控模块为飞行器控制核心，用于稳定控制飞行器姿态和位置。

进一步的，物料存放装置具体包括多个相互隔开的圆柱型储物仓，多个圆柱型储物仓的圆心连线呈正多边形；

圆柱型储物仓的直径与转盘圆形开口直径相同；

物料存放装置底部设有通孔。

进一步的，自锁装置具体包括弹簧、内导轨、外导轨、受压块、定滑轮、连杆以及凸起触发机构；

内导轨和外导轨设置在圆柱型储物仓的内壁，两导轨相互平行；外导轨上设有多个开孔；

连杆有多根，设置在物料存放装置外边缘，每根连杆对应一条外导轨，连杆底部设置定滑轮；连杆中间设有弹簧，用于给连杆施加向下的推力以锁定受压块；

受压块设置在外导轨开孔处，设有凸起，并由弹簧实现其在外导轨开孔处的绕转轴的旋转运动；

凸起触发机构，设置在转盘的边缘，且位于转盘圆形开口前的位置。

进一步的，定滑轮不接触转盘。

进一步的，舵机带动转盘转动时，当定滑轮触碰到转盘开口前的凸起触发机构，连杆触动使弹簧受压压缩，受压块向上移动，自锁装置关闭；

当转盘转动到圆柱型储物仓的圆形与转盘圆形开口圆形完全同心时，定滑轮不再触碰凸起触发机构，弹簧复位，受压块复位，自锁装置开启，锁定剩余物料。

进一步的，物料保护盒具体包括保护盖、盒体凹槽、盒体以及海绵脚；

保护盖嵌合安装在盒体上，中间设有一字型手柄，用于开合；

盒体用于存放物料，具体为圆柱型，盒体侧面在对应储物仓内壁外导轨的位置开有与外导轨互补的盒体凹槽，且盒体凹槽内开有小孔，用于与自锁装置的受压块凸起配合，锁定物料；

海绵脚有多只，为矮圆柱体，通过胶水固定在盒体底部，用于在盒体下落到地面时对盒体和物料的保护。

进一步的，转盘模块的舵机具体通过螺纹安装在物料存放装置底部正中心位置；转盘中心设有通孔，其与物料存放装置底部的通孔同轴心；转盘与物料存放装置底面以及转盘平面垂直，一端通过过盈配合，经过物料存放装置底部的通孔安装在舵机的转轴上，另一端经过转盘中心通孔安装在联轴器上；联轴器通过螺纹安装在转盘底部，舵机工作时，通过联轴器与转盘的啮合实现舵机与转盘之间的动力传递。

进一步的，舵机可旋转360°及以内的角度。

本发明还包括基于提供的飞行器的控制方法，包括以下步骤：

S1、通过摄像头和传感器判断飞行器到达目标地点上空适合投放物料的高度；

S2、舵机收到来自飞行器的物料投放的信号；舵机根据投放信号控制转轴转动一定角度；

S3、转轴转动，从而带动转盘转动一定角度，转盘的圆形开口转动到与某一储物仓仓口位置同轴心；

S4、在两圆达到同轴心前，转盘边缘凸起触发机构触碰到连杆的定滑轮，连杆压缩弹簧，受压块向上移动，自锁装置关闭；

S5、自锁装置关闭后，处于储物仓下层的物料保护盒将由于重力作用向下运动并滑出无人机；

S6、当转轴再次转动一定的角度后，两圆完全达到同轴心后转盘边缘凸起触发机构不再触动连杆的定滑轮，从而导致弹簧复位，自锁装置重新开启；

处于储物仓上层的物料保护盒亦由于重力作用滑落到下方原来物料保护盒的位置，由于自锁装置重新上锁，物料保护盒被锁定；

S7、当飞行器需要再次投放时将转盘的圆形开口转到指定位置；

S8、重复步骤S1-S7，直至物料全部投放完成，飞行器反馈投放完成信号。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明提高了抢险救灾或者普通货物搬运物资投放位置的精确度与成功率；本发明使得原本只能用来执行勘查和测量任务的多旋翼无人机也能参与到物资运输上来，充分发挥了多旋翼无人机的高机动性和稳定性，能够实现在极少人物资源参与的情况下重要物资的高精准度投放。

2、本发明提高了一次飞行行动所能提供的物资数量，在常见的物料投放无人机上，一次任务能投放的物资有限，本发明通过设计多个小储物仓的方法，在巧妙的自锁装置的固定下，能够在一次飞行任务中向多个地方投放物料，因此减少了执行飞行任务次数的情况下又增加了所能提供的物资的数量。

附图说明

图1是本发明实施例飞行器的示意图；

图2是实施例的物料存储装置的示意图；

图3是实施例的转盘模块的示意图；

图4是实施例的物料保护盒的示意图；

图5是实施例的自锁装置的剖视图；

图6是实施例的转盘的示意图；

图7是实施例飞行器的工作步骤；

附图标号说明：1-物料存放装置；2-内导轨；3-外导轨；4-受压块；5-转盘凹槽；6-弹簧；7-连杆；8-定滑轮；9-凸起触发机构；10-转盘；11-转盘开口；12-舵机；13-储物仓；14-联轴器；15-转轴；16-保护盖；17-手柄；18-盒体凹槽；19-自锁孔；20-海绵脚；21-桨叶；22-机身；23-脚架；24-机臂；25-电机。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

本发明，一种多物料运输飞行器，包括飞行器、物料存放装置1、转盘模块、物料保护盒以及自锁装置。

在本实施例中，如图1所示，飞行器具体为多旋翼无人机，包括机身22、机臂24、螺旋桨机构、脚架23、摄像头、传感器以及飞控模块；

在本实施例中，机臂有6个，围绕机身设置，每个机臂上均设置有螺旋桨机构；螺旋桨机构包括电机25以及桨叶21；摄像头和传感器有多个，用于实时反馈无人机所在位置状况，收集飞行器各项数据，提高投放准确度；飞控模块为飞行器控制核心，用于稳定控制飞行器姿态和位置；所述飞行器机身底面设有安装平台，用于嵌合安装物料存放装置。

如图2和图3所示，所述物料存放装置1为一个整体结构，由金属铸造成型，物料存放装置具体包括多个相互隔开的圆柱型储物仓13，多个圆柱型储物仓13的圆心连线呈正多边形；圆柱型储物仓的直径与转盘圆形开口直径相同；物料存放装置底部设有通孔。所述物料存放装置牢固嵌合安装在飞行器机身底面的安装平台。

如图6所示，所述转盘模块包括转盘10、舵机12、转轴15以及联轴器14；转盘上设有转盘凹槽5，转盘通过凹槽嵌合在物料存放装置下方；转盘上开有一圆形转盘开口11；舵机具体通过螺纹安装在物料存放装置底部正中心位置；转盘中心设有通孔，其与物料存放装置底部的通孔同轴心；转轴与物料存放装置底面以及转盘平面垂直，一端通过过盈配合，经过物料存放装置底部的通孔安装在舵机的转轴上，另一端经过转盘中心通孔安装在联轴器上；联轴器通过螺纹安装在转盘底部，舵机工作时，通过联轴器与转盘的啮合实现舵机与转盘之间的动力传递。

如图2和图5所示，自锁装置具体包括弹簧6、内导轨2、外导轨3、受压块4、定滑轮8、连杆7以及凸起触发机构9；内导轨和外导轨设置在圆柱型储物仓的内壁，两导轨相互平行；外导轨上设有多个开孔；连杆有多根，设置在物料存放装置外边缘，每根连杆对应一条外导轨，连杆底部设置定滑轮，定滑轮距离转盘很近但不接触转盘；连杆中间设有弹簧，用于给连杆施加向下的推力以锁定受压块；受压块设置在外导轨开孔处，设有凸起，并由弹簧实现其在外导轨开孔处的绕转轴的旋转运动；凸起触发机构，设置在转盘的边缘，且位于转盘圆形开口前小于10°的位置，提前量用于使得自锁装置提前解锁；

舵机带动转盘转动时，当定滑轮触碰到转盘开口前的凸起触发机构，连杆触动使弹簧受压压缩，受压块向上移动，自锁装置关闭；当转盘转动到圆柱型储物仓的圆形与转盘圆形开口圆形完全同心时，定滑轮不再触碰凸起触发机构，弹簧复位，受压块复位，自锁装置开启，锁定剩余物料。

如图4所示，所述物料保护盒具体包括保护盖16、盒体凹槽18、盒体以及海绵脚20；保护盖嵌合安装在盒体上，中间设有一字型手柄17，用于开合；盒体用于存放物料，具体为圆柱型，盒体侧面在对应储物仓内壁外导轨的位置开有与外导轨互补的盒体凹槽，且盒体凹槽内开有自锁孔19，用于与自锁装置的受压块凸起配合，锁定物料；海绵脚有多只，为矮圆柱体，通过胶水固定在盒体底部，用于在盒体下落到地面时对盒体和物料的保护；在本实施例中，海绵脚有4只，以正方形的形式分布在盒体底部。

基于上述实施例，本发明还提供了多物料运输飞行器的控制方法，如图7所示，包括以下步骤：

S1、通过摄像头和传感器判断飞行器到达目标地点上空适合投放物料的高度；

S2、舵机收到来自飞行器的物料投放的信号；舵机根据投放信号控制转轴转动一定角度；

S3、转轴转动，从而带动转盘转动一定角度，转盘的圆形开口转动到与某一储物仓仓口位置同轴心；

S4、在两圆达到同轴心前，转盘边缘凸起触发机构触碰到连杆的定滑轮，连杆压缩弹簧，受压块向上移动，自锁装置关闭；

S5、自锁装置关闭后，处于储物仓下层的物料保护盒将由于重力作用向下运动并滑出无人机；

S6、当转轴再次转动一定的角度后，两圆完全达到同轴心后转盘边缘凸起触发机构不再触动连杆的定滑轮，从而导致弹簧复位，自锁装置重新开启；

处于储物仓上层的物料保护盒亦由于重力作用滑落到下方原来物料保护盒的位置，由于自锁装置重新上锁，物料保护盒被锁定；

S7、当飞行器需要再次投放时只需要将转盘的圆形开口转到指定位置；

S8、重复步骤S1-S7，直至物料全部投放完成，飞行器反馈投放完成信号。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种多物料运输飞行器，其特征在于，包括飞行器、物料存放装置、物料保护盒、转盘模块以及自锁装置；

飞行器机身底部设有安装平台，物料存放装置安装在安装平台上；

物料存放装置包括多个储物仓，每个储物仓内设置多个物料保护盒；

自锁装置设置在储物仓内，用于锁定物料保护盒，实现物料精准投放；

转盘模块包括转盘、舵机、转轴以及联轴器；转盘上设有凹槽，转盘通过凹槽嵌合在物料存放装置下方；转盘上开有一圆形开口；舵机安装在物料存放装置底部正中心位置，转轴与物料存放装置底面以及转盘平面垂直，通过联轴器与转盘固定；

当飞行器到达目标地点上空，舵机带动转盘转动，使得转盘开口正好对准某一储物仓位置，触发自锁装置关闭，物料保护盒由于重力作用从转盘开口处下落，实现了物料的投放。

2.根据权利要求1所述的一种多物料运输飞行器，其特征在于，飞行器具体为多旋翼无人机，包括机身、机臂、螺旋桨机构、脚架、摄像头、传感器以及飞控模块；

机臂有多个，围绕机身设置，每个机臂上均设置有螺旋桨机构；

螺旋桨机构包括电机以及桨叶；

摄像头和传感器有多个，用于实时反馈无人机所在位置状况，收集飞行器各项数据；

飞控模块为飞行器控制核心，用于稳定控制飞行器姿态和位置。

3.根据权利要求1所述的一种多物料运输飞行器，其特征在于，物料存放装置具体包括多个相互隔开的圆柱型储物仓，多个圆柱型储物仓的圆心连线呈正多边形；

圆柱型储物仓的直径与转盘圆形开口直径相同；

物料存放装置底部设有通孔。

4.根据权利要求3所述的一种多物料运输飞行器，其特征在于，自锁装置具体包括弹簧、内导轨、外导轨、受压块、定滑轮、连杆以及凸起触发机构；

内导轨和外导轨设置在圆柱型储物仓的内壁，两导轨相互平行；外导轨上设有多个开孔；

连杆有多根，设置在物料存放装置外边缘，每根连杆对应一条外导轨，连杆底部设置定滑轮；连杆中间设有弹簧，用于给连杆施加向下的推力以锁定受压块；

受压块设置在外导轨开孔处，设有凸起，并由弹簧实现其在外导轨开孔处的绕转轴的旋转运动；

凸起触发机构，设置在转盘的边缘，且位于转盘圆形开口前的位置。

5.根据权利要求4所述的一种多物料运输飞行器，其特征在于，定滑轮不接触转盘。

6.根据权利要求5所述的一种多物料运输飞行器，其特征在于，舵机带动转盘转动时，当定滑轮触碰到转盘开口前的凸起触发机构，连杆触动使弹簧受压压缩，受压块向上移动，自锁装置关闭；

当转盘转动到圆柱型储物仓的圆形与转盘圆形开口圆形完全同心时，定滑轮不再触碰凸起触发机构，弹簧复位，受压块复位，自锁装置开启，锁定剩余物料。

7.根据权利要求4所述的一种多物料运输飞行器，其特征在于，物料保护盒具体包括保护盖、盒体凹槽、盒体以及海绵脚；

保护盖嵌合安装在盒体上，中间设有一字型手柄，用于开合；

盒体用于存放物料，具体为圆柱型，盒体侧面在对应储物仓内壁外导轨的位置开有与外导轨互补的盒体凹槽，且盒体凹槽内开有小孔，用于与自锁装置的受压块凸起配合，锁定物料；

海绵脚有多只，为矮圆柱体，通过胶水固定在盒体底部，用于在盒体下落到地面时对盒体和物料的保护。

8.根据权利要求3所述的一种多物料运输飞行器，其特征在于，转盘模块的舵机具体通过螺纹安装在物料存放装置底部正中心位置；转盘中心设有通孔，其与物料存放装置底部的通孔同轴心；转盘与物料存放装置底面以及转盘平面垂直，一端通过过盈配合，经过物料存放装置底部的通孔安装在舵机的转轴上，另一端经过转盘中心通孔安装在联轴器上；联轴器通过螺纹安装在转盘底部，舵机工作时，通过联轴器与转盘的啮合实现舵机与转盘之间的动力传递。

9.根据权利要求1所述的一种多物料运输飞行器，其特征在于，舵机可旋转360°及以内的角度。

10.基于权利要求1-9任一项所述飞行器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过摄像头和传感器判断飞行器到达目标地点上空适合投放物料的高度；

S2、舵机收到来自飞行器的物料投放的信号；舵机根据投放信号控制转轴转动一定角度；

S3、转轴转动，从而带动转盘转动一定角度，转盘的圆形开口转动到与某一储物仓仓口位置同轴心；

S4、在两圆达到同轴心前，转盘边缘凸起触发机构触碰到连杆的定滑轮，连杆压缩弹簧，受压块向上移动，自锁装置关闭；

S5、自锁装置关闭后，处于储物仓下层的物料保护盒将由于重力作用向下运动并滑出无人机；

S6、当转轴再次转动一定的角度后，两圆完全达到同轴心后转盘边缘凸起触发机构不再触动连杆的定滑轮，从而导致弹簧复位，自锁装置重新开启；

处于储物仓上层的物料保护盒亦由于重力作用滑落到下方原来物料保护盒的位置，由于自锁装置重新上锁，物料保护盒被锁定；

S7、当飞行器需要再次投放时将转盘的圆形开口转到指定位置；

S8、重复步骤S1-S7，直至物料全部投放完成，飞行器反馈投放完成信号。

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