CN113665815B

CN113665815B - 一种无人空投装置

Info

Publication number: CN113665815B
Application number: CN202110939729.5A
Authority: CN
Inventors: 刘泽峰; 李莹莹; 徐锋; 王海明; 田浩然
Original assignee: Aerospace Era Feipeng Co ltd
Current assignee: Aerospace Era Feipeng Co ltd
Priority date: 2021-08-16
Filing date: 2021-08-16
Publication date: 2024-07-05
Anticipated expiration: 2041-08-16
Also published as: CN113665815A

Abstract

本发明公开了一种无人空投装置，位于无人机舱内，包括固定底板，固定底板上具有依次设置的第一工位、第二工位和第三工位，固定底板上的外围固定有围挡；第一工位内具有第一电动辊筒线，第二工位内具有第二电动辊筒线，第一工位和第二工位之间具有传送线阻断机构；第三工位内具有驱动轮机构、弹射机构和弹射止挡导向机构，驱动轮机构位于第二工位和弹射机构之间，弹射止挡导向机构位于弹射机构处。本发明应用在无人机空投上，可以由无人机在飞行过程中自主完成托盘机舱内的输送，及空投任务。解决了由于人员无法到达的环境下，物资输送的问题。便于在特殊环境下物资投放更加及时、准确、便捷，而且提高物资输送准确率，节约人工成本。

Description

一种无人空投装置

技术领域

本发明是一种应用在大型无人机上的物资输送、空投装置，可以自动完成多个物资托盘在无人机上输送、空投的实用型发明,主要涉及物资托盘输送、空投等方面。。

背景技术

目前在一些类似物流的领域里，要进行物资配送时。一般采用陆运、空运和人工搬运的形式进行物资的配送。然而当特殊环境下人员无法到达的原因导致无法实现上述配送方式，所以提供一种无人空投装置成为了亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种无人空投装置，应用在无人机空投上，可以由无人机在飞行过程中自主完成托盘机舱内的输送，及空投任务。解决了由于人员无法到达的环境下，物资输送的问题。便于在特殊环境下物资投放更加及时、准确、便捷，而且提高物资输送准确率，节约人工成本。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：一种无人空投装置，位于无人机舱内，包括固定底板，固定底板上具有依次设置的第一工位、第二工位和第三工位，固定底板上的外围固定有围挡；第一工位内具有第一电动辊筒线，第二工位内具有第二电动辊筒线，第一工位和第二工位之间具有传送线阻断机构；第三工位内具有驱动轮机构、弹射机构和弹射止挡导向机构，驱动轮机构位于第二工位和弹射机构之间，弹射止挡导向机构位于弹射机构处。

前述的一种无人空投装置中，所述弹射机构包括伸缩电机和支撑架，伸缩电机和支撑架均固定安装在固定底板上；支撑架上具有支撑杆和滑杆，支撑杆和滑杆相互平行，滑杆上设有滑板，滑板通过滑槽设置在滑杆上；所述支撑杆上具有弹簧，弹簧的一端固定在伸缩电机的伸缩杆上，弹簧的另一端和所述滑板相连。

前述的一种无人空投装置中，所述弹射止挡导向机构包括驱动装置、驱动杆和挡块，驱动装置安装在固定底板上，所述驱动杆安装在驱动装置的输出端上，所述挡块位于驱动杆的端部；所述滑板上具有止挡孔，所述挡块位于所述止挡孔处。

前述的一种无人空投装置中，传送线阻断机构包括第一伸缩机构、第二伸缩机构和挡杆，挡杆的一端和第一伸缩机构的伸缩端相连，挡杆的另一端和第二伸缩机构的伸缩端相连，挡杆位于第一工位和第二工位之间。

前述的一种无人空投装置中，采用下述步骤进行空投：

步骤 S1，当在地面装载第一个托盘前，第三工位的驱动轮机构的驱动轮下降至与第三工位高度持平，将托盘装入第三工位，托盘到位后，驱动轮机构的驱动轮上升并转动，牵引托盘至第二工位；

步骤 S2，第二工位处安装有用于检测第二工位是否有托盘的传感器，当传感器检测到托盘后，第二电动辊筒线启动，牵引托盘继续向第一工位运动；

步骤 S3，第一工位处安装有用于检测第一工位是否有托盘的传感器，传感器检测到托盘后，第一电动辊筒线启动，牵引托盘进入第一工位；当检测到托盘到位后，传送线阻断机构的挡杆升起，挡住托盘；

步骤 S4，依次装入三个托盘，当第三个托盘到位后，弹射止挡导向机构升起，挡块位于止挡孔内，防止弹射机构误动作；无人机舱门关闭，地面装载完成；

步骤 S5，无人机起飞，当到达指定空投区域后，舱门自动打开，准备空投；

步骤 S6，第三工位的伸缩电机压缩弹簧进行储能，驱动轮机构的驱动轮下降，弹射止挡导向机构下降，挡块从止挡孔内抽出，弹簧恢复形变，滑板带动托盘弹射出飞机；

步骤 S7，驱动轮机构的驱动轮上升至和第一工位以及第二工位高度持平，弹射止挡导向机构的挡块脱离所述止挡孔，伸缩电机压缩弹簧进行储能；

步骤 S8，第二工位的止挡器下降，第二电动辊筒线牵引托盘进入第三工位；步骤S9，第三工位重复弹射动作，完成第二个托盘的弹射；

步骤 S10，第一工位的止挡器下降，第一电动辊筒线迁引第三个托盘通过二工位，进入第三工位准备弹射；

步骤 S11，第三工位重复弹射动作，完成第三个托盘的弹射；步骤 S12，托盘弹射完成后，飞机舱门关闭，无人机返航。

前述的一种无人空投装置中，驱动轮机构的驱动轮驱动力采用下述计算方法：测量无人机停机时摩擦面的角度θ，因无人机停机时摩擦面角度为θ，推动托盘所需驱动力 F=摩擦力+托盘的重力分力=正压力*摩擦系数 0.1（我们多年做辊筒线的经验值）*cos（θ）+托盘重力*sin(θ)。

前述的一种无人空投装置中，所述弹簧和伸缩电机采用下述方法选择规格：

托盘重量 200Kg，到出口时速度设计为 2m/s，动能为 1/2mv^2=400J ，初速度为0 m/s，末速度为 2m/s；

推出过程摩擦力消耗能量 FS=200J，滚动摩擦系数取 0.1，行程 1m；托盘推出动能由弹簧提供，600J=1/2KL^2，弹簧压缩 0.5m，得 K=4.8N/mm，选用 2 支标准弹簧 SF50×500，串联安装；弹簧储能需推力 400Kg，选用电机+减速机+丝杆，导程 5mm，减速比 1：10，电机输出 0.5Nm。

与现有技术相比，本发明应用在无人机空投上，可以由无人机在飞行过程中自主完成托盘机舱内的输送，及空投任务。解决了由于人员无法到达的环境下，物资输送的问题。便于在特殊环境下物资投放更加及时、准确、便捷，而且提高物资输送准确率，节约人工成本。

附图说明

图 1 是空投装置位于无人机的位置示意图；

图 2 是本发明的一种实施例的结构示意图；

图 3 是图 2 的局部放大图；

图 4 是图 2 的局部放大图；

图 5 是本发明的俯视图。

附图标记：1-围挡，2-第一电动辊筒线，3-传送线阻断机构，4-驱动轮机构，5-弹射机构，6-弹射止挡导向机构，7-第一伸缩机构，8-挡杆，9-滑杆，10-支撑杆，11-弹簧，12-滑板，13-挡块，14-止挡孔，15-滑槽，16-驱动杆，17-伸缩电机，18-支撑架，19-第一工位，20-第二工位，21-第三工位。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

具体实施方式

本发明的实施例 1：一种无人空投装置，位于无人机舱内，包括固定底板，固定底板上具有依次设置的第一工位 19、第二工位 20 和第三工位 21，固定底板上的外围固定有围挡 1；第一工位 19 内具有第一电动辊筒线 2，第二工位 20 内具有第二电动辊筒线，第一工位 19 和第二工位 20 之间具有传送线阻断机构 3；第三工位 21 内具有驱动轮机构 4、弹射机构 5 和弹射止挡导向机构 6，驱动轮机构 4 位于第二工位 20 和弹射机构 5 之间，弹射止挡导向机构 6位于弹射机构 5 处。

本发明的实施例 2：一种无人空投装置，位于无人机舱内，包括固定底板，固定底板上具有依次设置的第一工位 19、第二工位 20 和第三工位 21，固定底板上的外围固定有围挡 1；第一工位 19 内具有第一电动辊筒线 2，第二工位 20 内具有第二电动辊筒线，第一工位 19 和第二工位 20 之间具有传送线阻断机构 3；第三工位 21 内具有驱动轮机构 4、弹射机构 5 和弹射止挡导向机构 6，驱动轮机构 4 位于第二工位 20 和弹射机构 5 之间，弹射止挡导向机构 6位于弹射机构 5 处。

所述弹射机构 5 包括伸缩电机 17 和支撑架 18，伸缩电机 17 和支撑架 18 均固定安装在固定底板上；支撑架 18 上具有支撑杆 10 和滑杆 9，支撑杆 10 和滑杆 9 相互平行，滑杆 9 上设有滑板 12，滑板 12 通过滑槽 15 设置在滑杆 9 上；所述支撑杆 10上具有弹簧 11，弹簧 11的一端固定在伸缩电机 17 的伸缩杆上，弹簧 11 的另一端和所述滑板 12 相连。

本发明的实施例 3：一种无人空投装置，位于无人机舱内，包括固定底板，固定底板上具有依次设置的第一工位 19、第二工位 20 和第三工位 21，固定底板上的外围固定有围挡 1；第一工位 19 内具有第一电动辊筒线 2，第二工位 20 内具有第二电动辊筒线，第一工位 19 和第二工位 20 之间具有传送线阻断机构 3；第三工位 21 内具有驱动轮机构 4、弹射机构 5 和弹射止挡导向机构 6，驱动轮机构 4 位于第二工位 20 和弹射机构 5 之间，弹射止挡导向机构 6位于弹射机构 5 处。

所述弹射止挡导向机构 6 包括驱动装置、驱动杆 16 和挡块 13，驱动装置安装在固定底板上，所述驱动杆 16 安装在驱动装置的输出端上，所述挡块 13 位于驱动杆 16的端部；所述滑板上具有止挡孔 14，所述挡块 13 位于所述止挡孔 14 处。传送线阻断机构 3 包括第一伸缩机构 7、第二伸缩机构和挡杆 8，挡杆 8 的一端和第一伸缩机构 7 的伸缩端相连，挡杆 8 的另一端和第二伸缩机构的伸缩端相连，挡杆 8 位于第一工位 19和第二工位 20 之间。以上实施例所述的一种无人空投装置，采用下述步骤进行空投：

步骤 S1，当在地面装载第一个托盘前，第三工位 21 的驱动轮机构 4 的驱动轮下降至与第三工位 21 高度持平，将托盘装入第三工位 21，托盘到位后，驱动轮机构 4 的驱动轮上升并转动，牵引托盘至第二工位 20；

步骤 S2，第二工位 20 处安装有用于检测第二工位 20 是否有托盘的传感器，当传感器检测到托盘后，第二电动辊筒线启动，牵引托盘继续向第一工位 19 运动；

步骤 S3，第一工位 19 处安装有用于检测第一工位 19 是否有托盘的传感器，传感器检测到托盘后，第一电动辊筒线 2 启动，牵引托盘进入第一工位 19；当检测到托盘到位后，传送线阻断机构 3 的挡杆 8 升起，挡住托盘；

步骤 S4，依次装入三个托盘，当第三个托盘到位后，弹射止挡导向机构 6 升起，挡块 13

位于止挡孔 14 内，防止弹射机构 5 误动作；无人机舱门关闭，地面装载完成；

步骤 S5，无人机起飞，当到达指定空投区域后，舱门自动打开，准备空投；步骤S6，第三工位 21 的伸缩电机 17 压缩弹簧 11 进行储能，驱动轮机构 4 的驱动轮下降，弹射止挡导向机构 6 下降，挡块 13 从止挡孔 14 内抽出，弹簧 11 恢复形变，滑板 12带动托盘弹射出飞机；步骤 S7，驱动轮机构 4 的驱动轮上升至和第一工位 19 以及第二工位 20 高度持平，弹射止挡导向机构 6 的挡块 13 脱离所述止挡孔 14，伸缩电机 17压缩弹簧 11 进行储能；

步骤 S8，第二工位 20 的止挡器下降，第二电动辊筒线牵引托盘进入第三工位21；

步骤 S9，第三工位 21 重复弹射动作，完成第二个托盘的弹射；

步骤 S10，第一工位 19 的止挡器下降，第一电动辊筒线 2 迁引第三个托盘通过二工位，进入第三工位准备弹射；

步骤 S11，第三工位 21 重复弹射动作，完成第三个托盘的弹射；

步骤 S12，托盘弹射完成后，飞机舱门关闭，无人机返航。

以上实施例所述的一种无人空投装置，驱动轮机构 4 的驱动轮驱动力采用下述计算方法：因无人机停机时角度为 12°，推动托盘所需驱动力 F=摩擦力+托盘的重力分力=正压力*摩擦系数 0.1（我们多年做滚筒线的经验值）*cos（12°）+托盘重力*sin(12°)=600N。驱动轮直径 100mm，需要驱动扭矩为 30Nm，考虑 1.5 倍安全系数后=45Nm，选用 82减速电机，减速比 81.11，输出扭矩22Nm，动力单元使用 2 套，可以满足要求。设计托盘传输速度为 200mm/s，减速电机输出转速为 37 r/min，可以满足要求。驱动轮选用橡胶材质，与托盘底面摩擦系数约 0.8，无人机倾斜 12°时保证不打滑，需要驱动轮与托盘有750N 的正压力，按杠杆比例 191：116，则顶升轮需要 1250N，换算成电机扭矩约 25Nm，选用 62 减速电机减速比 301.68，顶起时间约 3 秒。驱动轮上下行程约 8mm。以上实施例所述的一种无人空投装置，所述弹簧 11 和伸缩电机 17 采用下述方法选择规格：托盘重量200Kg，到出口时速度设计为 2m/s，动能为 1/2mv^2=400J ，初速度为 0 m/s，末速度为2m/s；推出过程摩擦力消耗能量 FS=200J，滚动摩擦系数取 0.1，行程 1m；托盘推出动能由弹簧 11 提供，600J=1/2KL^2，弹簧 11 压缩 0.5m，得 K=4.8N/mm，选用 2 支标准弹簧11SF50×500，串联安装；弹簧 11 储能需推力 400Kg，选用电机+减速机+丝杆，导程 5mm，减速比 1：10，电机输出 0.5Nm。

以上实施例所述的一种无人空投装置，伸缩电机 17 通过丝杠传动推动、挤压弹簧 11，初步选取的丝杠规格：丝杠直径 15mm，导程：5mm，伸缩电机 17 选取 ZPN￠62 系列的有刷电机，减速比为 5.36，额定扭矩为 0.92Nm ，夹紧过程中可产生 500N 推力。夹钳工作时处于死点状态。减速电机额定转速 560r/min，丝杠所能产生的轴向速度：丝杠导程(mm)x 输出轴转速(r/min)/60 =46.6mm/s。夹钳完全打开时间 2.9s。

Claims

1.一种无人空投装置，位于无人机舱内，其特征在于，包括固定底板，固定底板上具有依次设置的第一工位（19）、第二工位（20）和第三工位（21），固定底板上的外围固定有围挡（1）；第一工位（19）内具有第一电动辊筒线（2），第二工位（20）内具有第二电动辊筒线，第一工位（19）和第二工位（20）之间具有传送线阻断机构（3）；第三工位（21）内具有驱动轮机构（4）、弹射机构（5）和弹射止挡导向机构（6），驱动轮机构（4）位于第二工位（20）和弹射机构（5）之间，弹射止挡导向机构（6）位于弹射机构（5）处；

所述弹射机构（5）包括伸缩电机（17）和支撑架（18），伸缩电机（17）和支撑架（18）均固定安装在固定底板上；支撑架（18）上具有支撑杆（10）和滑杆（9），支撑杆（10）和滑杆（9）相互平行，滑杆（9）上设有滑板（12），滑板（12）通过滑槽（15）设置在滑杆（9）上；所述支撑杆（10）上具有弹簧（11），弹簧（11）的一端固定在伸缩电机（17）的伸缩杆上，弹簧（11）的另一端和所述滑板（12）相连；

所述弹射止挡导向机构（6）包括驱动装置、驱动杆（16）和挡块（13），驱动装置安装在固定底板上，所述驱动杆（16）安装在驱动装置的输出端上，所述挡块（13）位于驱动杆（16）的端部；所述滑板（12）上具有止挡孔（14），所述挡块（13）位于所述止挡孔（14）处；

传送线阻断机构（3）包括第一伸缩机构（7）、第二伸缩机构和挡杆（8），挡杆（8）的一端和第一伸缩机构（7）的伸缩端相连，挡杆（8）的另一端和第二伸缩机构的伸缩端相连，挡杆（8）位于第一工位（19）和第二工位（20）之间；

本装置采用下述步骤进行空投：步骤S1，当在地面装载第一个托盘前，第三工位（21）的驱动轮机构（4）的驱动轮下降至与第三工位（21）高度持平，将托盘装入第三工位（21），托盘到位后，驱动轮机构（4）的驱动轮上升并转动，牵引托盘至第二工位（20）；

步骤S2，第二工位（20）处安装有用于检测第二工位（20）是否有托盘的传感器，当传感器检测到托盘后，第二电动辊筒线启动，牵引托盘继续向第一工位（19）运动；

步骤S3，第一工位（19）处安装有用于检测第一工位（19）是否有托盘的传感器，传感器检测到托盘后，第一电动辊筒线（2）启动，牵引托盘进入第一工位（19）；当检测到托盘到位后，传送线阻断机构（3）的挡杆（8）升起，挡住托盘；

步骤S4，依次装入三个托盘，当第三个托盘到位后，弹射止挡导向机构（6）升起，挡块（13）位于止挡孔（14）内，防止弹射机构（5）误动作；无人机舱门关闭，地面装载完成；步骤S5，无人机起飞，当到达指定空投区域后，舱门自动打开，准备空投；

步骤S6，第三工位（21）的伸缩电机（17）压缩弹簧（11）进行储能，驱动轮机构（4）的驱动轮下降，弹射止挡导向机构（6）下降，挡块（13）从止挡孔（14）内抽出，弹簧（11）恢复形变，滑板（12）带动托盘弹射出飞机；

步骤S7，驱动轮机构（4）的驱动轮上升至和第一工位（19）以及第二工位（20）高度持平，弹射止挡导向机构（6）的挡块（13）伸入所述止挡孔（14），伸缩电机（17）压缩弹簧（11）进行储能；

步骤S8，第二工位（20）的止挡器下降，第二电动辊筒线牵引托盘进入第三工位（21）；

步骤S9，第三工位（21）重复弹射动作，完成第二个托盘的弹射；

步骤S10，第一工位（19）的挡杆（8）下降，第一电动辊筒线（2）迁引第三个托盘通过第二工位，进入第三工位准备弹射；

步骤S11，第三工位（21）重复弹射动作，完成第三个托盘的弹射；

步骤S12，托盘弹射完成后，飞机舱门关闭，无人机返航。

2.根据权利要求1所述的一种无人空投装置，其特征在于，驱动轮机构（4）的驱动轮驱动力采用下述计算方法：

测量无人机停机时摩擦面的角度θ，因无人机停机时摩擦面角度为θ，推动托盘所需驱动力F=摩擦力+托盘的重力分力。