CN114803420A - 一种能够实现自动装卸货的无人机货运系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够实现自动装卸货的无人机货运系统。该无人机货运系统，包括停机坪主体、货物输入输出部分和装卸货部分。装卸货部分包括安装在货箱两侧的两个锁位组件和安装在无人机上的装夹组件。锁位组件包括第一滑块、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮和第二滑块。装夹组件包括机架和两个单侧夹持模块。两个单侧夹持模块分别设置在机架两侧。单侧夹持模块包括第一支架、爪钩、连接轴和第二支架。本发明利用齿轮齿条相配合，使得爪钩上提时被箱体上的两个滑块夹住，且外侧受到限位，从而保证了货箱装夹的可靠性，以适应航空运动中的复杂姿态。在卸货时只需要控制爪钩向下运动，即可使得爪钩受到的限位和夹紧消除，实现便捷地货物卸载。

Description

一种能够实现自动装卸货的无人机货运系统

技术领域

本发明属于货运旋翼无人机技术领域，具体涉及一种能够实现自动装卸货的无人机货运系统及其工作方法。

背景技术

旋翼无人机技术成熟应用广泛，其航空运动机动灵活，是一种可搭载各种功能模块的多功能载具，尤其适用于开发空中交通，被广泛应用于农业，工业，物流，交通，军事等领域。然而，目前大型旋翼无人机在近程空中运载领域应用并不广泛，主要原因有空域开放问题，以及无人机运载全程安全性和可靠性问题。纵览无人机运载整个流程，依次分为初段的装货起飞、中段运载以及末段的降落卸货，需要解决问题的有自动化装卸过程的可靠性，无人机起降过程的可靠性，无人机飞行技术的可靠性。因此，在无人机技术自身可靠性技术保障下，针对大型外支足旋翼无人机的安全起降和自动化装卸过程，并保证提高工作效率，需要设计一种集合初末段起降装卸功能为一体的自动化平台，以及一种可靠的货物与无人机对接的结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种供旋翼无人机起降并搭载新型升降机机构的货运旋翼无人机停机坪平台。搭配一种毫米波雷达引导方法，搭配使用一种货箱锁定机构和机载抓取机构。

一种能够实现自动装卸货的无人机货运系统，包括停机坪主体、货物输入输出部分和装卸货部分。所述的货物输入输出部分安装在停机坪主体的下方，用于将货物送上停机坪以及将无人机卸在停机坪上的货物输出。装卸货部分用于自动抓取和释放货物。

所述的装卸货部分包括安装在货箱两侧的两个锁位组件和安装在无人机上的装夹组件。锁位组件包括第一滑块、第三齿轮、第一齿轮、第二齿轮和第二滑块。第一滑块和第二滑块均与货箱的侧面形成滑动副。第二滑块位于第一滑块的上方。第一滑块上设置有第一齿条；第二滑块上设置有第二齿条。第一齿轮转动连接在货箱上。第三齿轮和第二齿轮同轴固定，并转动连接在货箱上。第三齿轮与第一齿条啮合；第二齿轮与第一齿轮啮合。第一齿轮与第二齿条啮合；第三齿轮的齿数大于第二齿轮的齿数。

所述的装夹组件包括机架和两个单侧夹持模块。两个单侧夹持模块分别设置在机架两侧。单侧夹持模块包括第一支架、爪钩、连接轴和第二支架。第一支架滑动连接在机架的端部，并由动力元件驱动；第二支架与第一支架构成转动副，并由动力元件驱动。爪钩滑动连接在第二支架并由动力元件驱动。两个爪钩在动力元件的驱动下能够进行横移、翻转和伸缩。

所述的装卸货部分装夹货箱的过程中，两个单侧夹持模块的爪钩分别伸入到货箱上的两个锁位组件的第一滑块与第二滑块之间；并带动第二滑块相对于货箱向上移动；在齿轮传动下，第一滑块以更快的速度向上移动，使得第一滑块与第二滑块的间距减小，直到第一滑块与第二滑块夹紧爪钩。

作为优选，所述的爪钩上开设有锁定孔；机架上固定有第四液压缸；当爪钩翻转至竖直状态时，锁位孔与第四液压缸推出杆上的锁位块对齐；第四液压缸推出时，锁位块伸入锁位孔内，锁定爪钩的位置。

作为优选，所述的单侧夹持模还块包括第一液压缸、第二液压缸和第三液压缸。第二液压缸的缸体与机架固定；第一液压缸的推出杆与第一支架固定；第一液压缸的缸体与第一支架转动连接，第二液压缸的推出杆与第二支架转动连接；第三液压缸的缸体与第二支架固定；第三液压缸的推出杆与爪钩固定。

作为优选，该能够实现自动装卸货的无人机货运系统，还包括无人机定位模块。无人机定位模块包括安装在停机坪主体上的三个毫米波雷达和安装在无人机上的若干个毫米波雷达信号接收机；三个毫米波雷达均设置停机坪主体顶面的边缘处，并呈正三角形排布；通过使用毫米波雷达信号接收机接收三个毫米波雷达发出的毫米波信号，获取无人机与三个毫米波雷达之间的距离，在降落过程判断无人机与停机坪主体的相对位置。

作为优选，所述的停机坪主体的顶面中心位置开设有装卸货通槽。所述的货物输入输出部分包括上输送段、中输送段、下输送段和位置切换机构。上输送段和下输送段的输送面均倾斜设置，且上输送段输送面高于下输送段的输送面。上输送段、中输送段和下输送段均采用无动力传送带。所述的位置切换机构驱动中输送段在三个工作位置之间切换。三个工作位置分别为无人机对接工作位置、输入工作位置、输出工作位置。中输送段处于无人机对接工作位置时，中输送段位于停机坪主体的装卸货通槽内。中输送段处于货箱输入工作位置时，中输送段的输入端与上输送段的输出端对接。中输送段处于货箱输出工作位置时，中输送段的输出端与下输送段的输入端对接。所述的中输送段上设置有传送带制动组件；中输送段处于无人机对接工作位置与输入工作位置之间时，传送带制动组件锁止中输送段上输送带。

作为优选，所述的位置切换机构包括第三推杆、第一推杆、第二推杆、货箱档杆、档杆弹簧、滚筒、滚轮和档杆弹簧卡。第二推杆的一端与底座构成转动副；第二推杆的另一端与中输送段远离上输送段的端部构成转动副。第三推杆滑动连接在底座上，并由动力元件驱动。第一推杆的一端与第三推杆转动连接。第一推杆的另一端与中输送段靠近上输送段的端部构成转动副。第二推杆上开设有滑槽。第一推杆的中部设置有销轴；销轴伸入滑槽内。通过调节第三推杆的位置，控制中输送段在三个工作位置之间切换。

作为优选，所述的传送带制动组件包括制动板、制动弹簧和解锁凸台。制动板的两端与中输送段滑动连接。解锁凸台固定在第一推杆上，并与制动板对齐。当中输送段处于输入工作位置与无人机对接工作位置之间时，制动板在制动弹簧的弹力作用下抵住中输送段上的传送带。当中输送段处于输入工作位置及输出工作位置时，制动板在解锁凸台的推动下与中输送段上的传送带分离。

作为优选，所述的位置切换机构还包括档杆限位座。档杆限位座固定在底座上。所述的中输送段上设置有货物阻挡组件。货物阻挡组件包括货箱档杆和档杆弹簧。货箱档杆包括阻挡杆和转动杆。转动杆的内端与中输送段两侧靠近上输送段的端部转动连接。两根转动杆的外端与阻挡杆的两端分别固定。阻挡杆到货箱档杆转动中心的距离大于中输送段靠近下输送段的端部到货箱档杆转动中心的距离。货箱档杆与中输送段之间设置有档杆弹簧。货箱档杆与档杆限位座的位置对应。

所述的中输送段处于无人机对接工作位置与货箱输入工作位置之间时，货箱档杆的阻挡杆在档杆弹簧转动至高于中输送段顶面且低于货箱顶面的位置，阻挡中输送段上的货箱下滑。

所述的中输送段处于无人机对接工作位置时，货箱档杆在停机坪主体的阻挡下克服档杆弹簧的弹力，转动至低于中输送段顶面的位置。

所述的中输送段处于货箱输入工作位置与货箱输出工作位置之间时，货箱档杆受到档杆限位座的阻挡；中输送段处于货箱输出工作位置之间时，货箱档杆阻挡杆与中输送段顶面的距离大于货箱的高度。

作为优选，所述阻挡杆的外侧转动连接有滚筒。转动杆的外端的上侧安装有滚轮。

作为优选，所述的货物输入输出部分还包括联动让位组件。所述的联动让位组件用于封闭中输送段与装卸货通槽边缘之间的间隙；所述的联动让位组件包括封板、弹性绳、连接杆和导轨。导轨固定在底座上，并与第三推杆的滑动方向平行；所述的连接杆呈L形，包括水平段和竖直段。连接杆的水平段与导轨滑动连接。连接杆的外端设置有拉钩部；拉钩部勾住第三推杆远离下输送段的一侧。所述封板的背面设置有相互对齐且间隔设置的两个弧形轨道。弧形轨道的一端与封板的背面中部固定；弧形轨道的另一端与停机坪主体的靠近下输送段的边缘转动连接。连接杆的竖直段顶端设置有销轴；该销轴伸入弧形轨道的滑槽内。

当连接杆沿着导轨滑动时，带动封板翻转。弹性绳的一端固定在底座的固定支柱上，另一端与连接杆的转角处固定。弹性绳用于对连接杆提供朝向下输送段一侧的拉力。当中输送段处于无人机对接工作位置时，封板位于中输送段的输出端与装卸货通槽边缘之间。当中输送段从无人机对接工作位置向输入工作位置运动时，封板向下翻转。

本发明具有的有益效果为：

1、本发明提供一种带有锁定机构的载货箱和搭配使用的机载装夹机构，利用齿轮齿条相配合，使得爪钩上提时被箱体上的两个滑块夹住，且外侧受到限位，从而保证了货箱装夹的可靠性，以适应航空运动中的复杂姿态。在卸货时只需要控制爪钩向下运动，即可使得爪钩受到的限位和夹紧消除，实现便捷地货物卸载。

2、本发明通过单一动力源实现了“将货物送上停机坪”、“将停机坪上的货物取下并输出”的功能，且货物向下转移过程中货物能够受到充分的限位，具有控制简单、可靠性高的优点。

3、本发明提供了让无人机能够完成起降装卸所有工作的停机坪平台，由传送机构和升降机送上货物后，平台可供无人机装货和起飞，由升降机和传送装置移除货物后，平台可供无人机再次卸货或停靠维护，节省功能设施使用空间，无人机起降装卸过程与货物的送上移除过程空间上分离，避免工作流程干涉，降低所有机动装置相互碰撞几率，更加安全高效。

4、本发明提供了一种联动让位组件，用于填补停机坪平面装卸货通槽缺口，抬升驱动由升降机驱动原件提供，无驱动时由弹力拉回至平衡状态，组件运动不需系统额外增添动力。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明承载货箱的立体图；

图3为本发明承载货箱的剖面图；

图4为本发明中传送带制动组件的示意图；

图5为本发明在中输送段处于无人机对接工作位置的示意图；

图6为本发明在中输送段处于输入工作位置的示意图；

图7为本发明在中输送段处于输出工作位置的示意图；

图8为本发明中装卸货部分的整体结构示意图；

图9为本发明中装卸货部分的锁位组件的传动示意图；

图10为本发明中装卸货部分的装夹组件的第一张示意图；

图11为本发明中装卸货部分的装夹组件的第二张示意图；

图12为本发明中无人机定位模块示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、2、3和4所示，一种能够实现自动装卸货的无人机货运系统，包括停机坪主体8、货物输入输出部分、装卸货部分5和无人机定位模块。装卸货模块包括。货物输入输出部分安装在停机坪主体8的下方，用于将货物送上停机坪或将无人机卸在停机坪上的货物输出。装卸货部分5用于帮助无人机实现自动抓取和释放货物。

停机坪主体8的顶面中心位置开设有装卸货通槽，用于实现货物的输入和输出。货物输入输出部分包括上输送段2、中输送段6、下输送段11、位置切换机构和联动让位组件。位置切换机构控制中输送段6在三个工作位置之间切换。上输送段2和下输送段11的输送面均倾斜设置，且上输送段2输送面高于下输送段11的输送面。上输送段2、中输送段6和下输送段11均采用无动力传送带，利用重力将需要输入的货物从上输送段2输送到中输送段6，或将需要输出的货物从中输送段6输送到下输送段11。上输送段2的两侧均设置有护栏，以防止货箱跑偏；护栏内侧的立柱上装有导向滚筒，以方便货箱移动。

如图5、6和7所示，中输送段6具有三个工作位置，分别为无人机对接工作位置、输入工作位置、输出工作位置。中输送段6处于无人机对接工作位置时，中输送段6位于停机坪主体8的装卸货通槽内，中输送段6的顶面与停机坪主体8的顶面平齐。中输送段6处于货箱输入工作位置时，中输送段6与上输送段2的输出端对接。中输送段6处于货箱输出工作位置时，中输送段6与下输送段11的输入端对接。

位置切换机构包括电缸12、档杆限位座17、第三推杆10、第一推杆3、第二推杆1、货箱档杆4、档杆弹簧18、滚筒20、滚轮21和档杆弹簧卡22。电缸12水平固定在底座上。档杆限位座17也固定在底座上。第二推杆1的一端与底座构成转动副；第二推杆1的另一端与中输送段6远离上输送段2的端部构成转动副。电缸12的动力杆13的外端与第三推杆10的一端转动连接；第一推杆3的一端与第三推杆10转动连接。第一推杆3的另一端与中输送段6靠近上输送段2的端部构成转动副。第一推杆3与第二推杆1形成交叉结构；第二推杆1上开设有滑槽。第一推杆3的中部设置有销轴；销轴伸入滑槽内，并能够在滑槽内滑动和转动。底座上靠近上输送段2底部的位置设置有限位板。限位板用于对第一推杆3进行推程末端的限位。当第一推杆3被限位板抵住时，中输送段6达到无人机对接工作位置。

中输送段6上设置有货物阻挡组件。货物阻挡组件包括货箱档杆4、档杆弹簧8和档杆弹簧卡22。货箱档杆4包括阻挡杆和两根转动杆。两根转动杆的内端与中输送段6两侧靠近上输送段2的端部转动连接。两根转动杆的外端与阻挡杆的两端分别固定。阻挡杆到货箱档杆4转动中心的距离大于中输送段6靠近下输送段11的端部到货箱档杆4转动中心的距离。货箱档杆4与中输送段6设置有档杆弹簧8。档杆弹簧8采用扭簧。档杆弹簧8与中输送段6之间通过固定在中输送段6上的档杆弹簧卡22连接。阻挡杆的外侧转动连接有滚筒20。滚筒20可与货箱侧平面形成滚动副。

当中输送段6处于无人机对接工作位置与货箱输入工作位置之间时，货箱档杆4在档杆弹簧8的弹力作用下转动至高于中输送段6顶面的阻挡位置，此时，阻挡杆与中输送段顶面的距离小于货箱的高度，故货箱档杆4能够在中输送段6处于无人机对接工作位置与货箱输入工作位置之间时对货箱起到阻挡作用，避免货箱在转移过程中下滑。

中输送段6处于无人机对接工作位置时，货箱档杆4在停机坪主体8的阻挡下克服档杆弹簧8的弹力，转动至低于中输送段6顶面的位置。

当中输送段6处于货箱输入工作位置与货箱输出工作位置之间时，货箱档杆4受到档杆限位座17的阻挡；在中输送段6处于货箱输出工作位置之间时，阻挡杆与中输送段顶面的距离大于货箱的高度，故货箱档杆4无法继续阻挡中输送段6上的货箱向下移动，使得货箱能够从下输送段11输出。

两根转动杆的外端的上侧均设置有滚轮21；在中输送段6向上移动到无人机对接工作位置的过程中，滚轮21逐渐靠近并最终接触到停机坪主体8的底面；此时，滚轮21与停机坪主体8的底面形成滚动副，使得货箱档杆4无法升高到装卸货通槽的上方，从而避免了货箱档杆4移动到停机坪上方影响装卸货的情况出现。

作为进一步提高效果的细节，两根转动杆的内端均开设有凹槽。档杆弹簧8一端的延伸段抵住对应的转动杆上的凹槽，可以给货箱档杆4施加转矩。货箱档杆4的下侧设有凸起结构，凸起结构的下侧能够抵住档杆限位座17；

联动让位组件用于封闭中输送段6的输出端与装卸货通槽边缘之间的间隙；该间隙用于为中输送段6进行位置切换时提供所需的空间。联动让位组件包括封板7、弹性绳14、连接杆15和导轨16。间隔设置的两根导轨16均水平固定在底座上。连接杆15呈L形，包括一体成型的水平段和竖直段。两根连接杆15的水平段与两根导轨16滑动连接。连接杆15的外端设置有拉钩部；拉钩部勾住第三推杆10远离下输送段11的一侧。

封板7的背面设置有相互对齐且间隔设置的两个弧形轨道。弧形轨道的一端与封板7的背面中部固定；弧形轨道的另一端与停机坪主体8的靠近下输送段11的边缘转动连接。连接杆15的竖直段顶端设置有销轴；该销轴伸入弧形轨道的滑槽内。

当连接杆15沿着导轨16滑动时，带动封板7翻转。弹性绳14的一端固定在底座的固定支柱上，另一端与连接杆15的转角处固定。弹性绳14用于将连接杆15向靠近下输送段11的一侧拉动，使得封板7下翻；当封板7下翻至极限位置后，连接杆15受到弧形轨道的阻挡，不再继续随第三推杆10移动，此时，封板7已完全翻开。

中输送段6上设置有传送带制动组件；传送带制动组件包括制动板19、制动弹簧和解锁凸台23。制动板19的两端与中输送段6上的两根导向柱分别滑动连接。导向柱上套置有制动弹簧。制动弹簧对制动板19提供抵住中输送段6上的传送带的弹力。

当中输送段6处于第一工作位置与第二工作位置之间时，制动板19在制动弹簧提供的弹力作用下抵住中输送段6上的传送带，使得传送带锁止，保证中输送段6上的货箱的稳定性。解锁凸台23固定在第一推杆3连接中输送段6的端部；当中输送段6到达第二工作位置或第三工作位置前，解锁凸台23抵住制动板19，使得制动板19与输送段6上的传送带分离。

如图8和9所示，装卸货部分5包括安装在货箱上的锁位组件和安装在无人机上的装夹组件。两个锁位组件分别设置在货箱的两侧。锁位组件包括第一滑块5-1、第三齿轮5-2、第一齿轮5-3、第二齿轮5-14和第二滑块5-4。第一滑块5-1和第二滑块5-4均与货箱的侧面形成滑动副。第二滑块5-4设置在第一滑块5-1的上方。第三齿轮5-2与第二齿轮5-14齿数比为2:1。第一滑块5-1上设置有第一齿条；第二滑块5-4上设置有第二齿条。第一齿轮5-3转动连接在货箱的侧面。第三齿轮5-2和第二齿轮5-14同轴固定，并转动连接在货箱的侧面。第三齿轮5-2与第一齿条啮合；第二齿轮5-14与第一齿轮5-3啮合。第一齿轮5-3与第二齿条啮合；当第二滑块5-4向上移动时，带动第一滑块5-1向上移动；且第一滑块5-1的移动速度为第二滑块5-4的移动速度的两倍。第一滑块5-1的中部设置有凸台，用于对装夹组件上爪钩进行限位。

如图10和11所示，装夹组件包括机架5-11和两个单侧夹持模块。两个单侧夹持模块分别设置在机架5-11两侧，用于与货箱两侧的锁位组件分别配合，实现货箱的夹持。单侧夹持模块包括第一支架5-5、爪钩5-6、连接轴5-7、第一液压缸5-8、第二支架5-9、第二液压缸5-10、第三液压缸5-12和第四液压缸5-13。

第一支架5-5滑动连接在机架5-11的端部；第二支架5-9与第一支架5-5构成公共轴线水平设置的转动副。第一液压缸5-8安装在机架上，且其推拉杆与第一支架5-5形成转动副。第二液压缸5-10的推拉杆与第二支架5-9转动连接。两个第三液压缸5-12间隔固定在第二支架5-9。两个第三液压缸5-12的推拉杆与爪钩5-6的两端分别固定。通过第二液压缸5-10的伸缩带动爪钩5-6横向移动；通过第一液压缸5-8的伸缩带动爪钩5-6的翻转。通过第三液压缸5-12的伸缩带动爪钩5-6的伸缩。第四液压缸5-13固定在机架5-11底部，爪钩5-6上端开有两个通孔，用于套住第四液压缸5-13的推拉杆，实现机架5-11与爪钩5-6之间的锁定。

工作过程中，两个单侧夹持模块的爪钩5-6分别伸入到货箱上的两个锁位组件的第一滑块5-1与第二滑块5-4之间；当爪钩5-6在第三液压缸5-12驱动下向上移动时，带动第二滑块5-4相对于货箱向上移动，在齿轮传动下，第一滑块5-1以更快的速度向上移动，使得第一滑块5-1与第二滑块5-4的间距减小，直到第一滑块5-1与第二滑块5-4夹紧爪钩5-6，使得装夹组件的夹持紧固可靠。

如图12所示，为毫米波雷达引导方法的雷达的布置方式，停机坪雷达9包含三个毫米波雷达，固定于停机平面的边缘，相隔120度角均匀陈列。包括第一雷达9-1、第二雷达9-2和第三雷达9-3。无人机上搭载毫米波雷达信号接收机，用于停机坪与无人机配对时的标定。

该系统能够实现自动装卸货的无人机货运系统的工作方法包括装货方法和卸货方法；

装货方法包括以下步骤：

步骤一、送货箱至停机坪的顶面。

无人机降落在停机坪主体8的工作位置后，中输送段6移动到货箱输入工作位置；货箱5被置于装货通道上输送段2上，货箱5滑动至中输送段6并受到货箱档杆4的阻挡，货箱档杆4装载压力传感器，向控制中枢发出信号。

电缸12推动第三推杆10滑动，推动第一推杆3，第一推杆3和第二推杆1推动中输送段6上升，第一推杆3上解锁凸台23远离制动板19，制动板19在弹簧拉力作用下与传送带贴合，对传送带起到制动作用，防止货箱下滑。滚轮21与停机坪主体8的底面接触后滚动，将货箱档杆4限制在停机坪主体8下方，中输送段6继续上升到达无人机对接工作位置。

同时，通过第三推杆10两端与连接杆15接触后，推动连接杆15移动，带动封板7向上翻转。中输送段6到达无人机对接工作位置时，封板7完成复位，导轨力传感器向控制中枢发出信号，电缸12自锁，中输送段6保持水平工位。

步骤二、无人机抓取货箱过程：

收到中输送段6到位信号后，控制中枢向无人机发送抓取指令；无人机已经停留或者降落到停机坪主体8上；第一液压缸5-8推动连接轴5-7，连接轴5-7推动第二支架5-9向上翻转至爪钩5-6水平的姿态。第二液压缸5-10推动第二支架5-9向外移动至机架末端。第一液压缸5-8推动连接轴5-7，连接轴5-7推动第二支架5-9向下翻转至爪钩5-6竖直的姿态。第三液压缸5-12推动爪钩5-6，直到爪钩5-6到达抓取位。第二液压缸5-10拉动第二支架5-9向内移动，使得爪钩5-6轻微贴合货箱的侧面的位置。第二液压缸5-10拉动第二支架5-9向内移动，使得爪钩5-6轻紧贴货箱的侧面，同时引导货箱的位置摆正。

爪钩5-6上的压力传感器通过控制中枢向无人机发送指令，第三液压缸5-12拉起爪钩5-6，爪钩5-6带动第二滑块5-4上移。第一滑块5-1的行程始终是第二滑块5-4行程的两倍，既可以给爪钩靠近货箱的侧面时留下足够的空间，又可以在爪钩升起后，使第一滑块5-1上面的凸台贴合爪钩5-6。

各接触面贴合后上下滑块锁定爪钩5-6，第三液压缸5-12继续拉动爪钩5-6，拉升货箱。

上升至货箱顶面与机架5-11底面接触后，机架5-11上的第四液压缸5-13推动推拉杆，直至爪钩5-6的通孔套住第四液压缸5-13的推拉杆，货物与无人机形成刚性整体，无人机开启起飞程序。

卸货方法包括以下步骤：

步骤一、雷达引导无人机降落以及无人机卸货过程：

中输送段6到达上工位，无人机靠近起降场地后，开启机载毫米波雷达信号接收机、控制中枢开启停机坪上的第一雷达9-1，控制中枢根据雷达信号完成无人机与停机坪平台之间的标定配对。第一雷达9-1实时跟踪获取无人机位置，引导无人机靠近停机坪平台。

无人机跟随雷达信号到达目标停机坪平台上空、此时开启第二雷达9-2和第三雷达9-3。

无人机通过自带水平陀螺仪，以无人机机体的相位中心为原点，建立起X-Y平面与水平面平行的空间直角坐标系。

实时获取三个地面雷达获取的无人机与各雷达间相对位置和速度关系，同时获取机载雷达信号接收机受到的信息。以空间直角坐标系为参考，可测算三个雷达所在的平面坐标，该平面为降落平面位置。

测算三个雷达所在类正三角形的相位中心的坐标，该点为降落时对应无人机相位中心点的位置。根据雷达获得的各空间位置信息，引导无人机精准降落至停机坪面，该引导方式可以保证货箱位置对应中输送段6的传送带。

第二支架5-9上的第三液压缸5-12推动爪钩5-6下降，直至货箱降落到中输送段6的传送带上，第三液压缸5-12推动爪钩5-6继续下降，直至爪钩5-6到达抓取位。第一液压缸5-8拉动连接轴5-7，连接轴5-7拉动第二支架5-9向上翻转，直至第二支架5-9完全水平。

同时，第三液压缸5-12拉回爪钩5-6。机架5-11上的第二液压缸5-10拉动第二支架5-9至机架末端，完成装夹组件回收，如图11所示。

无人机等待再次装货或再次起飞。

步骤二、货箱从停机坪降下并送离过程：

无人机装夹组件复位后，控制中枢发送下降指令，电缸12驱动中输送段6开始下降。货箱档杆4受档杆弹簧18弹力，开始复位并移动至与货箱接触。弹性绳14拉动连接杆15，连接杆15拉动封板7让位。升降机下降至靠近货箱输入工位前，第一推杆3上的凸台23推动制动板19，释放制动。中输送段6越过货箱输入工作位置后，传送带制动完全释放，档杆限位座17上平面推动货箱档杆4逆时针翻转。中输送段6下降至货箱输出工作位置时，货箱5沿下输送段11滑出卸货通道。

Claims (10)

1.一种能够实现自动装卸货的无人机货运系统，其特征在于：包括停机坪主体(8)、货物输入输出部分和装卸货部分(5)；所述的货物输入输出部分安装在停机坪主体(8)的下方，用于将货物送上停机坪以及将无人机卸在停机坪上的货物输出；装卸货部分(5)用于自动抓取和释放货物；

所述的装卸货部分(5)包括安装在货箱两侧的两个锁位组件和安装在无人机上的装夹组件；锁位组件包括第一滑块(5-1)、第一齿轮(5-3)、第二齿轮(5-14)、第三齿轮(5-2)和第二滑块(5-4)；第一滑块(5-1)和第二滑块(5-4)均与货箱的侧面形成滑动副；第二滑块(5-4)位于第一滑块(5-1)的上方；第一滑块(5-1)上设置有第一齿条；第二滑块(5-4)上设置有第二齿条；第一齿轮(5-3)转动连接在货箱上；第三齿轮(5-2)和第二齿轮(5-14)同轴固定，并转动连接在货箱上；第三齿轮(5-2)与第一齿条啮合；第二齿轮(5-14)与第一齿轮(5-3)啮合；第一齿轮(5-3)与第二齿条啮合；第三齿轮(5-2)的齿数大于第二齿轮(5-14)的齿数；

所述的装夹组件包括机架(5-11)和两个单侧夹持模块；两个单侧夹持模块分别设置在机架(5-11)两侧；单侧夹持模块包括第一支架(5-5)、爪钩(5-6)、连接轴(5-7)和第二支架(5-9)；第一支架(5-5)滑动连接在机架(5-11)的端部，并由动力元件驱动；第二支架(5-9)与第一支架(5-5)构成转动副，并由动力元件驱动；爪钩(5-6)滑动连接在第二支架(5-9)并由动力元件驱动；两个爪钩(5-6)在动力元件的驱动下能够进行横移、翻转和伸缩；

所述的装卸货部分(5)装夹货箱的过程中，两个单侧夹持模块的爪钩(5-6)分别伸入到货箱上的两个锁位组件的第一滑块(5-1)与第二滑块(5-4)之间；并带动第二滑块(5-4)相对于货箱向上移动；在齿轮传动下，第一滑块(5-1)以更快的速度向上移动，使得第一滑块(5-1)与第二滑块(5-4)的间距减小，直到第一滑块(5-1)与第二滑块(5-4)夹紧爪钩(5-6)。

2.根据权利要求1所述的一种能够实现自动装卸货的无人机货运系统，其特征在于：所述的爪钩(5-6)上开设有锁定孔；机架上固定有第四液压缸(5-13)；当爪钩(5-6)翻转至竖直状态时，锁位孔与第四液压缸(5-13)推出杆上的锁位块对齐；第四液压缸(5-13)推出时，锁位块伸入锁位孔内，锁定爪钩(5-6)的位置。

3.根据权利要求1所述的一种能够实现自动装卸货的无人机货运系统，其特征在于：所述的单侧夹持模还块包括第一液压缸、第二液压缸和第三液压缸；第一液压缸的缸体与机架固定；第一液压缸的推出杆与第一支架(5-5)固定；第一液压缸的缸体与第一支架(5-5)转动连接，第二液压缸的推出杆与第二支架(5-9)转动连接；第三液压缸的缸体与第二支架(5-9)固定；第三液压缸的推出杆与爪钩(5-6)固定。

4.根据权利要求1所述的一种能够实现自动装卸货的无人机货运系统，其特征在于：还包括无人机定位模块；无人机定位模块包括安装在停机坪主体上的三个毫米波雷达和安装在无人机上的若干个毫米波雷达信号接收机；三个毫米波雷达均设置停机坪主体顶面的边缘处，并呈正三角形排布；通过使用毫米波雷达信号接收机接收三个毫米波雷达发出的毫米波信号，获取无人机与三个毫米波雷达之间的距离，在降落过程判断无人机与停机坪主体的相对位置。

5.根据权利要求1所述的一种能够实现自动装卸货的无人机货运系统，其特征在于：所述的停机坪主体(8)的顶面中心位置开设有装卸货通槽；所述的货物输入输出部分包括上输送段(2)、中输送段(6)、下输送段(11)和位置切换机构；上输送段(2)和下输送段(11)的输送面均倾斜设置，且上输送段(2)输送面高于下输送段(11)的输送面；上输送段(2)、中输送段(6)和下输送段(11)均采用无动力传送带；所述的位置切换机构驱动中输送段(6)在三个工作位置之间切换；三个工作位置分别为无人机对接工作位置、输入工作位置、输出工作位置；中输送段(6)处于无人机对接工作位置时，中输送段(6)位于停机坪主体(8)的装卸货通槽内；中输送段(6)处于货箱输入工作位置时，中输送段(6)的输入端与上输送段(2)的输出端对接；中输送段(6)处于货箱输出工作位置时，中输送段(6)的输出端与下输送段(11)的输入端对接；所述的中输送段(6)上设置有传送带制动组件；中输送段(6)处于无人机对接工作位置与输入工作位置之间时，传送带制动组件锁止中输送段(6)上输送带。

6.根据权利要求5所述的一种能够实现自动装卸货的无人机货运系统，其特征在于：所述的位置切换机构包括第三推杆(10)、第一推杆(3)和第二推杆(1)；第二推杆(1)的一端与底座构成转动副；第二推杆(1)的另一端与中输送段(6)远离上输送段(2)的端部构成转动副；第三推杆(10)滑动连接在底座上，并由动力元件驱动；第一推杆(3)的一端与第三推杆(10)转动连接；第一推杆(3)的另一端与中输送段(6)靠近上输送段(2)的端部构成转动副；第二推杆(1)上开设有滑槽；第一推杆(3)的中部设置有销轴；销轴伸入滑槽内；通过调节第三推杆(10)的位置，控制中输送段(6)在三个工作位置之间切换。

7.根据权利要求5所述的一种能够实现自动装卸货的无人机货运系统，其特征在于：所述的传送带制动组件包括制动板(19)、制动弹簧和解锁凸台(23)；制动板(19)的两端与中输送段(6)滑动连接；解锁凸台(23)固定在第一推杆(3)上，并与制动板(19)对齐；当中输送段(6)处于输入工作位置与无人机对接工作位置之间时，制动板(19)在制动弹簧的弹力作用下抵住中输送段(6)上的传送带；当中输送段(6)处于输入工作位置及输出工作位置时，制动板(19)在解锁凸台(23)的推动下与中输送段(6)上的传送带分离。

8.根据权利要求5所述的一种能够实现自动装卸货的无人机货运系统，其特征在于：所述的位置切换机构还包括档杆限位座(17)；档杆限位座(17)固定在底座上；所述的中输送段(6)上设置有货物阻挡组件；货物阻挡组件包括货箱档杆(4)和档杆弹簧(8)；货箱档杆(4)包括阻挡杆和转动杆；转动杆的内端与中输送段(6)两侧靠近上输送段(2)的端部转动连接；两根转动杆的外端与阻挡杆的两端分别固定；阻挡杆到货箱档杆(4)转动中心的距离大于中输送段(6)靠近下输送段(11)的端部到货箱档杆(4)转动中心的距离；货箱档杆(4)与中输送段(6)之间设置有档杆弹簧(8)；货箱档杆(4)与档杆限位座(17)的位置对应；

所述的中输送段(6)处于无人机对接工作位置与货箱输入工作位置之间时，货箱档杆(4)的阻挡杆在档杆弹簧(8)转动至高于中输送段(6)顶面且低于货箱顶面的位置，阻挡中输送段(6)上的货箱下滑；

所述的中输送段(6)处于无人机对接工作位置时，货箱档杆(4)在停机坪主体(8)的阻挡下克服档杆弹簧(8)的弹力，转动至低于中输送段(6)顶面的位置；

所述的中输送段(6)处于货箱输入工作位置与货箱输出工作位置之间时，货箱档杆(4)受到档杆限位座(17)的阻挡；中输送段(6)处于货箱输出工作位置之间时，货箱档杆(4)阻挡杆与中输送段顶面的距离大于货箱的高度。

9.根据权利要求5所述的一种能够实现自动装卸货的无人机货运系统，其特征在于：所述的阻挡杆上转动连接有滚筒(20)；转动杆的外端的上侧安装有滚轮(21)。

10.根据权利要求6所述的一种能够实现自动装卸货的无人机货运系统，其特征在于：所述的货物输入输出部分还包括联动让位组件；所述的联动让位组件用于封闭中输送段(6)与装卸货通槽边缘之间的间隙；所述的联动让位组件包括封板(7)、弹性绳(14)、连接杆(15)和导轨(16)；导轨(16)固定在底座上，并与第三推杆的滑动方向平行；所述的连接杆(15)呈L形，包括水平段和竖直段；连接杆(15)的水平段与导轨(16)滑动连接；连接杆(15)的外端设置有拉钩部；拉钩部勾住第三推杆(10)远离下输送段(11)的一侧；所述封板(7)的背面设置有相互对齐且间隔设置的两个弧形轨道；弧形轨道的一端与封板(7)的背面中部固定；弧形轨道的另一端与停机坪主体(8)的靠近下输送段(11)的边缘转动连接；连接杆(15)的竖直段顶端设置有销轴；该销轴伸入弧形轨道的滑槽内；

当连接杆(15)沿着导轨(16)滑动时，带动封板(7)翻转；弹性绳(14)的一端固定在底座的固定支柱上，另一端与连接杆(15)的转角处固定；弹性绳(14)用于对连接杆(15)提供朝向下输送段(11)一侧的拉力；当中输送段(6)处于无人机对接工作位置时，封板位于中输送段(6)的输出端与装卸货通槽边缘之间；当中输送段(6)从无人机对接工作位置向输入工作位置运动时，封板向下翻转。

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