一种无人机舱内的货物自动投放系统及方法与流程

1.本发明属于航空机载领域，具体涉及一种无人机舱内的货物自动投放系统及方法。


背景技术：

2.恶略条件下远距离的消防救援、空投空送任务是航空领域非常重要的一项任务目标，不仅关系着灾害防治关头的应急响应速度及应对方案实施，还关系着在特殊状况下的国防安全保证。传统的恶略条件下远距离消防救援、空投空送任务是由驾驶员驾驶飞机及机组人员，飞行到指定位置后，由机组人员进行消防救援的实施及物资的定点投放任务。
3.现行的这种任务执行方式依赖于驾驶员及机组人员进行物资投递，在恶略条件下进行物资投递过程中对驾驶员及机组人员的生命安全往往会有一定的危险。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种无人机舱内的货物自动投放系统及方法，以解决现有技术中依赖于驾驶员及机组人员进行物资投递，对驾驶员及机组人员生命安全无法保证的问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.本发明的第一方面，提供了一种无人机舱内的货物自动投放系统，包括：物资投放结构和物资存储结构；所述物资投放结构位于无人机机舱内部并正对无人机舱门，用于投放待投放物资；所述物资存储结构位于无人机机舱内部沿航向方向上，用于存储存储区物资，并在所述物资投放结构投放待投放物资后，向所述物资投放结构运送存储区物资。
7.作为本发明可选的一种方案，所述物资投放结构包括投放平台和双列模组；
8.所述投放平台的表面用于放置待投放物资；
9.所述双列模组安装于所述投放平台的下方位置，所述双列模组远离无人机舱门的一端设置有投放推杆组件，所述投放平台上设置有滑槽，所述投放推杆组件的中部设置于所述滑槽之内；所述投放推杆组件的上部位于所述投放平台之上，用于在双列模组的驱动下向无人机舱门方向推动待投放物资实现投放。
10.作为本发明可选的一种方案，所述投放平台的两侧相对设置有推进限位锁和投放区长导轨，所述推进限位锁用于向投放区长导轨方向推进或收回，进而对待投放物资限位或松开；所述投放区长导轨用于限定所述待投放物资的运动方向。
11.作为本发明可选的一种方案，所述投放平台靠近无人机舱门的一端设置有投放限动锁，用于在未开始投放时对待投放物资限位。
12.作为本发明可选的一种方案，所述双列模组包括带传动模组、滑台和驱动组件；
13.所述滑台安装于带传动模组上，所述驱动组件用于驱动带传动模组进而实现滑台在带传动模组上沿直线往复运动。
14.作为本发明可选的一种方案，所述带传动模组的底部连接有双列模组连接底座，
所述双列模组连接底座用于固定所述带传动模组的位置。
15.作为本发明可选的一种方案，所述物资存储结构包括侧导轨组合、底部导轨和动力输出单元；
16.所述侧导轨组合包括两条相对设置的侧导轨，所述侧导轨组合的出口正对所述投放平台的位置；所述底部导轨设置于两条侧导轨之间并与侧导轨平行设置，用于承载、运输存储区物资；所述动力输出单元设置于两条侧导轨之间，用于驱动存储区物资沿底部导轨向投放平台方向运动。
17.作为本发明可选的一种方案，所述推进限位锁包括电动限位锁、直线模组和步进电机；
18.所述电动限位锁包括锁座和锁舌，所述锁座沿顶部向下开设有锁舌安装槽，所述锁舌的第一端以能够被电机驱动转动的方式安装在所述锁舌安装槽内，且所述锁舌转动时能够收纳于所述锁舌安装槽内以及竖直方向上伸出所述锁舌安装槽之外；所述锁座滑动安装在所述直线模组上，并连接所述步进电机的输出端。
19.作为本发明可选的一种方案，所述投放推杆组件包括投放推板和推板立柱；所述投放推板安装在所述推板立柱第一端，用于推动待投放物资，所述推板立柱第二端固定在所述滑台上。
20.本发明的第二方面，提供了一种无人机舱内的货物自动投放方法，基于上述的无人机舱内的货物自动投放系统，包括如下步骤：
21.推进限位锁的步进电机收回，锁舌松开待投放物资；
22.驱动组件驱动带传动模组运动，滑台在带传动模组上沿直线向无人机舱门方向运动；进而滑台带动投放推杆组件运动，投放推杆组件推动待投放物资向无人机舱门方向运动；
23.待投放物资投放成功后，动力输出单元驱动存储区物资沿着侧导轨组合的方向在底部导轨上运动至推进限位锁，此时推进限位锁的锁舌转动收回至锁座的锁舌安装槽内，然后动力输出单元继续驱动存储区物资直至存储区物资运送到投放平台上；此时推进限位锁的锁舌转动伸出锁座的锁舌安装槽，并且推进限位锁的步进电机伸出，驱动锁舌压紧投放平台上的存储区物资，等待下一次的物资投放。
24.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
25.1)本发明提供的货物自动投放系统，包括设置在无人机内的物资投放结构物资存储结构，通过无人机搭载物资，并且利用物资投放结构进行物资的自动投递，以及通过物资存储结构存储物资，能够实现大型无人机对机载物资自动化实施空投任务，替代了飞行员驾驶飞机执行远距离空投任务，保障了驾驶员以及机组人员的生命安全。
26.2)本发明提供的货物自动投放系统，其中物资投放结构与物资存储结构相连，在物资投放结构成功投放物资之后，物资存储结构能够将存储的物资自动运送至物资投放结构处，实现物资的连续投递。
附图说明
27.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
28.图1是本发明实施例货物自动投放系统的装机状态示意图；
29.图2是本发明实施例中物资存储结构和物资投放结构组成示意图；
30.图3是本发明实施例中物资投放结构示意图；
31.图4是本发明实施例中物资投放结构俯视图；
32.图5是本发明实施例中物资传递示意图；
33.图6是本发明实施例中双列模组结构图；
34.图7是本发明实施例中双列模组带传动原理图；
35.图8是本发明实施例中投放推杆组件结构图；
36.图9是本发明实施例中推进限位锁原理图。
37.其中：1-无人机机舱；2-货物自动投放系统；3-无人机舱门；4-物资存储结构；5-物资投放结构；6-待投放物资；7-投放区短导轨；8-侧导轨组合；9-底部导轨；10-动力输出单元；11-推进限位锁；12-投放推杆组件；13-投放平台；14-双列模组；15-投放区长导轨；16-投放限动锁；17-存储区物资；18-带传动模组；19-双列模组连接底座；20-滑台；21-伺服电机；22-减速器；23-模组连接轴；24-主动带轮；25-从动带轮；26-同步带；27-投放推板；28-推板加强筋；29-推板立柱；30-电动限位锁；31-直线模组；32-步进电机；301-锁舌；302-锁座。
具体实施方式
38.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
39.以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本技术所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
40.本发明实施例针对现行恶略条件下远距离空投空送任务执行中的缺陷和不足，提供了一种无人机舱内的货物自动投放系统，货物自动投放系统安装于无人机机舱内，实现无人机舱内货物自动投放。解决了在恶略环境下，飞机执行空投任务时，驾驶员及机组人员的生命安全问题，实现了执行空投任务的智能化实施，使得投放任务的实施可以规范化、标准化，从而提高投放成功率。
41.如图1和图2所示，一种无人机舱内的货物自动投放系统，货物自动投放系统2安装于无人机机舱1内部的机舱底板上，货物自动投放系统2包括：物资投放结构5和物资存储结构4；物资投放结构5位于无人机机舱1内部并正对无人机舱门3，用于投放待投放物资6；物资存储结构4位于无人机机舱1内部沿航向方向上，用于存储存储区物资17，并在物资投放结构5投放待投放物资6后，向物资投放结构5运送存储区物资17。
42.如图3和图4所示，物资投放结构5包括投放平台13和双列模组14；投放平台13的表面用于放置待投放物资6；双列模组14安装于投放平台13的下方位置，两者可以不接触，双列模组14运动时，不会带动投放平台13一起运动。双列模组14远离无人机舱门3的一端设置有投放推杆组件12；投放平台13上设置有滑槽，该滑槽打穿了投放平台13的上下表面，沿直线朝向无人机舱门的方向设置于投放平台13上，投放推杆组件12的中部竖直设置于滑槽之
内；投放推杆组件12的上部位于投放平台13之上，用于在双列模组14的驱动下向无人机舱门3方向推动投放平台13上的待投放物资6，实现投放。投放平台13的两侧相对设置有推进限位锁11和投放区长导轨15，推进限位锁11用于向投放区长导轨15方向推进或收回，进而对待投放物资6限位或松开；投放区长导轨15用于限定待投放物资6的运动方向，使投放推杆组件12向无人机舱门的方向推动物资。投放平台13靠近无人机舱门3的一端设置有投放限动锁16，用于在未开始投放时对待投放物资6限位。
43.通过上述设置，使推进限位锁11、投放推杆组件12、投放区长导轨15、投放限动锁16对待投放物资6进行投放前的位姿限定与锁死，也可以将物资进行物资纠正，这样可以保证物资的每次投放时，都可以由一个固定的预设姿态及位置来投放，确保了投放成功率。
44.在优选实施例中，还设置了投放区短导轨7，投放区短导轨7与投放区长导轨15相对设置，投放区短导轨7位于靠近无人机舱门的一侧，用于辅助物资的投递。
45.如图6和图7所示，双列模组14包括带传动模组18、滑台20和驱动组件；滑台20安装于带传动模组18上，驱动组件用于驱动带传动模组18进而实现滑台20在带传动模组18上沿直线往复运动。带传动模组18的底部连接有双列模组连接底座19，双列模组连接底座19用于固定带传动模组18的位置。
46.作为上述实施例的一个具体示例，驱动组件包括伺服电机21、减速器22、模组连接轴23、主动带轮24、从动带轮25和同步带26，伺服电机21通过减速器22和模组连接轴23将动力输入到主动带轮24中，主动带轮24带动同步带26运动，同步带26再将运动传递给滑台20和从动带轮25。
47.通过上述设置，减速器22可以提高输入到主动带轮24中的扭矩，带传递可以提高模组的导程，从而提高滑台的运行速度。因此，减速器22和带传动模组18配合使用，既可以提高单次物资投放的重量，又可以提高物资投放出舱时的速度。两根带传动模组18通过模组连接轴23直连，从而保证两根带传动模组18的运动的同步性。
48.作为一种具体示例，伺服电机21可以是直流电机，通过将动力输出方式设置为直流电机加减速机，可以在机载供电条件(dc28v)下，实现大扭矩输出，这样可以提升货物投放装置的推力，可适配更大的物资单次投放重量。
49.同时，投放执行功能部件为带传动方式，(动力由伺服电机及减速机输出到驱动端的同步带轮，驱动带轮把运动传递给同步带，同步带再带动从动带轮转动，组成整个投放执行功能部件的结构，)这样可以实现投放执行功能部件的大导程工作，从而实现输入驱动带轮低转速，模组滑台可以输出高直线速度。并且投放方式采用双列模组结构形式，两列模组通过传动轴并联，实现一个动力输入给双列模组，双列模组可以同步运动，这样可以提高货物在舱门出需短距离、高速度投放时的稳定性。
50.作为上述实施例的优选，三个双列模组连接底座19分别连接两根带传动模组18的前、中、后三处，从而保证两根带传动模组18沿运动方向的平行度，两根带传动模组18并联使用也可以保证高速投放时的稳定性。
51.在物资投放时，投放限动锁16解锁，伺服电机21驱动双列模组14工作，并通过安装于滑台20上的投放推杆组件12推动待投放物资6从无人机舱门3投放出舱，完成投放任务。
52.如图3～图5所示，物资存储结构4包括侧导轨组合8、底部导轨9和动力输出单元10；侧导轨组合8包括两条相对设置的侧导轨，侧导轨组合8的出口正对投放平台13的位置；
底部导轨9设置于两条侧导轨之间并与侧导轨平行设置，用于承载、运输存储区物资17；动力输出单元10设置于两条侧导轨之间，用于驱动存储区物资17沿底部导轨9向投放平台13方向运动。
53.需要说明的是，本方案中所提的动力输出单元10也可以设置成类似于双列模组的结构，或者采用领域内其他种类的传动结构，此处不再赘述。
54.当待投放物资6投放出舱后，推进限位锁11配合动力输出单元10对物资存储结构4的存储区物资17提供转运动力，侧导轨组合8及底部导轨9可以保证存储区物资17按照规划路线转运，这样可以顺利的将存储区物资17转运到投放平台13上。这时投放限动锁16锁死，配合推进限位锁11、投放推杆组件12、投放区长导轨15，可以将转运到投放平台13上的存储区物资17的位姿锁定，此时该存储区物资17进入待投放状态。重复以上动作，可实现货物自动投放系统2内部所有物资的定点空投空送任务。
55.如图8所示，投放推杆组件12包括投放推板27和推板立柱29；投放推板27通过螺栓安装在推板立柱29第一端，用于推动待投放物资6，推板立柱29第二端通过螺栓固定在滑台20上。优选方案中，还设置了推板加强筋28，推板加强筋28通过螺栓与投放推板27及推板立柱29相连接，并通过自身的“凹”字形结构与投放推板27及推板立柱29相卡死，实现结构受力，保证投放推杆组件12的强度。投放推杆组件12通过简单紧凑的结构，实现了投放执行功能部件与投放物资的分离。
56.如图9所示，推进限位锁11包括电动限位锁30、直线模组31和步进电机32；电动限位锁30包括锁座302和锁舌301，锁座302沿顶部向下开设有锁舌安装槽，锁舌301的第一端以能够被电机驱动转动的方式安装在锁舌安装槽内，且锁舌301转动时能够收纳于锁舌安装槽内以及竖直方向上伸出锁舌安装槽之外；锁座302滑动安装在直线模组31上，并连接步进电机32的输出端；通过控制步进电机32可以控制电动限位锁30在直线模组31行程方向上的前后运动，从而实现推进限位锁11可以对存储区物资17的推动及位姿锁定的功能。
57.实施例2
58.一种无人机舱内的货物自动投放方法，基于上述无人机舱内的货物自动投放系统，包括如下步骤：
59.在投放物资之前，使推进限位锁11、投放推杆组件12、投放区长导轨15、投放限动锁16对待投放物资6进行投放前的位姿限定与锁死。
60.投放时，推进限位锁11的步进电机32收回，锁舌301松开待投放物资6；投放限动锁16松开对待投放物资6的锁定。
61.驱动组件驱动带传动模组18运动，滑台20在带传动模组18上沿直线向无人机舱门3方向运动；进而滑台20带动投放推杆组件12运动，投放推杆组件12推动待投放物资6向无人机舱门3方向运动，将待投放物资6推出无人机机舱，实现投递。
62.待投放物资6投放成功后，动力输出单元10驱动存储区物资17沿着侧导轨组合8的方向在底部导轨9上运动至推进限位锁11，此时推进限位锁11的锁舌301转动收回至锁座302的锁舌安装槽内，然后动力输出单元10继续驱动存储区物资17直至存储区物资17运送到投放平台13上；此时推进限位锁11的锁舌301转动伸出锁座302的锁舌安装槽，并且推进限位锁11的步进电机32伸出，驱动锁舌301压紧投放平台13上的存储区物资17，等待下一次的物资投放。
63.由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。