无人直升机货物投放用推货及脱货装置的制作方法

本发明涉及一种无人直升机用货物投放设备，尤其涉及一种无人直升机货物投放用推货及脱货装置。

背景技术：

无人直升机即无人驾驶直升机，是指由无线电地面遥控飞行或/和自主控制飞行的可垂直起降的不载人飞行器，在构造形式上属于旋翼飞行器，在功能上属于垂直起降飞行器。近十几年来，随着复合材料、动力系统、传感器、尤其是飞行控制等技术的研究进展，无人直升机得到了迅速的发展，正日益成为人们关注的焦点。

无人直升机具有独特的飞行性能及使用价值。与有人直升机相比，无人直升机由于无人员伤亡、体积小、造价低、战场生存力强等特点，在许多方面具有无法比拟的优越性。在军用方面，无人直升机既能执行各种非杀伤性任务，又能执行各种软硬杀伤性任务，包括侦察、监视、目标截获、诱饵、攻击、通信中继等。在民用方面，无人直升机在大气监测、交通监控、资源勘探、电力线路检测、森林防火等方面具有广泛的应用前景。

随着应用场景的扩展，无人直升机的货物精确自动投放功能越来越重要，除了需要能够精确控制货物投放时间外，还需要尽可能满足投放前的高度稳定性，因为无人直升机可能在飞行过程中发生倾斜甚至翻滚，最好还能实现多点分货投放功能，以满足一次飞行、多点投放的功能。

传统的无人直升机用货物自动投放技术研究还处于初级阶段，只是根据实际需要设计一些特定的自动投放装置，目前还没有一种无人直升机用货物自动投放装置能够同时实现投放前保持高度稳定性、投放时能够精确控制时间、能多点分货投放的功能。

为了解决上述问题，将载货板安装在机架上、将货物集中安装在载货板上，利用锁定及解锁机构实现载货板与机架之间的锁定与解锁，利用推货及脱货装置实现对载货板的推动和脱离投放，是一种比较好的解决方案，能够同时实现投放前保持高度稳定性、投放时能够精确控制时间、能多点分货投放的功能。但是，推货及脱货装置作为具有特定功能的独立局部结构，现有技术中根本没有现成产品可以选择，因为涉及特定的推货及脱货功能，所以需要特定结构才能适应这种需求。

技术实现要素：

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种能够自动控制实现对载货板及所载货物进行推货和脱货操作的无人直升机货物投放用推货及脱货装置。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种无人直升机货物投放用推货及脱货装置，包括推货机架、货物推放控制装置和控制器，所述推货机架包括底架、轴承座、旋转驱动座和丝杠，内置轴承的所述轴承座和所述旋转驱动座分别安装于所述底架上，旋转驱动装置的旋转动力输出端设于所述旋转驱动座上，轴向为前后方向的所述丝杠的一端与所述轴承连接，所述丝杠的另一端与所述旋转驱动装置的旋转动力输出端连接；所述货物推放控制装置包括移动座、螺母、锁舌和用于控制所述锁舌伸出和缩入的锁舌伸缩装置，所述移动座设有内腔且所述锁舌伸缩装置置于该内腔内，所述移动座上设有锁舌孔，所述锁舌穿过所述锁舌孔且所述锁舌的外端和内端置于所述移动座外和所述移动座的内腔内，所述锁舌的内端与所述锁舌伸缩装置的伸缩控制端连接，所述螺母安装在所述移动座上并通过自身螺孔套装在所述丝杠上且不能旋转；所述旋转驱动装置的控制信号输入端和所述锁舌伸缩装置的控制输入端分别与所述控制器的控制信号输出端对应连接。

上述结构中，丝杠通过轴承座和旋转驱动座安装在底架上并能够在旋转驱动装置的驱动下旋转，与螺母配合实现对移动座和锁舌的直线运动控制；锁舌伸缩装置用于控制锁舌伸出和缩入，对应的是实现载货板的连接与脱离功能，连接后再推动移动座即可实现推货功能，脱离后载货板及其所载货物脱离无人直升机即可实现货物投放；控制器是包括中央处理器及周边电子部件的常用控制器，根据实际需求设定不同参数即可实现所需的控制功能，可以用控制板、控制盒或控制箱的形式用螺栓固定安装在与本发明所述无人直升机货物投放用推货及脱货装置配套应用的系统机架上，控制器可以是整个无人直升机的总体控制器，也可以是包括本装置的系统的独立控制器，可以实现相应的遥控功能，这些都是根据实际需要采用现有常规技术能够轻易实现的；上述底架可以为独立支架，也可以为与本发明所述无人直升机货物投放用推货及脱货装置配套应用的系统机架的一部分，一般为后者。

进一步，为了防止移动座旋转并对其直线运动进行精确导向，所述推货机架还包括与所述丝杠相互平行且相互靠近的导向杆，所述导向杆的两端分别与所述轴承座和所述旋转驱动座固定连接，所述移动座通过导向结构与所述导向杆连接，所述导向结构用于使所述移动座能够在所述导向杆的轴向移动且不能旋转。

作为优选，为了以简单结构实现精确的导向功能，所述导向结构包括设于所述导向杆上靠近所述丝杠的一侧外壁上的轴向凹槽和设于所述移动座上靠近所述导向杆的外壁上的凸块，所述凸块置于所述轴向凹槽内。

进一步，为了对货物推放控制装置的具体所在位置进行检测以尽量提高推货和脱货的控制精度，所述导向杆上靠近所述轴承座的一端安装有第一位置传感器，所述导向杆的中段安装有第二位置传感器，所述旋转驱动座上或所述导向杆上靠近所述旋转驱动座的位置或所述移动座上安装有第三位置传感器，所述第一位置传感器、所述第二位置传感器和所述第三位置传感器分别用于检测所述移动座靠近所述轴承座的极限位置、所述移动座移动到所述丝杠中点的位置和所述移动座靠近所述旋转驱动座的极限位置，所述第一位置传感器的信号输出端、所述第二位置传感器的信号输出端和所述第三位置传感器的信号输出端分别与所述控制器的信号输入端对应连接。

作为优选，为了提供较大推动力、降低电能消耗并提高功率重量比，所述旋转驱动装置包括液压马达、液压控制阀和减速器，所述液压马达与所述液压控制阀连接后与外接油管连接，所述液压马达的转轴与所述减速器的旋转动力输入端连接，所述减速器的旋转动力输出端与所述丝杠连接，所述液压控制阀的控制信号输入端与所述控制器的控制信号输出端对应连接。上述外接油管由无人直升机本身自带的油压系统提供高压液压油，由于其功率重量比较高，能够保证无人直升机在横滚15°同时俯仰15°时也能将300kg的货物集装单元顺利推出脱货完成投放；通过电信号控制液压控制阀可以实现液压马达的正向或反向运动；上述减速器一般为小齿轮带动大齿轮旋转的结构，本发明采用相互啮合的两个齿轮组成减速器；液压马达和液压控制阀也可以用伺服电机代替，但耗电量较大且功率重量比较低。

作为优选，为了便于控制锁舌的伸出和缩入并便于安装，所述锁舌伸缩装置包括电磁铁和压簧，所述电磁铁包括竖向的电磁铁金属柱和电磁铁线圈，所述电磁铁金属柱置于所述电磁铁线圈内，所述锁舌的内端与所述电磁铁金属柱的一端连接，竖向的所述压簧的两端分别与所述锁舌的内端和所述移动座的内腔下部腔壁接触，所述电磁铁线圈的电源输入端为所述锁舌伸缩装置的控制输入端。如果在推货过程中因故障失去推动力，压簧的作用也能使锁舌对与本发明配套的载货板进行限位，避免载货板自行滑动出现错误投放的问题。

本发明的有益效果在于：

本发明通过设计包括移动座、螺母、锁舌和锁舌伸缩装置的货物推放控制装置，能够在控制器控制下将锁舌向上顶起使其插入与本发明配套的载货板的载货基板的推货通孔或推货盲孔中，使移动座直线移动时能够推动载货板跟随直线移动，实现推货功能，在推货到位后，锁舌伸缩装置在控制器控制下带动锁舌向下移动脱离载货基板的推货通孔或推货盲孔，载货板及其上的货物在自重作用下脱离系统机架和无人直升机，实现货物的定点投放功能。

附图说明

图1是本发明所述无人直升机货物投放用推货及脱货装置的推货机架的立体图之一；

图2是本发明所述无人直升机货物投放用推货及脱货装置的推货机架的立体图之二，与图1视角相同，图中示出了旋转驱动座的内部结构；

图3是本发明所述无人直升机货物投放用推货及脱货装置的货物推放控制装置的立体图之一；

图4是本发明所述无人直升机货物投放用推货及脱货装置的货物推放控制装置的立体图之二，与图3的视角不同；

图5是本发明所述无人直升机货物投放用推货及脱货装置的货物推放控制装置的局剖立体图，与图4的视角相同，图中的电磁铁为示意结构；

图6是本发明所述无人直升机货物投放用推货及脱货装置的立体图，与图1的视角相同；

图7是本发明所述无人直升机货物投放用推货及脱货装置的推货机架与货物推放控制装置连接部分的局部剖视立体图，图中比例大于图1、图2和图6。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1、图3和图6所示，本发明所述无人直升机货物投放用推货及脱货装置包括推货机架1、货物推放控制装置2和控制器(图中未示)，推货机架1包括底架100、轴承座101、旋转驱动座107和丝杠103，内置轴承的轴承座101和旋转驱动座107分别安装于底架100上，旋转驱动装置(其结构见下文)的旋转动力输出端设于旋转驱动座107上，轴向为前后方向的丝杠103的一端与所述轴承连接，丝杠103的另一端与所述旋转驱动装置的旋转动力输出端连接；货物推放控制装置2包括移动座200、螺母203、锁舌201和用于控制锁舌201伸出和缩入的锁舌伸缩装置(其结构见下文)，移动座200设有内腔且所述锁舌伸缩装置置于该内腔内，移动座200上设有锁舌孔，锁舌201穿过所述锁舌孔且锁舌201的外端和内端置于移动座200外和移动座200的内腔内，锁舌201的内端与所述锁舌伸缩装置的伸缩控制端连接，螺母203安装在移动座200上并通过自身螺孔套装在丝杠103上且不能旋转；所述旋转驱动装置的控制信号输入端和所述锁舌伸缩装置的控制输入端分别与所述控制器的控制信号输出端对应连接。

如图1、图3和图6所示，本发明所述无人直升机货物投放用推货及脱货装置应用时安装在与本发明配合的系统机架(图中未示)上，系统机架安装在无人直升机内的底板上，系统机架上安装有载货板(图中未示)，载货板包括载货基板，所述载货基板上设有用于锁舌201由下而上插入的推货通孔或推货盲孔；本发明所述无人直升机货物投放用推货及脱货装置的基本工作原理如下：

旋转驱动装置在控制器的控制作用下产生正向或反向的旋转动力，该旋转动力驱动丝杠103旋转，由于螺母203套装在丝杠103上且不能旋转，所以丝杠103旋转会驱动螺母203在丝杠103的轴向移动，从而带动移动座200及锁舌201前后移动，根据对所述旋转驱动装置的转速的控制，可以精确控制移动座200的移动距离，从而能够精确地将移动座200移动至所需位置。在需要推动载货板时，如果锁舌201没有位于载货基板的对应推货通孔的正下方，则先将移动座200和锁舌201移动至载货基板的对应推货通孔的正下方并停止移动，然后通过控制所述锁舌伸缩装置，锁舌201在所述锁舌伸缩装置的作用下向上弹起并插入推货通孔，此过程也可以在需要推货之前完成，为推货提前做好准备；然后通过旋转驱动装置驱动丝杠103旋转使移动座200向无人直升机对应舱门方向移动，在移动至合适位置如载货板的大部分置于舱门外时，移动座200停止移动，然后通过控制所述锁舌伸缩装置，锁舌201在所述锁舌伸缩装置的作用下向下移动退出推货通孔，此时对应的货物单元在其自重作用下快速脱离系统机架，实现货物定点投放目的。

如图1-图7所示，下面还公开了本发明的更多具体优化结构，根据实际需要可以将下述具体结构中的一种或多种与上述结构进行叠加组合形成新的更加优化的技术方案。

为了防止移动座200旋转并对其直线运动进行精确导向，推货机架1还包括与丝杠103相互平行且相互靠近的导向杆104，导向杆104的两端分别与轴承座101和旋转驱动座107固定连接，移动座200通过导向结构与导向杆104连接，所述导向结构用于使移动座200能够在导向杆104的轴向移动且不能旋转。

为了以简单结构实现精确的导向功能，所述导向结构包括设于导向杆104上靠近丝杠103的一侧外壁上的轴向凹槽106和设于移动座200上靠近导向杆104的外壁上的凸块202，凸块202置于轴向凹槽106内。

为了对货物推放控制装置2的具体所在位置进行检测以尽量提高推货和脱货的控制精度，导向杆104上靠近轴承座101的一端安装有第一位置传感器102，导向杆104的中段安装有第二位置传感器105，旋转驱动座107上安装有第三位置传感器108(第三位置传感器108也可以安装在导向杆104上靠近旋转驱动座107的位置或移动座200上)，第一位置传感器102、第二位置传感器105和第三位置传感器108分别用于检测移动座200靠近轴承座101的极限位置、移动座200移动到丝杠103的中点的位置和移动座200靠近旋转驱动座107的极限位置，第一位置传感器102的信号输出端、第二位置传感器105的信号输出端和第三位置传感器108的信号输出端分别与所述控制器的信号输入端对应连接。通过设置第一位置传感器102、第二位置传感器105和第三位置传感器108，可以更准确地检测移动座200的实时位置，从而对移动座200的精确控制提供更有力保障；第一位置传感器102、第二位置传感器105和第三位置传感器108采用常规位置传感器即可，比如采用霍尔开关。图2中还示出了用于检测减速器109的大齿轮和丝杠103的转速的转速检测传感器110，其信号输出端与控制器的信号输入端对应连接，利于更加精确地检测丝杠103的实时转速。

为了提供较大推动力、降低电能消耗并提高功率重量比，所述旋转驱动装置包括液压马达(图中未示出)、液压控制阀(图中未示出)和减速器109(减速器109由一个小齿轮好一个大齿轮啮合连接组成)，所述液压马达与所述液压控制阀连接后与外接油管(图中未示出)连接，所述液压马达的转轴与减速器109的旋转动力输入端(即小齿轮)连接，减速器109的旋转动力输出端与丝杠103连接(即大齿轮套装在丝杠103上)，所述液压控制阀的控制信号输入端与所述控制器的控制信号输出端对应连接。上述外接油管由无人直升机本身自带的油压系统提供高压液压油，由于其功率重量比较高，能够保证无人直升机在横滚15°同时俯仰15°时也能将300kg的货物集装单元顺利推出脱货完成投放；通过电信号控制液压控制阀可以实现液压马达的正向或反向运动；液压马达和液压控制阀也可以用伺服电机代替，但耗电量较大且功率重量比较低。

为了便于控制锁舌201的伸出和缩入并便于安装，所述锁舌伸缩装置包括电磁铁204和压簧205，电磁铁204包括竖向的电磁铁金属柱和电磁铁线圈(电磁铁金属柱和电磁铁线圈的具体结构未在图中示出，为常规电磁铁)，所述电磁铁金属柱置于所述电磁铁线圈内，锁舌201的内端与所述电磁铁金属柱的一端连接，竖向的压簧205的两端分别与锁舌201的内端和移动座200的内腔下部腔壁接触，所述电磁铁线圈的电源输入端为所述锁舌伸缩装置的控制输入端。压簧205的作用是使锁舌201具有向上的应力，电磁铁204的作用是在通电时对所述电磁铁金属柱产生吸力使其带动锁舌201向下移动，失电时没有吸力，所以锁舌201在压簧205的作用下向上移动；如果在推货过程中因故障失去推动力，压簧205的作用也能使锁舌201对与本发明配套的载货板进行限位，避免载货板自行滑动出现错误投放的问题。上述结构中，压簧205也可以为拉簧，则拉簧的两端需要分别与锁舌201的内端和移动座200的内腔下部腔壁固定连接，电磁铁204对应的控制方式则相反即可。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。