多形态多舱可升降自动物资投放四旋翼无人机及工作方法技术

本发明专利技术公开的多形态多舱可升降自动物资投放四旋翼无人机及工作方法，属于四旋翼无人机物资投放领域。本发明专利技术包括机臂、机身、起落架、旋转托盘投放机构、机械爪投放机构、升降机构六部分。物资存放在执行机构的三个空槽内，执行投放物资任务时，无人机下降到适合投放物资的高度，执行机构上的舵机带动旋转托盘转动，当旋转托盘的开口转动至指定空槽位置后，物资沿开口平稳下落，完成物资投放。通过风速自动调节投放机构高度。本发明专利技术能够抓取投放机构两种形态的快速互换，实现无人机的一机多用和所述两种投放机构的优势互补，此外，通过加入升降机构后能够带动整个抓取投放机构远离无人机的下洗气流，提高物资投放精度。提高物资投放精度。提高物资投放精度。

【技术实现步骤摘要】
多形态多舱可升降自动物资投放四旋翼无人机及工作方法


[0001]本专利技术涉及一种多形态多舱可升降自动物资投放四旋翼无人机及工作方法，属于四旋翼无人机物资投放领域。

技术介绍

[0002]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。四旋翼无人机是多旋翼无人机的一种，因为其小巧、灵活的特点，现已普遍的应用在了军事领域、民用生产生活，其中最重要的是物资抓取投放。
[0003]然而现有物资投放四旋翼无人机的投放机构大多为箱式和夹取式。对于箱式投放机构，需要人员在投放点等待，从投放机构中手动取出物资；而对于自动箱式投放机构，每增加一个物资箱就需要增加一套控制机构，增加了无人机的自重，导致可运输物资总重的减少。
[0004]对于夹取式的投放机构，一般设计为自动的，每增加一个物资箱就需要增加一套控制机构，增加了无人机的自重，导致可运输物资总重的减少。同时随着物资重量的增加，所需的控制电机扭矩增加，电机重量、体积增加，导致可运输物资总重的减少。
[0005]进一步，由于四旋翼无人机螺旋桨存在下洗气流，四旋翼无人机对轻型物资的投放很容易受下洗气流的影响，导致物资偏离预计落点，准确度不高。

技术实现思路

[0006]本专利技术公开的多形态多舱可升降自动物资投放四旋翼无人机及工作方法，所述四旋翼无人机的主要优势在于其抓取投放机构和升降机构。抓取投放机构有两种形态，一种形态通过舵机带动旋转托盘转动，通过旋转托盘转动控制物资舱内的物资的投放，通过视觉模块对投放点进行定位，使得用于物资投放的四旋翼无人机具备全自动、精准、多物资投放的功能，同时减少舵机个数，提高能源利用率。另一种形态通过舵机带动机械爪张合实现对物资的精准抓取和释放，弥补第一种形态无法完成抓取任务的不足；此外，通过在四旋翼无人机上设计适配接口，实现两种形态的快速切换。升降机构通过舵机带动抓取投放机构在竖直方向做平移运动，使物资尽可能远离四旋翼无人机螺旋桨产生的下洗气流，避免轻型物资受下洗气流的影响而偏离预设落点，提高投放精准度。
[0007]本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。
[0008]本专利技术公开的一种多形态多舱可升降自动物资投放四旋翼无人机，包括机身、安装在机身上的机臂、安装在机身上的起落架、安装在机身上的升降机构和安装在升降机构上的能够快速更换的旋转托盘收放机构和机械爪收放机构。
[0009]其中，在所述机身上安装有用于固定和支撑的机身上底板、机身下底板、插板。
[0010]所述机身上底板上安装有pix安装板。
[0011]其中，在所述机身上设置有能够安装机载计算机的计算机底盘。
[0012]所述计算机底盘下安装有升降机构。
[0013]其中，在所述升降机构上设置有固定板。
[0014]所述固定板上安装有30kg舵机支座，其上安装有30kg舵机。
[0015]所述30kg舵机输出端安装有连杆机构，连杆机构与机械爪安装板固连。
[0016]其中，所述固定板和机械爪安装板间设置有滑轨
‑
滑槽机构。
[0017]所述30kg舵机可带动连杆机构做摆动运动，通过滑轨
‑
滑槽机构限制位移，带动机械爪安装板在竖直方向上做平移运动。
[0018]所述机身上设置有适配接口，适配接口用于固定旋转托盘收放机构和机械爪收放机构。
[0019]所述旋转托盘收放机构上设置有物资盘和下物资盘。
[0020]在所述上物资盘和下物资盘上有结构、位置相同的圆形孔位，构成物资舱，用于存放物资。
[0021]所述物资舱是有一定顺序的，沿上述执行机构顶向下俯视，三个物资舱沿顺时针顺序排列，依次为一号舱、二号舱、三号舱。
[0022]其中，所述投放机构包括用于固定舵机的舵机支座和安装在舵机支座上的舵机。
[0023]所述舵机连接旋转托盘，舵机可带动旋转托盘沿其中心轴顺时针旋转。
[0024]其中，所述旋转托盘上有一开口作为舱门，旋转托盘在舵机的带动下，舱门依次经历一号舱、二号舱、三号舱，舱中物资依次投放。
[0025]其中，所述投放机构上设置有用于定位的视觉模块，通过视觉控制一号舱、二号舱、三号舱依次对准投放点进行投放。
[0026]本专利技术公开的一种多形态多舱可升降自动物资投放四旋翼无人机的控制方法为，在视觉模块定位后，控制无人机向一号舱相反方向移动r1的距离，待飞机平稳后，操控舵机沿顺时针方向旋转90
°
，投放物资；之后控制无人机向二号舱相反方向移动的距离，待飞机平稳后，操控舵机沿顺时针方向旋转90
°
，投放物资；之后操纵无人机向三号舱相反方向移动的距离，待飞机平稳后，操控舵机沿顺时针方向旋转90
°
，投放物资。
[0027]其中，r1代表视觉模块中心与一号舱之间的距离；r2代表视觉模块中心与二号舱之间的距离；r3代表视觉模块中心与三号舱之间的距离。
[0028]所述机械爪收放机构设置有机械爪安装板。
[0029]其中，在所述机械爪安装板上安装有三组15kg级舵机和机械爪结构。
[0030]所述15kg级舵机用于带动机械爪结构做张合运动，最小角度为0
°
，最大角度为130
°
。
[0031]抓取物资时，所述15kg级舵机控制机械爪结构张开，所述视觉模块可以对物资进行精准定位，并判断上述机械爪结构和物资间距离r
goods
，控制四旋翼无人机升降：
[0032]当距离r
goods
大于等于抓取理想距离r
capture
，即r
goods
≥r
capture
时，四旋翼无人机缓慢下降高度；
[0033]当距离r
goods
大于等于抓取理想距离r
capture
，即r
goods
＜r
capture
时，四旋翼无人机停止下降，所述15kg级舵机控制机械爪结构闭合。
[0034]所述机械爪结构上安装有力传感器，检测机械爪结构施加到物资上的压力N
goods
，当物资上摩擦力等于物资重力，即μN
goods
＝m
goods
g时，认为已抓到物资，控制无人机起飞。
[0035]其中，μ为物资表面摩擦力，m
goods
为单个物资质量，g为当地重力加速度。
[0036]所述15kg级舵机具有自锁功能，运输物资时，处于锁紧状态；
[0037]释放物资时，所述15kg级舵机控制机械爪结构张开，物资自动脱落。
[0038]在所述机臂上安装有用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.多形态多舱可升降自动物资投放四旋翼无人机，其特征在于，包括机身(1)、安装在机身(1)上的机臂(3)、安装在机身(1)上的起落架(22)、安装在机身(1)上的升降机构(24)、安装在升降机构(24)上的旋转托盘收放机构(2)和机械爪收放机构(23)；机身(1)外形、安装在机身下方的能够快速更换的旋转托盘收放机构(2)和机械爪收放机构(23)、升降机构(24)；在所述机身(1)上安装有能够使装置具备飞行能力的机臂(3)和使装置能够正常起降的起落架(22)；通过所述(2)实现对物资的顺序投放；通过所述(23)实现对物资的顺序抓取和投放；在所述机身(1)上有通用孔位，实现旋转托盘收放机构(2)和机械爪收放机构(23)的快速更换；所述升降机构(24)用于实现旋转托盘收放机构(2)和机械爪收放机构(23)的升降，降低螺旋桨下洗气流对物资投放精准度的影响。2.根据权利要求1所述的多形态多舱可升降自动物资投放四旋翼无人机装置，其特征在于，所述机身(1)包括pix安装板(4)、机身上底板(5)、机身下底板(6)以及安装在上述机身上底板(5)和机身下底板(6)之间的插板(7)、用于定位的视觉模块(21)、用于安装机载计算机的计算机底盘(12)；所述机身上底板(5)和机身下底板(6)间通过铝柱固定；所述pix安装板(4)和机身上底板(5)间通过铜柱固定。3.根据权利要求1所述的多形态多舱可升降自动物资投放四旋翼无人机装置，其特征在于，所述机臂(3)包括用于固定机臂的管夹(8)、电机支座(11)和金属夹片(10)以及作为机臂的碳纤维杆(9)；在所述管夹(8)、电机支座(11)和金属夹片(10)上都设置有定位孔，便于碳纤维杆(9)的定位与安装。4.根据权利要求1所述的多形态多舱可升降自动物资投放四旋翼无人机装置，其特征在于，所述旋转托盘执行机构(2)包括用于限制物资位置的上物资盘(13)和下物资盘(15)、用于控制物资投放的旋转托盘(16)、固定舵机的舵机支架(14)以及舵机(17)。5.根据权利要求1所述的多形态多舱可升降自动物资投放四旋翼无人机装置，其特征在于，所述机械爪收放机构(23)包括用于安装机械爪的机械爪安装板(25)、用于控制机械爪张合的15kg级舵机(26)、用于抓取投放物资的机械爪结构(27)。所述升降机构(24)包括用于控制平台升降的30kg级舵机(28)、用于传力的连杆机构(30)和用于限制平台位移方向的滑轨
‑
滑槽机构(31)；上述滑轨
‑
滑槽机构(31)数量为三个；所述上物资盘(13)和下物资盘(15)上均有三个较大的圆形孔位，所述圆形孔位构成三个物资舱，用于存放圆柱形物资，并对圆柱形物资进行限位；
上述三个物资舱有排列顺序，沿上述执行机构(2)顶向下俯视，三个物资舱沿顺时针顺序排列，依次为一号舱(18)、二号舱(19)、三号舱(20)；所述旋转托盘(16)上有一开口，作为舱门；所述舵机支架(14)将舵机(17)固定在上物资盘(13)上；所述舵机(17)可带动旋转托盘(16)沿其中心转动。6.根据权利要求1所述的多形态多舱可升降自动物资投放四旋翼无人机装置，其特征在于，运输物资时，所述旋转托盘(16)的舱门处于下物资盘(15)的未开口位置下方，避免上述物资舱内物资沿舱门自由下落，确保对物资的有效运输；需投放物资时，所述舵机(17)带动旋转托盘(16)顺时针转动，使旋转托盘(16)的舱门依次经历一号舱(18)、二号舱(19)、三号舱(20)，舱中物资依次投放。7.根据权利要求1所述的多形态多舱可升降自动物资投放四旋翼无人机装置，其特征在于，控制方法为，在视觉模块定位后，控制无人机向一号舱(18)相反方向移动r1的距离，待飞机平稳后，操控舵机沿顺时针方向旋转90
°
，投放物资；之后控制无人机向二号舱(19)相反方向移动的距离，待飞机平稳后，操控舵机沿顺时针方向旋转9...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈柏健，韩轶，汪旅雁，周子杰，李春阳，付铁，靳松，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：