一种无人机机载投放装置、投放控制系统及控制方法与流程

本公开涉及无人机搜救技术领域，具体涉及一种无人机机载投放装置、投放控制系统及控制方法。

背景技术：

现在无人机搜救领域大部分都是依靠高清和热像摄像头进行外围考查和检测，无法真正的对伤员起到帮助的作用，另外传统的伞降物资不确定性很大，定向性较差，而且中途可能会造成物资的损失，不能保证物资能够定点、垂直向地送达遇难人员的身边。

技术实现要素：

本申请的目的是针对以上问题，提供一种无人机机载投放装置、投放控制系统及控制方法。

第一方面，本申请提供一种无人机机载投放装置，可拆卸地安装在所述无人机的下方，包括：驱动机构及连接在所述驱动机构下方的载物箱；所述驱动机构包括可拆卸地安装在所述无人机底面的第一安装板，所述第一安装板的下方通过第一支撑机构连接第二安装板，所述第二安装板远离所述第一安装板的一侧固定连接步进电机，所述步进电机的输出轴穿过所述第二安装板后延伸至第二安装板与第一安装板之间；所述第二安装板下方连接所述载物箱；所述第一安装板与第二安装板之间设置主动齿轮，所述主动齿轮固定在步进电机的输出轴上，所述主动齿轮外侧对称水平啮合四个从动齿轮，各个所述从动齿轮上分别缠绕牵引绳；所述第二安装板上对应各个所述从动齿轮分别固定连接导向结构，各个所述导向结构对称设置在所述载物箱的上方；所述牵引绳的一端固定在所述从动齿轮上，另一端穿过所述导向结构后向下延伸连接在所述载物箱上；所述导向结构远离所述从动齿轮一端的下边缘安装对应所述载物箱设置的停止微动开关。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述导向结构包括水平设置的导向碳管以及设置在所述导向碳管远离从动齿轮一端的转动组件，所述导向碳管远离所述转动组件的一端通过固定座固定在所述第二安装板上；所述牵引绳的活动端依次穿过导向碳管及转动组件后连接在所述载物箱上。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述转动组件包括一对安装套，一对所述安装套包裹在所述导向碳管的外侧，一对所述安装套之间分别设有轴承、定位轴及滚轴，所述轴承与定位轴相对设置在一对所述安装套之间，所述轴承内嵌在一个所述安装套内，所述定位轴的一端固定在另一个所述安装套内，所述轴承与定位轴之间连接有可转动地滚轴。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述驱动机构上设有所述无人机可触发的启动微动开关。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述载物箱的底部设有箱门，所述载物箱上对应所述箱门设置控制箱门开闭的舵机。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述载物箱上安装超声波传感器。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述第一安装板的上方安装缓冲结构，所述缓冲结构包括第一缓冲板及第二缓冲板，所述第二缓冲板远离第一缓冲板的侧面的四角分别通过减震球固定在所述第一安装板的上表面；所述第一缓冲板与第二缓冲板之间固定连接支撑柱。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述载物箱的顶板的四角分别安装箱体连接件，所述牵引绳的活动端固定在所述箱体连接件上。

第二方面，本申请提供一种无人机机载装置投放控制系统，包括：控制所述驱动机构的第一控制系统及控制所述载物箱的第二控制系统；

所述第一控制系统包括第一控制器、第一数传模块、第一降压模块及第一电源；所述第一电源配置用于对所述第一降压模块进行供电；所述第一降压模块配置用于对所述第一控制器进行供电；所述第一控制器配置用于接收所述停止微动开关及启动微动开关的信号，并向所述步进电机发送控制信号；

第二控制系统包括第二控制器、第二数传模块、第二降压模块、第三降压模块、第四降压模块及第二电源；所述第二电源配置用于分别对所述第二降压模块、第三降压模块及第四降压模块进行供电；所述第二降压模块配置用于对所述第二控制器进行供电；所述第三降压模块及第四降压模块分别对一对所述舵机进行供电；所述第二控制器配置用于接收所述超声波传感器的信号，并向一对所述舵机发送控制信号；

所述第一数传模块及第二数传模块配置用于所述第一控制器及第二控制器之间的信号通信。

第三方面，本申请提供一种无人机机载装置投放控制方法，括以下步骤：

触发启动微动开关；

控制步进电机正向转动；

接收超声波传感器信号；

控制步进电机停止转动；

第一设定时间间隔后启动一对舵机正向转动，舵机带动箱门旋转第一设定角度后控制舵机停止转动；

第二设定时间间隔后启动一对舵机反向转动，舵机带动箱门旋转第一设定角度后控制舵机停止转动；

接收舵机复位信号；

控制步进电机反向转动；

接收停止微动开关的信号；

控制步进电机停止转动。

本发明的有益效果：本申请提供一种无人机机载投放装置，可拆卸地安装在所述无人机的下方，包括：驱动机构及连接在所述驱动机构下方的载物箱；所述驱动机构包括可拆卸地安装在所述无人机底面的第一安装板，所述第一安装板的下方通过第一支撑机构连接第二安装板，所述第二安装板远离所述第一安装板的一侧固定连接步进电机，所述步进电机的输出轴穿过所述第二安装板后延伸至第二安装板与第一安装板之间；所述第二安装板下方连接所述载物箱；所述第一安装板与第二安装板之间设置主动齿轮，所述主动齿轮固定在步进电机的输出轴上，所述主动齿轮外侧对称水平啮合四个从动齿轮，各个所述从动齿轮上分别缠绕牵引绳；所述第二安装板上对应各个所述从动齿轮分别固定连接导向结构，各个所述导向结构对称设置在所述载物箱的上方；所述牵引绳的一端固定在所述从动齿轮上，另一端穿过所述导向结构后向下延伸连接在所述载物箱上；所述导向结构远离所述从动齿轮一端的下边缘安装对应所述载物箱设置的停止微动开关。

步进电机旋转带动主动齿轮旋转，主动齿轮旋转带动啮合的四个从动齿轮旋转，从而使得缠绕在从动齿轮上的牵引绳在导向结构的方向导引下进行竖直方向内的伸缩，从而实现连接在牵引绳上的载物箱的升降移动，因此当无人机带动驱动机构及载物箱到达指定地点后，将载物箱竖直下降到距离地面一定距离后，打开载物箱的箱门从而实现载物箱内物资的投放，从而通过无人机实现物资的垂直、定点准确投放。

附图说明

图1为本申请第一种实施例的轴侧结构示意图；

图2为本申请第一种实施例的主视结构示意图；

图3为本申请第一种实施例中主动齿轮与从动齿轮配合的爆炸结构示意图；

图4为本申请第一种实施例中载物箱的爆炸结构示意图；

图5为本申请第一种实施例中导向结构的爆炸结构示意图；

图6为本申请第二种实施例的原理框图；

图7为本申请第二种实施例的第一控制系统的电路接线图；

图8为本申请第二种实施例的第二控制系统的电路接线图；

图9为本申请第三种实施例的流程示意图；

图中所述文字标注表示为：110、第一安装板；120、第二安装板；200、载物箱；210、箱门；220、舵机；230、超声波传感器；240、箱体连接件；300、步进电机；410、主动齿轮；420、从动齿轮；500、牵引绳；600、停止微动开关；710、导向碳管；720、安装套；721、轴承；722、定位轴；723、滚轴；730、固定座；810、第一缓冲板；820、第二缓冲板；830、支撑柱；840、减震球。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本申请进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本申请的保护范围有任何的限制作用。

如图1至3所示为本申请的第一种实施例的示意图，包括：驱动机构及连接在所述驱动机构下方的载物箱200，本实施例中载物箱200用于承载将要投放的物资。

所述驱动机构包括可拆卸地安装在所述无人机底面的第一安装板110，所述第一安装板110的下方通过第一支撑机构连接第二安装板120，所述第二安装板120远离所述第一安装板110的一侧固定连接步进电机300，所述步进电机300的输出轴穿过所述第二安装板120后延伸至第二安装板120与第一安装板110之间；所述第二安装板120下方连接所述载物箱200；所述第一安装板110与第二安装板120之间设置主动齿轮410，所述主动齿轮410固定在步进电机300的输出轴上，所述主动齿轮410外侧对称水平啮合四个从动齿轮420，各个所述从动齿轮420上分别缠绕牵引绳500；所述第二安装板120上对应各个所述从动齿轮420分别固定连接导向结构，各个所述导向结构对称设置在所述载物箱200的上方；所述牵引绳500的一端固定在所述从动齿轮420上，另一端穿过所述导向结构后向下延伸连接在所述载物箱200上。

本实施例中，第一安装板110及第二安装板120起到固定安装的作用，步进电机300在控制系统的作用下进行工作，步进电机300旋转工作带动主动齿轮410旋转，从而带动与主动齿轮410水平啮合的四个从动齿轮420同步旋转，从而实现缠绕在从动齿轮420上的牵引绳500的放线或者收线，进而实现连接在牵引绳500下方的载物箱200的垂直升降。本实施例中，设置导向结构的目的是将从动齿轮420上缠绕的牵引绳500向外导引至对应载物箱200边缘的上方。本实施例中，步进电机300采用nology42行星减速步进电机300，牵引绳500采用钢丝绳。

在一优选实施方式中，如图4所示，所述载物箱200的顶板的四角分别安装箱体连接件240，所述牵引绳500的活动端固定在所述箱体连接件240上。本优选实施方式中，载物箱200顶板的四角上分别设置箱体连接件240，可以使得分别连接在箱体连接件240上的四根牵引绳500均匀受力，能够保证四根牵引绳500均匀地承载载物箱200，从而使得投放过程更加平稳。

所述导向结构远离所述从动齿轮420一端的下边缘安装对应所述载物箱200设置的停止微动开关600。本实施例中，在导向结构上设置停止微动开关600，当载物箱200投放完毕上升过程中，载物箱200的上边缘与停止微动开关600接触后，触发停止微动开关600，从而控制步进电机300停止工作。本实施例中，停止微动开关600采用ac1300v5a型号。

在一优选实施方式中，如图5所示，所述导向结构包括水平设置的导向碳管710以及设置在所述导向碳管710远离从动齿轮420一端的转动组件，所述导向碳管710远离所述转动组件的一端通过固定座固定在所述第二安装板120上；所述牵引绳500的活动端依次穿过导向碳管710及转动组件后连接在所述载物箱200上。本优选实施方式中，从动齿轮420上的牵引绳500的活动端依次穿过导向碳管710及转动组件后连接在载物箱200上，本优选实施方式中，导向碳管710的作用是将牵引绳500由从动齿轮420向外延伸，因为载物箱200的横截面积大于第一安装板110及第二安装板120的横截面积，因此为使得载物箱200的上升或者下降作用更加平稳，将牵引绳500连接在载物箱200的四角上。本实施方式中，转动组件的作用使得牵引绳500经过导向碳管710后更加顺畅地与导向碳管710边缘接触，从而保证载物箱200升降移动过程的稳定性。

在上述优选实施方式中，优选地，如图5所示，所述转动组件包括一对安装套720，一对所述安装套720包裹在所述导向碳管710的外侧，一对所述安装套720之间分别设有轴承721、定位轴722及滚轴723，所述轴承721与定位轴722相对设置在一对所述安装套720之间，所述轴承721内嵌在一个所述安装套720内，所述定位轴722的一端固定在另一个所述安装套720内，所述轴承721与定位轴722之间连接有可转动地滚轴723。一对安装套720固定安装在导向碳管710的外周，从而使得一对安装套720包裹在导向碳管710外周，轴承721及定位轴722分别相对地安装在一对安装套720内，并将滚轴723连接在轴承721与定位轴722之间且使得滚轴723在轴承721及定位轴722之间可转动地连接。将由导向碳管710末端伸出的牵引绳500的活动端沿滚轴723传输，由于滚轴723可相对转动，从而减小牵引绳500与滚轴723接触时的摩擦力，使得牵引绳500更加顺滑地沿滚轴723传输。

在一优选实施方式中，所述驱动机构上设有所述无人机可触发的启动微动开关。本优选实施例中，在第一安装板110上设置启动微动开关，当无人机的遥控器发出启动指令后，启动无人机上的启动舵机触发启动微动开关，启动微动开关被触发后，步进电机300开始启动工作。本实施例中，启动微动开关采用ac1300v5a型号。

在一优选实施方式中，所述载物箱200的底部设有箱门210，所述载物箱200上对应所述箱门210设置控制箱门210开闭的舵机220。本优选实施方式中，当载物箱200到达距离地面设定高度后，控制舵机220旋转，从而带动箱门210打开，将载物箱200内的物资进行投放。本优选实施方式中，舵机220采用双出轴数字舵机。

在一优选实施方式中，所述载物箱200上安装超声波传感器230。安装在载物箱200上设置超声波传感器230用于检测载物箱200距离地面的高度。优选地，当超声波传感器230检测到距离地面1米时，步进电机300停止工作。本优选实施方式中，超声波传感器230采用ioe-sr05超声波测距模块。

在一优选实施方式中，所述第一安装板110的上方安装缓冲结构，所述缓冲结构包括第一缓冲板810及第二缓冲板820，所述第二缓冲板820远离第一缓冲板810的侧面的四角分别通过减震球840固定在所述第一安装板110的上表面；所述第一缓冲板810与第二缓冲板820之间固定连接支撑柱830。本优选实施中，设置缓冲结构一方面为驱动机构及载物箱200提供缓冲，另一方面方便驱动机构在无人机上的安装。

如图6所示，为本申请的第二种实施例，本实施例是对第一种实施例的控制系统，包括：控制所述驱动机构的第一控制系统及控制所述载物箱的第二控制系统；

如图7所示，所述第一控制系统包括第一控制器、第一数传模块、第一降压模块及第一电源。

本实施例中，第一电源为充电锂电池，所述第一电源配置用于对所述第一降压模块进行供电；

所述第一降压模块配置用于对所述第一控制器进行供电，本实施例中第一降压模块采用henge4a开关式ubec降压模块，目的是将第一电源的7v-26v的输入电源降压为5v4a的电量，供第一控制器使用；

所述第一控制器配置用于接收所述停止微动开关600及启动微动开关的信号，并向所述步进电机300发送控制信号；本实施例中，第一控制器采用arduinonanov3.0atmega328p，当第一控制器接收停止微动开关600的信号后，向步进电机300发送停止信号，当第一控制器接收启动微动开关的信号后，向步进电机300发送启动信号。本实施例中，第一控制器通过七特步进电机300驱动控制器对步进电机300进行控制，步进电机300驱动控制器用于控制步进电机300的转动方向、速度和使能，并给步进电机300提供动力，而步进电机300驱动器的动力由第一控制器提供。

如图8所示，第二控制系统包括第二控制器、第二数传模块、第二降压模块、第三降压模块、第四降压模块及第二电源。

本实施例中，第二电源为充电锂电池，所述第二电源配置用于分别对所述第二降压模块、第三降压模块及第四降压模块进行供电；

第二降压模块、第三降压模块及第四降压模块均采用bec降压模块，其中，第二降压模块将第二电源的7v-26v的输入电源降压为5v3a电量为第二控制器进行供电，所述第三降压模块及第四降压模块分别将第二电源的7v-26v的输入电源降压为7v3a电量为一对控制箱门210的舵机220进行供电；本实施例中，控制箱门210的舵机220采用双出轴数字舵机。所述第二控制器配置用于接收所述超声波传感器230的信号，并向一对所述舵机220发送控制信号；本实施例中，第二控制器采用arduinonanov3.0atmega328p，当第二控制器接收超声波传感器230检测到的距离地面1米的信号时，将超声波信号通过第二数传模块及第一数传模块发送至第一控制器，由第一控制器控制步进电机300停止工作。

所述第一数传模块及第二数传模块配置用于所述第一控制器及第二控制器之间的信号通信，本实施例中第一数传模块及第二数传模块均采用as01-ml01dp52.4g100mw型号。

如图9所示，为本申请的第三种实施例，本实施例是第二种实施例的控制方法，括以下步骤：

s1、触发启动微动开关。

本实施例中，启动微动开关是由可与启动微动开关接触的位于无人机上的启动舵机触发的。

s2、控制步进电机300正向转动。

启动微动开关被触发后将触发信号传输至第一控制器，第一控制器通过步进电机300驱动器对步进电机300进行驱动，控制步进电机300正向转动。随着步进电机300沿正向方向不断转动，带动主动齿轮410旋转，使得与主动齿轮410啮合的四个从动齿轮420同步旋转，进而使得缠绕在从动齿轮420上的牵引绳500向下牵引，从而实现载物箱200的不断下移。

s3、接收超声波传感器230信号。

安装在载物箱200上的超声波传感器230将载物箱200距离地面的实际距离信号发送至第二控制器，第二控制器将实际距离信号通过第二数传模块及第一数传模块发送至第一控制器，第一控制器将实际距离与系统预先设定的设定距离相比较。优选地，设定距离为1米。

s4、控制步进电机300停止转动。

第一控制器接收到的实际距离与设定距离相等时，第一控制器通过步进电机300驱动器，控制步进电机300停止转动。

s5、第一设定时间间隔后启动一对舵机220正向转动，舵机220带动箱门210旋转第一设定角度后控制舵机220停止转动。

步进电机300停止转动第一设定时间间隔后，第二控制器控制一对舵机220正向转动，直到舵机220旋转第一设定角度后，第二控制器控制舵机220停止转动。优选地，第一设定时间间隔为2s。优选地，第一设定角度为90度。

s6、第二设定时间间隔后启动一对舵机220反向转动，舵机220带动箱门210旋转第一设定角度后控制舵机220停止转动。

当舵机220旋转第一设定角度后箱门210被打开，当箱门210打开第二设定时间间隔后，认为载物箱200内的物资已经被投放，从而第二控制器控制舵机220开始反向转动，直到舵机220反向转动第一设定角度后，认为舵机220带动箱门210回归关闭状态，从而第二控制器控制舵机220停止转动。

s7、接收舵机220复位信号。

当舵机220反向转动第一设定角度后，舵机220发出复位信号，当第二控制器接收到舵机220的复位信号后，通过第二数传模块及第一数传模块将舵机220的复位信号发送至第一控制器。

s8、控制步进电机300反向转动。

第一控制器收到舵机220的复位信号后，通过步进电机300驱动器控制步进电机300开始反向转动，随着步进电机300沿反向方向不断转动，带动主动齿轮410旋转，使得与主动齿轮410啮合的四个从动齿轮420同步旋转，进而使得缠绕在从动齿轮420上的牵引绳500向上牵引，从而实现载物箱200的不断上升。

s9、接收停止微动开关600的信号。

随着载物箱200的不断上升，当载物箱200的上边缘接触到安装在导向结构边缘的停止微动开关600后，触发停止微动开关600，认为载物箱200回归至原位，并且停止微动开关600将触发信号发送至第一控制器。

s10、控制步进电机300停止转动。

第一控制器接收到停止微动开关600的信号后，通过步进电机300驱动器控制步进电机300停止转动，从而意味着一次无人机的定点投放工作完成。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将申请的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本申请的保护范围。