一种无人机用远程遥控投放系统、无人机的制作方法

1.本发明属于无人机空中投放设备技术领域，具体涉及一种无人机用远程遥控投放系统、无人机。


背景技术：

2.无人机以其行动灵活、起降环境要求较低，并具有良好的操作性能等，广泛应用在如警用、城市管理、农业、地质、气象、电力、抢险救灾、视频拍摄等领域中。而随着无人机的技术发展，无人机可实现进行对物品的挂载和投放，通过在无人机搭载一投放装置实现。
3.由于投放装置属于无人机的负载，投放装置与无人机的机械连接是较为容易实现。难点在于，无法搭建投放装置与无人机的通信链路。这是由于无人机的飞控系统、电气控制系统是无人机厂商自主研发设计的，额外搭载的投放装置无法基于无人机进行控制通信连接，增加投放装置的应用难题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是要解决上述的技术问题，提供一种无人机用远程遥控投放系统、无人机。
5.为了解决上述问题，本发明按以下技术方案予以实现的：
6.第一方面，本发明提供了一种无人机用远程遥控投放系统，包括：
7.投放装置，其可搭载在无人机上，所述投放装置用于挂载物品；所述投放装置内置有无线通信模块，所述投放装置设置有用于挂载物品和投放物品的执行机构；
8.遥控器，其基于lora远距离无线电与所述投放装置进行信息交互；
9.其中，所述投放装置被配置为：
10.接收所述遥控器的投放信号，所述投放信号用于指示投放装置投放物品；
11.根据投放信号控制执行机构动作，使挂载的物品脱开。
12.结合第一方面，本发明提供了第一方面的第1种优选实施方式，具体为，所述投放装置包括壳体；所述执行机构包括一可转动的挂杆、以及设置于壳体内部的驱动机构；
13.所述挂杆与壳体底部铰接，所述挂杆具有用于挂载物品的挂载状态，以及用于释放挂载的物品的投放状态；
14.所述驱动机构在挂杆处于挂载状态时，驱动机构从挂杆下方托举挂杆，限制挂杆转动并使其保持挂载状态；当驱动机构动作从挂杆上脱离，挂杆从挂载状态切换投放状态。
15.结合第一方面，本发明提供了第一方面的第2种优选实施方式，具体为，所述壳体底部设有一缺口，所述挂杆处于挂载状态时，挂杆横设于缺口中，挂杆和壳体构成一封闭的挂环结构，又或者，挂杆、驱动机构和壳体三者构成封闭的挂环结构。
16.结合第一方面，本发明提供了第一方面的第3种优选实施方式，具体为，所述壳体底部设置有止挡部，所述止挡部用于限位挂杆向上转动，所述挂杆处于挂载状态时，所述止挡部和驱动机构将横杆固定并锁定。
17.结合第一方面，本发明提供了第一方面的第4种优选实施方式，具体为，所述驱动机构包括挂钩，以及驱动挂钩动作的驱动组件：
18.所述挂钩的底部设置有翘起的钩爪，钩爪用于托举挂杆的杆身；所述挂钩铰接于壳体；
19.当挂杆处于挂载状态时，挂钩托举挂杆的活动端，驱动组件限制挂钩转动；当驱动组件带动挂钩转动，挂钩的钩爪从挂杆的活动端上脱离。
20.结合第一方面，本发明提供了第一方面的第5种优选实施方式，具体为，所述挂钩的截面呈“亅”字型，挂钩的中部与壳体铰接，挂钩可绕铰接处转动以构成一杠杆；
21.当挂杆处于挂载状态时，所述挂钩竖直设置；所述驱动组件位于挂钩的顶部一侧。
22.结合第一方面，本发明提供了第一方面的第6种优选实施方式，具体为，所述驱动组件包括盘形凸轮、驱动盘形凸轮转动的电机和弹性复位件；
23.所述盘形凸轮位于挂钩的一侧，盘形凸轮的侧面与挂钩的侧面相抵触；
24.所述弹性复位件衔接挂钩和壳体；
25.其中，当挂杆处于挂载状态时，盘形凸轮的基圆侧面与挂钩相抵触，弹性复位件限制挂钩转动；当电机驱动盘形凸轮转动，盘形凸轮抵顶挂钩并带动挂钩转动，挂钩的钩爪从挂杆上脱离。
26.结合第一方面，本发明提供了第一方面的第7种优选实施方式，具体为，所述投放装置设置有两个相互独立的无线通信模块，双无线通信模块可实现独立的双通道、双向通信，确保投放信号的发送和接收；
27.在壳体内还设置有与无线通信模块连接的控制器；所述控制器与驱动机构连接，控制器用于信号驱动机构动作。控制器还用于与投放装置的各电气原件电连接，如下文中的检测组件、安装在投放装置内的独立电源、显示灯等。
28.结合第一方面，本发明提供了第一方面的第8种优选实施方式，具体为，所述投放装置还被配置为：
29.当执行机构处于挂载状态时，向遥控器发送挂载状态的第一显示信号；
30.当执行机构处于投放状态时，向遥控器发送投放状态的第二显示信号；
31.所述遥控器设置有指示灯组件，所述遥控器根据第一显示信号和/或第二显示信号控制指示灯组件进行显示。
32.第二方面，本发明还提供了一种无人机，所述无人机搭载有第一方面所述的无人机用远程遥控投放系统，所述投放装置与无人机物理连接。
33.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
34.本发明提供的无人机用远程遥控投放系统，通过给投放装置增设一独立控制的遥控器，遥控器基于lora远距离无线电与所述投放装置进行信息交互。投放装置根据遥控器的投放信号控制执行机构动作使挂载的物品脱开，实现物品投放。
35.本发明采用低功耗的远程通信技术，采用lora远距离无线电，在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的叠加效果，它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3
‑
5倍。
附图说明
36.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：
37.图1是本发明的无人机用远程遥控投放系统的系统组成示意图；
38.图2是本发明的投放装置的挂载状态2a和投放状态2b的正视图；
39.图3是本发明的投放装置的结构组成爆炸图；
40.图4是本发明的投放装置的挂载状态4a和投放状态4b的切面示意图；
41.图5是本发明的投放装置的投放状态的切面示意图；
42.图6是本发明的挂钩和挂杆的动作原理图；
43.图7是本发明的壳体的止挡部及缺口结构示意图；
44.图中：
45.10
‑
投放装置；
46.11
‑
壳体、111
‑
止挡部、112
‑
缺口、113
‑
转轴；
47.12
‑
挂杆、121
‑
铰接部、122
‑
直杆部、123
‑
卡部、124
‑
卡位；
48.13
‑
驱动组件、131
‑
盘形凸轮、132
‑
凸轮安装座、133
‑
电机；
49.14
‑
挂钩、141
‑
钩爪、142
‑
铰接孔；
50.15
‑
弹性复位件；
51.16
‑
霍尔传感器、161
‑
磁铁；
52.17
‑
连接组件、171
‑
连接槽体、172
‑
防脱组件；
53.20
‑
遥控器；
54.30
‑
无人机。
具体实施方式
55.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
56.本发明所述的无人机用远程遥控投放系统，其主要用途包括：运用与无人机上，实现精准投放的目的。例如，可运用于消防救援等场景中，如用于投放救生设备、救生绳索等。还可以用于防洪救险，用于投放救生衣和救生圈。或其他需要运用无人机进行投放作业、应急投放任务等场景。
57.如图1所示，本发明所述的无人机用远程遥控投放系统包括投放装置10和遥控器20。所述投放装置10可搭载在无人机30上，所述投放装置10用于挂载物品，且在投放装置10内置有无线通信模块。所述投放装置10设置有用于挂载物品和投放物品的执行机构。所述遥控器20基于lora远距离无线电与所述投放装置10进行信息交互；
58.其中，所述投放装置10被配置为：
59.s100：接收所述遥控器20的投放信号，所述投放信号用于指示投放装置10投放物品；
60.s200：根据投放信号控制执行机构动作，使挂载的物品脱开。
61.在一种优选实施中，所述投放装置10设置有两个相互独立的无线通信模块18，双无线通信模块可实现独立的双通道、双向通信，确保投放信号的发送和接收；可实现遥控信号在400米范围内准时精准遥控投放装置10动作。
62.在壳体11内还设置有与无线通信模块18连接的控制器；所述控制器与驱动机构连接，控制器用于信号驱动机构动作。
63.在一种优选实施中，所述投放装置10还实现投放作业的信号反馈，以形成一闭环。具体的，所述投放装置10还被配置为：
64.s300：当执行机构处于挂载状态时，向遥控器发送挂载状态的第一显示指令；
65.s400：当执行机构处于投放状态时，向遥控器发送投放状态的第二显示指令；
66.所述遥控器20设置有指示灯组件，所述遥控器20根据第一显示指令和/或第二显示指令控制指示灯组件进行显示。第一显示指令和第二显示指令可用于控制同一指示灯显示不同的颜色，或控制多个指示灯显示不同的颜色，以供操作者判断投放装置10的工作状态。
67.具体的，投放装置10的工作状态(挂载状态、投放状态)可由投放装置10内置的检测组件进行检测。这是本领域的技术人员可实现，在此不过多说明。
68.本发明还提供了一种无人机，所述无人机搭载有无人机用远程遥控投放系统，所述投放装置10与无人机物理连接。
69.经申请人研究发现，对于目前市面上现有的无人机投放装置10，其加载重型负载时，释放杆和基座的摩擦力大，低功率的执行器无法将其拖动，投放物无法被释放，而换成高功率的执行器时会带有耗电严重、重量增重等缺陷。
70.为此，本发明还提供了一种投放装置10的改进方案，如图2～图7所示，本发明所述的一种投放装置10的优选结构。
71.实施例一
72.如图3所示，所述投放装置10包括壳体11、设置于壳体11内部的驱动机构。所述壳体11用于集成安装投放装置10所需的各种硬件装置，同时作为连接无人机等设备的主体。
73.其中，在所述壳体11的底部铰接有一可转动的挂杆12，所述挂杆12具有用于挂载物品的挂载状态，以及用于释放挂载的物品的投放状态。而所述驱动机构在挂杆12处于挂载状态时，驱动机构从挂杆12下方托举挂杆12，限制挂杆12转动并使其保持挂载状态。当驱动机构动作从挂杆12上脱离，挂杆12从挂载状态切换投放状态。
74.本发明产品的使用：使用时，将物品的连接部位(如挂环、绳套、挂孔等)套入挂杆上，转动挂杆至挂载状态的特定位置，由驱动装置托举挂杆，限制挂杆转动并使其保持挂杆在挂载状态的特定位置，实现物品的挂载。在执行投放作业时，由无人机携带投放装置及物品至投放位置，通过控制驱动装置动作，驱动机构动作从挂杆上脱离，挂杆从挂载状态切换投放状态，挂杆失去限位时，在物品的重力作用下，挂杆向下摆动，进而物品从挂杆上滑落并降下。
75.本发明的投放装置作业稳定可靠，由驱动机构从挂杆下方托举挂杆，限制挂杆转动并使其保持挂载状态；当驱动机构动作从挂杆上脱离，挂杆从挂载状态切换投放状态；投放物即可轻松释放，且相比拉动挂杆的现有技术，本技术无需高功率的执行器即可实现，降低耗电和重量，使本产品成本低，重量轻便，能够有效减轻无人机的负载，降低能量的损耗。
76.示例性的，所述壳体11为塑料制成，可通过注塑、压塑等方式制作壳体11，塑料壳体11具有质量轻强度高的优点，可进一步的减小投放装置10的重量。其中，在所述壳体11的顶部设置有连接组件17，所述连接组件17用于可拆卸式的挂载在无人机上。
77.优选的，壳体11可分为上壳部分和下壳部分，通过上壳部分和下壳部分叠接成整体；亦可为左壳部分和右壳部分，通过左壳部分和右壳部分复合成整体。壳部分的连接可通过螺栓、粘接剂等。
78.在一种具体实施中，挂杆12为一长条状直杆，挂杆12具有铰接端和活动端，铰接端用于与壳体11铰接，以使挂杆12可绕铰接处转动。所述活动端为相对铰接的另一末端，具体的，驱动机构托举挂杆12的活动端。如同两个支点，分别向上支持挂杆12的两端，当驱动机构动作，挂杆12的一端失去支点从而实现释放物品的功能。
79.在一种具体实施中，所述驱动装置包括动力源和执行器，所述动力源用于驱动执行器动作，具体的，所述执行器为用于托举挂杆12活动端的部件。动力源驱动执行器动作至第一位置，执行器托举挂杆12并限制挂杆12转动；动力源驱动执行器动作从第一位置至第二位置，执行器从挂杆12下方离开，实现物品投放。
80.在一种优选实施中，所述动力源驱动执行器转动或摆动，实现执行器从第一位置至第二位置、或从第二位置至第一位置的切换，进而实现挂载状态和投放状态的切换。
81.通过此设计，因物品挂载在挂杆上，作业时，挂杆及物品的重量会分布在铰接处和执行器两个支点上，若执行器采用移动副的方式从挂杆上脱离，执行器与部件的摩擦力大，低功率的动力源无法将其拖动，至使物品无法被释放，而换成高功率的动力源则会有带耗电严重、重量增重等缺陷。为此，通过转动副的脱离方式，执行器向下摆动脱离，保证了物品的投放。
82.实施例二
83.本实施例2所述的投放装置，其结构和原理与实施例1的相同。本实施例2所述的投放装置提供了一种具体硬件结构的实例。
84.如图3所示，所述驱动机构包括挂钩14，以及驱动挂钩14动作的驱动组件13。所述挂钩14为实施例1中的执行器，所述驱动组件13为实施例1中的动力源。具体的，所述挂钩14活动铰接于壳体11，驱动组件13驱动挂钩14转动或摆动。
85.其中，所述挂钩14的底部设置有翘起的钩爪141，钩爪141用于托举挂杆12的杆身。当挂杆12处于挂载状态时，挂钩14的钩爪141托举挂杆12，驱动组件13限制挂钩14转动；当驱动组件13带动挂钩14转动，挂钩14的钩爪141从挂杆12上脱离。
86.如图4所示，所述挂杆12为一直条状杆体，挂杆12包括一体注塑成型的铰接部121和直杆部122，铰接部121与直杆部122纵横交错设置，铰接部121整体形状呈短圆柱状，在铰接部121的中心开设有穿孔。
87.在一种具体实施中，所述直杆部122可以是方柱、圆柱等。
88.在壳体11的底部设置有铰接挂杆12的铰接槽，所述挂杆12通过一穿设铰接部121的转轴113铰接在铰接槽内；铰接槽相对挂钩14的一侧设有切口，以供挂杆12通过。挂杆12的活动范围至少包括从水平方向转动到竖直方向。
89.在本实施例中，优选地，所述挂杆12活动端的下端部设置有一凹槽状的卡位124，卡位124适配挂钩14的钩爪141。具体的，挂杆12的活动端下表面设置有一向下凸起的卡部123，卡部123具有斜面结构，斜面结构适配挂钩14的钩爪141，卡部123与挂杆12的杆身形成所述卡位124。
90.本实施例2的投放装置，其为驱动机构的优选设计。本实施例2的驱动机构同样适
用于其他实施例中。
91.实施例三
92.本实施例3所述的投放装置，其结构和原理与实施例2的相同。本实施例3所述的投放装置提供了一种驱动机构的具体硬件结构的实例。
93.如图5所示，所述挂钩14的截面呈“亅”字型，在挂钩14的中部设置有铰接孔142，通过一转轴113与壳体11铰接，壳体11上对应开设有安装孔以安装转轴113。挂钩14的中部与壳体11铰接，挂钩14可绕铰接处转动以构成一杠杆。
94.当挂杆处于挂载状态时，所述挂钩竖直设置。在此结构设置下，挂钩在挂载状态下保持竖直，挂杆的作用力施加在钩爪上，使得挂钩整体承受着向下的作用力。为此，本技术通过挂钩的铰接结构承担上述作用力，并非驱动组件，使驱动组件与挂载物品的硬件设计独立开，该结构设计可保障挂载状态的稳定可靠，避免高载重时挂钩脱开的问题。
95.具体的，所述驱动组件13位于挂钩14的顶部一侧，驱动组件13对挂钩14的顶端施加驱动力。与现有技术相比，本发明有益效果是：
96.挂杆12和钩爪141之间的摩擦力是阻碍挂钩14转动的主要作用力，为此，本发明利用简单的杠杆原理，将挂爪和驱动组件13分别设置在挂钩14上下两侧，杠杆可以将较小的外力转化成较大的驱动力，进而可有效减小驱动组件13驱动挂杆12动作的驱动力，实现小功率的驱动组件13即可实现相应的功能需求，也可有效避免挂杆12无法脱钩的问题。
97.在一种具体实施方式中，如图3所示，所述驱动组件13包括盘形凸轮131、安装盘形凸轮131的凸轮安装座132、驱动盘形凸轮131转动的电机133和弹性复位件15。
98.其中，所述凸轮安装座132和电机133在竖直方向上上下分布，凸轮安装座132与壳体11连接，电机133位于凸轮安装座132的下方。所述凸轮安装座132包括上安装座和下安装座，盘形凸轮131活动连接于凸轮安装座132中，盘形凸轮131可在水平方向上转动。所述电机133的输出轴用于驱动盘形凸轮131转动。
99.所述弹性复位件15衔接挂钩14和壳体11，所述弹性复位件15用于限制挂钩14转动，将挂钩14保持在第一位置，避免挂钩14在常态下自行转动，使挂钩14从挂杆12上脱开。同时，弹性复位件15还将挂钩14从第二位置复位至第一位置的作用。
100.在一种具体实施中，所述弹性复位件15为扭簧，扭簧套接在挂钩14的转轴113上，在挂钩14上开设有嵌槽，扭簧的一个扭杆嵌入在嵌槽中，另一个扭杆抵顶壳体11的内壁上。挂钩14绕着弹簧中心(转轴113)旋转时，弹簧将挂钩14拉回初始位置，产生扭矩或旋转力。
101.如图4所示，所述盘形凸轮131位于挂钩14顶部的一侧，盘形凸轮131的侧面与挂钩14的侧面相抵触。其中，当挂杆12处于挂载状态时，盘形凸轮131的基圆侧面与挂钩14相抵触，弹性复位件15限制挂钩14转动；当电机133驱动盘形凸轮131转动，盘形凸轮131抵顶挂钩14并带动挂钩14转动，挂钩14的钩爪141从挂杆12上脱离。
102.本实施例3的投放装置，其为挂钩及驱动组件的优选设计。本实施例3的挂钩及驱动组件同样适用于其他实施例中。
103.实施例四
104.本实施例4所述的投放装置，其结构和原理与实施例3的相同。本实施例4所述的投放装置提供了一种驱动机构的具体硬件结构的实例。
105.如图6所示，所述驱动机构还包括第一检测组件和第二检测组件。所述第一检测组
件用于检测盘形凸轮131的动作，以确定盘形凸轮131的位置状态，如是否成功带动挂钩14转动，是否盘形凸轮131是否复位成功等等。所述第二检测组件用于检测挂钩14的动作，以确定挂钩14的位置状态，确保挂钩14的是否成功复位，检测挂杆12是否保持挂载状态等等。
106.在一种具体实施中，所述第一检测组件包括霍尔传感器16和磁铁161，所述磁铁161嵌设在盘形凸轮131的上表面，所述霍尔传感器16对应的设置于磁铁161的上方。当盘形凸轮131动作，磁铁161随着盘形凸轮131旋转，磁铁161远离霍尔传感器16时即被检测到。
107.在一种具体实施中，所述第二检测组件包括霍尔传感器16和磁铁161，所述磁铁161嵌设在挂钩14的顶部，位于挂钩14的侧壁上，所述霍尔传感器16对应的设置于磁铁161的侧方。当挂钩14动作，磁铁161随着挂钩14摆动，磁铁161远离霍尔传感器16时即被检测到。
108.通过检测组件的设置，可以判断各零部件是否完成动作，亦可用于硬件设备的故障报警。
109.具体的，所述挂钩14、盘形凸轮131和凸轮安装座132均采用塑料制成，满足使用强度的同时具有质量轻的优点；可以是实心塑料件，亦可是空心塑料件。
110.本实施例4的投放装置，其为驱动机构的优选设计。本实施例4的驱动机构同样适用于其他实施例中，也可用于投放装置工作状态的反馈检测。
111.实施例五
112.本实施例5所述的投放装置，其结构和原理与实施例2的相同。本实施例2所述的投放装置提供了一种壳体的具体硬件结构的实例。
113.如图2和图7所示，所述壳体11底部设有一缺口112，缺口112的形状可为“冂”、“∧”、“∩”字型等。所述缺口112用于容纳不同物品的连接部位。如某些物品自身配置有挂环、提手等。缺口112的设计是适配不同形状的提环和提手，以适配绝大部分物品的挂载，实现可之间将物品挂载在挂杆12上。
114.具体的，所述挂杆12处于挂载状态时，挂杆12横设于缺口112中，挂杆12和壳体11构成一封闭的挂环结构，又或者，挂杆12、驱动机构和壳体11三者构成封闭的挂环结构。
115.优选地，所述安装挂杆12的铰接槽设置于缺口112的敞口处一侧。
116.在一种优选实施中，所述壳体11底部设置有止挡部111，所述止挡部111用于限位挂杆12向上转动，所述挂杆12处于挂载状态时，所述止挡部111和驱动机构将横杆固定并锁定。
117.所述止挡部111可以是外加在壳体11上的止挡件，如限位柱、缓冲柱等，止挡件安装在挂杆12的上方，当挂杆12转动至水平位置时，与止挡件抵触，进而无法继续向上转动。
118.所述止挡部111可以是壳体11上的某一具体结构，如一止挡平台。在一种具体实施中，所述止挡部111为从铰接槽切口处延伸出的平台，使挂杆12无法继续向上转动。
119.本实施例5的投放装置，其为驱动机构的优选设计。本实施例5的壳体同样适用于其他实施例中。
120.实施例六
121.本实施例6所述的投放装置，其结构和原理与实施例1的相同。本实施例6所述的投放装置提供了一种连接组件的优选实例。
122.如图2和图7所示，所述连接组件17包括壳体11顶部的连接槽体171和与连接槽体
171连接的防脱组件172。
123.所述壳体11的顶部设置有“凵”字型的连接槽体171，所述连接槽体171用于适配夹持无人机的部件或云台。
124.其中，在所述连接槽体171的两侧槽壁设置有向内水平延伸的限位块，两个限位块相对设置。两个限位块与连接槽体171的槽底的相间隔，限位块可用于稳定投放装置10的平衡、夹持无人机的部件或云台或用于防脱。
125.所述防脱组件172包括螺杆和蝶形螺栓，所述螺杆穿设连接槽体171的两侧槽壁的顶部，通过旋入蝶形螺栓将螺杆固定在连接槽体171上。螺杆和连接槽体171形成一闭环，将投放装置10锁定在无人机上，进一步的避免投放装置10从无人机上脱离。
126.基于上述实施例1
‑
7，本发明所述投放装置具有如下技术优势：
127.1、投放装置整体结构紧凑、重量轻，极合适用于无人机平台。
128.2、适用简单；本投放装置属于独立外挂配件，内置独立通讯模块，独立电源，无需改造无人机平台，即装即用，使用简单。可适用于不同的现成无人机平台。
129.3、可靠性高。考虑到救援场合的应用，遥控投放系统设计安全冗余大。控制系统方面，投放挂钩内部安装了2个独立的无线通信模块，可以实现独立的双信道，双向通讯，确保遥控信号在400米范围内，准时精准遥控。挂钩结构设计，可以确保在系统无电状态下，用人手轻易能完成解锁动作。
130.4、采用低功耗远程遥控技术。系统设计采用了lora远距离无线电(long range radio)技术，是低功耗局域网无线标准，它最大特点就是在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3
‑
5倍。
131.本实施例所述一种无人机用远程遥控投放系统、无人机的其它结构参见现有技术。
132.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。