一种基于无人机的定点空投装置的制作方法

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种基于无人机的定点空投装置。

背景技术：

无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“uav”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作。与有人驾驶飞机相比，无人机往往更适合那些太“愚钝，肮脏或危险”的任务。无人机按应用领域，可分为军用与民用。军用方面，无人机分为侦察机和靶机。民用方面，无人机+行业应用，是无人机真正的刚需；目前在航拍、农业、植保、微型自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄、制造浪漫等等领域的应用，大大的拓展了无人机本身的用途，发达国家也在积极扩展行业应用与发展无人机技术。

基于无人机的诸多优点，利用无人机进行物资的定点空投也逐渐得到发展利用，然而，目前用于无人机进行物资空投的装置设备非常少，已有的空投装置结构又极其复杂，既增加了成本，又加大了控制难度。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于无人机的定点空投装置，使其结构简单，成本低低，控制方便，稳定性强，对保护空投物资运输过程中的保护效果更好。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

一种基于无人机的定点空投装置，包括外箱体、内箱体、降落伞、设置在降落伞下方的载物箱，以及用于同时密封外箱体和内箱体的密封盖，降落伞和载物箱放置在内箱体内，外箱体和内箱体均一端开口，外箱体的内底面上设有支撑台，内箱体设置在支撑台上，支撑台靠近外箱体封口端的一侧安装有气缸，气缸的气缸筒铰接在外箱体的底面上，气缸的气缸轴与内箱体的封口端铰接，支撑台位于外箱体开口端的一侧设有向下凹陷的缺口，内箱体的外底面设有与缺口相匹配的凸台，凸台转动连接在缺口内，密封盖的上端与外箱体的开口端铰接，外箱体的开口端安装有电磁锁，密封盖上设有可与电磁锁磁性吸合的铁块，密封盖的外侧面上设有用于解除电磁锁的密码解锁器，支撑台的下端设有贯穿外箱体底部的收纳槽，以及用于密封收纳槽的盖体，收纳槽内安装有电源一，气缸、电磁锁和密码解锁器分别与电源一电连接，支撑台的上端设有能控制电磁锁电路通断的弹性结构，当气缸工作时，气缸将内箱体的闭口端向上举升，弹性结构向上弹起并断开电磁锁的电路。

使用时将定点空投装置固定在无人机底部，通过密码解锁器打开密封盖，然后将空投物资放入载物箱内。空投过程中，通过无人机结合远程控制来控制气缸向上举升内箱体的闭口端，使内箱体整体向密封盖一端倾斜，内箱体的闭口端向上举升的同时，弹性结构向上弹起而断开电磁锁的电路，电磁锁的磁性消失，密封盖上的铁块与电磁锁的磁性吸合解除，与此同时，降落伞和载物箱在重力的作用下沿着内箱体的底面向密封盖一端滑行，并推开密封盖从空投装置中投出；然后控制气缸收缩复位，使内箱体支撑在支撑台上，同时在内箱体的重力作用下弹性结构被压缩，电磁锁的电路被接通，电磁锁产生磁性，并与密封盖上的铁块磁性吸合于一体。

进一步，载物箱上安装有风向传感器、风速传感器、气压传感器、gps定位模块、二维码识别模块、无线通信模块、无线通信天线、激光测距仪、控制电机、arm处理器，以及用于给风向传感器、风速传感器、气压传感器、gps定位模块、二维码识别模块、激光测距仪、控制电机均和arm处理器供电的电源二，风向传感器、风速传感器、气压传感器、gps定位模块、激光测距仪和控制电机均与arm处理器通讯连接，无线通信模块与无线通信天线连接，激光测距仪安装在载物箱的底部，控制电机的驱动轴上连接有牵引轴，牵引轴与降落伞的牵引绳连接。

在降落伞下降的过程中，利用风向传感器、风速传感器、气压传感器获得空投物体下落过程中的风向、风速、气压的数据测量，将数据传输给arm处理器，利用激光测距仪获得空投物资距离地面的距离，并将距离信息传递给处理器，gps定位模块用于获得空投物资的位置信息，并将位置信息传递给arm处理器，arm处理器根据这些信息，判断出载物箱距离投放点的位置差别信息，arm处理器并且基于差别量计算控制电机的调整量，对控制电机进行控制，通过控制电机调整降落伞的降落线路，使得降落伞降落在预设的位置，保障空投精度。有效解决了现有的空投装置对投放环境要求较高，无法快速定位找到物资的技术问题，进而实现了空投物资精度较高、安全性系数较高，能够适应复杂的空投环境，能够快速定位找到物资，空投效率较高效果。无线通信模块用于空投物与地面远程终端进行数据通信，用于发送空投物位置信息，方便地面人员搜寻空投物体。无线通信天线用于发射电磁波，可先用全身天线，便于物体搜寻。地面搜寻人员手持无线搜寻装置。通过定向天线寻找空投物位置信息，arm处理器根据无线模块收到的无线电波强弱和位置信息，判定空投物方位，并在显示器上显示，找到空投物后通过通过二维码识别模块记录控投物的基本信息，方便搜寻人员记录和统计。

进一步，载物箱上安装有声光报警器，声光报警器与arm处理器通讯连接。当空投物距地面较近时发出报警音，引起地面人员注意，防止空投物砸伤人员。发光装置分布在空投物体四周，以引起地面人员注意，方便空投物落地后搜寻。

进一步，弹性结构由弹簧、金属锥和与金属锥相匹配的金属套构成，支撑台上设有凹孔，金属锥和弹簧的一端均固定在凹孔内，金属锥位于弹簧的内部且不与弹簧接触，弹簧的另一端与金属套相连，电磁锁的电路分别与金属锥和金属套连接，当气缸未工作时，在内箱体的重力作用下弹簧被压缩，金属套套在金属锥上连通电磁锁的电路。

进一步，外箱体开口端一侧的底面为活动板，活动板靠近支撑台的一端与外箱体非活动的底面转动连接，外箱体前后两内侧面上分别设有拉簧，拉簧的一端固定在外箱体的内侧面上，另一端与活动板的前后两侧面相连，当拉簧处于自由状态时，活动板与外箱体非活动的底面保持同一平面。在空投时，物资从内箱体滑出后，在物资重力的作用下，活动板远离支撑台的一端会向下倾斜形成一斜面，有利于物资的快速滑出空投装置。

进一步，外箱体和内箱体的开口端均设有密封胶条。密封胶条能提高密封盖对外箱体和内箱体的密封作用，保护空投物资的安全运输。

进一步，盖体通过螺栓可拆卸地安装在收纳槽的开口处，盖体由多层平行设置的网状结构构成。多层平行设置的网状结构的盖体具有良好的缓冲吸能和透气散热功能，既能保护电源一受到外力冲击碰撞，又能快速将电源一产生的热量散发出去，保证电源一的正常工作。

进一步，电磁锁安装在活动板远离支撑台的一端上。

进一步，定点空投装置的外箱体、内箱体和密封盖均由脲醛树脂经过微孔发泡加工而成，外箱体、内箱体和密封盖上的微孔内均填充有纳米远红外陶瓷粉，其中外箱体、内箱体和密封盖的加工方法如下：

s1、取粉状脲醛树脂倒入混合容器内，加入1.5％～3％粉状脲醛树脂重量的纳米tio2粉末，于500r/min的转速下充分搅拌10～15min，得粉状混合物；

s2、将粉状混合物分别注入外箱体、内箱体和密封盖的模腔内，于140～150℃条件下保温20min，得到混合物熔体，然后向熔融的混合物熔体中边搅拌边注入超临界co2，并使模腔内的气压达到10～30mpa，搅拌转速为150～200r/min，待气压稳定后保压5min，得到均匀一致的混合物熔体和co2的均相体系；

s3、缓慢释放模腔内的气压至常压，经降温成型，分别打开模具即得到具有微孔结构的外箱体、内箱体和密封盖；

s4、按每升去离子水80～120g纳米远红外陶瓷粉、8～12gna2si03·9h20的比例，将纳米远红外陶瓷粉和na2si03·9h20加入去离子水中，超声充分分散30min，得到分散均匀的悬浊液，然后将具有微孔结构的外箱体、内箱体和密封盖浸入悬浊液中1.5～2h，同时利用超声波进行间歇式搅拌；

s5、从悬浊液中取出经处理过后的外箱体、内箱体和密封盖，于常温下静置30min，然后用去离子水反复冲洗3～5次，充分干燥即可。

其中纳米tio2不仅吸收紫外线，而且能反射或散射紫外线，能够提高空投装置的抗日晒性能；纳米远红外陶瓷粉作为填充物，能提高外箱体、内箱体和密封盖的擦磨损性能和表面硬度，增强摩擦学性能，起到减磨作用，同时纳米远红外陶瓷粉具有吸收热量的特性，能够降低空投装置的表面温度。

本发明的有益效果：

1、本发明的定点空投装置结构简单，成本低，控制方便，空投定位精准，稳定性强，并通过双层的箱体结构更好的保护空投物资的运输。

2、本发明制备的外箱体、内箱体和密封盖经过微孔发泡，微孔发泡脲醛树脂材料质量轻，密度更低，相比传统注射成型工艺原材料使用量更少，产品重量更轻，经过微孔发泡的脲醛树脂材料摆锤冲击强度、疲劳寿命和热稳定性高，耐水性、耐酸碱性强。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的工作示意图；

图3是图2中a处局部放大图；

图4是图本发明降落伞和载物箱的结构示意图；

图5是图本发明降落伞和载物箱空投过程的控制原理图；

其中，外箱体1、内箱体2、降落伞3、载物箱4、密封盖5、支撑台6、气缸7、缺口8、凸台9、电磁锁10、铁块11、密码解锁器12、收纳槽13、盖体14、电源一15、弹性结构16、弹簧161、金属锥162、金属套163、风向传感器17、风速传感器18、气压传感器19、gps定位模块20、二维码识别模块21、无线通信模块22、激光测距仪23、控制电机24、arm处理器25、电源二26、牵引轴27、声光报警器28、凹孔29、活动板30、拉簧31、密封胶条32。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明进行详细说明：

实施例一

如图1-图5所示，一种基于无人机的定点空投装置，包括外箱体1、内箱体2、降落伞3、设置在降落伞3下方的载物箱4，以及用于同时密封外箱体1和内箱体2的密封盖5，降落伞3和载物箱4放置在内箱体2内，外箱体1和内箱体2均一端开口，外箱体1的内底面上设有支撑台6，内箱体2设置在支撑台6上，支撑台6靠近外箱体1封口端的一侧安装有气缸7，气缸7的气缸筒铰接在外箱体1的底面上，气缸7的气缸轴与内箱体2的封口端铰接，支撑台6位于外箱体1开口端的一侧设有向下凹陷的缺口8，内箱体2的外底面设有与缺口8相匹配的凸台9，凸台9转动连接在缺口8内，密封盖5的上端与外箱体1的开口端铰接，外箱体1的开口端安装有电磁锁10，密封盖5上设有可与电磁锁10磁性吸合的铁块11，密封盖5的外侧面上设有用于解除电磁锁10的密码解锁器12，支撑台6的下端设有贯穿外箱体1底部的收纳槽13，以及用于密封收纳槽13的盖体14，收纳槽13内安装有电源一15，气缸7、电磁锁10和密码解锁器12分别与电源一15电连接，支撑台6的上端设有能控制电磁锁10电路通断的弹性结构16，当气缸7工作时，气缸7将内箱体2的闭口端向上举升，弹性结构16向上弹起并断开电磁锁10的电路。

载物箱4上安装有风向传感器17、风速传感器18、气压传感器19、gps定位模块20、二维码识别模块21、无线通信模块22、无线通信天线、激光测距仪23、控制电机24、arm处理器25，以及用于给风向传感器17、风速传感器18、气压传感器19、gps定位模块20、二维码识别模块21、激光测距仪23、控制电机24均和arm处理器供电的电源二26，风向传感器17、风速传感器18、气压传感器19、gps定位模块20、激光测距仪23和控制电机24均与arm处理器25通讯连接，无线通信模块22与无线通信天线连接，激光测距仪23安装在载物箱4的底部，控制电机24的驱动轴上连接有牵引轴27，牵引轴27与降落伞3的牵引绳连接。

载物箱4上安装有声光报警器28，声光报警器28与arm处理器25通讯连接。

弹性结构16由弹簧161、金属锥162和与金属锥162相匹配的金属套163构成，支撑台6上设有凹孔29，金属锥162和弹簧161的一端均固定在凹孔29内，金属锥162位于弹簧161的内部且不与弹簧161接触，弹簧161的另一端与金属套163相连，电磁锁10的电路分别与金属锥162和金属套163连接，当气缸7未工作时，在内箱体2的重力作用下弹簧161被压缩，金属套163套在金属锥162上连通电磁锁10的电路。

外箱体1开口端一侧的底面为活动板30，活动板30靠近支撑台6的一端与外箱体1非活动的底面转动连接，外箱体1前后两内侧面上分别设有拉簧31，拉簧31的一端固定在外箱体1的内侧面上，另一端与活动板30的前后两侧面相连，当拉簧31处于自由状态时，活动板30与外箱体1非活动的底面保持同一平面。

外箱体1和内箱体2的开口端均设有密封胶条32。

盖体14通过螺栓可拆卸地安装在收纳槽13的开口处，盖体14由多层平行设置的网状结构构成。

电磁锁10安装在活动板30远离支撑台6的一端上。

实施例二

实施例二与实施例一相比的区别在于，实施例二的定点空投装置的外箱体1、内箱体2和密封盖5均由脲醛树脂经过微孔发泡加工而成，外箱体1、内箱体2和密封盖5上的微孔内均填充有纳米远红外陶瓷粉，其中，

外箱体加工方法如下：

取2kg粉状脲醛树脂倒入混合容器内，加入30g纳米tio2粉末，于500r/min的转速下充分搅拌10～15min，得粉状混合物；将粉状混合物注入外箱体的模腔内，于140～150℃条件下保温20min，得到混合物熔体，然后向熔融的混合物熔体中边搅拌边注入超临界co2，并使模腔内的气压达到10～30mpa，搅拌转速为150～200r/min，待气压稳定后保压5min，得到均匀一致的混合物熔体和co2的均相体系；缓慢释放模腔内的气压至常压，经降温成型，打开模具即得到具有微孔结构的外箱体；取10l去离子水，加入800g纳米远红外陶瓷粉、80gna2si03·9h20，超声充分分散30min，得到分散均匀的悬浊液，然后将具有微孔结构的外箱体浸入悬浊液中1.5h，同时利用超声波进行间歇式搅拌；从悬浊液中取出经处理过后的外箱体，于常温下静置30min，然后用去离子水反复冲洗3～5次，充分干燥即可。

内箱体加工方法如下：

取1.5kg粉状脲醛树脂倒入混合容器内，加入30g纳米tio2粉末，于500r/min的转速下充分搅拌13min，得粉状混合物；将粉状混合物注入内箱体的模腔内，于145℃条件下保温20min，得到混合物熔体，然后向熔融的混合物熔体中边搅拌边注入超临界co2，并使模腔内的气压达到20mpa，搅拌转速为170r/min，待气压稳定后保压5min，得到均匀一致的混合物熔体和co2的均相体系；缓慢释放模腔内的气压至常压，经降温成型，打开模具即得到具有微孔结构的内箱体；取10l去离子水，加入1kg纳米远红外陶瓷粉、110gna2si03·9h20，超声充分分散30min，得到分散均匀的悬浊液，然后将具有微孔结构的内箱体浸入悬浊液中1.6h，同时利用超声波进行间歇式搅拌；从悬浊液中取出经处理过后的内箱体，于常温下静置30min，然后用去离子水反复冲洗3～5次，充分干燥即可。

密封盖加工方法如下：

取800g粉状脲醛树脂倒入混合容器内，加入24g纳米tio2粉末，于500r/min的转速下充分搅拌15min，得粉状混合物；将粉状混合物分别注入外箱体、内箱体和密封盖的模腔内，于150℃条件下保温20min，得到混合物熔体，然后向熔融的混合物熔体中边搅拌边注入超临界co2，并使模腔内的气压达到30mpa，搅拌转速为200r/min，待气压稳定后保压5min，得到均匀一致的混合物熔体和co2的均相体系；缓慢释放模腔内的气压至常压，经降温成型，打开模具即得到具有微孔结构的密封盖；取5l每升去离子水，加入600g纳米远红外陶瓷粉、60gna2si03·9h20，超声充分分散30min，得到分散均匀的悬浊液，然后将具有微孔结构密封盖浸入悬浊液中2h，同时利用超声波进行间歇式搅拌；从悬浊液中取出经处理过后的密封盖，于常温下静置30min，然后用去离子水反复冲洗3～5次，充分干燥即可。

取按实施例二的方法加工得到的外箱体、内箱体和密封盖各4件，将外箱体、内箱体和密封盖各1件作为一个实验组，将其分为四组分别进行试验，

实验组一：于去离子水中浸泡48h；

实验组二：于质量分数为20％的盐酸溶液中浸泡48h；

实验组三：于质量分数为20％的氢氧化钠溶液中浸泡48h；

实验组四：于室温条件下放置在空气中48h，作为对照组；

分别取实验组一至实验组四处理后的样件，分别测试各组外箱体、内箱体和密封盖的冲击强度/kj·m^-2、屈服强度/mpa、断裂强度/mpa、断裂伸长率/mpa和断裂伸长率/mpa，结果如表1所示：

表1

由表1可知，实验组一经去离子水中浸泡48h的样品与实验组四于室温条件下放置在空气中48h的对照组几乎没有差异；实验组二、实验组三试样经20％的盐酸溶液或者20％的氢氧化钠浸泡后与对照组相比，冲击强度和断裂伸长率略微所降低，屈服强度、断裂强度和断裂伸长率略微提高，变化均非常小，因此对样品表面刚性和韧性影响均非常小。

本发明制备的外箱体、内箱体和密封盖经过微孔发泡，微孔发泡脲醛树脂材料质量轻，密度更低，相比传统注射成型工艺原材料使用量更少，产品重量更轻，经过微孔发泡的脲醛树脂材料摆锤冲击强度、疲劳寿命和热稳定性高，耐水性、耐酸碱性强。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

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