本实用新型属于无人机抛投技术领域，尤其是涉及小型旋翼无人机载荷挂载及垂直投放应用领域，及无人机高空提升重物至指定高度开展垂直抛投作业等场合。
背景技术：
近些年来随着无人机作业技术的飞速发展，无人机在诸多领域中得到了广泛的应用，例如在巡逻、安检、消防、测绘、搜救等工作中带来了便捷高效。无人机在高空作业领域中，具有简便快捷、人工劳动强度低、作业安全可靠、可定高悬停、任意地点起降等优点，可灵活地应用于多种领域场合，尤其是在消防、搜救、需抛投载荷场合中往往需要无人机将载荷物品进行定点投放，目前对于利用无人机进行空中投放载荷物品的现有技术和产品相对较少，抛投装置并不十分成熟。
目前，现有无人机抛投设备技术领域的专利“一种微小型无人机连续抛投装置”，该技术通过步进电机转动联轴器，联轴器带动电机手轮转动，手轮旋转一定角度实现载荷的抛投，但该技术方案适于机底端安装，且要求载荷不可越过飞机平台，其对于重载荷可能会造成无人机重心下移，产生不利影响；专利“垂直抛投装置”，该技术通过支撑件顶住位于储物仓内的物品，驱动曲柄移动带动滑杆运动，从而实现支撑件的脱开，但该技术方案中载荷脱开无导向性，物品脱开状态存在位置不确定性，且运动滑杆自身的可靠性有待提高，因载荷在无人机在飞行作业中不可避免地伴随着平台振动，可能存在非正常脱钩的风险，其可靠性有待进一步提高。目前现有的无人机抛投装置的技术和成熟产品相对较少，不能良好地满足小型旋翼无人机挂载作业，抛投装置技术有待进一步提升，特别是要求垂向抛投的载荷，综合市场现有产品技术及应用状况，小型旋翼无人机或小型固定翼无人机抛投装置或多或少存在如下缺点：
1)抛投挂钩不具备自锁功能，或机构自锁可靠性不足。现有技术方案中，有些方案或因载荷要求不高未加入自锁设计，或因装置重量限制省去了自锁机构，有的方案为实现自锁而使装置机构复杂化，增加系统重量多，布局并不十分合理，且自锁性能可靠性不足。
2)抛投装置导向设计功能不足。针对有方向性的载荷抛投时，载荷自身有方向性的要求，而现有技术方案中，有的方案虽然基本满足垂直抛投功能，但也存在定向不可靠的问题，有的方案直接依据重物自重来自身定向，虽然可行但存在干扰的可能。
3)抛投装置同飞机平台融合设计的平衡性不足。目前查阅的诸多抛投技术方案中，往往是基于装置自身的挂载和抛投功能开展设计的方案，其方案本身功能没有大问题，但要求飞机抗重心偏移的平衡性高，对机载平台提出的要求较高，往往对于微小型无人机该类设计并不是十分理想的装置。
4)抛投装置重量大。现有抛投装置往往应用于大型固定翼或直升机中，故装置设备设计体积和重量较大，现有技术方案直接引进大型机载装置的设计思路，将挂载技术应用于小型无人机中，结果设计方案功能是可以实现了，但重量占比较大，对于无人机平台而言并不十分理想，其尚有进一步改进空间。
5)抛投载荷挂载点接触限位的可靠性不足。现有抛投载荷与装置的安装点位大多是搭接形式，往往是采用双向或三向的限位设计，对于抛投位置不是十分严格的场合也可满足使用，但对于有较为准确位置要求的抛投方式，则可靠性显得欠佳。
6)安装便捷性不够。现有的抛投装置对于抛投载荷物品的挂载安装操作性不够快捷，有的需要多次动作进行挂载锁定，有的需要工具辅助安装或双人配合操作，其人工劳动强度偏大，不适合外场长时间作业。
技术实现要素：
有鉴于此，本实用新型旨在提出一种无人机垂直抛投装置，以提供一种可定高定向投放、挂载可靠性高、具有灵活脱钩和抗干扰性强的无人机垂直抛投装置。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
一种无人机垂直抛投装置，包括上支撑架、竖支撑架、飞机平台、导向空心筒、下安装板、下限位卡箍、上限位卡箍、抛投机构、安装架，上支撑板的中心设有通孔，导向空心筒的顶部穿过上支撑板的通孔固定连接至抛投机构，抛投机构的顶部固定连接至安装架，安装架的底部固定连接至上支撑板，下安装板的中心设有圆孔，导向空心筒的下方穿过下安装板的圆孔连接至抛投载荷，上支撑板和下安装板之间安装竖支撑架，导向空心筒外部套接下限位卡箍和上限位卡箍，上限位卡箍位于上支撑板下方，下限位卡箍位于下安装板上方，下安装板下方固定安装飞机平台。
进一步的，抛投机构包括机构安装架、载荷挂钩、舵机、运动销、锁紧弹簧、舵机臂、拉杆和垫片，机构安装架包括机构安装架本体和弹簧限位凸台，机构安装架本体的顶部和侧面均设有减重孔，顶部的边缘处设有若干安装架安装孔，机构安装架本体的底部设有运动销安装孔和载荷挂钩安装槽，中间设有舵机安装孔，机构安装架本体的一侧设有弹簧限位凸台，弹簧限位凸台的底部设有运动销让位孔，机构安装架本体的下方设有载荷挂钩安装槽，舵机通过舵机安装孔安装在抛投机构内部，舵机的一侧通过舵机臂活动连接至拉杆一端，拉杆的另一端与运动销活动连接，运动销的一端穿过运动销安装孔将载荷挂钩固定在载荷挂钩安装槽内，另一端依次穿过垫片和锁紧弹簧固定连接至运动销让位孔。
进一步的，载荷挂钩安装槽为n字型。
进一步的，安装架包括安装架本体和辅助加强筋，安装架本体的截面为u型结构，u型的两侧均设有翻边，翻边上设有若干上支撑安装孔，安装架本体的顶部设有若干机构安装架安装孔，两侧设有若干辅助加强筋。
进一步的，抛投机构的外形尺寸不大于安装架的u型口包络空间区域。
进一步的，导向空心筒为标准的圆柱塑料件，且材质为透明塑料材质。
进一步的，下安装板为一体式结构。
进一步的，安装架的材质为钢材料。
进一步的，竖支撑架下方通过直角件固定安装在下安装板上。
进一步的，竖支撑架位于导向空心筒两侧。
相对于现有技术，本实用新型所述的无人机垂直抛投装置具有以下优势：
(1)本实用新型所述的无人机垂直抛投装置，抛投挂钩具备自锁功能，通过传动机构中引入压紧弹簧实现运动销的自锁，利用弹簧的压缩方向特性，迫使运动销在作业空中可靠停留设计位置，提高系统的抗干扰能力，避免非正常滑开投放的情况，提高装置性能。
(2)本实用新型所述的无人机垂直抛投装置，采用圆柱空筒结构形式，结合载荷特征实现载荷的导向性抛投功能。
(3)本实用新型所述的无人机垂直抛投装置，充分考虑飞机平台的因外载荷会引发的重心偏移问题，故同飞机平台进行重心平衡点的融合设计，装置匹配飞机平台结构特点，着重控制平台系统重心的偏移量，控制在许用误差范围内，使得飞机平台在安装抛投装置后依然可保持系统的良好平衡性。
(4)本实用新型所述的无人机垂直抛投装置，自身实现轻量化的设计，同飞机平台搭接的结构采用纤维碳板固定；支撑载荷的主要承重结构采用高强度的铝合金型材；导向结构选用高分子有机物质成分的聚甲基丙烯酸甲酯塑料，其疲劳强度良好、环境抵抗力佳，且透明度好，便于安装载荷，由此，主要大尺寸结构的设计在满足功能的前提下，充分地进行了减重优化设计。
(5)本实用新型所述的无人机垂直抛投装置，载荷的水平方向采用圆柱空筒进行轴向限位，对于机载平台不可避免带有振动环境的工况，能有效实现限位功能，保证抛投载荷挂载的稳定可靠。
(6)本实用新型所述的无人机垂直抛投装置，可简易实现手动和半自动安装，极大简化载荷物品的安装方式，降低人工劳动强度，在机载端设备未上电情况下，可手动将抛投载荷的吊耳依靠导向圆柱空筒和挂载结构的配合面装入挂载点位，再手动放开运动销即可实现抛投载荷的可靠安装；在机载端设备上电情况下，驱动单元通电，遥控器控制运动销至开锁位，此时将载荷装入挂载点位，此时再通过控制遥控器控制运动销的关闭动作实现载荷安装。抛投装置挂载载荷用时极短，极大缩短飞机外场作业的准备时间。
附图说明
构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1为本实用新型实施例所述的无人机垂直抛投装置的结构示意图；
图2为本实用新型实施例所述的上支撑架、竖支撑架和下安装板的位置关系示意图；
图3为本实用新型实施例所述的上支撑架、抛投机构和安装架的位置关系示意图；
图4为本实用新型实施例所述的安装架的结构示意图；
图5为本实用新型实施例所述的抛投机构的结构示意图；
图6为本实用新型实施例所述的抛投机构抛投动作状态的示意图；
图7为本实用新型实施例所述的机构安装架的结构示意图。
附图标记说明：
1-上支撑架；2-竖支撑架；3-飞机平台；4-抛投载荷；5-导向空心筒；6-下安装板；7-下限位卡箍；8-上限位卡箍；9-抛投机构；91-机构安装架；911-机构安装架本体；912-减重孔；913-安装架安装孔；914-弹簧限位凸台；915-运动销让位孔；916-运动销安装孔；917-舵机安装孔；918-载荷挂钩安装槽；92-载荷挂钩；93-舵机；94-运动销；95-锁紧弹簧；96-舵机臂；97-拉杆；98-垫片；10-安装架；101-安装架本体；102-支撑安装孔；103-辅助加强筋；104-机构安装架安装孔；11-直角件。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
一种无人机垂直抛投装置，如图1至图7所示，包括上支撑架1、竖支撑架2、飞机平台3、导向空心筒5、下安装板6、下限位卡箍7、上限位卡箍8、抛投机构9、安装架10，上支撑板1的中心设有通孔，导向空心筒5的顶部穿过上支撑板1的通孔固定连接至抛投机构9，抛投机构9的顶部固定连接至安装架10，安装架10的底部固定连接至上支撑板1，下安装板6的中心设有圆孔，导向空心筒5的下方穿过下安装板6的圆孔连接至抛投载荷4，上支撑板1和下安装板6之间安装竖支撑架2，导向空心筒5外部套接下限位卡箍7和上限位卡箍8，上限位卡箍8位于上支撑板1下方，下限位卡箍7位于下安装板6上方，下安装板6下方固定安装飞机平台3。飞机平台3搭接的结构采用纤维碳板固定；支撑载荷的主要承重结构采用高强度的铝合金型材。
下安装板6是本抛投装置结构和器件的基础平台，同时实现装置与飞机平台3的安装；安装架10是抛投机构9组装件安装的接口结构件，实现机构的定位和承重；导向空心筒5是载荷安装和抛投的位置，实现载荷的导向功能；抛投机构9是抛投装置的核心单元，实现载荷挂钩的挂载和抛放功能。
导向空心筒5为标准的圆柱塑料件，厚度为2mm，圆柱度误差为0.04mm，且选用透明的塑料材质，进一步地便于观察载荷安装，及载荷安装后的检查工作。导向空心筒5自身的固定采用上限位卡箍8和下限位卡箍7的形式，依靠限位卡箍内径的可调性，通过拧螺钉方式将限位卡箍的内侧表面同导向空心筒5的外表面进行紧贴合，导向空心筒5依靠限位卡箍提供的摩擦力抵抗脱落，而导向空心筒5的定位安装是通过定位限位卡箍的端面来实现的，即上限位卡箍8的上端面和上支撑板1内侧面定位，下限位卡箍7的下端面和下安装板6内侧面定位，如是布局实现垂直方向自由度的限制；导向空心筒5的圆柱外表面需穿入上支撑板1和下安装板6的中心圆孔，设计间隙配合装配方式，如是布局实现导向空心筒5在周向的移动自由度，至此导向空心可完成固定及定位安装。
竖支撑架2下方通过直角件11固定安装在下安装板6上。
竖支撑架2位于导向空心筒5两侧。
上支撑板1、下安装板6、竖支撑架2、直角件11组成支撑框架，下安装板6为整个装置的安装对接平台，采用一体设计方式，设有中心通孔φ84mm，而同飞机平台3安装对接的孔位设计在两侧，安装孔位跨距为202mm，极大限度的满足抛投装置底座安装的孔位的大间距，利于抛投装置抗振性；上支撑板1中心通孔对齐下安装板6的中心圆孔，安装时采用导向空心筒5来辅助定位，上支撑板1自身的安装孔设在四角边，采用m5的螺钉进行固定安装；上支撑板1和下安装板6的连接是依靠竖支撑架2、直角件11来实现搭接连接的，竖支撑架2为标准的铝合金型材，型号为4040，直角件11为和型材相配的直角安装结构，本实用新型根据抛投装置重心调节核算设计，竖支撑架2长度设为170mm。竖支撑架2左右对称布置，搭载上支撑板1、下安装板6后，支撑框架整体呈中空长方体，前后方向无遮挡，给安装载荷留有足够的视野空间。
安装架10包括安装架本体101和辅助加强筋103，安装架本体101的截面为u型结构，u型的两侧均设有翻边，翻边上设有若干上支撑安装孔102，安装架本体101的顶部设有若干机构安装架安装孔104，两侧设有若干辅助加强筋103。
安装架10结构大致呈左右对称布局，整体为凸字形，中间底部区域为抛投机构9的安装空间，左右跨距为100mm，为充分满足抛投装置挂载载荷的承重能力范围，安装架10结构的左右两侧均设有两处辅助加强筋103，筋厚度为3mm，与上支撑配合的上支撑安装孔102设在四角端，开为φ4.3的通孔，通过穿入螺栓进行安装固定。因为安装架10结构是独立承受载荷重量的重要结构，选用钢材料加工，避免长期挂载的大尺寸形变，继而影响载荷重心位置。
抛投机构9包括机构安装架91、载荷挂钩92、舵机93、运动销94、锁紧弹簧95、舵机臂96、拉杆97和垫片98，机构安装架91包括机构安装架本体911和弹簧限位凸台914，机构安装架本体911的顶部和侧面均设有减重孔912，顶部的边缘处设有若干安装架安装孔913，机构安装架本体911的底部设有运动销安装孔916和载荷挂钩安装槽918，中间设有舵机安装孔917，机构安装架本体911的一侧设有弹簧限位凸台914，弹簧限位凸台914的底部设有运动销让位孔915，机构安装架本体911的下方设有载荷挂钩安装槽918，舵机93通过舵机安装孔917安装在抛投机构9内部，舵机93的一侧通过舵机臂96活动连接至拉杆97一端，拉杆97的另一端与运动销94活动连接，运动销94的一端穿过运动销安装孔916将载荷挂钩92固定在载荷挂钩安装槽918内，另一端依次穿过垫片98和锁紧弹簧95固定连接至运动销让位孔915。
整个抛投机构9是安装于安装架10的中间底部，纵向进行布局，抛投机构9通过安装架10安装在上支撑板1，通过挂载中心的重合设计，抛投机构9的挂载点位于上支撑板1中心通孔的正上方，如是也满足载荷挂载点在导向空心筒5的正上方。抛投机构9的外形尺寸不大于安装架10的u口包络空间区域，保证抛投机构9测试中避免误碰意外的情况发生。
机构安装架91为主体部分，舵机93及连杆机构安装其内部，舵机93作为装置的动力驱动单元，连杆机构是由运动销94、拉杆97、舵机臂96组成的，抛投机构9通过连杆机构的转换，实现了动力由旋转方式改变成直线往复式，继而满足载荷挂载和抛投功能。舵机臂96是直接安装安装在舵机输出轴的结构件，舵机臂96通过拉杆97的作用可以实现运动销94的移动，其中提供运动销导向和限制运动销自由度的运动销安装孔916和运动销让位孔915设在机构安装架91中，图示水平开设通孔，由此保证运动销可左右方向的运动。连杆机构右侧的锁紧弹簧95、垫片98是实现运动销非电控状态下的左端压紧重要结构，根据压紧的需求特性，锁紧弹簧95始终处于被压紧的状态，迫使运动销94有向左端进一步运动的趋势，该趋势对于有载荷挂载状态是一项有益的压紧力。当需要抛投载荷4时，舵机93输出逆时针方向的扭力，带动运动销94向右测运动，此时运动销94需要额外地克服锁紧弹簧95的抗力，载荷抛投状态动作示意图所示，舵机93转动至一定的角度，运动销94左侧挂载荷探出长度减为零时，载荷吊耳没有任何支撑，此时载荷依靠重力带着吊耳一起垂落，如是连杆机构实现抛投的功能。
机构安装架91是本抛投机构9中的关键结构设计，机构安装架91设计为平面，含有5个安装孔m4，中间根据受力状况开设两个减重孔912；舵机93的安装孔结构面，将舵机93安装空间隔于机构安装架后方，将连杆动机构布局于正前方，载荷挂钩安装槽设计为n字型，n字型上方为关键受力区域，设有支撑梁，n字型下方为载荷安装空间，左右侧下方设有圆弧角，便于载荷吊耳的顺利滑入；运动销安装孔916设为水平开设，依据载荷吊耳特点开设，起运动销94的导向和限自由度作用；弹簧限位凸台914为锁紧弹簧95的右侧支撑面，使得锁紧弹簧95只能在内部设定区域进行压缩往复运动；运动销让位孔915用于运动销94右端小轴的穿出，其与运动销安装孔916水平共线，保证运动销顺畅地左右运动无干涉。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
1.一种无人机垂直抛投装置，其特征在于：包括上支撑架、竖支撑架、飞机平台、导向空心筒、下安装板、下限位卡箍、上限位卡箍、抛投机构、安装架，上支撑板的中心设有通孔，导向空心筒的顶部穿过上支撑板的通孔固定连接至抛投机构，抛投机构的顶部固定连接至安装架，安装架的底部固定连接至上支撑板，下安装板的中心设有圆孔，导向空心筒的下方穿过下安装板的圆孔连接至抛投载荷，上支撑板和下安装板之间安装竖支撑架，导向空心筒外部套接下限位卡箍和上限位卡箍，上限位卡箍位于上支撑板下方，下限位卡箍位于下安装板上方，下安装板下方固定安装飞机平台。
2.根据权利要求1所述的一种无人机垂直抛投装置，其特征在于：抛投机构包括机构安装架、载荷挂钩、舵机、运动销、锁紧弹簧、舵机臂、拉杆和垫片，机构安装架包括机构安装架本体和弹簧限位凸台，机构安装架本体的顶部和侧面均设有减重孔，顶部的边缘处设有若干安装架安装孔，机构安装架本体的底部设有运动销安装孔和载荷挂钩安装槽，中间设有舵机安装孔，机构安装架本体的一侧设有弹簧限位凸台，弹簧限位凸台的底部设有运动销让位孔，机构安装架本体的下方设有载荷挂钩安装槽，舵机通过舵机安装孔安装在抛投机构内部，舵机的一侧通过舵机臂活动连接至拉杆一端，拉杆的另一端与运动销活动连接，运动销的一端穿过运动销安装孔将载荷挂钩固定在载荷挂钩安装槽内，另一端依次穿过垫片和锁紧弹簧固定连接至运动销让位孔。
3.根据权利要求2所述的一种无人机垂直抛投装置，其特征在于：载荷挂钩安装槽为n字型。
4.根据权利要求1所述的一种无人机垂直抛投装置，其特征在于：安装架包括安装架本体和辅助加强筋，安装架本体的截面为u型结构，u型的两侧均设有翻边，翻边上设有若干上支撑安装孔，安装架本体的顶部设有若干机构安装架安装孔，两侧设有若干辅助加强筋。
5.根据权利要求4所述的一种无人机垂直抛投装置，其特征在于：抛投机构的外形尺寸不大于安装架的u型口包络空间区域。
6.根据权利要求1所述的一种无人机垂直抛投装置，其特征在于：导向空心筒为标准的圆柱塑料件，且材质为透明塑料材质。
7.根据权利要求1所述的一种无人机垂直抛投装置，其特征在于：下安装板为一体式结构。
8.根据权利要求1所述的一种无人机垂直抛投装置，其特征在于：安装架的材质为钢材料。
9.根据权利要求1所述的一种无人机垂直抛投装置，其特征在于：竖支撑架下方通过直角件固定安装在下安装板上。
10.根据权利要求1所述的一种无人机垂直抛投装置，其特征在于：竖支撑架位于导向空心筒两侧。
技术总结