CN103950548A - 一种小型轮式起降无人机地面回收用减速装置 - Google Patents

Abstract

一种小型轮式起降无人机地面回收用减速装置，用以缩短小型轮式水平起降无人机着陆滑跑距离，实现无人机的短距回收。该减速装置使用绳索自重逐级增加阻尼方式来实现无人机减速和回收。本文发明的减速装置，包括：底座、轴承组件、主箱体、绳索箱、滑轮组、光电传感器、数据显示屏、绳索；主箱体通过轴承组件与底座连接，轴承组件保证主箱体可以360°转动；绳索箱安装在主箱体一侧，用于缠绕并存放绳索和设置绳索拖放初始阻力值；滑轮组安装于主箱体上部，共2组，用于引导绳索；光电传感器安装在出绳口处滑轮组的一侧，用于测量滑轮的转动圈数；数据显示屏安装于上面所述主箱体侧壁上，用于显示被拖拽出的绳索长度。

Description

一种小型轮式起降无人机地面回收用减速装置

技术领域

本发明涉及一种小型无人机地面回收减速装置，属于航空飞行器辅助地面设备设计领域。

背景技术

无人机是一种有动力驱动，机上无驾驶员的飞机。无人机研制和使用成本低廉，使用时消除了对驾驶员生理限制的考虑，能执行许多有人机所不能执行的任务，应用领域广阔。

在无人机的使用过程中，回收是一项重要环节，也是无人机安全事故的易发环节，所以在无人机的回收阶段既要保证飞机的安全性，又要满足回收的各项指标要求。

小型轮式起降无人机，灵活运用于各种环境场地，由少量几个人完成相应部署、操作和回收等一系列使用环节。这样的使用性质，要求其能部署方便、操作简单、回收快捷，同时对场地空间的要求要低。常规轮式滑跑起降的小型无人飞机，在回收阶段主要存在以下两点问题：

(1)一般小型轮式无人机考虑系统复杂度及额外增重等原因不会安装刹车系统，常规着陆后在跑道自然滑跑直至停止的回收模式，其滑跑距离较远，需要很长降落滑跑场地，这给其使用范围造成了极大的限制，与小型无人机强调运用灵活的宗旨形成矛盾。需要说明的是，与降落相比，在起飞过程中小型无人机一般加速很快，起飞滑跑距离远小于降落滑跑距离，由此说来，降落滑跑距离直接构成了对起降场地的限制。而且，较长的滑跑距离给回收带来不便，增加了回收时间。

(2)小型无人机通常不会安装自主着陆系统，在起飞降落时，在一定高度内会切换至手动遥控模式。在手动控制模式下，当无人机触地后，受地面杂波的影响，控制距离明显大幅缩短。当飞机着陆后滑出的距离较远时，可能会出现控制信号不连续甚至失去控制的情况，容易造成飞机滑出跑道等安全事故。

因此，针对小型轮式起降无人机的滑跑降落，需要设计一种安全有效、使用便捷的回收减速装置，在确保无人机回收安全性的同时，缩短滑跑距离和回收时间。

发明内容

本发明的技术解决问题为：针对上面所述小型轮式无人机常规回收方式过程中的不便和安全性问题，本发明提出了一种安全、实用的减速回收装置。

本发明的技术解决方案为：

一种小型轮式起降无人机地面回收用减速装置，包括：底座、轴承组件、主箱体、绳索箱、滑轮组、光电传感器、数据显示屏和绳索；

主箱体通过轴承组件与底座连接，使得主箱体可以相对底座进行°转动；绳索箱安装在主箱体一侧，绳索缠绕在绳索箱的内部；

两个滑轮组均安装于主箱体的上部，用于引导绳索；光电传感器安装在其中一个滑轮组的侧面，用于测量该滑轮组的转动圈数；数据显示屏安装于所述主箱体上，光电传感器连接到数据显示屏，将所述滑轮组的转动圈数转换成绳索被拖拽出的长度，并在数据显示屏上显示；绳索的拖放初始阻力值通过绳索箱设置。

所述滑轮组包括滑轮、支架和防滑卡；

滑轮安装在支架上，支架固定在主箱体上；防滑卡安装于支架上，用于对在滑轮槽中的绳索进行限位。

所述轴承组件包连接轴、括衬套、锁紧螺母和两个轴承；两个轴承分别安装在主箱体的下部以及底座上，两个轴承之间通过连接轴连接，衬套套在连接轴上将两个轴承隔开。

所述一个轴承与主箱体的下部以及另一个轴承与底座之间均为可拆卸安装方式。

绳索箱包括上箱盖、摇把、线箍、刹车橡胶块、盖板、压紧螺母、回复弹簧、内轴、下箱盖和螺纹柱；

上箱盖和下箱盖配合形成圆形截面的绳索箱的外壳，内轴通过轴承安装在所述外壳内部且与其轴线重合，使得内轴相对于所述外壳转动；摇把和螺纹柱均位于所述外壳的外部，且位于外壳的两侧，摇把与内轴一端连接；螺纹柱固定安装在外壳上且与内轴同轴；线箍固定在内轴上用于缠绕绳索，刹车橡胶块、盖板和压紧螺母依次由内到外套在螺纹柱上，通过旋拧压紧螺母挤压盖板，使得刹车橡胶块的侧面挤压线箍的侧面，形成摩擦阻力；刹车橡胶块和外壳之间安装回复弹簧，当压紧螺母松开后，在回复弹簧作用下使刹车橡胶块和线箍脱离接触。

所述摇把驱动内轴和线箍转动，将伸出绳索箱的绳索收回。

本发明与现有技术相比带来的有益效果：

(1)部署速度快

通过采用本发明的减速回收装置，由于采用原理简单，装置本身体积小，而且装置部件间采取可拆卸结构，适用于快速部署，使用方便。无人机撤场时间是无人机在设计时需要考虑的指标，对无人机实际服役使用具有较大影响。此装置部署与撤收方便快捷，降低总的无人机撤场时间。

(2)回收减阻距离可调可显示

本装置具有初始阻力调节部件，通过绳索箱的压紧螺栓的旋进旋出，调节橡胶与盖板的接触面积，从而调节两者间摩擦力大小，从而调节转轴转动的初始阻力。拦阻力大小的调节就可以决定最终回收距离的远近，并且由于齿轮组上的光电传感器及数据显示器的存在，可以测量绳索被拖曳出的距离，并显示在显示器上，通过数据积累，后续可根据场地大小自由设置减阻距离。

(3)成本低

本发明装置采用了摩擦挤压设置初始阻力和绳索自重逐级增加阻尼方式进行拦阻，替代常用的液压或刹车盘等施加阻尼方式。由于本发明系统原理简单，组成不复杂，因此生产和使用成本都较低，可以在付出较小的成本下完成小型无人机的短距回收。

(4)安全可靠性高

本装置在底座与箱体间设计轴承组件用于实现箱体的自由转动，拦阻过程中，绳索出绳方向可以随着飞机的前行实时灵活随动，消除侧向拉力，避免拦阻过程中由侧向力引起的装置倾倒，提高稳定性。保证装置能按工作流程正常工作，提高回收安全性。

附图说明

图1为本发明的减速回收装置总体结构示意图；

图2为本发明的底座与主箱体连接示意图。

图3为本发明的绳索箱结构示意图。

图4为本发明的滑轮组装置示意图。

图5为本发明减速装置工作原理示意图。

具体实施方式

为了缩短小型轮式起降无人机着陆滑跑距离，缩短回收时间，提高回收安全性，本发明提供了一种回收减速装置。

本发明提供的回收减速装置原理可靠、构造简单、部署方便、使用简单，其方案实施时采用以下三点思路：

(1)旋转装置，实时根据需要调整出绳方向，增强稳定性，避免装置在使用时倾倒。

(2)拦阻力调节装置，设计相应机构，通过挤压方式产生摩擦力，获得初始拦阻力。

(3)测量装置，配置出绳长度测量传感器和显示屏，为初始拦阻力调整和后续数据分析应用提供保障。

如图1所示，本发明提供的一种小型轮式起降无人机地面回收用减速装置，包括：底座1、轴承组件2、主箱体4、绳索箱3、滑轮组5、光电传感器6、数据显示屏7和绳索8；绳索8采用尼龙材质，其直径不小于2cm。

主箱体4通过轴承组件2与底座1连接，使得主箱体4可以相对底座1进行360°转动；绳索箱3安装在主箱体4一侧，绳索8缠绕在绳索箱3的内部；

两个滑轮组5均安装于主箱体4的上部，用于引导绳索8；光电传感器6安装在其中一个滑轮组5的侧面，用于测量该滑轮组5的转动圈数；数据显示屏7安装于所述主箱体4上，光电传感器6连接到数据显示屏7，将所述滑轮组5的转动圈数转换成绳索8被拖拽出的长度，并在数据显示屏7上显示；绳索8的拖放初始阻力值通过绳索箱3设置。

如图4所示，滑轮组5包括滑轮22、支架23和防滑卡24；

滑轮22安装在支架23上，支架23固定在主箱体4上；防滑卡24安装于支架23上，用于对在滑轮22槽中的绳索8进行限位。

如图2所示，轴承组件2包连接轴9、括衬套11、锁紧螺母12和两个轴承10；两个轴承10分别安装在主箱体4的下部以及底座1上，两个轴承10之间通过连接轴9连接，衬套11套在连接轴9上将两个轴承10隔开。一个轴承10与主箱体4的下部以及另一个轴承10与底座1之间均为可拆卸安装方式。

轴承10通过锁紧螺母12与底座1之间连接，通过锁紧螺母12的旋紧固定轴承10，旋松拆下轴承10，分离轴承10与底座1；轴承10通过锁紧螺母12与主箱体4之间连接，通过锁紧螺母12的旋紧固定轴承10，旋松拆下轴承10，分离轴承10与主箱体4。从此实现底座1、主箱体4和轴承组件2之间的快速拆卸。

如图3所示，绳索箱3包括上箱盖13、摇把14、线箍15、刹车橡胶块16、盖板17、压紧螺母18、回复弹簧19、内轴20、下箱盖21和螺纹柱25；

上箱盖13和下箱盖21配合形成圆形截面的绳索箱3的外壳，内轴20通过轴承安装在所述外壳内部且与其轴线重合，使得内轴20相对于所述外壳转动；摇把14和螺纹柱25均位于所述外壳的外部，且位于外壳的两侧，摇把14与内轴20一端连接；摇把14驱动内轴20和线箍15转动，将伸出绳索箱3的绳索8收回。螺纹柱25固定安装在外壳上且与内轴20同轴；线箍15固定在内轴20上用于缠绕绳索8，刹车橡胶块16、盖板17和压紧螺母18依次由内到外套在螺纹柱25上，通过旋拧压紧螺母18挤压盖板17，使得刹车橡胶块16的侧面挤压线箍15的侧面，形成摩擦阻力；刹车橡胶块16和外壳之间安装回复弹簧19，当压紧螺母18松开后，在回复弹簧19作用下使刹车橡胶块16和线箍15脱离接触。

如图5所示，装置工作原理如下，在无人机降落位置部署减速装置，减速装置一套包含两个，共用一条绳索连接，在预定回收跑道的左右各布置一个。定好位置后，调整绳索8，是绳索8拉直，尽量与地面平行；之后通过旋动绳索箱3上的压紧螺母18调整初始阻力值，需要增加阻力值时，将压紧螺母18向靠近绳索箱3方向旋动，压紧螺母18就会沿螺纹柱25方向压紧挤压盖板17，挤压盖板17把力均匀传递给刹车橡胶块16，刹车橡胶块16与线箍15的接触面积逐渐增大，摩擦力也随之增大，使得绳索8被拖曳出绳索箱3时的阻力变大。需要减小阻力值时，将压紧螺母18向远离绳索箱3方向旋动，施加在挤压盖板17和刹车橡胶块16的力减小，刹车橡胶块16在回复弹簧19回复力作用下，与线箍15接触面减小，摩擦力减小，使得绳索8被拖曳出绳索箱3时的阻力变小。在挤压盖板17上有阻力值的刻度，通过调整压紧螺母的指针指到所需刻度确定阻力值。在使用前可根据回收无人机的重量和回收场地距离的限制调整初始阻力。在完成上述工作后，控制无人机进行下滑降落，接地点在回收装置前30m-50m即可，保证无人机落地后进入平稳滑动。当无人机滑动到回收装置处，无人机的起落架与绳索8接触，带动绳索8向前移动，绳索被从回收装置中拖曳出，同时，主箱体4出绳方向可以随着飞机的前行实时灵活随动，消除侧向拉力，避免拦阻过程中由侧向力引起的装置倾倒。随着绳索8不断被带出，无人机向前滑动除了要克服绳索箱内线箍15上的阻力，还要克服被拖拽出的绳索8本身的自重，因此，无人机在前行过程中受到的阻拦力是逐级加大的，并且阻拦力的增加值与绳索拖曳出的距离呈线性关系。通过上述独特的拦阻力增加原理，可以缓慢的增加拦阻力，加快无人机减速，还可以避免一次设置过大的蓝阻力，对无人机机体机构造成损害。无人机减速停下后，可以读取本次回收过程中的减速距离，减速距离即为本次过程中绳索被拖曳出的距离，该值显示在数据显示屏6上，其原理是通过安装在滑轮组5旁的光电传感器6测量滑轮的转动圈数，通过已知的滑轮直径计算出绳索距离，并显示出来。减速装置使用完毕后，可以通过摇动摇摆14将绳索重新绕入绳索箱，之后将整套减速装置拆卸装箱。

具体实例

下面通过两个实例对本发明中装置的使用方式进行说明：

实例一，狭小场地小型无人机短距回收

小型无人机一般滑降一般都不会选择正规机场，又由于工作地点复杂，难以选择合适场地。当在野外环境中，需找到一片空旷区域，但其长度不满足正常滑降自动减速停车的距离时。通过在着陆点前方约30米处部署本发明的减速装置，在保证安全性的提前下设置拦阻力，通过无人机降落后滑动撞击减速绳索，由前起落架拖拽绳索继续前进，期间减速装置提供逐级增加阻力为无人机减速停止，大幅缩减减速滑跑距离，在有限距离内停下无人机。

实例二，低摩擦光滑跑道短距回收

当小型无人机在柏油路面等摩擦较小的地面降落时，减速距离会过长。如接地速度达到30m/s时，无人机完全停止需要大于400m的距离，而遥控器在无人机落地后的有效操作半径约250m，当超过这一距离时，受地面衍射影响，会出现遥控信号丢失，无人机不可控的现象，使无人机有冲出跑道的危险。通过部署本发明的减速装置，可以快速降低无人机速度，使无人机在有效操控半径内停止，保证无人机安全。

	无人机重量	降落速度	回收距离
				无减速装置	50kg	30m/s	400m
有减速装置	50kg	30m/s	50m

Claims (7)

1.一种小型轮式起降无人机地面回收用减速装置，其特征在于包括：底座(1)、轴承组件(2)、主箱体(4)、绳索箱(3)、滑轮组(5)、光电传感器(6)、数据显示屏(7)和绳索(8)；

主箱体(4)通过轴承组件(2)与底座(1)连接，使得主箱体(4)可以相对底座(1)进行360°转动；绳索箱(3)安装在主箱体(4)一侧，绳索(8)缠绕在绳索箱(3)的内部；

两个滑轮组(5)均安装于主箱体(4)的上部，用于引导绳索(8)；光电传感器(6)安装在其中一个滑轮组(5)的侧面，用于测量该滑轮组(5)的转动圈数；数据显示屏(7)安装于所述主箱体(4)上，光电传感器(6)连接到数据显示屏(7)，将所述滑轮组(5)的转动圈数转换成绳索(8)被拖拽出的长度，并在数据显示屏(7)上显示；绳索(8)的拖放初始阻力值通过绳索箱(3)设置。

2.根据权利要求1所述的一种小型轮式起降无人机地面回收用减速装置，其特征在于：所述滑轮组(5)包括滑轮(22)、支架(23)和防滑卡(24)；

滑轮(22)安装在支架(23)上，支架(23)固定在主箱体(4)上；防滑卡(24)安装于支架(23)上，用于对在滑轮(22)槽中的绳索(8)进行限位。

3.根据权利要求1所述的一种小型轮式起降无人机地面回收用减速装置，其特征在于：所述轴承组件(2)包连接轴(9)、括衬套(11)、锁紧螺母(12)和两个轴承(10)；两个轴承(10)分别安装在主箱体(4)的下部以及底座(1)上，两个轴承(10)之间通过连接轴(9)连接，衬套(11)套在连接轴(9)上将两个轴承(10)隔开。

4.根据权利要求3所述的一种小型轮式起降无人机地面回收用减速装置，其特征在于：所述一个轴承(10)与主箱体(4)的下部以及另一个轴承(10)与底座(1)之间均为可拆卸安装方式。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种小型轮式起降无人机地面回收用减速装置，其特征在于：绳索箱(3)包括上箱盖(13)、摇把(14)、线箍(15)、刹车橡胶块(16)、盖板(17)、压紧螺母(18)、回复弹簧(19)、内轴(20)、下箱盖(21)和螺纹柱(25)；

上箱盖(13)和下箱盖(21)配合形成圆形截面的绳索箱(3)的外壳，内轴(20)通过轴承安装在所述外壳内部且与其轴线重合，使得内轴(20)相对于所述外壳转动；摇把(14)和螺纹柱(25)均位于所述外壳的外部，且位于外壳的两侧，摇把(14)与内轴(20)一端连接；螺纹柱(25)固定安装在外壳上且与内轴(20)同轴；线箍(15)固定在内轴(20)上用于缠绕绳索(8)，刹车橡胶块(16)、盖板(17)和压紧螺母(18)依次由内到外套在螺纹柱(25)上，通过旋拧压紧螺母(18)挤压盖板(17)，使得刹车橡胶块(16)的侧面挤压线箍(15)的侧面，形成摩擦阻力；刹车橡胶块(16)和外壳之间安装回复弹簧(19)，当压紧螺母(18)松开后，在回复弹簧(19)作用下使刹车橡胶块(16)和线箍(15)脱离接触。

6.根据权利要求5所述的一种小型轮式起降无人机地面回收用减速装置，其特征在于：所述摇把(14)驱动内轴(20)和线箍(15)转动，将伸出绳索箱(3)的绳索(8)收回。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的一种小型轮式起降无人机地面回收用减速装置，其特征在于：所述绳索(8)采用尼龙材质，其直径不小于2cm。