CN109795690B - 船载低空空投货物接收装置及方法 - Google Patents

Abstract

船载低空空投货物接收装置及方法，属于低空空投货物领域，为了解决通过简单的安装即可在船舶正常行驶的情况下快速、安全地接收固定翼无人机低空空投的小件货物的问题，包括一级水平支杆、二级水平支杆、弹力线、水平连接杆、组合框架、导向钢条、密度网、软网，一级水平支杆的一侧面挂装手摇发电机，另一侧面挂装收线摇轮，二级水平支杆为空心杆，其一端与一级水平支杆固定相连，另一端与水平连接杆相连，且二级水平支杆的该端部竖直向下或倾斜向下延长形成下空管，效果是安全地接收固定翼无人机低空空投的小件货物。

Description

船载低空空投货物接收装置及方法

技术领域

本发明属于低空空投货物领域，涉及一种船载低空空投货物接收装置。

背景技术

最近几年，随着无人机飞控系统软、硬件、动力电池、无线通信技术和智能手机等技术的快速发展，以及无人机在民用和军用市场引发的巨大需求，无人机产业飞速发展。无人机越来越多地出现在工、农业和服务业等领域。无人机具有成本低、机动性能好、自动化程度高、使用方便等特点。随着我国通用航空领域的不断开放、无人机续航里程的不断提升和5G通信技术的实现，可以确信利用无人机进行小件物品快递是未来快递发展的一个重要方向。其中固定翼飞机相比旋翼无人机具有航程远、速度高、载货量大、运输成本低等特点，未来随着固定翼无人机电池技术和飞控系统的进一步提升，利用固定翼飞机进行小件货物的低空快速配送必将应用于多个领域。此外，我们海洋资源丰富，渔业养殖、渔业捕捞、海洋资源开发、水上运输产业等蓬勃发展，随着我国海洋资源开发力度的进一步增大，无疑会产生更多的基于固定翼无人机对在海洋里航向的大、中型船舶进行小件货物远程配送的需求。

发明内容

为了解决通过简单的安装即可在船舶正常行驶的情况下快速、安全地接收固定翼无人机低空空投的小件货物的问题。

一种船载低空空投货物接收装置，包括一级水平支杆、二级水平支杆、弹力线、水平连接杆、组合框架、导向铝条、密度网、软网，一级水平支杆的一侧面挂装手摇发电机，另一侧面挂装收线摇轮，二级水平支杆为空心杆，其一端与一级水平支杆固定相连，另一端与水平连接杆相连，且二级水平支杆的该端部竖直向下或倾斜向下延长形成下空管，水平连接杆一体成型有水平段及弯折段，水平连接杆的弯折段与二级水平支杆的下空管配合连接，且水平连接杆的弯折段由下空管的开口由下向上插接于下空管中，所述的弯折段与弹力线固定连接，所述的弹力线被收线摇轮所绕线或放线而连接，所述水平水平连接杆固定连接于正方形的组合框架，所述的组合框架形成封闭框架，并在其下方固定连接截面为圆形的密度网，所述密度网的外围围接导向铝条组合形成框体，所述的导向铝条还连接在组合框架下方，框体中的各导向铝条向内倾斜，并在密度网下侧接封闭的软网，所述的正方形组合框架的四个边角各有一个以一定频率闪烁的用于固定翼无人机定位的LED；一级水平支杆安装有将一级水平支杆与船体护栏固定连接的紧固装置，使一级水平支杆稳固在伸出船体的一侧，所述紧固装置由多向紧固卡箍、支撑杆、紧固套筒和紧锁旋钮组成，所述的支撑杆一端具有将支撑杆锁紧在船体护栏的多向紧固卡箍，其另一端与紧固套筒固定连接，紧固套筒套接在一级水平支杆，并由锁紧旋钮将紧固套筒与一级水平支杆的间距旋紧，二级水平支杆安装有将二级水平支杆紧固在船体护栏的紧固装置，所述紧固装置主要由紧固卡箍、支撑杆和多向紧固卡箍组成，所述支撑杆一端连接将支撑杆锁紧在船体护栏的多向紧固卡箍，另一端连接紧固卡箍使得支撑杆锁紧在二级水平支杆的水平段。

一种船载低空空投货物接收方法，当天气、海况等级、船航速、无人机配送航程满足货物空投需求时，固定翼无人机从物流基地起飞而飞向货物配送地点，货物配送地点是按船航向、航速和无人机航线计算的货物投递点，在固定翼无人机到达货物配送地点之前，操作人员组装完成接收装置，根据空投货物的规格选择适合的密度网，并将密度网与组合框架相连，将组合框架与水平连接杆相连，将水平连接杆的弯折段与弹力绳相连，将水平连接杆由下向上插接在水平支杆竖直向下或倾斜向下延长形成的下空管中，将二级水平支杆与一级水平支杆相连，再将一级水平支杆套接在紧固套筒内，将组合好的接收装置从船体伸出至船体外，并由多向紧固卡箍将一级水平支杆、二级水平支杆与船体护栏固定连接，并调节支撑杆的角度使得组合框架与海平面成一定角度，旋转手摇发电机机点亮四个LED指示灯；固定翼无人机靠近船体前，保持和船体一个航向，由其上的摄像头确定四个LED指示灯的具体位置，修正飞行路线和确定货物空投准确时间，密度网外侧设有防风、支撑和导向的导向铝条，与其相连的软网用于包裹货物空投的货物，空投货物被投放由组合框架依次通过密度网和软网，并被软网拦截，空投货物被接收装置接收而产生的冲击力使得水平连接杆从二级水平支杆的下空管中向下脱落，并由连接二级水平支杆的弹力绳分解向下的冲击力，并在弹力绳稳定后，通过收线摇轮将水平连接杆收回，从软网中取出接收到的空投货物，并将接收装置的各部分依次拆解装入收纳箱。

进一步的，固定翼无人机投送完货物后提升飞行高度，飞向下一个送货点或是飞回物流基地。

有益效果：固定翼无人机飞行路线灵活、飞行距离远、载重量大、飞行速度快，其起飞降落的技术方案也日趋成熟，因此当需要紧急物流时，可利用固定翼无人机对船舶进行无需降落的小件货物快速运送，一种船载低空空投货物接收装置可以在大、中型船舶正常航行的情况下，快速、安全地接收固定翼无人机低空空投的小件货物。该装置有多个组合方案，即有多种框架、密度网、软网尺寸规格可选，用户可在接收现场根据货物的重量、体积、风向、风速、无人机和船舶的航速来选择适合的框架、密度网、软网尺寸以及级联二级水平支杆的数量对装置进行组装，以实现不同的重量、体积的小件货物的安全接收.该装置结构设计合理、便于组装，1个人15分钟即可完成全部组装工作。该装置以机械结构设计为主，不需要使用船舶上的电源或电池，防风、防雨、环境适应性强。该装置组合安装好后，面向无人机飞来方向的4个角安装有4个LED灯，通过无人机机头安装的摄像头实时检测网兜的具体位置，从而快速准确的修正飞行路线和确定货物空投准确时间，一是可以最大可能保证飞机正向飞过减速网兜，二是保证通过航速、风向、飞行高度、货物体积、重量的综合计算找到最合适的时间点将货物推出舱外，以使货物出舱后经过短暂的抛物线飞行，能落入撑开的网兜内。该装置不使用时可拆散收纳至带自锁轮的包装箱内，空间占用小、移动灵活、存放方便，适应船体的绝大多数存储空间。该装置由合金支杆、组合框架、密度网摇轮、手摇电机、等常规部件组成，具有生产成本低、组装方便、不外接电源、使用成本低、损坏率低和维修成本低的特点。船载低空空投货物接收装置可广泛安装在大、中型船舶上，不改变船体结构、不占用大范围空间，使用时经过简单的安装即可在船舶正常航行的情况下接收固定翼无人机低空空投的小件货物，非常适合在海洋渔业、海洋资源开采、水上旅游、水上运输等行业进行大范围推广。

附图说明

图1是装置俯视图。

图2是装置左视图。

图3是配件图。

图4是LED灯放置图。

图5是飞行路线图。

图6是飞行路线图。

图7是飞行路线图。

图8是装配件。

1.麻纹，2.手摇发电机，3.收线摇轮，4.一级水平支杆，5.二级水平支杆，6.水平连接杆，7.弹力线，8.导向铝条，9.绿色LED指示灯，10.软网，11.密度网，12.组合框架，13.红色LED指示灯，14.多向紧固卡箍，15.支撑杆，16.锁紧旋钮，17.紧固套筒，18.紧固卡箍。

具体实施方式

一种船载低空空投货物接收装置由一级水平支杆、二级水平支杆、收线摇轮、手摇充电机、弹力线、水平连接杆、组合框架、密度网、软网、一级水平支杆紧固装置、二级水平支杆紧固装置、收纳箱等部分组成。其中一级水平支杆由轻质高强合金材料制成，一端可插入紧固套筒，一端与二级水平支杆连接，一级水平支杆的一侧可挂装手摇发电机，另一侧可挂装收线摇轮。二级水平支杆由轻质高强合金材料制成。其一端与一级水平支杆相连，另一端与水平连接杆相连。二级水平支杆可以级联，可以根据接收现场情况选择二级水平支杆的级联数量。手摇充电机通过手摇发电，为组合框架4个角的LED指示灯提供电源。收线摇轮可以收回被拉伸的弹力线。弹力线一头的卡扣与收线摇轮连接，弹力线另一头的卡扣与水平连接杆的尾部连接，当空头货物入网后，水平连接杆与二级水平支杆受冲击力瞬间分离，通过弹力线的拉伸作用将货物入网的冲击力缓冲掉。然后手摇收线换轮，将水平连接杆、网兜、货物收回。水平连接杆有个90度的弯头，弯头较浅地插入二级水平支杆，一头与组合框架相连，当空头货物入网后，水平连接杆与二级水平支杆受冲击力瞬间分离。组合框架有大、小二种规格，用来接收不同体积和重量的空投货物，框架现场组装，框架的4个角上安有LED指示灯。密度网一端开口成正方形且与组合框架相连，另一端开口呈圆形与软网相连。密度网上附有16根防风导向金属铝条。软网由软质材料编制而成具有良好的通风性和包裹性。一端打结，一端与密度网相连。一级水平支杆紧固装置紧固装置由多向紧固卡箍、支撑杆、紧固套筒和金锁旋钮组成，用于连接船体一侧护栏和一级水平支杆，使一级水平支杆能稳固的安装在伸出船体的一侧，以适应多种船舶护栏。二级水平支杆紧固装置由紧固卡箍、支撑杆和多向紧固卡箍组成，货物高速飞入网兜时会对支撑杆产生很大的冲击力，二级水平支杆紧固装置用来将二级支撑杆固定在船体护栏，和一级水平支杆紧固装置配合作用，承受弹力绳对支撑杆产生的拉力。收纳箱用来收纳装置的各种组件，收纳箱有自锁轮和伸缩拉手，便于移动。

所述船载低空空投货物接收装置可在船上快速组装，接收固定翼无人机空投的货物。当天气、海况等级、船航速、无人机配送航程满足货物空投需求时，固定翼无人机从物流基地起飞(船/陆地)飞向货物配送地点(按船航向、航速和无人机航线计算的货物投递点)。在固定翼无人机到达配送地点之前20分钟，有操作人员开始组装接收装置，首先用根据空投货物的规格(体积和重量)选择大小合适的密度网，并将密度网与组合框架相连，将组合框架与水平连接杆相连，将水平连接杆一端与弹力绳相连，将水平连接杆插入到二级水平支杆的90度弯头中，将二级水平支杆与一级水平支杆相连，再降一级水平支杆套入紧固套筒内。将组合好的接收装置从船体伸出，并调节组合框架与海平面成一定角度，通过调节支撑杆的方向将紧固套筒和二级水平支杆固定在船体护栏上，旋转手摇发电机机点亮4个LED指示灯，以上步骤完成了装置的组装工作。固定翼无人机靠近船体前，保持和船体一个航向，通过摄像头确定4个LED指示灯的具体位置，从而快速准确的修正飞行路线和确定货物空投准确时间，一是可以最大可能保证飞机正向飞过密度网，二是保证通过航速、风向、飞行高度、货物体积、重量的综合计算找到最合适的时间点将货物推出舱外，以使货物出舱后经过短暂的抛物线飞行，能落入撑开的密度网内。密度网外侧设有防风和支撑的铝条，与之相连的软网具有包裹货物的作用。空投货物经过短暂的空中飞行依次进入密度网和软网，由于较大的冲击力链接杆从二级水平支杆的90度弯头中脱落，由弹力绳进一步分解向下的冲击力。当弹力绳稳定有通过收线摇轮将水平连接杆收回，从软网中取出接收到的空投货物，并将接收装置的各部分依次拆解装入收纳箱。同时，固定翼无人机投送完货物后提升飞行高度，飞向下一个送货点或是飞回物流基地(船/陆地)。

由上述方案，通过LED定位的方法如下：LED灯呈矩形放置于接收装置四角处，基于固定翼无人机视角的LED灯放置图如图4所示：为确保固定翼无人机可准确识别装置位置，及时调整机身位置及飞行方向，其中LED灯A与LED灯B为白色且分别位于装置四角的左上部与右上部，LED灯C与LED灯D为红色且分别位于装置四角的右下部与左下部。

由于接收装置的方向不定，在固定翼无人机水平环绕接收装置飞行的第一圈中，固定翼无人机中的数字摄像头可检测到两个白色光源像素(LED灯A与LED灯B)和两个红色光源像素(LED灯C与LED灯D)，无人机可根据光源像素位置，确定接收装置的开口接收方向，然后固定翼无人机进一步降低飞行高度，正向飞向接收装置的开口处，基于固定翼无人机视角，通过该无人机中的数字摄像头检测到的LED灯A与LED灯B之间的白色光源像素距离，通过图像算法，找出两个白色光源像素之间的中点值，及时调整机身的左右位置，使固定翼无人机沿两个白色光源像素的中点值飞行。如图5所示：

在固定翼无人机调整好机身位置沿两个白色光源像素的中点值飞向接收装置的过程中，该无人机中的数字摄像头检测到的白色光源像素与红色光源像素之间的距离相对于固定翼无人机视觉呈非线性放大，当红色光源像素达到该无人机内的数字摄像头可视区域最低阈值处(最低阈值的选取根据投放货物及自然影响因素实时计算)，固定翼无人机投放货物。

基于上述表述，如若固定翼沿两个白色光源像素之间的中点值方向飞行，检测到的红色光源像素处于固定翼无人机内的摄像头可视区域的最低阈值处投下货物，则货物可准确投入接收装置中，如图6中情况1、图7中情况1所示。如若固定翼无人机检测到的红色光源像素处于固定翼无人机内的摄像头可视区域的最低阈值处，偏离两个白色光源像素之间的中点值方向，沿中点值方向左侧飞行，则会出现如图6中情况2所示；如若固定翼无人机沿两个白色光源像素中点值偏右侧方向飞行，则会出现图6中情况3所示。如若固定翼无人机沿两个白色光源像素之间的中点值方向飞行，该无人机内的数字摄像头检测到的红色光源像素未处于固定翼无人机内的摄像头可视区域的最低阈值处投下货物，则会出现如图7中情况4所示；如若检测到的红色光源像素超过固定翼无人机内的摄像头可视区域的最低阈值时投下货物，则会出现图7中情况5所示。

以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种船载低空空投货物接收装置，其特征在于，包括一级水平支杆、二级水平支杆、弹力线、水平连接杆、组合框架、导向铝条、密度网、软网，一级水平支杆的一侧面挂装手摇发电机，另一侧面挂装收线摇轮，二级水平支杆为空心杆，其一端与一级水平支杆固定相连，另一端与水平连接杆相连，且二级水平支杆的该另一端竖直向下或倾斜向下延长形成下空管，水平连接杆一体成型有水平段及弯折段，水平连接杆的弯折段与二级水平支杆的下空管配合连接，且水平连接杆的弯折段由下空管的开口由下向上插接于下空管中，所述的弯折段与弹力线固定连接，所述的弹力线被收线摇轮所绕线或放线而连接，所述水平连接杆固定连接于正方形的组合框架，所述的组合框架形成封闭框架，并在其下方固定连接截面为圆形的密度网，所述密度网的外围围接导向铝条组合形成框体，所述的导向铝条还连接在组合框架下方，框体中的各导向铝条向内倾斜，并在密度网下侧接封闭的软网，所述的正方形组合框架的四个边角各有一个以一定频率闪烁的用于固定翼无人机定位的LED；一级水平支杆安装有将一级水平支杆与船体护栏固定连接的紧固装置，使一级水平支杆稳固在伸出船体的一侧，所述紧固装置由多向紧固卡箍、支撑杆、紧固套筒和紧锁旋钮组成，所述的支撑杆一端具有将支撑杆锁紧在船体护栏的多向紧固卡箍，其另一端与紧固套筒固定连接，紧固套筒套接在一级水平支杆，并由锁紧旋钮将紧固套筒与一级水平支杆的间距旋紧，二级水平支杆安装有将二级水平支杆紧固在船体护栏的紧固装置，所述紧固装置主要由紧固卡箍、支撑杆和多向紧固卡箍组成，所述支撑杆一端连接将支撑杆锁紧在船体护栏的多向紧固卡箍，另一端连接紧固卡箍使得支撑杆锁紧在二级水平支杆的水平段。

2.一种利用权利要求1所述的船载低空空投货物接收装置的船载低空空投货物接收方法，其特征在于，当天气、海况等级、船航速、无人机配送航程满足货物空投需求时，固定翼无人机从物流基地起飞而飞向货物配送地点，货物配送地点是按船航向、航速和无人机航线计算的货物投递点，在固定翼无人机到达货物配送地点之前，操作人员组装完成接收装置，根据空投货物的规格选择适合的密度网，并将密度网与组合框架相连，将组合框架与水平连接杆相连，将水平连接杆的弯折段与弹力绳相连，将水平连接杆由下向上插接在水平支杆竖直向下或倾斜向下延长形成的下空管中，将二级水平支杆与一级水平支杆相连，再将一级水平支杆套接在紧固套筒内，将组合好的接收装置从船体伸出至船体外，并由多向紧固卡箍将一级水平支杆、二级水平支杆与船体护栏固定连接，并调节支撑杆的角度使得组合框架与海平面成一定角度，旋转手摇发电机机点亮四个LED指示灯；固定翼无人机靠近船体前，保持和船体一个航向，由其上的摄像头确定四个LED指示灯的具体位置，修正飞行路线和确定货物空投准确时间，密度网外侧设有防风、支撑和导向的导向铝条，与其相连的软网用于包裹货物空投的货物，空投货物被投放由组合框架依次通过密度网和软网，并被软网拦截，空投货物被接收装置接收而产生的冲击力使得水平连接杆从二级水平支杆的下空管中向下脱落，并由连接二级水平支杆的弹力绳分解向下的冲击力，并在弹力绳稳定后，通过收线摇轮将水平连接杆收回，从软网中取出接收到的空投货物，并将接收装置的各部分依次拆解装入收纳箱。

3.如权利要求2所述的船载低空空投货物接收方法，其特征在于，固定翼无人机投送完货物后提升飞行高度，飞向下一个送货点或是飞回物流基地。