CN109850164B - 一种无人机伞降回收装置及其回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机伞降回收装置，包括伞舱及舱盖，伞舱内设有折叠状的回收伞，所述回收伞包括引导伞包、引导伞、主伞包及主伞，舱盖底面连接有引导伞绳，引导伞绳的另一端与引导伞包连接，引导伞包套住引导伞的伞面，引导伞及主伞分别通过中间线绳与主伞包连接，机体顶部设有用于连接主伞的爪型带；主伞的伞面外缘设置有伞绳边线及二次开伞绳，二次开伞绳的周长小于伞绳边线的周长，伞面边缘设置有用于切断二次开伞绳的延时切割器；本发明还公开了基于该伞降回收装置的无人机伞降回收方法。本发明利用自制的延时切割器将一次开伞增加到了二次开伞，使无人机在第一次开伞瞬间速度减小量变小，保护了无人机设备，降低无人机伞降回收的风险。

Description

一种无人机伞降回收装置及其回收方法

技术领域

本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种无人机伞降回收装置及其回收方法。

背景技术

无人机是无人驾驶飞机的简称，其英文名称为Unmanned Aerial Vehicle，简称“UAV”；它是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的、或由车载计算机完全地或间歇地自主地操作的不载人飞机。无人机结合了传感技术、微控制技术、信息融合技术等，与有人机相比，无人机在机体结构设计中既不需要考虑飞行过程中人的生理承受能力限制，也不需要因为特别强调人的生存性而对隐身及抗弹伤能力结构和材料作特殊考虑。另外，无人机还具备许多优点，例如：造价低廉、效费比高、零伤亡；隐蔽性好、机动性好，起飞、降落（回收）方式多样；生命力强、环境适应能力强等。

无人机的回收方式可归纳为伞降回收、空中回收、起落架滑跑着陆、拦阻网回收、气垫着陆和垂直着陆回收等类型，根据无人机结构及回收场地，可选择适合的回收类型。其中，空中回收无人机时要出动有人机，费用高，且在回收时要求有人机驾驶员有较高的驾驶技术，空中回收无人机受天气与风情影响大，加上伞的性能无法事先估计，其回收的可靠性低，故空中回收方式应用较少；而伞降回收无人机对场地要求低，而且操作简单，对操作人员要求低，所以应用较普遍。

无人机伞降回收所用的回收伞由主伞和引导伞所形成的二级伞组成。当无人机完成任务后，地面站发遥控指令给无人机，无人机减速、降高；到达合适飞行高度和速度时，打开伞舱，引导伞飞出并拉出主伞，使无人机急剧减速、降高。在无人机采取伞降回收方式时，由于需要维持无人机的稳定性，要求无人机在开伞时具有一定的高度和速度，这样在开伞瞬间，对于无人机机体会产生一个相当大的冲量，无人机机体与回收伞之间的连接件和该部位的机体，需要具备一定的强度，否则机体容易在该瞬间损坏，这就对无人机机体局部的强度有很大的要求；相应地，为了加强无人机机体强度会带来无人机机体重量的增加，而重量的变化会引起发动机拉力、发射时需要的最小起飞速度、调整无人机机体姿态的舵机力量等多个参数的改变，每个参数的变化均会影响无人机飞行的平稳定。

因此，在不改变无人机机体结构的情况下，降低无人机伞降回收的风险，可以极大地提高无人机的应用价值。

发明内容

基于现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种无人机伞降回收装置，通过设置二次开伞绳及延时切割器，使开伞过程变为两次，减少无人机机体局部所受的冲量。

本发明还提供了无人机利用该伞降回收装置的回收方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种无人机伞降回收装置，包括机体，机体的后部设有伞舱，伞舱的顶部设有舱盖，伞舱内设置有折叠状的回收伞，所述回收伞包括引导伞包、引导伞、主伞包及主伞，所述舱盖底面连接有引导伞绳，引导伞绳的另一端与引导伞包连接，引导伞包套住引导伞的伞面，引导伞的伞线以及主伞的伞面均连接有中间线绳，且引导伞及主伞分别通过中间线绳与主伞包连接，主伞的伞线连接有主伞绳，机体顶部可拆卸连接有爪型带，所述主伞通过主伞绳与爪型带连接；主伞的伞面外缘设置有伞绳边线及二次开伞绳，所述二次开伞绳的周长小于伞绳边线的周长，伞面边缘设置有用于切断二次开伞绳的延时切割器；

所述延时切割器包括壳体，壳体内设有两个前后相对的摇杆，所述摇杆沿左右方向设置，两个摇杆的中部沿前后方向贯穿有第一转轴，所述第一转轴与摇杆为固定连接，第一转轴的前、后两端分别与壳体的前、后侧壁转动连接；两个摇杆的左端均转动连接有连杆，所述连杆位于两个摇杆之间，且前、后两个连杆呈前后对称设置；前、后两个连杆之间设有刀片安装板，前、后两个连杆之间沿前后方向贯穿有第二转轴，所述第二转轴与两个连杆均为固定连接，第二转轴与刀片安装板为转动连接；刀片安装板的左侧安装有切刀，刀片安装板的下部沿前后方向固定有第三转轴，第三转轴的前、后两端分别与壳体的前、后侧壁转动连接，所述第三转轴位于第二转轴的右下方；摇杆右端固定有导磁块，导磁块的上方设置有电磁吸盘，壳体内安装有给电磁吸盘提供电源的蓄电池以及用于控制电磁吸盘开关的延时开关控制器，摇杆上连接有复位弹簧，复位弹簧的另一端与壳体相连；壳体的前、后侧壁设有前后贯穿的穿绳孔，所述穿绳孔位于切刀的左下方，所述二次开伞绳穿过穿绳孔，所述切刀绕第三转轴向下转动实现对穿绳孔内二次开伞绳的切割。

优选地，所述主伞的伞面包括呈球面的伞衣，伞衣内侧面均布有若干条辐射状的经向线，且伞衣内侧面均布有若干条相互平行的纬向线，伞衣的外缘均匀间隔设置有若干连接环，所述二次开伞绳依次穿过连接环，二次开伞绳与其中一个连接环打结固定。

进一步，所述二次开伞绳的周长为2.5米~5米。

优选地，所述舱盖的后端与伞舱铰接，舱盖的前端设置有锁止器，舱盖通过锁止器扣合于伞舱顶部。

优选地，所述爪型带包括前吊带及后吊带，前吊带连接于机体的前部，后吊带连接于机体的后部；当爪型带向上拉展时，所述主伞绳通过爪型带与机体的重心位于同一竖直线上。

优选地，所述壳体的一侧设有至少两个耳板，耳板上穿入有固定绳，所述延时切割器通过固定绳固定于主伞上。

优选地，所述摇杆包括第一杆部及第二杆部，所述第一杆部沿水平方向延伸，第二杆部连接于第一杆部的左端，且第二杆部沿左上方延伸。

进一步，所述复位弹簧的一端连接于第二杆部的中部，复位弹簧的另一端连接于壳体上侧壁的中部，复位弹簧为拉簧。

基于上述无人机伞降回收装置的无人机伞降回收方法，无人机下落至指定高度时，关闭无机人的发动机，无人机的控制系统发出开伞指令，舱盖打开，依次牵出引导伞及主伞；同时，延时开关控制器接收开伞指令信号开始工作，延时开关控制器延时完成后，打开电磁吸盘，吸引导磁块，通过摇杆及连杆推到切刀切断二次开伞绳；主伞完全打开，无人机稳态降落。

优选地，延时开关控制器的延时时长为1~6秒。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

（1）所述引导伞包、引导伞、主伞包及主伞依次连接并折叠放入伞舱，在开伞时，引导伞平稳地牵引出主伞，所述主伞包括由伞衣、经向线及纬向线形成的伞面，伞衣稳定性好，保证了无人机的稳态降落；

（2）所述延时切割器结构紧凑，不影响回收伞的打开，所述切刀位于壳体内，不会损伤回收伞，所述切刀通过摇杆及连杆推到刀片安装板，实现快速切割，性能可靠；

（3）在无人机伞降回收中，开伞过程由一次开伞增加到了二次开伞，减小第一次开伞时的主伞迎风面积，使无人机在第一次开伞瞬间速度减小量变小，无人机机体局部所受冲量减小，更好地保护了无人机机体及任务设备，降低无人机伞降回收的风险。

附图说明

图1是本发明当舱盖打开时的示意图；

图2是本发明当引导伞飞出伞舱时的示意图；

图3是本发明当引导伞拖拽主伞包出伞舱时的示意图；

图4是本发明当主伞打开时的示意图；

图5是本发明稳态降落时的示意图（略去引导伞）；

图6是所述引导伞、主伞包及主伞的连接关系图；

图7是图4~6中主伞的结构细节示意图；

图8是图7中A处的局部放大图；

图9是图8中延时切割器的结构细节示意图；

图10是图9中延时切割器未切割时的状态示意图；

图11是图9中延时切割器切割后的状态示意图；

图12是图9中摇杆、连杆及刀片安装板的结构示意图；

图13是图12的仰视图。

具体实施方式

为了使本发明的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合具体实施例对本发明的技术方案作出进一步的说明，但所述实施例旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。

如图1~6所示，一种无人机伞降回收装置，包括机体1，机体1的后部设有伞舱2，伞舱2的顶部设有舱盖3，所述舱盖3的后端与伞舱2铰接，舱盖3的前端设置有锁止器，舱盖3通过锁止器扣合于伞舱2顶部。伞舱2内设置有折叠状的回收伞，所述回收伞包括引导伞包15、引导伞5、主伞包7及主伞8，所述舱盖3底面连接有引导伞绳4，引导伞绳4的另一端与引导伞包15连接，引导伞包15套住引导伞5的伞面，引导伞5的伞线以及主伞8的伞面顶部均连接有中间线绳6，且引导伞5及主伞8分别通过中间线绳6与主伞包7连接（如图6所示）；主伞8的伞线804连接有主伞绳9，机体1顶部可拆卸连接有爪型带10，所述爪型带10包括前吊带101及后吊带102，前吊带101连接于机体1的前部，后吊带102连接于机体1的后部，当爪型带10向上拉展时，爪型带10的顶部与主伞绳9连接，且所述主伞绳9通过爪型带10与机体1的重心位于同一竖直线上；所述爪型带10的作用是减少无人机在伞降时前后晃动，并使机身轴线保持水平状态，这样不会使无人机以不正确的姿态着陆，进而使无人机机体1损坏。

如图7、8所示，所述主伞8的伞面包括呈球面（张开时）的伞衣801，伞衣801内侧面均布有若干条辐射状的经向线802，且伞衣801内侧面均布有若干条相互平行的纬向线803；伞衣801的外缘沿圆周设置有伞绳边线13，伞衣801的外缘均匀间隔设置有若干连接环11，连接环11内穿入有二次开伞绳14，所述二次开伞绳14与其中一个连接环11打结固定，二次开伞绳14沿圆周依次穿过所有连接环11，并闭合成圈；所述二次开伞绳14的周长小于伞绳边线13的周长，基于目前市面上无人机的机体1型号及重量，根据伞绳边线13周长的不同，二次开伞绳14的周长可在2.5米~5米内选取。

伞衣801边缘设置有用于切断二次开伞绳14的延时切割器12。如图9~13所示，所述延时切割器12包括壳体1201，壳体1201内设有两个前后相对的摇杆1205，所述摇杆1205包括沿左右方向设置的第一杆部及第二杆部，所述第一杆部沿水平方向延伸，第二杆部连接于第一杆部的左端，且第二杆部沿左上方延伸；第一杆部与第二杆部的相接处沿前后方向贯穿有第一转轴1206，所述第一转轴1206与摇杆1205为固定连接，第一转轴1206的前、后两端分别与壳体1201的前、后侧壁转动连接。两个摇杆1205的左端均通过第四转轴1212转动连接有连杆1208，所述连杆1208位于两个摇杆1205之间，且前、后两个连杆1208呈前后对称设置，所述第四转轴1208平行于第一转轴1206。前、后两个连杆1208之间设有刀片安装板1209，前、后两个连杆1208之间沿前后方向贯穿有第二转轴1213，所述第二转轴1213与两个连杆1208均为固定连接，第二转轴1213与刀片安装板1209为转动连接。刀片安装板1209的左侧安装有切刀1210，刀片安装板1209的下部沿前后方向固定有第三转轴1211，第三转轴1211的前、后两端分别与壳体1201的前、后侧壁转动连接，且第三转轴1211位于第二转轴1213的右下方。第一杆部上表面的右端固定有导磁块1214，导磁块1214的上方设置有电磁吸盘1204，且电磁吸盘1204安装于壳体1201内顶部；壳体1201内安装有用于给电磁吸盘1204提供电源的蓄电池以及用于控制电磁吸盘1204开关的延时开关控制器1215，所述电磁吸盘1204与蓄电池之间通过电源线连接，电源线上设置有电磁开关，所述延时开关控制器1215控制连接电磁开关。使用前，设置延时开关控制器的延时时间（1~6 s），延时开关控制器1215可接收无人机控制系统发出的开伞指令，并在延时完成后控制电磁开关闭合，使电磁吸盘1204通电打开。第二杆部的中部连接有复位弹簧1207，复位弹簧1207的另一端与壳体1201上侧壁的中部相连，复位弹簧1207为拉簧。壳体1201的前、后侧壁设有前后贯穿的穿绳孔1203，所述穿绳孔1203位于切刀1210的左下方，所述二次开伞绳14穿过穿绳孔1203，所述切刀1210绕第三转轴1211向下转动实现对穿绳孔1203内二次开伞绳14的切割。所述壳体1201的顶部左右相对设有两个耳板1202，耳板1202上穿入有固定绳，所述延时切割器12通过固定绳固定于主伞8上。

其中，所述锁止器采用本领域的常规技术手段即可实现，无人机运行过程中的控制系统、信号储存及收发均采用现有技术的常规设置，并非本发明的创新所在，故不再详细赘述。另外，所述主伞包7是主伞8的包装容器，它要求主伞8按一定折叠方法装于其中，使伞衣801与伞线804分割开来、不会互相发生干扰；包装好的主伞包7呈长方形或圆柱形，主伞包7一般用锦丝绸缝制，有较高的强度。所述主伞8是在回收过程中起主要作用的部分，伞衣801的大小对无人机下降速度起着决定性的影响；引导伞5的作用是打开主伞包7，将主伞8从主伞包7中拉出来，引导伞7的伞面比主伞8小的多。

基于上述伞降回收装置的无人机回收时，当机体1下落至指定高度时，关闭无机人的发动机，无人机的控制系统发出开伞指令，延时开关控制器1215接收到开伞指令的信号后开始工作（延时计时）；同时，如图1所示，舱盖3向后转开，并牵引出引导伞包15，引导伞包15带出引导伞5，如图2所示，引导伞5飞出伞舱2，并呈打开状态；如图3、4所示，引导伞5拖拽出主伞包7，并进一步拉出主伞8；如图7、8所示，由于二次开伞绳14的收口作用，此时主伞8并未完全打开；延时开关控制器1215延时完成后，打开电磁吸盘1204，吸引导磁块1214，如图10、11所示，摇杆1205的右端向上移动，摇杆1205的左端绕第一转轴1206向下转动，通过连杆1208推动刀片安装板1209向下转动，切刀1210快速划过穿绳孔1203，将二次开伞绳14切断，此时主伞8完全打开；在主伞8经历两次开伞后，如图5所示，机体1在主伞8的作用下减速降高，呈稳态降落。从图1~5的开伞过程中，主伞8的开伞过程由一次完全打开，变为两次打开，使机体1在开伞瞬间受到的冲量，分成两次作用在机体1上，降低了机体1损坏的概率。

Claims (10)

1.一种无人机伞降回收装置，包括机体，机体的后部设有伞舱，伞舱的顶部设有舱盖，伞舱内设置有折叠状的回收伞，其特征在于：所述回收伞包括引导伞包、引导伞、主伞包及主伞，所述舱盖底面连接有引导伞绳，引导伞绳的另一端与引导伞包连接，引导伞包套住引导伞的伞面，引导伞的伞线以及主伞的伞面均连接有中间线绳，且引导伞及主伞分别通过中间线绳与主伞包连接，主伞的伞线连接有主伞绳，机体顶部可拆卸连接有爪型带，所述主伞通过主伞绳与爪型带连接；主伞的伞面外缘设置有伞绳边线及二次开伞绳，所述二次开伞绳的周长小于伞绳边线的周长，伞面边缘设置有用于切断二次开伞绳的延时切割器；

所述延时切割器包括壳体，壳体内设有两个前后相对的摇杆，所述摇杆沿左右方向设置，两个摇杆的中部沿前后方向贯穿有第一转轴，所述第一转轴与摇杆为固定连接，第一转轴的前、后两端分别与壳体的前、后侧壁转动连接；两个摇杆的左端均转动连接有连杆，所述连杆位于两个摇杆之间，且前、后两个连杆呈前后对称设置；前、后两个连杆之间设有刀片安装板，前、后两个连杆之间沿前后方向贯穿有第二转轴，所述第二转轴与两个连杆均为固定连接，第二转轴与刀片安装板为转动连接；刀片安装板的左侧安装有切刀，刀片安装板的下部沿前后方向固定有第三转轴，第三转轴的前、后两端分别与壳体的前、后侧壁转动连接，所述第三转轴位于第二转轴的右下方；摇杆右端固定有导磁块，导磁块的上方设置有电磁吸盘，壳体内安装有给电磁吸盘提供电源的蓄电池以及用于控制电磁吸盘开关的延时开关控制器，摇杆上连接有复位弹簧，复位弹簧的另一端与壳体相连；壳体的前、后侧壁设有前后贯穿的穿绳孔，所述穿绳孔位于切刀的左下方，所述二次开伞绳穿过穿绳孔，所述切刀绕第三转轴向下转动实现对穿绳孔内二次开伞绳的切割。

2.根据权利要求1所述无人机伞降回收装置，其特征在于：所述主伞的伞面包括呈球面的伞衣，伞衣内侧面均布有若干条辐射状的经向线，且伞衣内侧面均布有若干条相互平行的纬向线，伞衣的外缘均匀间隔设置有若干连接环，所述二次开伞绳依次穿过连接环，二次开伞绳与其中一个连接环打结固定。

3.根据权利要求2所述无人机伞降回收装置，其特征在于：所述二次开伞绳的周长为2.5米~5米。

4.根据权利要求1所述无人机伞降回收装置，其特征在于：所述舱盖的后端与伞舱铰接，舱盖的前端设置有锁止器，舱盖通过锁止器扣合于伞舱顶部。

5.根据权利要求1所述无人机伞降回收装置，其特征在于：所述爪型带包括前吊带及后吊带，前吊带连接于机体的前部，后吊带连接于机体的后部；当爪型带向上拉展时，所述主伞绳通过爪型带与机体的重心位于同一竖直线上。

6.根据权利要求1所述无人机伞降回收装置，其特征在于：所述壳体的一侧设有至少两个耳板，耳板上穿入有固定绳，所述延时切割器通过固定绳固定于主伞上。

7.根据权利要求1所述无人机伞降回收装置，其特征在于：所述摇杆包括第一杆部及第二杆部，所述第一杆部沿水平方向延伸，第二杆部连接于第一杆部的左端，且第二杆部沿左上方延伸。

8.根据权利要求7所述无人机伞降回收装置，其特征在于：所述复位弹簧的一端连接于第二杆部的中部，复位弹簧的另一端连接于壳体上侧壁的中部，复位弹簧为拉簧。

9.基于权利要求1至8任一所述无人机伞降回收装置的无人机伞降回收方法，其特征在于：无人机下落至指定高度时，关闭无机人的发动机，无人机的控制系统发出开伞指令，舱盖打开，依次牵出引导伞及主伞；同时，延时开关控制器接收开伞指令信号开始工作，延时开关控制器延时完成后，打开电磁吸盘，吸引导磁块，通过摇杆及连杆推到切刀切断二次开伞绳；主伞完全打开，无人机稳态降落。

10.根据权利要求9所述无人机伞降回收方法，其特征在于：延时开关控制器的延时时长为1~6秒。

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