CN110167841A - 用于对接浮空器的系统和方法，以及为此目的配备的浮空器和接收结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于将浮空器(2)对接在接收结构(3)上的系统，包括能够被控制以在所述浮空器(2)和所述接收结构(3)之间移动的无人机(10)，同时携带缆绳(11)的第一端部(13)，缆绳的第二端部固定到浮空器(2)或固定到接收结构(3)，并且无人机用于将所述第一端部(13)固定到接收结构(3)或固定到浮空器(2)，使得所述缆绳(11)将浮空器(2)连接到接收结构(3)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于将浮空器对接在移动或固定的接收结构上的系统。本发明还涉及一种在该系统中实施的对接方法以及配备有该系统的浮空器和适当的接收结构。
本发明的领域更具体地但非限制性地为飞艇领域。
背景技术
将大型飞行浮空器对接在系泊杆上一直是一个棘手的操作，这需要大量地面人员的参与，有时需要超过百人，这对这些浮空器的机组人员和地面人员来说都是耗时且存在风险的。
此外，由于有时不利于接近地面的空气动力学条件和这些浮空器的高的固有惯性，引导这些飞艇接近地面的接收结构通常是复杂的。
本发明的目的是通过提出一种对接系统来克服这些缺点，该对接系统能够促进浮空器接近接收结构，并且相比当前条件，允许浮空器更容易且更安全地对接。
发明内容
该目的通过一种用于将浮空器对接在接收结构上的系统来实现，其特征在于，该系统包括至少一个无人机，无人机可被控制以在浮空器和接收结构之间移动，同时携带系泊缆绳的第一端部，系泊缆绳的第二端部固定到浮空器或接收结构，并且无人机用于将该第一端部固定到接收结构或浮空器，使得该缆绳将浮空器连接到接收结构。
因此，通过借助于无人机在浮空器和接收结构之间通过缆绳建立机械连接，即使在受干扰的天气条件下，也容易使浮空器的鼻部靠近接收结构。
根据本发明的对接系统还能够有利地包括用于缠绕将浮空器连接到接收结构的缆绳的装置，以使浮空器靠近接收结构。
在根据本发明的对接系统的特定变体中，缠绕装置包括容纳在浮空器内的缠绕设备。
在另一变体中，缠绕装置包括容纳在接收结构上的缠绕设备。
缠绕设备能够有利地包括机动绞盘，该机动绞盘具有基本垂直的转动轴线并且设置在接收结构的顶部。该机动绞盘包括例如卷筒，该卷筒设置有用于接收系泊缆绳端部的槽。
根据本发明的对接系统优选地布置成在缆绳的第一端部已固定到接收结构或浮空器之后释放无人机。
在根据本发明的对接系统的特定实施例中，无人机被布置成使得其能够容纳在浮空器内，该无人机是可控的以便执行以下操作：(i)将系泊缆绳的第一端部携带到接收结构，系泊缆绳的第二端部固定到浮空器，和(ii)将第一端部固定到接收结构。
在根据本发明的对接系统的另一实施例中，无人机被布置成从接收结构出发，该无人机是可控的以便执行以下操作：(i)将系泊缆绳的第一端部携带到浮空器，系泊缆绳的第二端部固定到接收结构，和(ii)将第一端部固定到浮空器。
在本发明的特定变体中，系泊缆绳包括具有连续增大的直径的多个连续部分，这些部分中的第一部分具有最小的直径并且由旨在由无人机携带的第一端部终止。
在本发明的另一个变体中，容纳在接收结构中的缠绕设备耦接到机械连接系统，该机械连接系统包括设置在浮空器的鼻部的第一机械连接器和设置在接收结构的顶部的第二机械连接器，这些第一和第二机械连接器旨在在系泊缆绳的缠绕过程结束时进行机械地耦接。
根据本发明的另一方面，提出了一种用于将浮空器对接在接收结构上的方法，该方法在根据本发明的对接系统中实现，方法包括以下步骤：
-控制携带有系泊缆绳的第一端部的至少一个无人机沿着一定路径以将无人机引导到接收结构或浮空器，其中系泊缆绳的第二端部固定到浮空器或接收结构，和
-将系泊缆绳的第一端部固定到接收结构或浮空器的一部分。
根据本发明的对接方法还能够包括在将系泊缆绳的第一端部固定到接收结构或浮空器之后缠绕系泊缆绳的步骤，直到浮空器一部分基本上到达接收结构的一部分。
当在根据本发明的结合机械耦接系统的对接系统中实施根据本发明的方法时，执行缠绕系泊缆绳的步骤，直到实现分别配备在浮空器和接收结构上的第一和第二机械连接器的耦接。
根据本发明的对接方法能够有利地包括释放无人机的步骤，同时保持缆绳的第一端部固定到接收结构。
根据本发明的对接方法的连续步骤能够至少部分地由浮空器控制和/或在地面进行控制。
能够对无人机进行编程，使得在自动模式下，无人机从浮空器到达接收结构或从接收结构到达浮空器。
根据本发明的又一方面，提出了一种配备有根据本发明的对接系统的浮空器，以及适用于接收该对接系统的接收结构。
附图说明
通过阅读非限制性的实施方式和实施例的详细描述以及附图，本发明的其他优点和特征将变得显而易见，并且在以下附图中：
-图1示意性地示出了根据本发明的对接系统的第一示例性实施方式；
-图2是图1示出的根据本发明的对接系统的平面视图，其示出了将缆绳连接到接收结构后无人机离开的阶段；
-图3示意性地示出了根据本发明的对接系统的特定配置，形成了浮空器到接收结构的机械耦接系统的整体部分；
-图4示出了根据本发明的对接系统的另一变体，其中接收结构简单地设置有挂接设备；
-图5示出了携带系泊缆绳的无人机接近朝向图4所示的对接系统的接收结构；
-图6示意性地示出了在图4所示的对接系统的配置中，系泊缆绳与接收结构的连接以及远离的无人机；
-图7是示出了在图4所示的对接系统的配置中，根据本发明的浮空器的鼻部与接收结构的机械连接的平面视图；
-图8示意性地示出了根据本发明的实施多个无人机的对接系统；
-图9示意性地示出了根据本发明的对接系统的另一实施例，其中无人机容纳在接收结构内并且浮空器的鼻部设置有挂接设备；
-图10示出了在图9所示的对接系统的配置中，将系泊缆绳固定到浮空器和无人机离开的步骤；并且
-图11示出了通过如图9和10所示的对接系统执行的浮空器与接收结构的机械连接。
由于这些实施例是绝非限制性的，因此可以设想本发明的变型，特别是仅包括独立于所描述或示出的其他特征的、以下描述或示出的特征的选集(即使该选集独立于包括这些其他特征的表达)，只要该特征选集足以赋予技术优点或将本发明与现有技术区分开。该选集包括不具有结构细节和/或仅具有一部分结构细节的至少一个优选功能性的特征，只要该部分结构细节单独足以赋予技术优点或将本发明与现有技术区分开。
首先，参照图1至2来描述根据本发明的对接系统1的第一实施例，以及在该系统中实现的方法。
对接系统1包括无人机10，其被控制以便携带系泊缆绳11，该系泊缆绳11从设置在配备有推进单元22、23的浮空器2的前部的卷筒21朝向接收结构3展开。
接收结构3包括底座35和支柱32，其中底座35可选的是自推进的，置于地面或轨道4上；支柱32的顶部设置有绞盘，绞盘包括缆绳卷筒31，缆绳卷筒的垂直轴由电动机34驱动。卷筒31设置有布置成接收系泊缆绳的端部13的槽33。
无人机10例如是具有四个螺旋桨101、102、103、104的四引擎类型，并且包括用于锁定/解锁系泊缆绳的中心设备100。
当浮空器2接近接收结构3时，飞行员触发对接程序，其中无人机10离开浮空器，携带锁定在无人机10的中心设备100中的系泊缆绳11的端部13。缆绳卷筒21以自由轮模式控制，以便允许缆绳自由地展开并且允许无人机10拉动该缆绳，从而限制牵引力。无人机10在接收结构3的上方沿着卷筒31的方向遵循优化的路径并且被控制以将端部13插入到卷筒31的槽33中。当已经执行该插入操作时，无人机10然后释放系泊缆绳11。
然后卷筒31由电动机34驱动，以便缠绕缆绳11，缆绳11的第二端部相对于浮空器2保持固定，或者通过固定容纳在浮空器2中的卷筒21，或者因为缆绳2从该卷筒21完全展开。如图2所示，无人机10然后能够离开对接区域并且返回到例如充电站或浮空器2。
驱动位于接收结构3上的缆绳卷筒31，直到浮空器2的鼻部紧邻接收区域3定位。参考图2，系泊缆绳11能够包括具有不同直径的几个部分，例如具有第一直径的第一部分11.1、具有第二直径的第二部分11.2和具有第三直径的第三部分11.3，所述第二直径大于第一直径，第三直径大于第二直径。较小直径的第一部分11.1是其端部13由无人机10携带的部分。这具有在无人机10朝向接收结构3的路径的第一部分中限制施加在无人机上的重量载荷的效果。还可以设计缆绳，分配缆绳部分的相应长度，以确保最小化由无人机支撑的缆绳的重量。
根据本发明的对接系统还能够与浮空器到接收结构的机械耦接系统相结合，如图3所示。因此，接收结构39能够设计成固定在地面4上并且在其支柱32的上部包括组件38，该组件38借助于轴承机构36能够转动地移动。该移动组件38包括阴性机械连接器41以及缠绕设备31'，其中阴性机械连接器41布置成用于接收牢固地固定到浮空器2的鼻部的阳性机械连接器40，缠绕设备31'由电动机37驱动。
当如参考图1和2所述的无人机10已经成功地将系泊缆绳11的端部13插入到卷筒31'的槽33'中时，无人机然后释放缆绳11并且离开接收结构，然后驱动卷筒31'以便缠绕缆绳11并且因此拉动浮空器2直到其靠近移动组件38并且阳性机械连接器40进入阴性机械连接器41，从而确保浮空器2到接收结构39的机械耦接。
现在，参照图4至7来描述根据本发明的对接系统110的另一实施例，以及在该系统中实现的对接方法。
对接系统110旨在执行浮空器200与诸如系泊支柱的接收结构300的对接，参考图1。该接收结构300包括弯曲部分130，该弯曲部分130设置有挂接设备310，例如钩形式的部件，用于接收系泊缆绳11的环形端部120，并且接收结构通常能够在平面4中移动。该接收结构300能够例如放置在卡车的平台上或具有驱动单元。
对接系统110包括无人机10，例如四轴飞行器类型，其携带在系泊缆绳11中形成环120的自由端，系泊缆绳的另一端缠绕在浮空器200上的绞盘卷筒210上并且由电动机222驱动。无人机10旨在被容纳在浮空器200的壳体220中，壳体220能够通过舱口设备或等同物(未示出)封闭。
当浮空器200在矢量推进器122、123的控制下接近接收结构300时，该浮空器的引航站控制无人机10的飞行，该无人机10然后离开壳体220并且携带系泊缆绳11的第一端部120，其中图4中仅示出其中两个矢量推进器，矢量推进器设置在浮空器200的主体的两侧。该无人机10的路径被控制为朝向由布置在接收结构300上部的挂接设备310构成的目标。还能够规定无人机10以自动模式操作，以便在浮空器200和接收结构300的挂接设备310之间行进。
图5和6中所示的无人机10包括四个旋翼101-104和系泊缆绳11的端部120的受控锁定设备100。当无人机10在其接近路径上被控制时，绞盘210处于自由轮状态，使得缆绳能够在没有阻力的情况下展开，从而不会阻碍无人机10的移动。
当无人机10到达目标时，对无人机进行控制以便将执行端部120功能的环插入到挂接设备310中。当已经执行插入操作时，命令无人机10以解锁设备100并且因此释放系泊缆绳11。然后，无人机10能够离开对接区域，如图6所示，并且返回到专用壳体220以便在其中再充电，或者返回到专用于该无人机的地面接收区域。然后控制绞盘卷筒210的驱动电动机222以便缠绕缆绳11，以使浮空器200靠近接收结构300，直到浮空器200的鼻部224基本上与接收结构300的弯曲部分130接触，如图7所示。
参考图8，用于接收浮空器2'的接收结构3'能够具有在可移动并固定在地面4上的机动框架上的托架类型的构造。设置有矢量推进器22'、23'的浮空器2'配备有对接系统1'，该对接系统1'包括几个无人机10.1、10.2、10.3，这几个无人机设置在壳体20.1、20.2、20.3中并且旨在到达设置在接收结构3'上部的挂接设备31.1、31.2、31.3。
参考图9至11，还能够提供另一种配置，其中对接系统1”包括至少一个无人机16，该无人机16附接到设置在地面或轨道4上的机动化接收结构6，并且布置成将系泊缆绳111携带到接近接收结构6的浮空器2”，该接收结构6配备有用于接收浮空器2”的鼻部的弯曲设备60。该接收结构能够设置有用于接收无人机16的壳体(未示出)和控制系泊缆绳110的展开或缠绕的机动绞盘61。
当无人机16到达浮空器2”的鼻部时，该鼻部设置有图9中示意性示出的挂接设备25，并且当控制机动绞盘61以允许缆绳111展开时，控制无人机以便将系泊缆绳111的端环112插入挂接设备25中，然后无人机解锁缆绳111并且离开对接区域，如图10所示。然后，无人机16能够返回到接收结构6内或接收结构6上的基座，或者可以被控制以便返回到专用接收区以便在其中进行再充电。
在将系泊缆绳111固定到浮空器2”的挂接设备25之后，控制机动绞盘61以便缠绕缆绳111并且因此使浮空器2”靠近相对于地面4保持固定的接收结构6，或可选地，可以在控制下移动，以便促进浮空器2”到接收结构的耦接。当浮空器2”的鼻部基本上与弯曲的接收设备60接触时，停止对缆绳111缠绕的控制，如图11所示。
可以理解，参考前述附图描述的上述对接系统的全部或部分能够组合在一起。
当然，本发明的各种特征、形式、变体和实施例能够在相容或不相互排斥的情况下以各种组合形式组合在一起。特别地，上述所有变体和实施例能够组合在一起。
Claims (20)
1.一种用于将浮空器(2、200、2'、2”)对接在接收结构(3、300、3'、6)上的系统(1、110、1'、1”)，其特征在于，所述系统包括至少一个无人机(10；10.1、10.2、10.3；16)，无人机能够被控制以在所述浮空器(2、200、2'、2”)和所述接收结构(3、300、39、3’、6)之间移动，同时携带系泊缆绳(11、111)的第一端部(12)，系泊缆绳(11、111)的第二端部固定到所述浮空器(2、200、2'、2”)或固定到所述接收结构(3、300、39、3'、6)，并且无人机用于将所述第一端部(12)固定到所述接收结构(3、300、39、3'、6)或固定到所述浮空器(2、200、2'、2”)，使得该缆绳(11、111)将所述浮空器(2、200、2'、2”)连接到所述接收结构(3、300、39、3'、6)。
2.根据权利要求1所述的对接系统(1、110、1'、1”)，其特征在于，所述系统还包括用于缠绕将浮空器(2、200、2'、2”)连接到接收结构(3、300、39、3'、6)的所述缆绳(11、111)的装置(20、21；31、61)，以便使所述浮空器(2、2'、2”)靠近所述接收结构(3、300、39、3'、6)。
3.根据权利要求2所述的对接系统(1、110、1')，其特征在于，缠绕装置包括容纳在浮空器(2、200、2')内的缠绕设备(21、210)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的对接系统(1、110、1')，其特征在于，缠绕装置包括容纳在接收结构(3、39、6)上的缠绕设备(31、61)。
5.根据权利要求4所述的对接系统(1)，其特征在于，缠绕设备(31)包括机动绞盘，该机动绞盘具有基本垂直的转动轴线并且设置在接收结构(3、39)的顶部。
6.根据权利要求5所述的对接系统(1)，其特征在于，机动绞盘包括卷筒(31)，该卷筒设置有用于接收系泊缆绳(11)的端部的槽(33)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的对接系统(1、110、1'、1”)，其特征在于，所述系统布置成在缆绳(11、111)的第一端部(12、13、120)已固定到接收结构(3、39、6)或浮空器(2、200、2'、2”)之后释放无人机(10；10.1、10.2、10.3；16)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的对接系统(1、1')，其中，无人机(10；10.1、10.2、10.3)布置成使得其能够容纳在浮空器(2、200、2')内；该无人机是可控的以便执行以下操作：(i)将系泊缆绳(11)的第一端部(12、13)携带到所述接收结构(3、39、300、3')，系泊缆绳(11)的第二端部固定到所述浮空器(2、200、2')，和(ii)将所述第一端部(12、13)固定到所述接收结构(3、39、300、3')。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的对接系统(1”)，其中，无人机(16)布置成从接收结构(6)出发，该无人机(16)是可控的以便执行以下操作：(i)将系泊缆绳(110)的第一端部(112)携带到浮空器(2”)，系泊缆绳(110)的第二端部固定到所述接收结构(6)，和(ii)将所述第一端部(112)固定到所述浮空器(2”)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的对接系统(1)，其特征在于，系泊缆绳(11)包括具有连续增大的直径的多个连续部分(11.1、11.2、11.3)，所述部分中的第一部分(11.1)具有最小的直径并且由旨在由无人机(10)携带的第一端部(13)终止。
11.根据前述权利要求中任一项和权利要求4所述的对接系统，其特征在于，容纳在接收结构(3)中的缠绕设备(31)耦接到机械连接系统(40、41)，该机械连接系统(40、41)包括设置在浮空器(2)的鼻部的第一机械连接器(40)和设置在接收结构(39)的顶部的第二机械连接器(41)，所述第一和第二机械连接器(40、41)旨在在系泊缆绳(11)的缠绕过程结束时进行机械地耦接。
12.一种用于将浮空器(2、200、2'、2”)对接在接收结构(3、300、39、3'、6)上的方法，所述方法在根据前述权利要求中任一项所述的对接系统(1、110、1'、1”)中实施，所述方法包括以下步骤：
-控制携带有系泊缆绳(11、110)的第一端部(12、13、112)的至少一个无人机(10；10.1、10.2、10.3；16)沿着一定路径以将无人机引导到所述接收结构(3、300、3'、6)或所述浮空器(2、200、2'、2”)，其中系泊缆绳的第二端部固定到所述浮空器(2、200、2'、2”)或所述接收结构(3、300、39、3'、6)，和
-将所述系泊缆绳(11、110)的所述第一端部(12、13、112)固定到所述接收结构(3、300、39、3'、6)或所述浮空器(2、200、2'、2”)的一部分。
13.根据权利要求12所述的对接方法，其特征在于，所述方法还包括在将系泊缆绳(11、111)的第一端部(12、13、112)固定到接收结构(3、300、39、3'、6)或浮空器(2、200、2'、2”)之后缠绕系泊缆绳(11、111)的步骤，直到所述浮空器(2、200、2'、2”)的一部分基本上到达所述接收结构(3、300、39、3'、3”)的一部分。
14.根据权利要求13所述的方法，所述方法在根据权利要求11所述的对接系统中实施，其特征在于，执行缠绕系泊缆绳(11)的步骤，直到实现第一和第二机械连接器(40、41)的耦接。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的对接方法，其特征在于，所述方法还包括释放无人机(10；10.1、10.2、10.3；16)同时保持缆绳(11、110)的第一端部(12、112)固定到接收结构(3、3'、6)的步骤。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的对接方法，其特征在于，连续的步骤至少部分地由浮空器(2、200、2'、2”)控制。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的对接方法，其特征在于，连续的步骤至少部分地在地面进行控制。
18.根据权利要求12至17中任一项所述的对接方法，其特征在于，无人机(10；10.1、10.2、10.3；16)被编程使得在自动模式下从浮空器(2、200、2'、2”)到达接收结构(3、300、39、3'、6)或从接收结构(3、300、39、3'、6)到达浮空器(2、200、2'、2”)。
19.一种浮空器(2、200、2'、2”)，其配备有根据权利要求1至11中任一项所述的对接系统(1、110、1'、1”)。
20.一种用于接收浮空器(2、200、2'、2”)的结构(3、300、3'、6)，其配备有根据权利要求1至11中任一项所述的对接系统(1、110、1'、1”)。
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