CN110435849A - 小型救援无人机 - Google Patents

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王呈贵
谢月强
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Abstract

本案涉及一种小型救援无人机，配合救援直升机或船只使用，包括无人机本体、充气装置、救生圈、救生圈收纳装置和线轴；救生圈收纳装置为底部具有收纳槽的环状容器；充气装置带有充气针；充气针设于救生圈收纳装置内侧顶部；救生圈折叠设于收纳槽内；救生圈包括救生圈圈体和气嘴，充气针插入气嘴中；线轴可转动的水平固定于救生圈收纳装置内圈上；线轴上带有牵引绳，牵引绳一端系于救生圈上；本发明的小型救援无人机以价格较低的小型或微型无人机为载体，大大降低了搜救成本，搜救视野广，搜寻范围大，优于在一定区域内大量投掷或抛洒救生设备的搜救方式；搜救人员无需深入险地进行搜救，提高了搜救人员的自身安全性。

Description

小型救援无人机
技术领域
本发明属于水上救援领域，具体涉及一种小型救援无人机。
背景技术
在海上、湖泊、水库、江河中和洪涝灾害等情况下遇险或被困时，需要对失踪或被困人员进行搜救，搜救设备包括冲锋舟、直升机、搜救艇、抛绳器、救生圈、救生衣等，而采用飞行设备进行高空搜救无疑是一种更高效的搜救方式，如采用直升机对救援目标进行直接搜救是一种十分直接快速的方法，但直升机造价昂贵、耗能巨大，会大大增加搜救成本，且少量的直升机难以完成大量的搜救工作，直升机从响应到到达搜救区域，再到实施搜救，这个过程也需要一定的时间，这有可能导致错过宝贵的搜救时间，降低救援目标生还的可能。
随着无人机的普及和不断发展，采用无人机搜寻救援目标、投放救生设备正越来越多的被应用；而采用无人机对救援目标进行直接施救由于需要无人机提供足够的抬升力或拉力，一般的微型无人机或小型无人机根本无法实现，而配备大型无人机又需要付出高昂的成本。
人的水中移动时阻力较大，且往往面临浪、风、水流等不利局面，微型或小型无人机没有足够的动力将人在水中拖动移行至目标区域，即便采用具有一定拉力（如具有20kg以上抬升力的较大型无人机）进行直接救援，将救援目标在水中拖行至安全区域，由于落水或被困人员往往慌乱，很可能会在被救后大力拖拽无人机释放的救生圈或牵引绳，造成救援无人机失控而坠毁。
申请号为CN201520840252.5的实用新型专利公开了一种用于洪水灾害中救援受灾人员的专业洪灾救援无人机，其通过无人机数次往返将救援绳、救援设备分别带到待救援目标处，并通过待救人员拽拉绑有标志旗的拽拉线的一端获取救援设备，保证救援工作顺利快速的进行，最后通过救援绳将被救人员救起，这种救援无人机适用于救援距离短、救援目标已知的救援情况，施救范围较小，须2次或以上的往返，耗时较长，且须精准控制绑有标志旗的拽拉线能送到被救人员手中，拽拉线、救援设备与救援无人机的分离均需被救人员拉动，此过程有可能出现意外导致无人机坠落或伤及被救人员。
申请号为CN201420509051.2的实用新型专利公开了一种无人机空中救生器，其通过弹射器弹射搭载有二氧化碳气罐的救生圈来进行施救，可发射多个救生圈，如被救人员无法移动去拾取救生圈，则难以达到理想的救生效果，被救人员在拿到救生圈后有可能因短时间内无法学会释放二氧化碳气罐内气体完成充气而耽误救援时间，被救人员获救后还需等待进一步救援。
因此有必要提供一种能在发现救援目标后快速进行施救，提高救援效率和成功率的救援无人机。
发明内容
本发明的目的是提供一种能在发现救援目标后快速进行施救，提高救援效率和成功率的救援无人机。
本发明的另一个目的是提供一种生产成本低、能耗小、整机重量轻、飞行时间长的小型救援无人机。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种小型救援无人机，配合救援直升机或船只使用，包括：带摄像功能的无人机本体、充气装置、救生圈、救生圈收纳装置和线轴；
所述救生圈收纳装置设于无人机本体底部，救生圈收纳装置为底部具有收纳槽的环状容器；
所述充气装置设于无人机本体底部中心，充气装置带有充气针；充气针设于救生圈收纳装置内侧顶部；
所述救生圈为非充气状态，救生圈折叠成与收纳槽相适应的形状并设于收纳槽内；救生圈包括救生圈圈体和气嘴，气嘴包括气嘴本体和一弹性横膈膜，气嘴本体为隔膜型气嘴，弹性横膈膜贴气嘴本体内的隔膜上侧而设置，弹性横膈膜边缘与气嘴本体密封连接；弹性横膈膜上设有一大小与充气针直径相适应的偏心孔；所述充气针插入气嘴中以便随时对救生圈进行充气；
所述线轴可转动的水平固定于救生圈收纳装置内圈上；线轴内设有阻尼片，阻尼片在线轴转动时提供稳定阻力；线轴上带有牵引绳，牵引绳一端系于救生圈上。
优选的是，所述偏心孔边缘加厚，偏心孔中心与气嘴轴线的垂直距离不小于偏心孔的半径。
优选的是，所述充气针先穿过偏心孔再插入到气嘴本体中。
优选的是，所述收纳槽的深度大于充气针的长度，收纳槽下缘低于充气针下缘。
优选的是，所述收纳槽的宽度小于充气状态下的救生圈圈体宽度。
优选的是，所述牵引绳分为相连的折叠段和缠绕段，所述缠绕段缠绕于线轴上，折叠段不缠绕在线轴上；所述救生圈侧边上设有拉环，折叠段末端系在拉环上，在救生圈脱离救生圈收纳装置后折叠段首先随救生圈释放；所述折叠段长20-40m，折叠段与救生圈一起设于收纳槽内。
优选的是，所述牵引绳为直径不超3.5mm的高强度纤维，牵引绳长度不小于200m。
一种小型救援无人机的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）救援直升机或船只在搜索空域释放小型救援无人机，小型救援无人机在人工控制下搜索或自动在该水域搜索；
2）发现救援目标后，小型救援无人机向其靠近，同时对救生圈进行充气，救生圈充满气后自动脱落，在重力作用下落在救援目标附近；
3）如救援目标未能抓住救生圈，根据救生圈与救援目标的相对位置，小型救援无人机拉动救生圈向救援目标进一步靠近；
4）救援目标抓住救生圈后，小型救援无人机边释放牵引绳边向救援直升机或船只靠近并降落，救援直升机或船只上的救援人员通过牵引绳将救援目标拉回救起。
优选的是，所述小型救援无人机的施救范围受限于牵引绳长度。
优选的是，所述阻尼片对线轴的阻力使小型救援无人机可拖着落在水面上的救生圈向救援目标靠近时，线轴不会发生明显转动；救援目标抓住救生圈后，此时拉动救生圈和救援目标所需的拉力远大于阻尼片对线轴的阻力，小型救援无人机向救援直升机或船只靠近时，线轴开始转动并释放牵引绳。
本发明的小型救援无人机，具有以下优点：
1.以价格较低的小型或微型无人机为载体，大大降低了搜救成本，能快速进行强而有效的施救，尤其适用于海面、湖面等广阔水域的搜救，可胜任救援船只无法靠近、恶劣地形或天气下的搜救工作，大大提高救援效率。
2.无人机携带救生圈在高空进行搜救，搜救视野广，搜寻范围大，一旦发现搜救目标，立刻靠近并释放充气的救生圈，如救生圈未能被搜救目标抓住，则拖动救生圈向搜救目标靠近，直至搜救目标抓住救生圈，这大大提高了搜救成功率，相较于在一定区域内大量投掷或抛洒救生设备，更为高效精准。
3.搜救目标抓住救生圈后，无人机将牵引绳拖向救援船只或直升机，救援船只或直升机上的搜救人员再将救援目标救起，搜救人员无需深入险地进行搜救，提高了搜救人员的自身安全性，大大降低了搜救人员的工作量，提高了搜救效率。
4.无人机将牵引绳拖向救援船只或直升机时，线轴上的阻尼片为无人机的飞行提供小且稳定的阻力，这不仅有助于牵引绳保持较为紧绷的状态匀速释放，最大限度的利用牵引绳的长度，且由于该较为恒定阻力的存在，无人机可保持较为稳定的飞行姿态，在遭遇横风等情况时也不会轻易失控。
5.由于成本较低，救援船只或直升机可同时释放多个无人机在附近进行拉网式搜索，提高了搜救效率
6.只携带单只救生圈，且无人机所携带的充气装置、救生圈、救生圈收纳装置和线轴均可轻量化，充气装置、救生圈、救生圈收纳装置和线轴的总重量可控制在数千克内，通过缩小无人机的载重量来提升无人机的飞行时间增加搜救范围。
7.救生圈在充气后自行从救生圈收纳装置上脱落，无需弹射或抛掷设备，降低了整机重量。
8.充气针长期插入在救生圈的气嘴中，容易导致救生圈的气嘴发生形变而漏气，通过在普通气嘴的隔膜上部贴设一具有偏心孔的弹性横膈膜，充气针从气嘴中拔出后，偏心孔位移，弹性横膈膜将气嘴的隔膜裂缝封住，起到二次密封的作用，有效起到防止漏气的作用。
附图说明
图1为一种小型救援无人机的结构示意图。
图2为图1中一种小型救援无人机（不显示无人机本体）的结构示意图。
图3为图1中局部A的结构示意图。
图4为拔掉充气针后局部A的结构示意图。
图5为一种小型救援无人机（不显示无人机本体）的底部结构示意图。
图中标号为：1-无人机本体，2-充气装置，210-充气针，3-救生圈，310-气嘴，311-气嘴本体，312-弹性横膈膜，313-隔膜，314-偏心孔，320-拉环，4-救生圈收纳装置，401-收纳槽，402-弹性挡片，5-线轴，510-阻尼片，520-牵引绳，521-折叠段，522-缠绕段。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”，“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1
如图1所示，一种小型救援无人机，配合救援直升机或船只使用，包括：带摄像功能的无人机本体1、充气装置2、救生圈3、救生圈收纳装置4和线轴5；
所述救生圈收纳装置设于无人机本体底部，救生圈收纳装置4为底部具有收纳槽401的环状容器；救生圈收纳装置可配有盖子，在使用时提前将盖子去掉以便于救生圈的释放；收纳槽的底部设置弹性挡片402，以阻止未充气的救生圈从收纳槽内掉出。
所述充气装置2设于无人机本体底部中心，充气装置带有充气针210；充气针设于救生圈收纳装置内侧顶部；充气针可从外侧穿过救生圈收纳装置而固定，充气针设于救生圈收纳装置内侧顶部是为了方便充气时充气针与气嘴分离；
所述救生圈为非充气状态，救生圈折叠成与收纳槽相适应的形状并设于收纳槽内；救生圈3包括救生圈圈体和气嘴310，气嘴包括气嘴本体311和一弹性横膈膜312，气嘴本体为隔膜型气嘴，弹性横膈膜贴气嘴本体内的隔膜313上侧而设置，弹性横膈膜边缘与气嘴本体密封连接；弹性横膈膜上设有一大小与充气针直径相适应的偏心孔314；所述充气针插入气嘴中以便随时对救生圈进行充气；所述充气针先穿过偏心孔再插入到气嘴本体中。充气针长期插入在救生圈的气嘴中，容易导致救生圈的气嘴发生形变而漏气，通过在普通气嘴的隔膜上部贴设一具有偏心孔的弹性横膈膜，充气针与气嘴分离后，偏心孔位移回到偏心原位，弹性横膈膜其余部分将气嘴的隔膜裂缝封住，起到二次密封的作用，有效起到防止漏气的作用。
所述线轴5可转动的水平固定于救生圈收纳装置内圈上；线轴内设有阻尼片510，阻尼片在线轴转动时提供稳定阻力；线轴上带有牵引绳520，牵引绳一端系于救生圈上。阻尼片的设置，使救援绳不至于过快的失控释放，为无人机的飞行提供小且稳定的阻力，这不仅有助于牵引绳保持较为紧绷的状态匀速释放，最大限度的利用牵引绳的长度，且由于该较为恒定阻力的存在，无人机可保持较为稳定的飞行姿态，在遭遇横风等情况时也不会轻易失控。
所述偏心孔314边缘加厚，偏心孔中心与气嘴轴线的垂直距离不小于偏心孔的半径。偏心孔边缘加厚可防止破损，偏心孔中心与气嘴轴线的垂直距离不小于偏心孔的半径使偏心孔具有足够的偏离度，使弹性横膈膜的其余部分能有效将气嘴的隔膜裂缝封住，起到二次密封的作用。
所述收纳槽的深度大于充气针的长度，收纳槽下缘低于充气针下缘。所述收纳槽的宽度小于充气状态下的救生圈圈体宽度。充气后，鼓胀的救生圈体积增大从收纳槽内脱出，对收纳槽下缘产生压力，迫使充气针逐渐退出气嘴，在充气到一定程度后，充气针与气嘴完全分离，在救生圈自重和风阻等影响下，救生圈与无人机本体分离并下落。
所述牵引绳520分为相连的折叠段521和缠绕段522，所述缠绕段缠绕于线轴上，折叠段不缠绕在线轴上；所述救生圈侧边上设有拉环320，折叠段末端系在拉环上，在救生圈脱离救生圈收纳装置后折叠段首先随救生圈释放；所述折叠段长20-40m或更长，救生圈释放时，无人机离水面高度不应过大；折叠段与救生圈一起设于收纳槽内。救生圈与无人机本体分离并下落后，如果没有折叠段的存在，线轴阻尼会开始发挥作用，阻止救生圈顺利下落，降低救援效率；有了折叠段，救生圈就可在其长度范围内自由下落，使救生圈能快速落在救援目标附近；
所述牵引绳为直径不超3.5mm的高强度纤维（如2.0mm的杜邦丝），以便在救援直升机或船只上的工作人员能发挥出足够的拉力而牵引绳不至于断裂；
牵引绳长度不小于200m，牵引绳越长，搜救范围越大。
实施例2
一种小型救援无人机的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）救援直升机或船只在搜索空域释放小型救援无人机，小型救援无人机在人工控制下搜索或自动在该水域搜索；
2）发现救援目标后，小型救援无人机向其靠近，同时对救生圈进行充气，救生圈充满气后自动脱落，在重力作用下落在救援目标附近；充气装置可以是气泵或带电控阀门的小型压缩气瓶，在发现救援目标后，无人机控制充气装置向救生圈充气，释放救生圈。
3）如救援目标未能抓住救生圈，根据救生圈与救援目标的相对位置，小型救援无人机拉动救生圈向救援目标进一步靠近；
4）救援目标抓住救生圈后，小型救援无人机边释放牵引绳边向救援直升机或船只靠近并降落，救援直升机或船只上的救援人员通过牵引绳将救援目标拉回救起。通过无人机在救援目标和救援直升机或船只之间牵线搭桥，可快速安全的实施救援。
所述小型救援无人机的施救范围受限于牵引绳长度。搜索时，无人机可以救援直升机或船只为中心进行曲线搜索。
所述阻尼片对线轴的阻力使小型救援无人机可拖着落在水面上的救生圈向救援目标靠近时，线轴不会发生明显转动；这就使得无人机能拖着救生圈较快的向救援目标靠近；
救援目标抓住救生圈后，此时拉动救生圈和救援目标所需的拉力远大于阻尼片对线轴的阻力，小型救援无人机向救援直升机或船只靠近时，线轴开始转动并释放牵引绳。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (10)

1.一种小型救援无人机，配合救援直升机或船只使用，其特征在于，包括：带摄像功能的无人机本体、充气装置、救生圈、救生圈收纳装置和线轴；
所述救生圈收纳装置设于无人机本体底部，救生圈收纳装置为底部具有收纳槽的环状容器；
所述充气装置设于无人机本体底部中心，充气装置带有充气针；充气针设于救生圈收纳装置内侧顶部；
所述救生圈为非充气状态，救生圈折叠成与收纳槽相适应的形状并设于收纳槽内；救生圈包括救生圈圈体和气嘴，气嘴包括气嘴本体和一弹性横膈膜，气嘴本体为隔膜型气嘴，弹性横膈膜贴气嘴本体内的隔膜上侧而设置，弹性横膈膜边缘与气嘴本体密封连接；弹性横膈膜上设有一大小与充气针直径相适应的偏心孔；所述充气针插入气嘴中以便随时对救生圈进行充气；
所述线轴可转动的水平固定于救生圈收纳装置内圈上；线轴内设有阻尼片，阻尼片在线轴转动时提供稳定阻力；线轴上带有牵引绳，牵引绳一端系于救生圈上。
2.如权利要求1所述的小型救援无人机，其特征在于，所述偏心孔边缘加厚，偏心孔中心与气嘴轴线的垂直距离不小于偏心孔的半径。
3.如权利要求2所述的小型救援无人机，其特征在于，所述充气针先穿过偏心孔再插入到气嘴本体中。
4.如权利要求3所述的小型救援无人机，其特征在于，所述收纳槽的深度大于充气针的长度，收纳槽下缘低于充气针下缘。
5.如权利要求4所述的小型救援无人机，其特征在于，所述收纳槽的宽度小于充气状态下的救生圈圈体宽度。
6.如权利要求1所述的小型救援无人机，其特征在于，所述牵引绳分为相连的折叠段和缠绕段，所述缠绕段缠绕于线轴上，折叠段不缠绕在线轴上；所述救生圈侧边上设有拉环，折叠段末端系在拉环上，在救生圈脱离救生圈收纳装置后折叠段首先随救生圈释放；所述折叠段长20-40m，折叠段与救生圈一起设于收纳槽内。
7.如权利要求6所述的小型救援无人机，其特征在于，所述牵引绳为直径不超3.5mm的高强度纤维，牵引绳长度不小于200m。
8.一种权利要求1所述的小型救援无人机的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）救援直升机或船只在搜索空域释放小型救援无人机，小型救援无人机在人工控制下搜索或自动在该水域搜索；
2）发现救援目标后，小型救援无人机向其靠近，同时对救生圈进行充气，救生圈充满气后自动脱落，在重力作用下落在救援目标附近；
3）如救援目标未能抓住救生圈，根据救生圈与救援目标的相对位置，小型救援无人机拉动救生圈向救援目标进一步靠近；
4）救援目标抓住救生圈后，小型救援无人机边释放牵引绳边向救援直升机或船只靠近并降落，救援直升机或船只上的救援人员通过牵引绳将救援目标拉回救起。
9.如权利要求8所述的小型救援无人机的使用方法，其特征在于，所述小型救援无人机的施救范围受限于牵引绳长度。
10.权利要求9所述的小型救援无人机的使用方法，其特征在于，所述阻尼片对线轴的阻力使小型救援无人机可拖着落在水面上的救生圈向救援目标靠近时，线轴不会发生明显转动；救援目标抓住救生圈后，此时拉动救生圈和救援目标所需的拉力远大于阻尼片对线轴的阻力，小型救援无人机向救援直升机或船只靠近时，线轴开始转动并释放牵引绳。
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