CN110871904B - 搭载旋翼无人机的分离式运载系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种搭载旋翼无人机的分离式运载系统，该系统包括可分离的承载段和动力段；承载段用于承载旋翼无人机，动力段为运载系统的飞行提供前进动力和导航制导能力；具体来说，在所述承载段中安装有可容纳旋翼无人机套筒，当所述运载系统到达预定空域后，承载段和动力段分离，所述套筒将其内的旋翼无人机弹出，再通过承托板上移来使得旋翼无人机与套筒分离，从而可以使得旋翼无人机直接在预定空域开始工作，如拍照、探测、红外定位等，通过这种方式能够使得旋翼无人机可快速地、无能量消耗地抵达本来难以抵达的作业空域，大大提高了旋翼无人机的作业效率，拓展了作业能力，使得旋翼无人机具备执行更多任务的能力。

Description

搭载旋翼无人机的分离式运载系统

技术领域

本发明涉及无人机领域，尤其涉及一种搭载旋翼无人机的分离式运载系统。

背景技术

随着无人机技术的日益完善，越来越多的领域中引入了无人机，人们可以利用无人机方便快捷地完成一些看似难以完成的任务；其中，旋翼无人机是无人机中一个较为重要的分支，旋翼无人机能够悬停，体积较小，能够执行定点拍摄等特殊作业，但是受到其自身的结构特性影响，现有的旋翼无人机也具有其特有的缺陷，比如由于采用螺旋桨动力，其飞行速度比翼型无人机慢，其飞行高度也会受到很大限制，不能快速攀升至较高的高度，难以满足特殊的任务要求，另外，由于体积和动力的问题，旋翼无人机所能携带的电池等能源比较有限，其工作半径较小，难以胜任远距离的侦察、观测任务。

由于上述原因，本发明人设计出一种能够与旋翼无人机配合的运载系统，通过该运载系统将旋翼无人机运送至特定位置，在将旋翼无人机从运载系统中弹出，从而解决上述问题。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种搭载旋翼无人机的分离式运载系统，该系统包括可分离的承载段和动力段；承载段中承载旋翼无人机，动力段为运载系统的飞行提供前进动力和导航制导能力；具体来说，所述承载段设置在所述动力段的前端，在所述承载段中安装有可容纳旋翼无人机套筒，当所述运载系统到达预定空域后，承载段和动力段分离，所述套筒将其内的旋翼无人机弹出，再通过承托板上移来使得旋翼无人机与套筒分离，从而可以使得旋翼无人机直接在预定空域开始工作，如拍照、探测、红外定位等，通过这种方式能够使得旋翼无人机可快速地、无能量消耗地抵达本来难以抵达的作业空域，大大提高了旋翼无人机的作业效率，拓展了作业能力，使得旋翼无人机具备执行更多任务的能力，从而完成本发明。

具体来说，本发明的目的在于提供一种搭载旋翼无人机的分离式运载系统，

该系统包括可分离的承载段1和动力段2。

其中，所述承载段1设置在所述动力段2的前端，

在所述承载段1中安装有可容纳旋翼无人机3套筒4，

当所述运载系统到达预定空域后，承载段1和动力段2分离，所述套筒4将其内的旋翼无人机3弹出。

其中，在所述套筒4中设置有弹射部5，

所述旋翼无人机3折叠收纳后固定在弹射部5上，并位于套筒4内部，

所述弹射部5能够从套筒4的底部弹射至套筒4的顶部，进而将旋翼无人机3从所述套筒4中弹出。

其中，所述套筒4设置在承载段1的尾部，与动力段2相连，

当所述承载段1和动力段2分离后，所述套筒4的开口端裸露在外，其内的旋翼无人机可从套筒4中直接弹出至运载系统之外。

其中，所述弹射部5包括位于底部的底座51和位于底座51上方的支撑筒52，在所述支撑筒52内部设置有承托板53；

通过所述底座51与套筒4配合将底座51弹射至套筒4的顶部，

通过所述支撑筒52禁锢旋翼无人机3，

通过所述承托板53推动旋翼无人机3，使得旋翼无人机3与支撑筒52脱离。

其中，所述承托板33能够在支撑筒32内部，沿着所述支撑筒32的轴线方向向外移动，从而将位于支撑筒32内部的旋翼无人机2推出至支撑筒32外。

其中，所述旋翼无人机包括机架31和旋臂32；

该旋翼无人机在其旋臂32相对于机架31向下弯折时，其旋臂32底端能够嵌入到支撑筒52内，从而被禁锢在支撑筒52上，

当旋翼无人机从所述支撑筒52中脱离时，所述无人机的旋臂32自动回弹至水平位置，并启动工作。

其中，该旋翼无人机还包括设置在机架31正下方的连接盘33；

通过所述连接盘13在竖直方向上的往复移动来控制旋臂12向下弯折或者回弹至水平位置。

其中，在动力段2的顶部，即与承载段1相接触的一端设置有弹性垫21；

在承载段1与动力段2未分离的情况下，所述弹性垫21与位于套筒4内部的旋翼无人机3抵接，从而将旋翼无人机3固定在套筒4中。

其中，该系统搭载并弹射旋翼无人机的方法包括如下步骤：

步骤1，将旋翼无人机3禁锢在套筒4内的弹射部5上，并将承载段1与动力段2固接为一体；

步骤2，运载系统飞行至预定空域时承载段1与动力段2分离；

步骤3，弹射部5从套筒4的底部弹射至套筒4的顶部；

步骤4，承托板53向上移动将旋翼无人机3从支撑筒52中推出，进而使得旋翼无人机3在运载系统外部与支撑筒52脱离，旋翼无人机的旋臂32回弹至水平位置，并启动工作。

本发明所具有的有益效果包括：

(1)根据本发明提供的搭载旋翼无人机的分离式运载系统中承载段和动力段可分离，从而快速地为旋翼无人机出舱打开通路，并且在两段分离的端面上还可以设置降落伞弹射装置，以便于分别回收承载段和动力段；

(2)根据本发明提供的搭载旋翼无人机的分离式运载系统能够将旋翼无人机运送至指定区域，具备快速抵达远距离作业地点的能力，工作效率高，能够执行对反应速度、开始时间有特殊要求的如火情侦察等任务；

(3)根据本发明提供的搭载旋翼无人机的分离式运载系统使得旋翼无人机在抵达作业地点前不消耗旋翼无人机上携带的能源，所以旋翼无人机的工作持续时间较长，能够执行远距离作业任务。

附图说明

图1示出根据本发明一种优选实施方式的搭载旋翼无人机的分离式运载系统整体结构示意图；

图2示出根据本发明一种优选实施方式的搭载旋翼无人机的分离式运载系统承载段和动力段分离，旋翼无人机向外弹出时的结构示意图；

图3示出根据本发明一种优选实施方式的搭载旋翼无人机的分离式运载系统中支撑筒截面图；

图4示出根据本发明一种优选实施方式的搭载旋翼无人机的分离式运载系统中旋翼无人机结构示意图。

附图标号说明：

1-承载段

2-动力段

21-弹性垫

3-旋翼无人机

31-机架

32-旋臂

321-光杆段

322-环形滑套

33-连接盘

34-连杆

35-驱动电机

36-螺旋桨

4-套筒

41-限位挡块

5-弹射部

51-底座

52-支撑筒

53-承托板

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

本发明所述的铰接是指具有足够强度，不易断开的连接关系，这种连接允许彼此连接的两者之间做相对转动；本发明中一般通过转轴或者合页实现所述铰接。

根据本发明提供的搭载旋翼无人机的分离式运载系统，如图1、图2中所示，该弹射装置包括该系统包括可分离的承载段1和动力段2。

其中，所述承载段1设置在所述动力段2的前端，

在所述承载段1中安装有可容纳旋翼无人机3套筒4，

当所述运载系统到达预定空域后，承载段1和动力段2分离，所述套筒4将其内的旋翼无人机3弹出。

在所述套筒4中设置有弹射部5，

所述旋翼无人机3折叠收纳后固定在弹射部5上，并位于套筒4内部，

所述弹射部5能够从套筒4的底部弹射至套筒4的顶部，进而将旋翼无人机3从所述套筒4中弹出。将所述套筒设置在运载系统侧部，当旋翼无人机3从所述套筒4中弹出后，旋翼无人机3整体即位于运载系统之外。在所述套筒4内侧，在靠近开口处设置有限位挡块41，用以防止弹射部5完全从套筒4中弹出。

在一个优选的实施方式中，所述运载系统在到达预定空域时放开对所述旋翼无人机的禁锢，使得旋翼无人机与运载系统脱离，此时无人机距离预定的工作区域的距离较小，能够快速抵达；从而使得从接收到任务指令和相关目标信息到无人机就位并开始工作这段准备及航行时间大幅缩短，实现旋翼无人机的快速反应、快速机动，能够用于处置突发的紧急任务。本发明中放开对所述旋翼无人机的禁锢的方式为运载系统分离，即承载段1和动力段2分离。

本发明所述的运载系统类似于火箭或火箭弹，其飞行原理与火箭类似，是通过火箭发动机喷射工质产生的反作用力向前推进的飞行器；其发射方式与火箭弹类似，所述火箭弹是由火箭筒或者火箭炮发射出的弹药，其中弹药的战斗部需替换为本发明中所述旋翼无人机或者套筒。

优选地，所述套筒4设置在承载段1的尾部，与动力段2相连；在运载系统中可以设置多个所述套筒4，该多个套筒需要并排设置，都与动力段2相连；

当所述承载段1和动力段2分离后，所述套筒4的开口端裸露在外，所述套筒4的顶部/开口端处再无遮挡，其内的旋翼无人机可以自由弹出，即直接弹出至运载系统之外。

本发明中，通过所述底座51与套筒4配合将底座3弹射至套筒4的顶部，所述套筒4和底座3之间可以通过任选的多种方式进行弹射，如设置压缩弹簧作为动力进行弹射，设置弹性橡皮筋作为动力进行弹射，设置电磁铁，利用斥力或者引力进行弹射，还可以利用电磁感应线圈为动力进行弹射，可以根据具体的工作要求进行选择。

承载段1和动力段2在运载系统达到预定空域时开启，以便于弹射部5将旋翼无人机3从运载系统中弹出；所述承载段1和动力段2之间通过锁扣连接，优选地，二者之间还设置有密封圈，当到达预定空域后，控制所述锁扣解锁，承载段1和动力段2自然分离；优选地，在承载段1和动力段2之间设置有压缩弹簧等弹性设备，当所述扣解锁后，能够加速承载段1和动力段2之间的分离。

在一个优选的实施方式中，所述弹射部5包括位于底部的底座51和位于底座51上方的支撑筒52，在所述支撑筒52内部设置有承托板53；

通过所述底座本体31与套筒4配合将底座3弹射至套筒4的顶部，

通过所述支撑筒52禁锢旋翼无人机3，

通过所述承托板53推动旋翼无人机3，使得与旋翼无人机3与支撑筒52脱离。

具体来说，如图1和图3中所示，所述支撑筒52尺寸与所述旋翼无人机旋臂折叠后围成的类圆形结构的外径尺寸基本一致，使得该支撑筒52刚好能够嵌入到无人机旋臂与螺旋桨之间，进而使得旋臂32的端部抵接在支撑筒52的内圈壁面上，支撑筒52能够阻碍旋臂32旋转，进而阻碍旋臂32回弹至水平位置，从而实现对无人机的禁锢；所述支撑筒52的高度值为30-50mm，即支撑筒52的最高处与承托板53之间的距离为30-50mm，由于所述承托板53可以在竖直方向上移动，在计算该高度/距离时，所述承托板53处于可能的最低点。

当所述运载系统禁锢无人机时，所述承托板53位于旋臂32的下方，承托板53与旋臂之间的距离较小，一般小于10mm，且所述承托板53可以在竖直方向上移动，其移动行程至少为30-50mm，即随着承托板53的移动，承托板53能够将无人机的旋臂从承托座2中推出，由于承托板53的移动速度较高，无人机与承托座2脱离时，无人机具有一定的初始速度，能够继续沿着该方向移动一定距离。

所述承托板53可以通过电磁铁产生的斥力作为动力，也可以通过压缩弹簧作为动力，可以根据实际情况自行选择，能够实现上述往复移动并推动旋翼无人机的功能即可。

在一个优选的实施方式中，如图1、图2中所示，

所述锁扣机构在收到分离指令后，放开承载段1和动力段2之间的锁紧，使得承载段1和动力段2之间分离，从而裸露出承载段1中的套筒及旋翼无人机；

优选地，所述运载系统中还设置有控制模块，该控制模块用于向所述锁扣机构发送分离指令，该控制模块可以基于时间信息生成并发出分离指令，也可以基于探测到的状态信息生成并发出分离指令，还可以基于地面指令生成并发出分离指令；

其中，所述时间信息是指预装的在预定时间后生成并发出分离指令，一般在运载系统启动前，灌装该预定时间，如40s后生成并发出分离指令；

所述探测到的状态信息是指运载系统探测到的其自身的位置信息和速度信息，主要通过GPS接收模块、北斗接收模块等卫星定位模块探测、获知运载系统自身的位置信息和速度信息等相关信息，当探测到的状态信息满足预设条件时生成并发出分离指令，如到达800m高度附近时生成并发出分离指令，或者到达东经116.3度，北纬39.95度附近时生成并发出分离指令，或者竖直方向速度值为0时生成并发出分离指令等；

所述地面指令是指运载系统实时接收的由地面控制站发出的控制指令。

在一个优选的实施方式中，如图1、图2中所示，在所述动力段2的顶部即与承载段1相接触的一端设置有弹性垫21；所述弹性垫41由橡胶或者聚高分子材料制成，既具有一定的弹性，也能够承载一定的作用力。

在承载段1与动力段2未分离的情况下，所述弹性垫21与位于套筒4内部的旋翼无人机3抵接，从而将旋翼无人机3固定在套筒4中，防止旋翼无人机在运载系统中振动或者摆动。

在一个优选的实施方式中，如图4中所示，该旋翼无人机包括机架31和旋臂32；本发明所述的旋翼无人机是指四旋翼无人机、六旋翼无人机或者八旋翼无人机；

该无人机在其旋臂32相对于机架31向下弯折时被禁锢在运载系统内，优选地，其弯折角度在90度左右时才能够使得无人机被禁锢在运载系统内；本发明中最优选的弯折角度是95度。

当所述运载系统放开对所述无人机的禁锢时，所述无人机的旋臂32自动回弹至水平位置，并启动工作；具体来说，当所述旋臂32在弹力作用下自动回弹至水平位置，此时旋臂上的电机启动工作，带动螺旋桨旋转，使得无人机尽快在该空域悬停，与此同时，无人机上的其他相关设备也都启动工作，如导航系统、GPS定位系统等等，以使得无人机尽快确定所处方位，并移动至目标位置，开始执行预定的作业任务。

在一个优选的实施方式中，如图1和图4中所示，该无人机还包括设置在机架31正下方的连接盘33，

通过所述连接盘33在竖直方向上的往复移动来控制旋臂32向下弯折或者回弹至水平位置。当连接盘33向下移动时，带动旋臂32向下弯折，当连接盘33向上移动时，带动旋臂32回弹至水平位置；同样地，当旋臂32向下弯折时也可以带动连接盘33向下移动，当旋臂32回弹至水平位置时也可以带动连接盘33向上移动。

具体来说，优选地，在所述连接盘33上设置有连杆34，

所述连杆34一端与连接板3铰接，

所述连杆34的另一端与旋臂32连接。连杆34的数量与旋臂32的数量一致，彼此一一对应。

进一步优选地，所述旋臂32包括光杆段321，

在所述光杆段321上套设有环形滑套322，所述环形套筒122可以沿着光杆段321往复滑动，或者所述环形套筒122固定在所述光杆段321上；

所述连杆34与所述环形滑套322铰接，即所述连杆34通过环形滑套322与旋臂32铰接。

优选地，在所述连接板3和机架31上都设置有限位机构，使得旋臂只能在水平方向和向下弯折95度之间往复摆动。

优选地，在所述连接盘33和机架31之间设置有拉伸机构，

所述拉伸机构用于拉动连接盘33向上靠近机架31，进而带动旋臂32回弹至水平位置。所述拉伸机构包括竖直设置的弹簧，该弹簧一直处于拉伸状态；当旋臂32向下弯折时，该拉伸机构中存储有较大的弹性势能，使得旋臂32上具有回复至水平位置的趋势，当限制、禁锢旋臂32的外力消失时，在该拉伸机构的作用下所述旋臂32可以较大的加速度从静止开始加速旋转，从向下弯折状态回弹至水平位置。

进一步优选地，在连杆34一端与连接板3铰接和连杆34与所述环形滑套322铰接的两个铰接位置设置扭转弹簧，该扭转弹簧也是所述拉伸机构的一部分，通过所述扭转弹簧增加旋臂32从水平位置到弯折状态所需要克服的弹力，进而增加在旋臂322向下弯折时，该拉伸机构中存储的弹性势能；该扭转弹簧还能够使得连杆34及旋臂32上的受到多个方向的作用力，确保连杆34及旋臂32按照设定轨迹移动，进而增强该系统的可靠性，在预定空域中，放开对无人机的禁锢时，无人机的旋臂一定能够回弹至水平位置。

在一个优选的实施方式中，如图1、图4中所示，在所述旋臂32的端部设置有驱动电机35和螺旋桨36，驱动电机35用于控制螺旋桨36旋转，当所述无人机被禁锢到运载系统中时，所述驱动电机35的控制电路处于待机状态；在旋臂与机架连接处设置有感应开关，当旋臂回复至水平位置时触发所述感应开关，当所述感应开关被触发后所述驱动电机35的控制电路接通，驱动电机35启动工作。该感应开关可以是电磁感应开关，也可以是机械触点开关，可以任意设置，只要能够实现上述功能即可。

其中，旋臂32与螺旋桨36之间留有预定空隙，所述驱动电机35有一部分埋置在旋臂32中，另一部分裸露在外，在所述裸露在外部分的端部安装螺旋桨36。

优选地，所述旋臂32设置有多个，优选为4-8个，

当所述无人机被禁锢在运载系统内时，所述旋臂32对应的多个所述预定空隙呈圆形排布；运载系统通过该空隙禁锢所述无人机，即在该空隙内嵌入阻碍旋臂32回弹至水平位置的支撑筒52，在旋臂上弹力的作用下，无人机整体即被固定、禁锢在运载系统中。

本发明还提供搭载旋翼无人机的分离式运载系统搭载并弹射旋翼无人机的方法，该方法包括如下步骤：

步骤1，将旋翼无人机3禁锢在套筒4内的弹射部5上，并将承载段1与动力段2固接为一体；

步骤2，运载系统飞行至预定空域时承载段1与动力段2分离；

步骤3，弹射部5从套筒4的底部弹射至套筒4的顶部；

步骤4，承托板53向上移动将旋翼无人机3从支撑筒52中推出，进而使得旋翼无人机3在运载系统外部与支撑筒52脱离，旋翼无人机的旋臂32回弹至水平位置，并启动工作。

以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种搭载旋翼无人机的分离式运载系统，其特征在于，

该系统包括可分离的承载段(1)和动力段(2)；

所述承载段(1)设置在所述动力段(2)的前端，

在所述承载段(1)中安装有可容纳旋翼无人机(3)的套筒(4)，

当所述运载系统到达预定空域后，承载段(1)和动力段(2)分离，所述套筒(4)将其内部的旋翼无人机(3)弹出；

在所述套筒(4)中设置有弹射部(5)，

所述旋翼无人机(3)折叠收纳后固定在弹射部(5)上，并位于套筒(4)内部，

所述弹射部(5)能够从套筒(4)的底部弹射至套筒(4)的顶部，进而将旋翼无人机(3)从所述套筒(4)中弹出；在所述套筒(4)内侧，在靠近开口处设置有限位挡块(41)，用以防止弹射部(5)完全从套筒(4)中弹出；

所述套筒(4)设置在承载段(1)的尾部，与动力段(2)相连，

当所述承载段(1)和动力段(2)分离后，所述套筒(4)的开口端裸露在外，其内的旋翼无人机(3)可从套筒(4)中直接弹出至运载系统之外；所述承载段(1)和动力段(2)之间通过锁扣连接，二者之间还设置有密封圈，在承载段(1)和动力段(2)之间设置有弹性设备，当所述锁扣解锁后，能够加速承载段(1)和动力段(2)之间的分离；

所述弹射部(5)包括位于底部的底座(51)和位于底座(51)上方的支撑筒(52)，在所述支撑筒(52)内部设置有承托板(53)；

通过所述底座(51)与套筒(4)配合将底座(51)弹射至套筒(4)的顶部，

通过所述支撑筒(52)禁锢旋翼无人机(3)，

通过所述承托板(53)推动旋翼无人机(3)，使得旋翼无人机(3)与支撑筒(52)脱离；

所述承托板(33)能够在支撑筒(32)内部，沿着所述支撑筒(32)的轴线方向向外移动，从而将位于支撑筒(32)内部的旋翼无人机(2)推出至支撑筒(32)外。

2.根据权利要求1所述的运载系统，其特征在于，

所述旋翼无人机包括机架(31)和旋臂(32)；

该旋翼无人机在其旋臂(32)相对于机架(31)向下弯折时，其旋臂(32)底端能够嵌入到支撑筒(52)内，从而被禁锢在支撑筒(52)上，

当旋翼无人机(3)从所述支撑筒(52)中脱离时，所述无人机(3)的旋臂(32)自动回弹至水平位置，并启动工作。

3.根据权利要求2所述的运载系统，其特征在于，

该旋翼无人机(3)还包括设置在机架(31)正下方的连接盘(33)；

通过所述连接盘(13)在竖直方向上的往复移动来控制旋臂(12)向下弯折或者回弹至水平位置。

4.根据权利要求1所述的运载系统，其特征在于，

在动力段(2)的顶部，即与承载段(1)相接触的一端设置有弹性垫(21)；

在承载段(1)与动力段(2)未分离的情况下，所述弹性垫(21)与位于套筒(4)内部的旋翼无人机(3)抵接，从而将旋翼无人机(3)固定在套筒(4)中。

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