CN114044149A - 一种降落伞自动脱离系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空空投技术领域，公开了一种降落伞自动脱离系统及其控制方法，包括数据采集与控制模块、伺服电机模块、减速机、电机轴、套筒、力矩传动机构和脱离触发机构；数据采集与控制模块通过连接电路与伺服电机连接，伺服电机模块的输出端与减速机的输入端连接；减速机的输出端与电机轴相连，电机轴装上有套筒，套筒与力矩传动机构连接，套筒内有螺纹，电机轴上有螺纹，力矩传动机构另一端与脱离触发机构连接。本发明提出的降落伞自动脱离系统，可以根据预设的空中投放物体所处的高度和速度，使空中投放物体与脱离系统分开；本发明结构简单，操作简便，设备设计功耗低，准确度高，成本较低，具有较高的安全性和可靠性。

Description

一种降落伞自动脱离系统及其控制方法

技术领域

本发明属于航空空投技术领域，尤其涉及一种降落伞自动脱离系统及其控制方法。

背景技术

目前，在跳伞运动员进行训练、比赛和表演过程中，以及空投物资、回收飞行设备的情况下，需要佩戴降落伞，为了防止落地后，地面起风，降落伞未能即时脱离而被风吹起，带动人员或物资设备，使得人员或物资器械被拖拽，翻滚或撞击造成损伤，因此需要在落地后及时将降落伞脱离，为此本发明提出一种降落伞自动脱离系统及控制方法。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)目前降落伞脱离方法主要是利用火药驱动活动刀片切断降落伞主绳，或者试用发热丝熔断降落伞主绳，从而使降落伞脱离，这类脱离方法破坏了整体结构，无法简单重复利用，每次使用都需复杂的复原步骤。

(2)火药驱动装置的使用存在一定的安全隐患，熔断装置触发时间难以控制，存在安全隐患

(3)部分脱离装置的活动部件较多，故障率高。

解决以上问题及缺陷的难度为：如何确保装置使用后的完整性，如何提高安全性，如何简化降落伞脱离装置。

解决以上问题及缺陷的意义为：使降落伞脱离装置触发后结构完整，具有简单重复利用性；该脱离装置未使用危险物品，脱离触发机构触发时间做到瞬间触发，大大提高的安全性；该脱离装置结构简单紧凑，提高了装置的稳定性，降低了故障率。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种降落伞自动脱离系统及其控制方法。

本发明是这样实现的，一种降落伞自动脱离系统包括：数据采集与控制模块、伺服电机模块、减速机、电机轴、套筒、力矩传动机构和脱离触发机构。

优选地，所述数据采集与控制模块设有一个气压采集传感器与多个超声测距传感器，超声测距传感器在未收到测距命令前一直处于待机状态，当空投开始后，气压采集传感器开始工作，当达到预设气压值后唤醒超声测距传感器，通过气压采集传感器与超声测距传感器的多传感器数据融合，准确计算出空投物体的高度与速度，通过与设定的脱离高度与速度的比较，判断是否向伺服电机模块发送开伞指令；

优选地，所述伺服电机模块包括：内部设有电机控制电路与伺服电机，在收到开伞指令后控制电路控制伺服电机正转，达到设定圈数后，控制伺服电机反转直到设定圈数。伺服电机模块与数据采集与控制模块通过电路连接。

优选地，所述减速机通过齿轮-蜗杆传动调整合适的传动比；减速机的输入端与伺服电机的输出端连接。

优选地，所述电机轴与减速机的输出端连接，所述电机轴上装有套筒，所述套筒与力矩传动机构连接，所述套筒内有螺纹，电机轴上有螺纹，所述套筒内外均有螺纹，随着电机轴水平移动，移动时间小于2秒；

优选地，所述力矩传动机构包括：力矩传动机构由杠杆组成，动力臂和阻力臂之比为1：3；动力臂与套筒连接，阻力臂与脱离触发机构连接；

优选地，所述脱离触发机构由弹簧，卡扣和挂钩组成，弹簧与卡扣连接，挂钩通过钢丝绳与卡扣相连。

优选地，所述伺服电机能正转和反转，当伺服电机正转时，带动减速机的输出轴正转，输出轴与电机轴连接，带动电机轴正转，由于套筒与力矩传动机构连接，无法随着电机轴转动，在内部螺纹的作用下，与电机轴的外部螺纹相互作用，产生水平合力，随着电机轴正转做水平移动，向前推动力矩传动机构直到触发位，当伺服电机反转时，带动减速机的输出轴反转，输出轴与电机轴连接，带动电机轴反转，由于套筒与力矩传动机构连接，无法随着电机轴转动，在内部螺纹的作用下，与电机轴的外部螺纹相互作用，产生水平合力，随着电机轴正转做水平移动，向后拉动力矩传动机构直到起始位。

优选地，所述脱离触发机构和力矩传动机构通过卡扣连接，当力矩传动机构处于触发位时将释放卡扣，当力矩传动机构处于触起始位时可以卡住卡扣。

本发明的另一目的在于提供一种降落伞自动脱离系统的控制方法，所述降落伞自动脱离系统的控制方法包括：

(1)在货物投递前，数据采集与控制模块向伺服电机模块发送指令，伺服电机正转，带动减速机的输出轴正转，输出轴与电机轴连接，带动电机轴正转，由于套筒与力矩传动机构连接，无法随着电机轴转动，在内部螺纹的作用下，与电机轴的外部螺纹相互作用，产生水平合力，随着电机轴正转做水平移动，向前推动力矩传动机构直到触发位，2秒后伺服电机反转，拉动力矩传动机构直到起始位。

(2)当力矩传动机构处于触发位时，拉动脱离触发机构挂钩到指定位置，弹簧随之拉伸，等到力矩传动机构回到起始位，松开挂钩，卡扣被力矩传动机构卡住，弹簧保持拉伸状态，将挂钩挂在被投物体伞包指定位置上，完成组装。

(3)物体被投放后，数据采集与控制模块开始工作，当气压采集传感器检测到空投物体下降到设定高度阈值后，会将超声测距传感器唤醒，超声测距传感器唤醒后会开始测量高度，通过多传感器数据融合算法，计算出准确的高度结果，通过与预设的开伞高度阈值进行比较，当达到开伞高度阈值时，数据采集与控制模块向伺服电机模块发送脱离指令，伺服电机收到指令后控制伺服电机正转，带动减速机的输出轴正转，输出轴与电机轴连接，带动电机轴正转，由于套筒与力矩传动机构连接，无法随着电机轴转动，在内部螺纹的作用下，与电机轴的外部螺纹相互作用，产生水平合力，随着电机轴正转做水平移动，向前推动力矩传动机构直到力矩传动机构处于脱离位，卡扣脱离脱离触发机构，随后电机反转，带动减速机的输出轴反转，输出轴与电机轴连接，带动电机轴反转，由于套筒与力矩传动机构连接，无法随着电机轴转动，在内部螺纹的作用下，与电机轴的外部螺纹相互作用，产生水平合力，随着电机轴正转做水平移动，向后拉动力矩传动机构回到起始位。当力矩传动机构处于触发为时，卡扣与力矩传动机构脱离，脱离触发机构中弹簧回弹并带动挂钩，使被投递物与离脱离触发机构分开，完成一次物体脱离。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述的降落伞自动脱离系统的功能。

本发明的另一目的在于提供一种降落伞，所述降落伞搭载所述的降落伞自动脱离系统。

本发明的另一目的在于提供一种降落伞自动脱离系统在物资空投中的应用。

本发明的另一目的在于提供一种降落伞自动脱离系统在飞行设备回收中的应用。

本发明的另一目的在于提供一种降落伞，所述降落伞搭载任意一项所述的降落伞自动脱离系统。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：

本发明实施例提供的降落伞自动脱离系统，通过数据采集与控制模块分析被投物体当前所处的高度，速度。可通过程序设定降落伞自动脱离时被投物体所处的高度，速度。被投物体达到设定高度，在落地前提前脱离降落伞，可避免落地后被降落伞拖拉照成损伤，被投物体在速度降低到设定速度时，在落地前提前脱离降落伞可避免被风刮跑，偏离原定落点

本发明实施例提供的降落伞自动脱离系统，通过电子电路精密控制，具有高度、速度的双重判断条件，在数据分析与采集上采用多传感器数据融合算法，大大提高了计算结果的准确性，在电子电路设计上，采用低功耗的休眠设计，只有达到唤醒条件超声测距传感器才开始工作，整体结构设计上，活动部件少，内部无易耗部件，提高了系统的简单可重复利用性，降低了系统的故障率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的降落伞自动脱离系统的结构框图。

图中：1、数据采集与控制模块；2、伺服电机模块；3、减速机；4、套筒；5、电机轴；6、力矩传动机构；7、卡扣；8、脱离触发机构。

图2是本发明实施例提供的搭载图1降落伞自动脱离系统的物资空投装置实施示意图。

图2中：A、降落伞自动脱离系统；B、降落伞；C、降落伞伞包；D、脱离触发机构挂件；E、空投物体；F、超声测距传感器。

图3是本发明实施例提供的降落伞自动脱离系统的控制方法流程图。

图4是本发明实施例提供的降落伞自动脱离系统的硬件结构示意图。

图5是本发明实施例提供的降落伞自动脱离装置的结构简图。

图6是本发明实施例提供的当力矩传动机构处于触发位时，不同状态图。图6(a)等到力矩传动机构回到起始位示意图；图6(a)力矩传动机构松开挂钩图；图6(c)卡扣被力矩传动机构卡住，弹簧保持拉伸状态图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种降落伞自动脱离系统及其控制方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1、图4、图5、图6(图6(a)等到力矩传动机构回到起始位示意图；

图6(a)力矩传动机构松开挂钩图；图6(c)卡扣被力矩传动机构卡住，弹簧保持拉伸状态图)所示，本发明实施例中的降落伞自动脱离系统，包括：数据采集与控制模块1、伺服电机模块2、减速机3、套筒4、电机轴5、力矩传动机构6、卡扣7、脱离触发机构8。

本发明一优选实施例中，所述数据采集与控制模块1包括：内部设有一个气压采集传感器与多个超声测距传感器，超声测距传感器在未收到测距命令前一直处于待机状态，当空投开始后，气压采集传感器开始工作，当达到预设气压值后唤醒超声测距传感器，通过气压采集传感器与超声测距传感器的多传感器数据融合，准确计算出空投物体的高度与速度，通过与设定的脱离高度与速度的比较，判断是否向伺服电机模块发送开伞指令。

本发明一优选实施例中，所述伺服电机模块2包括：内部设有电机控制电路与伺服电机，在收到开伞指令后控制电路控制伺服电机正转，达到设定圈数后，控制伺服电机反转直到设定圈数。伺服电机模块与数据采集与控制模块通过电路连接。

本发明一优选实施例中，所述减速机3通过齿轮-蜗杆传动调整合适的传动比；减速机的输入端与伺服电机的输出端连接。

本发明一优选实施例中，所述套筒4包括：电机轴与减速机的输出端连接，所述电机轴上装有套筒，所述套筒与力矩传动机构连接，所述套筒内有螺纹，电机轴上有螺纹，所述套筒内外均有螺纹，随着电机轴水平移动，移动时间小于2秒；

本发明一优选实施例中，所述力矩传动机构6包括：力矩传动机构包括：力矩传动机构由杠杆组成，动力臂和阻力臂之比为1：3；动力臂与套筒连接，阻力臂与脱离触发机构连接；

本发明一优选实施例中，所述脱离触发机构8包括：脱离触发机构由弹簧，卡扣和挂钩组成，弹簧与卡扣连接，挂钩通过钢丝绳与卡扣7相连。

本发明一优选实施例中，所述电机轴可正转和反转：当伺服电机正转时，带动减速机的输出轴正转，输出轴与电机轴连接，带动电机轴正转，由于套筒与力矩传动机构连接，无法随着电机轴转动，在内部螺纹的作用下，与电机轴的外部螺纹相互作用，产生水平合力，随着电机轴正转做水平移动，向前推动力矩传动机构直到触发位，当伺服电机反转时，带动减速机的输出轴反转，输出轴与电机轴连接，带动电机轴反转，由于套筒与力矩传动机构连接，无法随着电机轴转动，在内部螺纹的作用下，与电机轴的外部螺纹相互作用，产生水平合力，随着电机轴正转做水平移动，向后拉动力矩传动机构直到起始位。

本发明一优选实施例中，所述脱离触发机构和力矩传动机构通过卡扣连接，当力矩传动机构处于触发位时将释放卡扣，当力矩传动机构处于触起始位时可以卡住卡扣。

下面结合降落伞自动脱离系统在物资空投具体应用例中应用作进一步描述。

如图2所示，物资空投装置包括：

降落伞B，降落伞B下端固定有降落伞伞包C；降落伞伞包C通过脱离触发机构挂件D连接降落伞自动脱离系统A；降落伞自动脱离系统A与空投物体E、F、超声测距传感器连接。

如图3所示，本发明实施例提供的降落伞自动脱离系统的控制方法，包括：

S101，在货物投递前，数据采集与控制模块向伺服电机模块发送指令，伺服电机正转，带动减速机的输出轴正转，输出轴与电机轴连接，带动电机轴正转，由于套筒与力矩传动机构连接，无法随着电机轴转动，在内部螺纹的作用下，与电机轴的外部螺纹相互作用，产生水平合力，随着电机轴正转做水平移动，向前推动力矩传动机构直到触发位，2秒后伺服电机反转，拉动力矩传动机构直到起始位。

S102，当力矩传动机构处于触发位时，拉动脱离触发机构挂钩到指定位置，弹簧随之拉伸，等到力矩传动机构回到起始位，松开挂钩，卡扣被力矩传动机构卡住，弹簧保持拉伸状态，将挂钩挂在被投物体伞包指定位置上，完成组装。

S103，物体被投放后，数据采集与控制模块通过气压采集传感器与加速度传感器检测分析被投物体所处的高度，速度与加速度等实时状态，通过预设程序对空投物体的实时状态进行分析，当被投物体达到脱离高度或者到达地面时，数据采集与控制模块向伺服电机模块发送脱离指令，伺服电机收到指令后控制伺服电机正转，电机轴伸长，向前推动力矩传动机构直到力矩传动机构处于脱离位，卡扣脱离脱离触发机构，随后电机反转，电机轴缩短，力矩传动机构回到起始位。当力矩传动机构处于触发为时，卡扣与力矩传动机构脱离，脱离触发机构中弹簧回弹并带动挂钩，使被投递物与离脱离触发机构分开，完成一次物体脱离。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种降落伞自动脱离系统，其特征在于，所述降落伞自动脱离系统包括：

数据采集与控制模块、伺服电机模块、减速机、电机轴、套筒、力矩传动机构和脱离触发机构；

所述数据采集与控制模块设有一个气压采集传感器与多个超声测距传感器，超声测距传感器在未收到测距命令前一直处于待机状态，当空投开始后，气压采集传感器开始工作，当达到预设气压值后唤醒超声测距传感器，通过气压采集传感器与超声测距传感器的多传感器数据融合，准确计算出空投物体的高度与速度，通过与设定的脱离高度与速度的比较，判断是否向伺服电机模块发送开伞指令；

所述伺服电机模块设有电机控制电路与伺服电机，在收到开伞指令后控制电路控制伺服电机正转，达到设定圈数后，控制伺服电机反转直到设定圈数。伺服电机模块与数据采集与控制模块通过电路连接；

所述减速机通过齿轮-蜗杆传动调整合适的传动比；减速机的输入端与伺服电机的输出端连接；

所述电机轴与减速机的输出端连接，所述电机轴上装有套筒，所述套筒与力矩传动机构连接，所述套筒内有螺纹，电机轴上有螺纹，所述套筒内外均有螺纹，随着电机轴水平移动，移动时间小于2秒；

所述力矩传动机构由杠杆组成，动力臂和阻力臂之比为1：3；动力臂与套筒连接，阻力臂与脱离触发机构连接；

所述脱离触发机构由弹簧，卡扣和挂钩组成，弹簧与卡扣连接，挂钩通过钢丝绳与卡扣相连。

2.如权利要求1所述的降落伞自动脱离系统，其特征在于，所述伺服电机能正转和反转，当伺服电机正转时，带动减速机的输出轴正转，输出轴与电机轴连接，带动电机轴正转，由于套筒与力矩传动机构连接，无法随着电机轴转动，在内部螺纹的作用下，与电机轴的外部螺纹相互作用，产生水平合力，随着电机轴正转做水平移动，向前推动力矩传动机构直到触发位，当伺服电机反转时，带动减速机的输出轴反转，输出轴与电机轴连接，带动电机轴反转，由于套筒与力矩传动机构连接，无法随着电机轴转动，在内部螺纹的作用下，与电机轴的外部螺纹相互作用，产生水平合力，随着电机轴正转做水平移动，向后拉动力矩传动机构直到起始位。

3.如权利要求1所述的降落伞自动脱离系统，其特征在于，所述脱离触发机构和力矩传动机构通过卡扣连接，当力矩传动机构处于触发位时将释放卡扣，当力矩传动机构处于触起始位时可以卡住卡扣。

4.一种如权利要求1～3任意一项所述降落伞自动脱离系统的控制方法，其特征在于，所述降落伞自动脱离系统的控制方法包括：

(1)在货物投递前，数据采集与控制模块向伺服电机模块发送指令，伺服电机正转，带动减速机的输出轴正转，输出轴与电机轴连接，带动电机轴正转，由于套筒与力矩传动机构连接，无法随着电机轴转动，在内部螺纹的作用下，与电机轴的外部螺纹相互作用，产生水平合力，随着电机轴正转做水平移动，向前推动力矩传动机构直到触发位，2秒后伺服电机反转，拉动力矩传动机构直到起始位；

(2)当力矩传动机构处于触发位时，拉动脱离触发机构挂钩到指定位置，弹簧随之拉伸，等到力矩传动机构回到起始位，松开挂钩，卡扣被力矩传动机构卡住，弹簧保持拉伸状态，将挂钩挂在被投物体伞包指定位置上，完成组装；

(3)物体被投放后，数据采集与控制模块开始工作，当气压采集传感器检测到空投物体下降到设定高度阈值后，会将超声测距传感器唤醒，超声测距传感器唤醒后会开始测量高度，通过多传感器数据融合算法，计算出准确的高度结果，通过与预设的开伞高度阈值进行比较，当达到开伞高度阈值时，数据采集与控制模块向伺服电机模块发送脱离指令，伺服电机收到指令后控制伺服电机正转，带动减速机的输出轴正转，输出轴与电机轴连接，带动电机轴正转，由于套筒与力矩传动机构连接，无法随着电机轴转动，在内部螺纹的作用下，与电机轴的外部螺纹相互作用，产生水平合力，随着电机轴正转做水平移动，向前推动力矩传动机构直到力矩传动机构处于脱离位，卡扣脱离脱离触发机构，随后电机反转，带动减速机的输出轴反转，输出轴与电机轴连接，带动电机轴反转，由于套筒与力矩传动机构连接，无法随着电机轴转动，在内部螺纹的作用下，与电机轴的外部螺纹相互作用，产生水平合力，随着电机轴正转做水平移动，向后拉动力矩传动机构回到起始位；当力矩传动机构处于触发为时，卡扣与力矩传动机构脱离，脱离触发机构中弹簧回弹并带动挂钩，使被投递物与离脱离触发机构分开，完成一次物体脱离。

5.一种如权利要求1～3任意一项所述的降落伞自动脱离系统在物资空投中的应用。

6.一种如权利要求1～3任意一项所述的降落伞自动脱离系统在在飞行设备回收中的应用。

7.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求4所述的降落伞自动脱离系统的控制方法。

8.一种降落伞，其特征在于，所述降落伞搭载权利要求1～3任意一项所述的降落伞自动脱离系统。

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