CN114954789B - 一种基于旋翼无人机的可快速布放和回收浮标装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种基于旋翼无人机的可快速布放和回收浮标装置，属于海洋监测设备技术领域；包括浮标布放系统和浮标本体，所述浮标布放系统包括旋翼无人机以及搭载于其上的无动力释放抓取模块；通过所述旋翼无人机接收布放或抓取的指令，根据指令旋翼无人机航行至指定位置；通过所述无动力释放抓取模块执行对浮标本体的释放和抓取动作；所述浮标本体内设置有增稳模块，通过所述增稳模块能够自适应调节浮标本体在水域中漂浮以及被抓取时对接的稳定性。本发明通过旋翼无人机系统执行浮标装置的抓取、释放动作，采用机械增稳模块和无动力释放、抓取模块相结合，实现了旋翼无人机对浮标装置的快速布放和回收，以达到改变浮标装置当前坐标位置的效果。

Description

一种基于旋翼无人机的可快速布放和回收浮标装置

技术领域

本发明属于海洋监测设备技术领域，具体涉及一种基于旋翼无人机的可快速布放和回收浮标装置。

背景技术

我国水域面积广阔，使用水上探测浮标可以对特定范围水域进行专业探测，从而为水上资源的探测、开发提供帮助。根据工作目标的不同，目前浮标按类型可分为海洋气象观测浮标、通信浮标、声呐浮标以及航路指示浮标等，其中按照大小可分为大型(最大直径通常约10米及以上)、中型(最大直径通常约1至10米)和小型浮标(最大直径通常约1米及以下)。

浮标的布放和回收是浮标工作中比较重要的一个环节，传统的大中型浮标大多都需要通过船只进行布放、回收和维护，人工成本较大、耗时较多；传统的小型浮标(如主动声呐、被动声呐等小型探测浮标)一般进行人工布放、回收或通过飞机进行投放，也存在较高的成本，有些通过飞机投放的小浮标甚至难以回收；对于携带水中推进器的小型水面动力浮标，虽然可以自行地在水中移动，但其运动速度、轨迹等受水流、水浪、水风以及水域环境等因素的影响较大，难以保证投放、回收的时效性，且因为动力续航的原因动力浮标的投放距离也受到限制。大中型浮标常常承担着科考等任务，探测周期相对较长、维护频率相对较低、抗风浪能力较强，且自身所携带的储能单元和太阳能发电能够维持较长时间的使用；小型浮标往往是有短期目的的探测或监测，体积较小(最大直径1-2m)、受水上环境的影响较大、储能受体积制约相对有限，另外受浮标姿态和水域环境的影响小型浮标的天线经常会低于水面，通信信号难保稳定、浮标稳定抓取比较困难，只能采取打捞的方式。综上所述，对于小型浮标而言，如何更稳定可靠的布放回收、如何保持通信信号的稳定连接，成为了一个急需解决的问题。

目前尚未有关于针对使用工业级小型无人机(通常最大直径1至2米)携带对接机构来从空中抓取和释放浮标的成熟应用报道。虽然当前浮标技术已经较为成熟，但是目前国内外对于小型水上浮标还处于传统布放和回收阶段。如美国、英国研制的SSQ系列声呐浮标、法国研制的TSM系列声呐浮标，荷兰Datawell公司、加拿大AXYS公司研制的波浪浮标、国内研制的SZF型、OSB系列波浪浮标。上述几种浮标通常通过飞机或者母船人工进行投放，寻找、维护、回收成本较高，难以实现大面积水域、大规模、快速的协同作业。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种基于旋翼无人机的可快速布放和回收浮标装置，通过旋翼无人机系统执行浮标装置的抓取、释放动作，采用机械增稳模块和无动力释放、抓取模块相结合，实现了旋翼无人机对浮标装置的快速布放和回收，以达到改变浮标装置当前坐标位置的效果。其中通过旋翼无人机系统执行浮标装置的抓取、释放动作，增加了浮标装置回收布放的灵活性、快速性；同时通过使用机械增稳模块增加了旋翼无人机抓取、对接时的稳定性，以及维持浮标通信、控制天线的稳定性。为水上探测提供一种快速、轻型、稳定的浮标装置。

本发明的技术方案是：一种基于旋翼无人机的可快速布放和回收浮标装置，包括浮标布放系统和浮标本体，所述浮标布放系统包括旋翼无人机以及搭载于其上的无动力释放抓取模块；

通过所述旋翼无人机接收布放或抓取的指令，根据指令旋翼无人机航行至指定位置；

通过所述无动力释放抓取模块执行对浮标本体的释放和抓取动作；

所述浮标本体内设置有增稳模块，通过所述增稳模块能够自适应调节浮标本体在水域中漂浮以及被抓取时对接的稳定性。

本发明的进一步技术方案是：所述浮标本体包括浮标外壳、增稳模块和水密舱体；所述浮标外壳为顶端开口的球形壳体，作为增稳模块和水密舱体的载体；

所述增稳模块设置于浮标外壳内，包括增稳底板、增稳滑轮、伞状竖杆；所述增稳底板为对称结构，通过沿周向设置的多个增稳滑轮与浮标外壳内周壁滑动连接；所述伞状竖杆垂直固定于增稳底板的上端面中部，通过增稳底板与浮标外壳的滑动连接，使得所述伞状竖杆能够自适应调节始终保持竖直方向，不因外界扰动而产生倾斜或侧翻；所述伞状竖杆的头部为伞状结构，头部上端面开有中心孔，所述中心孔内安装有伞状竖杆伸缩台；所述伞状竖杆伸缩台由内部驱动部件控制，沿伞状竖杆的轴向位移；伞状竖杆内设置有浮标的天线和无线收发模块，通过增稳模块的自适应调节使得通讯天线始终保持于水面上，保证了探测信号的连续性以及旋翼无人机抓取时的稳定性；

所述增稳模块的外周与浮标外壳之间设置有水密件，所述水密件为弹性伸缩结构，用于球形壳体内的防水密封；

所述水密舱体安装于浮标外壳的底部，用于搭载探测设备。

本发明的进一步技术方案是：所述增稳底板的上端面设置有二维码板、太阳能板、增稳底板定位灯，并做密封处理；所述旋翼无人机通过二维码板或增稳底板定位灯对浮标进行识别；所述太阳能板将太阳能转化为电能，为浮标装置供电；

多个所述增稳底板定位灯沿周向设置于增稳底板上，作为信标指引和光线补充。

本发明的进一步技术方案是：所述水密件为波纹套管，其两端分别通过环形上固定件、下固定件与浮标外壳顶端开口、增稳底板外周面密封连接，在保证密封的同时不限制所述增稳底板的相对滑动；

所述上固定件通过环形挡板安装于浮标外壳顶端开口的内端，其外周面为带有45°锥角的锥面，用于对所述增稳底板转动角度的限位，使得增稳底板和水平面夹角在+45°到-45°之间；

所述下固定件套装于增稳底板的上端外周面。

本发明的进一步技术方案是：所述浮标外壳底部为内凹圆台结构，内凹圆台结构作为水密舱体的上部，其外周面为带有45°锥角的锥面，用于对所述增稳底板转动角度的限位，使得增稳底板和水平面夹角在+45°到-45°之间；

所述内凹圆台结构的外顶面密封安装有上部舱盖，所述上部舱盖安装有线缆接插件，用于穿过安装于增稳模块内设备的线缆，与水密舱体内设备连接。

本发明的进一步技术方案是：所述水密舱体还包括中部舱盖和下部舱盖，作为透水舱段；所述中部舱盖密封安装于浮标外壳底部，其内设置有大功率、小功率和信号接插件，分别用于穿过较大功率的线缆、正常小功率线缆和信号线；

所述下部舱盖密封安装于中部舱盖的底部，其底部中心处设置有圆柱孔，用于穿过声学设备的吊放线缆。

本发明的进一步技术方案是：所述增稳滑轮通过增稳滑轮母杆、增稳滑轮母杆底座安装于增稳底板的周面上，能够进行360°旋转，并带动所述增稳底板在浮标壳体内任意转动；

所述增稳滑轮的外周面为齿轮结构，其外圆周面为与所述浮标外壳内壁相切的弧面。

本发明的进一步技术方案是：所述无动力释放抓取模块包括机械臂和机械爪，机械臂通过固定架安装于旋翼无人机的下方，机械爪铰接于机械臂下方；

所述固定架为环形结构；

所述机械臂包括沿周向设置的多个铰接连杆和环形架；多个所述铰接杆的顶端沿周向铰接于固定架，底端端头与机械爪铰接，靠近底端端头处沿周向铰接于环形架；通过所述固定架和环形架限制铰接连杆两端的位置；

所述机械爪包括机械爪固定杆和连杆；所述连杆为折弯结构，与铰接杆一一对应，其中部通过机械爪固定杆与铰接杆底端端头铰接，其上端与所述伞状竖杆伸缩台的竖直位置相对，下端与所述伞状竖杆头部的伞状结构底面外缘处位置相对；

所述连杆上端质量大于下端质量，中部铰接处为悬点，多个连杆在自然状态下受重力作用上端均伸入所述伞状竖杆顶部通孔内，下端位于所述伞状竖杆的伞状结构底面外缘处；执行抓取动作时，由内部驱动控制所述伞状竖杆伸缩台向上升起，同时推动连杆上端向上位移，由于所述机械爪固定杆的限位，使得连杆下端在其上端的带动下均向内收敛，将所述浮标本体的伞状竖杆的头部夹紧，完成抓取动作。

本发明的进一步技术方案是：所述铰接连杆包括机械抓取臂上段杆、机械抓取臂中段杆和机械抓取臂下段杆，三段杆之间通过连接轴铰接；

所述机械抓取臂下段杆为L型杆，其长臂端与机械抓取臂中段杆铰接，短臂端与机械爪铰接，其长、短臂端相交处与环形架铰接；

所述环形架是由四个机械抓取臂小“L”型连接杆沿周向连接而成，相邻机械抓取臂小“L”型连接杆之间通过机械抓取臂小“L”型连接杆固定螺杆连接；所述机械抓取臂下段杆与环形架的铰接处位于机械抓取臂小“L”型连接杆固定螺杆。

本发明的进一步技术方案是：所述连杆包括机械爪滑轮、机械爪上段杆、机械爪中段杆、机械爪下段连接杆和机械爪底段杆，四段杆之间通过连接轴固定连接，所述连接轴的旋紧度可调节，需要调节四段杆的连接角度时将连接轴放松，调整后拧紧即可，适用于不同尺寸的伞状竖杆抓取；

所述机械爪滑轮通过连接轴与机械爪中段杆转动连接，与所述伞状竖杆头部的锥面接触，用于支撑机械爪并改变其抓取状态。

有益效果

本发明的有益效果在于：

1、本浮标装置整体结构简单、重量轻，便于通过旋翼无人机布放、回收；浮标外壳12和各舱段外壳采用轻质高强度防水合金材料、强度高，便于应对旋翼无人机在水面低空抛掷浮标掉到水面上时碰撞到水面所产生的碰撞力；浮标外壳12和各舱段外壳的体积较大、浮力大，可以产生使得浮标漂浮在水上的充足浮力以及旋翼无人机降落到浮标上时使得旋翼无人机和浮标共同漂浮的浮力。另外，本浮标装置的体积小于市面上现有经典的行业无人机一般行业无人机默认最大对角轴距为1.5m、浮标外壳12的最大外径不超过1m，且本浮标装置可以通过旋翼无人机的机械臂调离水面和在水面上释放，下部舱盖23中间开有小口，可以使得中部舱盖19与下部舱盖23组合的底部透水仓放置水声探测设备，水声探测设备可以通过小口可根据所携带水声探测设备设备的大小更换具有合适开口大小的下部舱盖23进行吊放和回收；下部舱盖23中间小口的设计可以有效减小浮标装置被抓取/释放时离开/接触水面带来的粘滞力，更有利于布放和回收，同时增加浮标装置漂浮的稳定性，减少浮标装置侧翻的风险。

2、本浮标装置具有三维机械增稳的功能。相较于现有公开的增稳结构，本发明提供的机械增稳装置能实现在浮标外壳12内壁的三维无约束增稳整个增稳底板11可以实现在浮标外壳俯视横切面基准上±45°的旋转增稳效果，即浮标装置整体在水平方向上任意角度倾斜在±45°范围内时机械增稳结构能够保持水平状态，减少了旋翼无人机对接时浮标装置整体对无人机飞行安全的影响可能在抓取释放时对旋翼无人机造成抖动、摇晃、颠簸等影响，避免在小风浪的情况下旋翼无人机对接浮标伞状竖杆6时侧翻“炸机”，提供了一个稳定的设备平台，方便旋翼无人机识别、释放和抓取浮标装置；机械增稳装置的增稳滑轮4表面为锯齿结构，浮标外壳12内壁为可以供增稳滑轮4滚动的细粗面结构，增稳滑轮4固定在增稳滑轮母杆16上，增稳滑轮母杆16与增稳滑轮母杆底座15的横截面为内“T”形和外“T”形，因此增稳滑轮母杆16与增稳滑轮母杆底座15之间可以360°自由转动，故增稳滑轮4可以任意角度滑动；同时，伞状竖杆6固定于增稳底板11中间部位，伞状竖杆6中的天线和无线收发装置信号天线可以通过增稳保持竖直向上的状态，以达到较好的信号连接。

3、本浮标装置可以实现旋翼无人机与浮标装置之间的单对单、单对多、多对多抓取和释放。即旋翼无人机可以停在浮标装置上，当多个浮标装置在水上协同工作时旋翼无人机可以根据任务需要随机选择抓取、布放对象，从而实现旋翼无人机对多个浮标装置的管理包括快速布放、回收，大大增加了浮标的投放速度和回收速度，提高了单个浮标装置探测、多个浮标装置协同组网探测的效率。同时，浮标装置可以和旋翼无人机之间进行近距离高速通信，从而可以将浮标装置探测的数据可以交换控制指令、当前浮标装置的探测数据以及所剩能源信息通过旋翼无人机与浮标装置近距离的接触无线传输到旋翼无人机端，通过旋翼无人机带回岸基或母船。

4、本浮标装置可以通过旋翼无人机的快速布放和回收来改变自身的位置，相较于传统动力浮标和投掷浮标大大降低了布放和回收浮标装置的代价；旋翼无人机在完成布放和回收浮标装置后可返回岸基或母船，补充能量之后可继续布放和回收浮标装置；同时，因为机械增稳装置的存在，增稳底板11上的太阳能板9可以更稳定地将太阳能转化成电能，因此浮标装置可通过太阳能板9补充更多的能源，延长探测时间。

5、本浮标装置的机械增稳装置中包括一个伞状竖杆6，可供旋翼无人机依靠抓取机械臂稳定抓取浮标装置；同时，旋翼无人机可通过抓取机械臂与伞状竖杆6的固定从而在浮标装置上方进行短时间的停留，为下一次布放和回收做准备，并趁停留时间进行数据的无线共享；另外，当浮标装置需要检修时可令浮标装置上方停留的旋翼无人机起飞，对浮标装置进行360°环视拍摄检查，当需要召回维修时旋翼无人机可将浮标抓取回岸基进行回收维修，从而简化了浮标装置的检修步骤并缩短了检修时间。

附图说明

图1为本发明的浮标剖面三维示意图；

图2为本发明的浮标剖面正视示意图；

图3为本发明的浮标剖面俯视示意图；

图4为本发明的浮标剖面仰视示意图；

图5为本发明的浮标三维示意图；

图6为本发明的浮标正视示意图；

图7为本发明的浮标俯视示意图；

图8为本发明的浮标仰视示意图；

图9为本发明的机械增稳模块上斜三维示意图；

图10为本发明的机械增稳模块下斜三维示意图；

图11为本发明的上部舱盖上斜三维示意图；

图12为本发明的上部舱盖下斜三维示意图；

图13为本发明的中部舱盖上斜三维示意图；

图14为本发明的中部舱盖下斜三维示意图；

图15为本发明的下部舱盖上斜三维示意图；

图16为本发明的大小O型圈示意图；

图17为本发明的波纹套管正视示意图；

图18为本发明的波纹套管三维示意图；

图19为本发明的抓取机械臂三维示意图；

图20为本发明的抓取机械臂正视示意图；

图21为本发明的抓取机械臂俯视示意图；

图22为本发明的抓取机械臂仰视示意图；

图23为本发明的抓取机械臂在空中飞行时状态三维示意图；

图24为本发明的抓取机械臂降落到地面时状态三维示意图；

图25为本发明的预抓取状态正视示意图；

图26为本发明的预抓取状态三维示意图；

图27为本发明的抓取后锁死状态正视示意图；

图28为本发明的抓取后锁死状态三维示意图

附图标记说明：1-环形挡板固定螺丝螺孔，2-环形挡板与波纹套管上固定件连接螺丝螺孔，3-波纹套管上固定件，4-增稳滑轮，5-伞状竖杆伸缩台，6-伞状竖杆，7-环形挡板螺丝切槽，8-二维码板，9-太阳能板，10-环形挡板，11-增稳底板，12-浮标外壳，13-增稳底板定位灯，14-波纹套管下固定件，15-增稳滑轮母杆底座，16-增稳滑轮母杆，17-中部舱盖上固定螺丝螺孔，18-中部舱盖大功率接插件，19-中部舱盖，20-中部舱盖小功率和信号接插件，21-中部舱盖下固定螺丝螺孔，22-中部舱盖上固定螺丝切槽，23-下部舱盖，24-中部舱盖下固定螺丝切槽，25-上部舱盖线缆接插件，26-上部舱盖，27-上部舱盖固定螺丝切槽，28-上部舱盖固定螺丝螺孔，29-波纹套管下固定件固定螺丝螺孔，30-波纹套管下固定件固定切槽，31-增稳滑轮固定切槽，32-伞状竖杆照明灯，33-小O型圈及槽，34-大O型圈及槽，35-波纹套管，36-机械抓取臂上段杆，37-机械抓取臂上中段连接轴，38-机械抓取臂中段杆，39-机械抓取臂中下段连接轴，40-机械抓取臂下段杆，41-机械抓取臂小“L”型连接杆固定螺杆，42-机械抓取臂小“L”型连接杆，43-机械爪上段杆，44-机械爪上中段连接轴，45-机械爪上固定轴，46-机械爪固定杆，47-机械爪中段杆，48-机械爪下固定轴，49-机械爪滑轮，50-机械爪中下段连接轴，51-机械爪下段连接杆，52-机械爪底段接触柱，53-机械爪底段杆，54-机械爪底段连接轴，55-机械爪下段底段连接轴，56-机械抓取臂大“L”型连接杆，57-机械抓取臂大“L”型连接杆固定螺杆。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明一种基于旋翼无人机的可快速布放和回收浮标装置，包括浮标布放系统和浮标本体，所述浮标布放系统包括旋翼无人机以及搭载于其上的无动力释放抓取模块；

通过所述旋翼无人机接收布放或抓取的指令，根据指令旋翼无人机航行至指定位置；通过所述无动力释放抓取模块执行对浮标本体的释放和抓取动作；所述浮标本体内设置有增稳模块，通过所述增稳模块能够自适应调节浮标本体在水域中漂浮以及被抓取时对接的稳定性。

所述浮标本体包括浮标外壳12、增稳模块和水密舱体；所述浮标外壳12为顶端开口的球形壳体，作为增稳模块和水密舱体的载体；所述增稳模块设置于浮标外壳12内，包括增稳底板11、增稳滑轮4、伞状竖杆6；增稳底板11为对称结构，通过沿周向设置的多个增稳滑轮4与浮标外壳12内周壁滑动连接；伞状竖杆6垂直固定于增稳底板11的上端面中部，通过增稳底板11与浮标外壳12的滑动连接，使得伞状竖杆6能够自适应调节始终保持竖直方向，不因外界扰动而产生倾斜或侧翻；所述伞状竖杆6的头部为伞状结构，头部上端面开有中心孔，所述中心孔内安装有伞状竖杆伸缩台5；所述伞状竖杆伸缩台5由内部驱动部件控制，沿伞状竖杆6的轴向位移；伞状竖杆6内设置有浮标的天线和无线收发模块，通过增稳模块的自适应调节使得通讯天线始终保持于水面上，保证了探测信号的连续性以及旋翼无人机抓取时的稳定性；所述增稳模块的外周与浮标外壳12之间设置有水密件，所述水密件为弹性伸缩结构，用于球形壳体内的防水密封；所述水密舱体安装于浮标外壳的底部，用于搭载探测设备。

所述无动力释放抓取模块包括机械臂和机械爪，机械臂通过固定架安装于旋翼无人机的下方，机械爪铰接于机械臂下方；所述固定架为环形结构；所述机械臂包括沿周向设置的多个铰接连杆和环形架；多个所述铰接杆的顶端沿周向铰接于固定架，底端端头与机械爪铰接，靠近底端端头处沿周向铰接于环形架；通过所述固定架和环形架限制铰接连杆两端的位置；所述机械爪包括机械爪固定杆和连杆；所述连杆为折弯结构，与铰接杆一一对应，其中部通过机械爪固定杆与铰接杆底端端头铰接，其上端与所述伞状竖杆伸缩台的竖直位置相对，下端与所述伞状竖杆头部的伞状结构底面外缘处位置相对；所述连杆上端质量大于下端质量，中部铰接处为悬点，多个连杆在自然状态下受重力作用上端均伸入所述伞状竖杆顶部通孔内，下端位于所述伞状竖杆的伞状结构底面外缘处；执行抓取动作时，由内部驱动控制所述伞状竖杆伸缩台向上升起，同时推动连杆上端向上位移，由于所述机械爪固定杆的限位，使得连杆下端在其上端的带动下均向内收敛，将所述浮标本体的伞状竖杆的头部夹紧，完成抓取动作。

实施例：

参照图1至28所示，本实施例提供了一种基于旋翼无人机的可快速布放和回收浮标装置，包括环形挡板10、浮标外壳12、波纹套管上固定件3、波纹套管下固定件14、增稳底板11、增稳底板定位灯13、伞状竖杆6、伞状竖杆伸缩台5、二维码板8、太阳能板9、增稳滑轮母杆底座15、增稳滑轮母杆16、增稳滑轮4、上部舱盖26、上部舱盖线缆接插件25、中部舱盖19、中部舱盖大功率接插件18、中部舱盖小功率和信号接插件20、下部舱盖23、机械抓取臂上段杆36，机械抓取臂上中段连接轴37，机械抓取臂中段杆38，机械抓取臂中下段连接轴39，机械抓取臂下段杆40，机械抓取臂小“L”型连接杆固定螺杆41，机械抓取臂小“L”型连接杆42，机械爪上固定轴45、机械爪固定杆46、机械爪下固定轴48、机械爪滑轮49、机械爪上段杆43、机械爪上中段连接轴44、机械爪中段杆47、机械爪中下段连接轴50、机械爪下段连接杆51、机械爪下段底段连接轴55、机械爪底段杆53，机械爪底段连接轴54、机械爪底段接触柱52、机械抓取臂大“L”型连接杆56、机械抓取臂大“L”型连接杆固定螺杆57；所述浮标装置为高强度耐压非金属材料，可通过旋翼无人机快速布放和回收，可以在水上工作。

所述环形挡板10为固定在浮标外壳12的上部开口处，为圆环柱体，采用硬质耐压防水材料，与浮标外壳12的上部水平开口相平齐，环形挡板内部有环形挡板螺丝切槽7，用于放置环形挡板固定螺丝螺孔1和环形挡板与波纹套管上固定件连接螺丝螺孔2；

所述浮标外壳12为标准球壳形，采用防水耐压材料，内壁具有一定的摩擦力，上下分别为圆形的切开口，上部用于放置环形挡板10、下部为球壳内凹镶入圆台壳，用于产生控制舱空间的上半部分，圆台壳的上端设计为可放置较小O型圈的环形凹槽即小O型圈及槽33；整个浮标外壳12的底部设计为可放置较大O型圈的环形凹槽即大O型圈及槽34；

所述波纹套管上固定件3为外表是圆台型的圆盘环，通过环形挡板与波纹套管上固定件连接螺丝螺孔2与环形挡板10固定连接，下部倾斜角度为45°，用于波纹套管上半部分的固定，固定时将波纹套管35的上端圆边剪开成四个撕口夹在环形挡板10和波纹套管上固定件3的中间，以起到通过波纹套管上段水平向的夹紧密封达到防水的作用；

所述波纹套管下固定件14为圆柱环形，外切且同轴心于增稳底板11的上凸台外侧；四边有四个通孔即波纹套管下固定件固定螺丝螺孔29，用于自身和波纹套管下半部分的固定，固定时将波纹套管35的下端夹在增稳底板11和波纹套管下固定件14的中间，以起到通过波纹套管下段竖直向的夹紧密封达到防水的作用；

所述波纹套管35为轻质薄壁波纹形防水套管，上下分别与波纹套管上固定件3和波纹套管下固定件14固定，用于减小水花、水渍等对浮标增稳装置、内部连接导线的影响，维持增稳的效果；

所述增稳底板11为不标准的圆柱体环形，中部切除形成用于伞状竖杆6固定的圆柱孔，上部拉伸出圆柱环形柱体，用于固定波纹套管下固定件14，四周留有增稳滑轮固定切槽31，用于安装增稳滑轮，上部中间区域有3块太阳能板9、1块二维码板8以及4个用于旋翼无人机下降对准浮标装置时的增稳底板定位灯13，增稳底板11的四个方向分别设计凹槽和孔洞，用于固定增稳滑轮母杆底座15、增稳滑轮母杆16和增稳滑轮4，在浮标外壳12的内部整个增稳底板11连带伞状竖杆6可以进行±45°的倾转运动；

所述增稳底板定位灯13为半球形柔光灯平均分布在增稳底板11的上表面四个方向，可以用于在夜晚情形提供四个点光源用于旋翼无人机摄像头的视觉定位对接抓取，增稳底板定位灯13具有一定的防水性；

所述伞状竖杆6为上部三角圆台环加底部圆柱体环的形式，上部有一定的圆柱切槽放置伞状竖杆伸缩台5，内部有一定的空间可以放置浮标的天线和无线收发模块，下部平面与增稳底板11的下平面保持水平，伞状竖杆6的下平面内镶有伞状竖杆照明灯32用于在阳光不足的情况下对增稳底板区域进行补光，底部的开头可以布置天线、无线控制设备以及太阳能板9和增稳底板定位灯13等设备的线缆，并经由上部舱盖26中的上部舱盖线缆接插件25与控制舱进行连接，实现信号、电能的传输，保障了通信的稳定；

所述伞状竖杆伸缩台5的底部装有动力电机，上部是薄圆柱台，可根据实际需要使用电机控制薄圆柱台的升降；

所述二维码板8与增稳底板11的上表面相平，具体二维码可根据实际需要进行替换，方便多个浮标装置中旋翼无人机的视觉识别，在阳光充足的条件下可正常识别二维码，在阳光不足的条件下可以控制打开伞状竖杆照明灯32进行补光，二维码板8具有一定的防水性；

所述太阳能板9为三个矩形柱体，固定在增稳底板11的上表面，3个太阳能板9与1个二维码板8共四个矩形板分别均匀位于增稳底板的上表面上，太阳能板9具有一定的防水性，可以为浮标提供一定的电量以增加浮标装置工作的时长；

所述增稳滑轮母杆底座15固定于增稳底板11四个增稳滑轮固定切槽中心；

所述增稳滑轮母杆16为可塑硬质材料，与增稳滑轮母杆底座15通过凹凸的接口相连接，可以在增稳滑轮母杆底座15的基础上实现360°旋转；

所述增稳滑轮4为齿轮形状，由小螺母、螺丝、小垫片串接固定，与增稳滑轮母杆16和增稳滑轮母杆底座15连接增稳底板11，可以在浮标外壳12的内部任意角度滑动，增稳滑轮4的外圆周面为和浮标外壳12内壁相切的弧面，并非标准圆柱体上带有齿轮纹；

所述上部舱盖26中间穿过上部舱盖线缆接插件25，四周有上部舱盖固定螺丝切槽27和上部舱盖固定螺丝螺孔28用于和浮标外壳12的固定，在双层小O型圈及槽33的作用下可使得上部舱盖26产生良好的水密效果；

所述上部舱盖线缆接插件25中可以通过控制增稳底板定位灯13、伞状竖杆照明灯32的线缆以及通信和控制天线的线缆，确保水密的情况下线缆的导通；

所述中部舱盖19为正视图是“H”型的不规则柱体，中部为中部舱盖大功率接插件18、中部舱盖小功率和信号接插件20，上下壳分别连接浮标外壳12、下部舱盖23，外部四周均匀开有中部舱盖上固定螺丝切槽22、中部舱盖下固定螺丝切槽24；

所述中部舱盖大功率接插件18中可以通过较大功率的线缆，位于中部舱盖19的上表面正中心；

所述中部舱盖小功率和信号接插件20可以通过正常小功率线缆和信号线缆；

所述下部舱盖23位于中部舱盖19的底部并同轴心，为透水舱段，下部舱盖23底部中间有小圆柱体孔，用于穿过声学设备的吊放线缆；

所述机械抓取臂上段杆36、机械抓取臂中段杆38、机械抓取臂下段杆40为轻质碳纤维材料，其中机械抓取臂上段杆36连接机械抓取臂大“L”型连接杆固定螺杆57、机械抓取臂大“L”型连接杆56来提供旋翼无人机的支撑，机械抓取臂中段杆38分为两个分别连接机械抓取臂上中段连接轴37和机械抓取臂中下段连接轴39，机械抓取臂下段杆40为“L”形，连接机械抓取臂小“L”型连接杆固定螺杆41、机械爪上固定轴45；

所述机械抓取臂小“L”型连接杆固定螺杆41与机械抓取臂小“L”型连接杆42相互组合，以固定机械爪并起到支撑的作用；

所述机械爪上固定轴45、机械爪固定杆46、机械爪下固定轴48组成机械爪的固定，其中机械爪上固定轴45的中间与机械抓取臂下段杆40的一端相连接，机械爪固定杆46分为两个分别连接上部的机械爪上固定轴45、下部的机械爪下固定轴48，机械爪下固定轴48固定在两个机械爪中段杆47的中部；

所述机械爪滑轮49为轻质材料且边缘为小齿轮状，与机械爪下固定轴48同心且固定在该轴中间部位，主要用于支撑机械爪并改变其抓取状态，工作时主要与伞状竖杆6相接触；

所述机械爪上段杆43为机械爪的上部，为轻质材料但是比机械爪的其他部分更重，使得机械爪初始为展开的状态，与伞状竖杆伸缩台5相连接；

所述机械爪上中段连接轴44、机械爪中下段连接轴50、机械爪下段底段连接轴55和机械爪底段连接轴54为可调节旋紧程度连接轴，其中机械爪上中段连接轴44连接机械爪上段杆43、机械爪中段杆47，机械爪中下段连接轴50连接机械爪中段杆47和机械爪下段连接杆51，机械爪下段底段连接轴55连接机械爪下段连接杆51和机械爪底段杆53，机械爪底段连接轴54连接机械爪底段杆53和机械爪底段接触柱52；

所述机械爪中段杆47分为两个，通过连接机械爪上中段连接轴44、机械爪中下段连接轴50连接机械爪上段杆43和机械爪下段连接杆51；

所述机械爪下段连接杆51连接机械爪中下段连接轴50和机械爪下段底段连接轴55；

所述机械爪底段杆53连接机械爪下段底段连接轴55和机械爪底段连接轴54；

所述机械抓取臂大“L”型连接杆56与机械抓取臂大“L”型连接杆固定螺杆57组合成大的旋翼无人机支撑架，连接将旋翼无人机和机械臂；

所述机械抓取臂大“L”型连接杆固定螺杆57连接机械臂，通过使得机械抓取臂上段杆36在螺杆上旋转来间接活动其他机械臂。

参照附图1至附图8，本实施例所述浮标装置主要由环形挡板10、浮标外壳12、机械增稳模块、上部舱盖26、中部舱盖19和下部舱盖23组成；所述机械增稳模块由伞状竖杆伸缩台5、伞状竖杆6、伞状竖杆照明灯32、增稳底板11、二维码板8、太阳能板9、增稳底板定位灯13、增稳滑轮母杆底座15、增稳滑轮母杆16、增稳滑轮4组成，主要用来保证对接过程中抓取、释放过程的稳定。

增稳装置内部工作过程：

参照附图1，本实施例所述浮标装置的增稳效果主要来自增稳滑轮4在浮标外壳12内壁的滑动，当浮标在水面上漂浮遇到水浪等因素的干扰产生倾斜时，机械增稳模块中增稳滑轮4就会在重力的作用下滚动，通过增稳滑轮母杆底座15、增稳滑轮母杆16带动增稳底板11保持较为水平的状态。浮标装置回收、布放过程：

参照附图23至附图28，回收时，假设旋翼无人机从岸基或母船起飞前停放放在平坦的空地上参照附图24，需要布放时旋翼无人机起飞至空中参照附图23；到达待布放浮标上方时，旋翼无人机下方的视觉相机和传感器通过识别增稳底板11上的二维码板8和增稳底板定位灯13进行旋翼无人机的定位和旋翼无人机机械爪的抓取如果光线不足时，伞状竖杆照明灯32为柔性灯源，可以对增稳底板11上的二维码板8进行补光；当机械爪抓取到伞状竖杆6时伞状竖杆伸缩台5将平台推到上方并顶住机械爪上段杆43，使得机械爪闭合其中：机械爪上中段连接轴44、机械爪下固定轴48、机械爪中下段连接轴50、机械爪下段底段连接轴55、机械爪底段连接轴54的角度在作业前已调好并通过螺母固定，在工作中角度不变；机械抓取臂上中段连接轴37、机械抓取臂中下段连接轴39、机械抓取臂小“L”型连接杆固定螺杆41与机械抓取臂下段杆40的连接轴、机械爪上固定轴45、机械抓取臂大“L”型连接杆固定螺杆57与机械抓取臂上段杆36的连接轴的角度是活动的，在工作中角度随着机械臂机械爪的运动改变，在连杆的作用下，机械爪底段接触柱52卡住伞状竖杆6的底端并锁死参照附图25、附图26、附图27、附图28，整个浮标装置通过旋翼无人机的机械臂抓取回收。布放时，旋翼无人机携带浮标装置飞到目标水域上方较低水面处此相对水面高度为：使得浮标装置被释放后不会产生倾倒翻转和完全被水淹没的高度，浮标装置的控制舱发出指令，令伞状竖杆伸缩台5下降，机械爪顶端的机械爪上段杆43在重力的作用下随着伞状竖杆伸缩台5的下降而下降因为机械爪上段杆43的质量比机械爪其他部位大，根据连杆的作用机械爪底段接触柱52对伞状竖杆6的底段不再锁死，从而机械爪张开，浮标装置掉落，旋翼无人机和浮标装置脱离，整个布放过程结束。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种基于旋翼无人机的可快速布放和回收浮标装置，其特征在于：包括浮标布放系统和浮标本体，所述浮标布放系统包括旋翼无人机以及搭载于其上的无动力释放抓取模块；

通过所述旋翼无人机接收布放或抓取的指令，根据指令旋翼无人机航行至指定位置；

通过所述无动力释放抓取模块执行对浮标本体的释放和抓取动作；

所述浮标本体内设置有增稳模块，通过所述增稳模块能够自适应调节浮标本体在水域中漂浮以及被抓取时对接的稳定性；

所述浮标本体包括浮标外壳、增稳模块和水密舱体；所述浮标外壳为顶端开口的球形壳体，作为增稳模块和水密舱体的载体；

所述增稳模块设置于浮标外壳内，包括增稳底板、增稳滑轮、伞状竖杆；所述增稳底板为对称结构，通过沿周向设置的多个增稳滑轮与浮标外壳内周壁滑动连接；所述伞状竖杆垂直固定于增稳底板的上端面中部，通过增稳底板与浮标外壳的滑动连接，使得所述伞状竖杆能够自适应调节始终保持竖直方向，不因外界扰动而产生倾斜或侧翻；所述伞状竖杆的头部为伞状结构，头部上端面开有中心孔，所述中心孔内安装有伞状竖杆伸缩台；所述伞状竖杆伸缩台由内部驱动部件控制，沿伞状竖杆的轴向位移；伞状竖杆内设置有浮标装置的天线和无线收发模块，通过增稳模块的自适应调节使得天线始终保持于水面上，保证了探测信号的连续性以及旋翼无人机抓取时的稳定性；

所述增稳模块的外周与浮标外壳之间设置有水密件，所述水密件为弹性伸缩结构，用于球形壳体内的防水密封；

所述水密舱体安装于浮标外壳的底部，用于搭载探测设备；

所述无动力释放抓取模块包括机械臂和机械爪，机械臂通过固定架安装于旋翼无人机的下方，机械爪铰接于机械臂下方；

所述固定架为环形结构；

所述机械臂包括沿周向设置的环形架和多个铰接杆；多个所述铰接杆的顶端沿周向铰接于固定架，底端端头与机械爪铰接，靠近底端端头处沿周向铰接于环形架；通过所述固定架和环形架限制铰接杆两端的位置；

所述机械爪包括机械爪固定杆和连杆；所述连杆为折弯结构，与铰接杆一一对应，所述连杆的中部通过机械爪固定杆与铰接杆底端端头铰接，所述连杆的上端与所述伞状竖杆伸缩台的竖直位置相对，下端与所述伞状竖杆头部的伞状结构底面外缘处位置相对；

所述连杆上端质量大于下端质量，中部铰接处为悬点，多个连杆在自然状态下受重力作用上端均伸入所述伞状竖杆顶部中心孔内，下端位于所述伞状竖杆的伞状结构底面外缘处；执行抓取动作时，由内部驱动控制所述伞状竖杆伸缩台向上升起，同时推动连杆上端向上位移，由于所述机械爪固定杆的限位，使得连杆下端在其上端的带动下均向内收敛，将所述浮标本体的伞状竖杆的头部夹紧，完成抓取动作。

2.根据权利要求1所述基于旋翼无人机的可快速布放和回收浮标装置，其特征在于：所述增稳底板的上端面设置有二维码板、太阳能板、增稳底板定位灯，并做密封处理；所述旋翼无人机通过二维码板或增稳底板定位灯对浮标进行识别；所述太阳能板将太阳能转化为电能，为浮标装置供电；多个所述增稳底板定位灯沿周向设置于增稳底板上，作为信标指引和光线补充。

3.根据权利要求1所述基于旋翼无人机的可快速布放和回收浮标装置，其特征在于：所述水密件为波纹套管，其两端分别通过环形上固定件、下固定件与浮标外壳顶端开口、增稳底板外周面密封连接，在保证密封的同时不限制所述增稳底板的相对滑动；

所述上固定件通过环形挡板安装于浮标外壳顶端开口的内端，上固定件的外周面为带有45°锥角的锥面，用于对所述增稳底板转动角度的限位，使得增稳底板和水平面夹角在+45°到-45°之间；

所述下固定件套装于增稳底板的上端外周面。

4.根据权利要求1所述基于旋翼无人机的可快速布放和回收浮标装置，其特征在于：所述浮标外壳底部为内凹圆台结构，内凹圆台结构作为水密舱体的上部，内凹圆台结构的外周面为带有45°锥角的锥面，用于对所述增稳底板转动角度的限位，使得增稳底板和水平面夹角在+45°到-45°之间；

所述内凹圆台结构的外顶面密封安装有上部舱盖，所述上部舱盖安装有线缆接插件，用于穿过安装于增稳模块内设备的线缆，与水密舱体内设备连接。

5.根据权利要求4所述基于旋翼无人机的可快速布放和回收浮标装置，其特征在于：所述水密舱体还包括中部舱盖和下部舱盖，下部舱盖作为透水舱段；所述中部舱盖密封安装于浮标外壳底部，其内设置有大功率接插件、小功率接插件和信号接插件，分别用于穿过较大功率的线缆、小功率线缆和信号线；

所述下部舱盖密封安装于中部舱盖的底部，其底部中心处设置有圆柱孔，用于穿过声学设备的吊放线缆。

6.根据权利要求1所述基于旋翼无人机的可快速布放和回收浮标装置，其特征在于：所述增稳滑轮通过增稳滑轮母杆、增稳滑轮母杆底座安装于增稳底板的周面上，能够进行360°旋转，并带动所述增稳底板在浮标壳体内任意转动；

所述增稳滑轮的外周面为齿轮结构，其外圆周面为与所述浮标外壳内壁相切的弧面。

7.根据权利要求1所述基于旋翼无人机的可快速布放和回收浮标装置，其特征在于：所述铰接杆包括机械抓取臂上段杆、机械抓取臂中段杆和机械抓取臂下段杆，三段杆之间通过连接轴铰接；

所述机械抓取臂下段杆为L型杆，其长臂端与机械抓取臂中段杆铰接，短臂端与机械爪铰接，其长、短臂端相交处与环形架铰接；

所述环形架是由四个机械抓取臂小“L”型连接杆沿周向连接而成，相邻机械抓取臂小“L”型连接杆之间通过机械抓取臂小“L”型连接杆固定螺杆连接；所述机械抓取臂下段杆与环形架的铰接处位于机械抓取臂小“L”型连接杆固定螺杆。

8.根据权利要求1所述基于旋翼无人机的可快速布放和回收浮标装置，其特征在于：所述连杆包括机械爪滑轮、机械爪上段杆、机械爪中段杆、机械爪下段连接杆和机械爪底段杆，四段杆之间通过连接轴固定连接，所述连接轴的旋紧度可调节，需要调节四段杆的连接角度时将连接轴放松，调整后拧紧即可，适用于不同尺寸的伞状竖杆抓取；

所述机械爪滑轮通过连接轴与机械爪中段杆转动连接，与所述伞状竖杆头部的锥面接触，用于支撑机械爪并改变其抓取状态。