CN115959314A - 无人机水上牵引起吊装置及回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机水上牵引起吊装置，属于无人机回收装置领域。包括弹射组件和牵引起吊绳，所述弹射组件设置在无人机上；所述牵引起吊绳收一端连接弹射组件，另一端固定连接无人机；弹射组件用于向外抛出弹射件，弹射件可拉动牵引起吊绳向无人机外侧展开，弹射件弹出后可漂浮在水面上。采用取消钢丝吊环的无人机结构，在无人机上设置弹射组件及由弹射件拉出的高强度牵引起吊绳，在风浪大的环境下，保证无人机落水后气胀弹与无人机拉开一定的安全距离，利用高强度牵引起吊绳完成牵引作业和起吊回收作业。该装置避免了牵引环节和起吊环节的两次人工钩挂作业，保证了回收作业中人员和设备的安全。本发明公开了一种无人机水上回收方法。

Description

无人机水上牵引起吊装置及回收方法

技术领域

本发明涉及一种牵引起吊装置，具体讲是一种无人机水上牵引起吊装置及回收方法，属于无人机回收领域。

背景技术

目前，航空器在水上回收主要分为两大类：舰载回收和落水回收。舰载回收包括舰载机拦阻回收、撞网回收、撞线回收、机械臂捕捉等方式；落水回收包括水上飞机在水面滑行降落、伞降飞机落水后漂浮在水面由舰艇打捞回收、其他异常落水的飞机由舰艇应急打捞回收等。

在伞降无人机落水后的回收过程中，首先要保证无人机落水后能够漂浮在水面上，其次保证无人机有合适的漂浮姿态，然后面对的就是如何搜索、捕获、牵引和起吊的问题。关于捕获、牵引和起吊的问题，以美国的石鸡靶机举例，该靶机机身中部自带一个钢丝吊环，开伞后钢丝吊环竖起，落水后靶机漂浮在水面上，打捞小艇找到靶机后，派出两名潜水员携带绳索下水，将绳索穿过钢丝吊环后，将靶机用绳索缠绕捆绑，将绳索的另一端固定在打捞小艇上；靶机与打捞小艇连结完毕后，潜水员上艇，打捞小艇将无人机牵引至母舰；母舰吊机放下吊钩，小艇潜水员再次下水，由潜水员将吊钩与靶机钢丝吊环对接；母舰将靶机吊起，转移到母舰甲板，完成起吊回收作业。该作业方式的主要弊端是打捞小艇需要配置潜水员，且在风浪较大时，潜水员容易受到人身伤害。

作为改进的方案，在捕获环节，亦可以设计钩杆来勾取机身上的钢丝吊环，钩杆一端有挂钩、一端连接有牵引绳索。但是此方案，在风浪较大时，无人机和打捞小艇均处于随浪运动状态，钩挂作业很难完成，而且非常容易发生无人机和打捞小艇的碰撞损坏，严重的碰撞可以导致无人机破损漏水，导致设备损坏、甚至无人机进水沉没。并且在钩挂过程中，人员也存在落水危险。在起吊环节，也需要就近钩挂作业，完成起吊设备和无人机吊环的连接，因此同样存在无人机与打捞小艇及母舰撞击损坏风险，同样存在人员落水危险。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种便于操作、安全系数高的无人机水上牵引起吊装置及回收方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的无人机水上牵引起吊装置，包括弹射组件和牵引起吊绳，所述弹射组件设置在无人机上；

所述牵引起吊绳收一端连接弹射组件，另一端固定连接无人机；

所述弹射组件用于向外抛出弹射件，所述弹射件可拉动牵引起吊绳向无人机外侧展开，所述弹射件弹出后可漂浮在水面上。

本发明中，所述牵引起吊绳的拉伸强度至少为无人机重量的6倍。

本发明中，所述，牵引起吊绳长度为无人机机身长度的3-3.5倍。

本发明中，所述气胀弹组件包括气胀弹本体、底座及抛弹机构；

所述气胀弹本体包括作业部与弹射部，所述弹射部位于作业部的下方且与作业部同轴设置，所述弹射部的直径小于作业部的直径；

所述在底座上设置容纳槽，所述弹射部设置在容纳槽内；

所述弹射部的外部套设压簧，所述压簧的底端设置在底座的顶面上，压簧的顶端与作业部的底部相接触；

所述抛弹机构伸入底座中与弹射部的相接触，对弹射部进行锁定或解锁。

本发明中，所述牵引起吊绳收纳在容绳组件内。

本发明中，所述容绳组件包括绳盒和设置于绳盒内的绕绳板，绕绳板可从绳盒中整体抽出；所述绳盒上设有出绳口。

本发明还提供了一种无人机水上回收方法，所述无人机上安装上述水上牵引起吊装置，

S1.当无人机抵达预定区域上空后，打开回收伞进行减速下降；

S2.当无人机进入稳降阶段后，弹射组件向外抛出弹射件，弹射件牵出牵引起吊绳向下运行，牵引起吊绳拉直后无人机继续稳降；

S3.弹射件先触水后形成漂浮物漂浮在水面上；

S4.在外部风力作用下，随后牵引起吊绳与无人机相继落水，无人机入水点与弹射件的入水点之间形成安全距离，无人机与弹射件之间的牵引起吊绳近似直线伸展；

S5.打捞船抓取弹射件，将牵引起吊绳与打捞船连接固定，后牵引至起吊船起吊装置下方；

S6.解除打捞船只与牵引起吊绳之间的连接，再将牵引起吊绳连接起吊装置，起吊装置将无人机起吊到预定的位置。

本发明的有益效果在于：(1)采用取消钢丝吊环的无人机结构，在无人机上设置弹射组件及由弹射件拉出的高强度牵引起吊绳，牵引起吊合二为一。在风浪大的环境下，保证无人机落水后气胀弹与无人机拉开一定的安全距离，利用高强度牵引起吊绳完成捕获牵引作业和起吊回收作业。该装置避免了捕获环节和起吊环节的两次人工钩挂作业，保证了回收作业中人员和设备的安全。尤其在风浪较大的天气回收时，本发明相对现有技术有突出的优势。(2)通过设置容绳组件，可以对牵引起吊绳进行有效的收纳和整理，降低空间的占用，提升弹射组件拉动牵出的可靠性。(3)高强度牵引起吊绳的拉伸强度为无人机重量的6倍可以保证其在海上起吊的安全可靠；(4)高强度牵引起吊绳长度选择为无人机机身长度的3倍，可以保证在海上牵引时打捞船只与无人机保持一个安全的距离；(5)与现有技术相比，本发明的回收方法中无需在无人机落水后再派人下水进行辅助操作，整个回收过程操作人员无需接近无人机，也避免了无人机与打捞船只之间的碰撞，其大大保证了人员和无人机本身的安全性；无需在无人机的机身外侧添加起吊钢丝吊环，减小了飞行阻力，增加了无人机飞行速度和航行时间；将牵引绳和起吊绳二合一，不仅简便了操作，而且节约了回收成本，极大缩短了回收时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明无人机水上牵引起吊装置结构示意图；

图2为本发明与无人机装配示意图；

图3为气胀弹组件结构示意图，(a)爆炸结构图，(b)为装配示意图；

图4为容绳盒结构示意图，(a)爆炸结构图，(b)为装配示意图；

图5为气胀弹组件弹出后状态示意图；

图6为打捞状态图；

图7为打捞起吊过程示意图。

图中，1-气胀弹组件，2-容绳盒，3-高强度牵引起吊绳，4-起吊座，5-伞舱，6-回收伞，7-打捞小艇；1-1-气胀弹，1-2-压簧，1-3-连接头，1-4-底座，1-5-护罩，1-6-弹舱，1-7-抛弹机构，1-8-锁扣，1-9-火工作动器；2-1-盖板；2-2-绕绳板，2-3-提拉孔，2-4-转轴座，2-5-绳盒侧板，2-6-底板，2-7-通孔，2-8-塞合部。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1和2所示，本实施例中的无人机水上牵引起吊装置，包括气胀弹组件1、容绳盒2、起吊座4和高强度牵引起吊绳3。高强度牵引起吊绳3可收纳在容绳盒2内，高强度牵引起吊绳3的一端连接起气胀弹组件1，另一端连接起吊座4。气胀弹组件1、容绳盒2、起吊座4和高强度牵引起吊绳3均设置在无人机上的伞舱5内，伞舱5内布置有无人机的回收伞6。气胀弹组件1主要用于牵引高强度牵引起吊绳3向无人机外侧展开。鉴于无人机伞舱5结构紧凑，故利用伞舱5侧边和一角布置气胀弹组件1和容绳盒2。

本实施例中，气胀弹1-1属于现有技术，为遇水自动充气的装置，充气后的气胀弹1-1可漂浮在水面上，以方便抓取或勾取。

本实施例中，高强度牵引起吊绳3采用的材质为高强聚乙烯编织绳，该绳密度小，可漂浮于水面。

如图3所示，气胀弹组件1包括气胀弹1-1、底座1-4、抛弹机构1-7、护罩1-5与弹舱1-6。气胀弹1-1分为作业部与弹射部，弹射部固定设置在作业部底部且与作业部同轴设置，弹射部的直径小于作业部的直径。在底座1-4上设置容纳槽，弹射部设置在容纳槽内，抛弹机构1-7包括锁扣1-8及火工作动器1-9，火工作动器1-9的作用端与锁扣1-8相接触，锁扣1-8的触发端伸入底座1-4中与弹射部接触，在弹射部的外侧设置压簧1-2，压簧1-2的底端固定设置在底座1-4的顶端，压簧1-2的顶端与作业部的底部相接触。

在底座1-4的侧面上设置窄缝，窄缝平行于底座1-4的顶面设置，锁扣1-8的触发端伸入窄缝中与气胀弹1-1的弹射部相接触。

护罩1-5设置在抛弹机构1-7及底座1-4的外侧将其进行包裹。弹舱1-6底部与底座1-4的侧面上部固定连接，弹舱1-6的直径略大于作业部的直径。

在弹射部底端设置连接头1-3，连接头1-3与锁扣1-8的触发端相接触并被锁扣1-8锁定。

使用时，先将底座1-4和弹舱1-6通过胶粘或机械连接方式固定在待连接物内部，具体的说，是固定在无人机伞舱的一角,弹舱1-6方向与抛射方向一致。固定完成后，再将抛弹机构1-7通过螺钉或胶粘方式固定在底座1-4上。然后，将压簧1-2套在气胀弹1-1下部，将气胀弹1-1和压簧1-2整体放入弹舱1-6内按压气胀弹1-1，使气胀弹1-1下部接头挤压并通过抛弹机构1-7上的锁扣1-8，锁定气胀弹1-1位置，将抛弹机构1-7中火工作动器1-9的引线与控制设备连接，再将护罩1-5罩在底座1-4及抛弹机构1-7外侧。抛弹机构1-7自动控制设备控制火工品随无人机定高作动。当整体结构由高处下落到指定高度时，自动控制设备发出信号，引燃火工作动器1-9推动抛弹机构1-7锁扣1-8，锁扣1-8作动后释放开气胀弹1-1下部接头，在压簧1-2弹力作用下气胀弹1-1沿弹舱1-6方向抛射而出。

如图4所示，容绳盒2包括由上端的盖板2-1、底部的底板2-6以及两侧的绳盒侧板2-5构成的盒体结构；盒体结构内部设有绕绳板2-2，绕绳板2-2的底部插入在底板2-6上，顶部穿过盖板2-1；绳盒侧板2-5一侧的顶部设有转轴座2-4，转轴座2-4的两端固定在两侧的绳盒侧板2-5上，盖板2-1的一端轴接在转轴座2-4内部的转轴上，并能沿该转轴转动。盖板2-1靠近转轴座2-4的一端留有通孔2-7，缠绕于绕绳板2-2上的高强度牵引起吊绳3的绳头端从盖板2-1端部的通孔2-7抽出。

在绳盒侧板2-5底部两侧预留有用于底板2-6上下调节的调节槽，顶部一侧预留有用于安装转轴座2-4的安装槽。

在绕绳板2-2的顶部设有一提拉端，底部设有用于与底板2-6连接的卡接端。提拉端穿过盖板2-1的部分开有提拉孔2-3。

盖板2-1的底部设有塞合部2-8，通过塞合部2-8塞紧在两侧绳盒侧板2-5之间，实现盖板2-1盖合在两侧绳盒侧板2-5顶部。

两侧的绳盒侧板2-5用于限制高强度牵引起吊绳3容纳空间厚度。底板2-6能够上下调节来改变高强度牵引起吊绳3容纳空间，用以适应不同长度的高强度牵引起吊绳3容纳。转轴座2-4通过固定在绳盒侧板2-5上，提供转轴支撑。

盖板2-1安装在两片侧板之间并轴接在转轴座2-4上，可绕转轴座2-4自由转动。

排绳时，打开盖板2-1，将绕绳板2-2放置于两片绳盒侧板2-5中间，通过底板2-6限制绕绳板2-2位置，将高强度牵引起吊绳3沿绕绳板2-2逐圈缠绕并压紧，完成高强度牵引起吊绳3缠绕后关闭、锁紧盖板2-1，将高强度牵引起吊绳3的两绳头由盖板2-1孔中穿出，一端连接起吊座4，另一端连接气胀弹组件1，抽出绕绳板2-2，完成排绳。

出绳时，高强度牵引起吊绳3端头通过盖板2-1上通孔2-7抽出高强度牵引起吊绳3，容绳盒2内高强度牵引起吊绳3逐层抽出，层间高强度牵引起吊绳3不会发生缠结，不同层间无干扰，直至所有高强度牵引起吊绳3被抽出。

本实施例中，当无人机抵达回收区域上空后，打开回收伞6减速回收，当无人机进入稳降阶段后，由无人机飞控自动控制气胀弹组件1中的抛弹机构1-7作动，抛出气胀弹1-1，在弹射力和气胀弹1-1重力等共同作用下，高强度牵引起吊绳3被有序拉出容绳盒2。此时，回收伞6、无人机、高强度牵引起吊绳3、气胀弹1-1的空间位置关系如图5所示。随着无人机进一步下降，气胀弹1-1首先触水，并在遇水后瞬时充气形成漂浮物；随后，无人机以及降落伞相继入水，为了方便打捞，一般会在无人机上设置触水自动抛伞装置，使得入水无人机与降落伞分离，防止在风大的情况下回收伞6拖拽无人机运动。作为优选的，高强度牵引起吊绳3的长度选择3倍无人机机身长度，使得海上牵引时打捞小艇7与无人机保持一个安全的距离。

在不同的海况下，落水后气胀弹1-1与无人机之间的相对位置通常有以下两种情况：一种是风浪非常小的情况下(海上几乎不存在无风环境，至少也存在微风)，气胀弹1-1先入水，无人机后入水，二者全部入水后相对距离较近，由于风浪非常小，打捞小艇7可以安全的靠近并抓取已经充气的气胀弹1-1；另一种是风浪非常大的情况下，无人机系统未入水前，在风力作用下，无人机带着气胀弹1-1一边下降一边随风侧飘，落水时，气胀弹1-1先入水，无人机在侧飘运动下随后入水，入水之后无人机与气胀弹1-1之间的牵引起吊绳近似直线伸展开，此时，虽然风浪非常大，但无人机与气胀弹1-1之间有足够的安全距离，打捞小艇7只需要靠近气胀弹1-1一侧，并抓取已经充气的气胀弹1-1即可完成落水无人机的捕获，而无需在风浪非常大的情况下去驾驶打捞小艇7靠近无人机以及捕获它，如图6所示。

如图7所示,打捞小艇7上的人员抓取气胀弹1-1后，将气胀弹1-1与高强度牵引起吊绳3解锁，并将高强度牵引起吊绳3固定在打捞小艇7的栓绳机构上。驾驶打捞小艇7，将无人机牵引至打捞船下方。将高强度牵引起吊绳3与打捞小艇7的栓绳机构解锁，并将高强度牵引起吊绳3与起吊船的起吊机放下的缆索对接牢靠，然后打捞小艇7驶离，以保持安全距离，再操纵起吊机，缓慢的将无人机吊至起吊船甲板。优选的，高强度牵引起吊绳3的拉伸强度为无人机重量的6倍，以保证其在海上起吊的安全可靠。在本实施例中，高强度牵引起吊绳3既是牵引绳，也是起吊绳，合二为一。

本实施例，将牵引绳和起吊绳二合一，并且集成设置到无人机上。通过设置气胀弹1-1中抛弹机构1-7，解决了牵引起吊绳的自动拉出展开问题；通过侧向风力的作用，自动实现了落水之后气胀弹1-1与无人机的安全距离，从而较圆满的解决了落水无人机在海况恶劣天气的回收难题。与现有技术相比，取消钢丝吊环也避免了钢丝吊环突出机身的问题，减小了飞行阻力，增加了无人机飞行速度和航行时间。

本发明提供了一种无人机水上牵引起吊装置的思路，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (8)

1.一种无人机水上牵引起吊装置，其特征在于：包括弹射组件和牵引起吊绳，所述弹射组件设置在无人机上；

所述牵引起吊绳收一端连接弹射组件，另一端固定连接无人机；

所述弹射组件用于向外抛出弹射件，所述弹射件可拉动牵引起吊绳向无人机外侧展开，所述弹射件弹出后可漂浮在水面上。

2.根据权利要求1所述的无人机水上牵引起吊装置，其特征在于：所述牵引起吊绳的拉伸强度至少为无人机重量的6倍。

3.根据权利要求1或2所述的无人机水上牵引起吊装置，其特征在于：所述，牵引起吊绳长度为无人机机身长度的3-3.5倍。

4.根据权利要求3所述的无人机水上牵引起吊装置，其特征在于：所述气胀弹组件包括气胀弹本体、底座及抛弹机构；

所述气胀弹本体包括作业部与弹射部，所述弹射部位于作业部的下方且与作业部同轴设置，所述弹射部的直径小于作业部的直径；

所述在底座上设置容纳槽，所述弹射部设置在容纳槽内；

所述弹射部的外部套设压簧，所述压簧的底端设置在底座的顶面上，压簧的顶端与作业部的底部相接触；

所述抛弹机构伸入底座中与弹射部的相接触，对弹射部进行锁定或解锁。

5.根据权利要求1或2所述的无人机水上牵引起吊装置，其特征在于：所述牵引起吊绳收纳在容绳组件内。

6.根据权利要求5所述的无人机水上牵引起吊装置，其特征在于：所述容绳组件包括绳盒和设置于绳盒内的绕绳板，绕绳板可从绳盒中整体抽出；所述绳盒上设有出绳口。

7.一种无人机水上回收方法，其特征在于：所述无人机上安装权利要求1所述水上牵引起吊装置，

S1.当无人机抵达预定区域上空后，打开回收伞进行减速下降；

S2.当无人机进入稳降阶段后，弹射组件向外抛出弹射件，弹射件牵出牵引起吊绳向下运行，牵引起吊绳拉直后无人机继续稳降；

S3.弹射件先触水后形成漂浮物漂浮在水面上；

S4.在外部风力作用下，无人机在空中一边降落一边侧飘，随后牵引起吊绳与无人机相继落水，无人机入水点与弹射件的入水点之间形成安全距离，无人机与弹射件之间的牵引起吊绳近似直线伸展；

S5.打捞船抓取弹射件，将牵引起吊绳与打捞船连接固定，后牵引至起吊船起吊装置下方；

S6.解除打捞船只与牵引起吊绳之间的连接，再将牵引起吊绳连接起吊装置，起吊装置将无人机起吊到预定的位置。

8.根据权利要求7所述无人机水上回收方法，其特征在于：所述S4还包括自动抛去回收伞的过程。

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