CN116477055A - 用于无人机的回收装置、回收系统和回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于无人机的回收装置、回收系统和回收方法。用于无人机的回收装置包括：伞舱；舱盖，其中，舱盖的前端经由开盖组件连接到伞舱的前舱壁，并且舱盖的后端经由第一卡扣部与无人机的机身外壳连接；降落伞主伞；降落伞引导伞；以及开伞弹簧，开伞弹簧的第一端固定于舱盖的内侧表面并且开伞弹簧的第二端压靠降落伞主伞，并且开伞弹簧呈预压缩状态。本发明的回收装置无需火工品，系统的使用、运输和存储安全，系统的使用和回收可控，系统的装置易装配、易更换、成本低。开伞方式可靠性高，稳定性好，确保引导伞顺利打开。

Description

用于无人机的回收装置、回收系统和回收方法

技术领域

本发明涉及一种用于无人机的回收装置，具体地，涉及伞降形式的中大型固定翼无人机的回收装置，在无人机开展高风险试飞或出现意外情况时可以实现无人机的安全回收和机载数据的有效获取，可以减小无人机损失，降低试飞风险。此外，本发明还涉及用于无人机的回收系统和回收方法。本发明属于飞行试验模型/无人机设计领域技术。

背景技术

固定翼无人机的回收有多种方式，主要与无人机的大小、重量、起降方式有关。

小微型固定翼无人机因为重量轻、尺寸小，通常采用阻拦索或阻拦网形式实现降落或回收，利用绳索或者绳网降低飞行速度并回收，此类回收方式主要依赖无人机的姿态和位置控制。

阻拦索或阻拦网回收方式对于无人机的重量和尺寸有明显的局限性，不能适用于中大型无人机的回收。

中大型固定翼无人机通常采用机载降落伞、机载缓冲部等方式实现降落或紧急情况的回收，例如专利《无人机回收系统、无人机及回收方法》中记载。

采用机载缓冲部的方式中，利用诸如气囊的缓冲部来缓冲无人机落地的冲击力保护无人机及地面人员设施。然而此类方法有以下问题，气囊以及充气机的结构复杂，重量大，占据空间大，回收后难以复用。

采用机载降落伞的方式中，利用降落伞降低无人机落地速度，结构简单，可以复用。已有的专利中通常使用引导伞将主伞从伞舱中牵引出，主伞在气动力作用下展开。

现有的用于大型固定翼无人机的开伞方式主要采用火工品，例如采用火工品的爆炸产生的推力实现伞舱盖爆破开启，或者采用小火箭的拉出引导伞并且释放降落伞主伞包。火工品主要涉及爆炸螺栓、小火箭射伞等。然而，火工品方式对安全及控制要求较高，使用、运输和存储存在一定风险。

现有的专利也考虑到不使用火工品的开伞方式，例如专利《无人机用三将应急回收系统》，然而，小型的一体式回收系统采用铰链处扭簧的弹力打开伞舱并释放引导伞，但此方式引导伞的打开存在一定的不稳定性，开伞可靠性达不到较高水平。此外，使用卷布方式储存引导伞并且翻转打开伞舱盖，可能阻碍引导伞的正确舒展，并且引导绳索可能受到阻碍，发生卷绕，影响引导伞正常工作。

因此，仍然存在对现有无人机的回收装置作进一步改进的需求。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本发明的目的在于提供一种用于无人机的回收系统，不依靠火工品，仅采用气动力来实现主伞开启，并且实现高水平的开伞可靠性。

在该回收装置的第一示例中，该回收装置包括：伞舱，伞舱设置在无人机的机身内部的预留空间中，舱盖，舱盖遮盖伞舱，并且舱盖暴露于外部环境的表面与无人机的机身外壳形成平滑表面，其中，舱盖的前端经由开盖组件连接到伞舱的前舱壁，并且舱盖的后端经由第一卡扣部与无人机的机身外壳连接；降落伞主伞，降落伞主伞设置在伞舱中并且由舱盖遮盖，降落伞主伞通过主绳索连接到无人机；降落伞引导伞，降落伞引导伞固定到舱盖的内侧表面，并且降落伞引导伞通过引导绳索连接到降落伞主伞；以及开伞弹簧，开伞弹簧的第一端固定于舱盖的内侧表面并且开伞弹簧的第二端压靠降落伞主伞，并且开伞弹簧呈预压缩状态。

在该回收装置的第二示例中，可选地包括第一示例，开盖组件包括：第二卡扣部，第二卡扣部设置在舱盖的前端；以及开伞作动器，开伞作动器设置在伞舱的前舱壁的外侧表面，并且设置有可旋转的第三卡扣部，第三卡扣部与第二卡扣部卡配连接。

在该回收装置的第三示例中，可选地包括第一示例和第二示例中的一个或多个，第二卡扣部包括截面呈T字形的卡槽，并且第三卡扣部包括与第二卡扣部的卡槽配合的T字形卡件，其中，开伞作动器是开伞舵机，第三卡扣部的T字形卡件通过作动器舵盘与开伞作动器的作动轴连接。

在该回收装置的第四示例中，可选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个，机身外壳设置有与第一卡扣部卡配连接的机身卡扣部。

在该回收装置的第五示例中，可选地包括第一示例至第四示例中的一个或多个，第一卡扣部包括顶针和对应的舱盖顶针槽，机身卡扣部包括与顶针配合的机身顶针槽。

在该回收装置的第六示例中，可选地包括第一示例至第五示例中的一个或多个，开伞弹簧的第一端固定在舱盖的内侧表面的中心区域处。

在该回收装置的第七示例中，可选地包括第一示例至第六示例中的一个或多个，降落伞引导伞折叠收纳在收纳袋内，收纳袋固定到舱盖的内侧表面并且设置在开伞弹簧的左侧或右侧，并且收纳袋具有朝向无人机的航向方向的开口。

在该回收装置的第八示例中，可选地包括第一示例至第七示例中的一个或多个，降落伞主伞的每一根主绳索都穿过伞舱的前舱壁和后舱壁上的通口与机身主梁上的前后方的悬挂点连接。

根据本发明的一种用于无人机的回收系统，其中，该回收系统包括根据本发明的上述方面的回收装置；以及控制装置，控制装置在接到来自无人机的控制者的开伞指令或者控制装置在预定状况下触发预设的开伞指令时，控制回收装置的开盖组件打开回收装置的舱盖。

根据本发明的一种用于用于无人机的回收方法，其中，该回收方法包括：在无人机飞行期间时，开盖组件保持舱盖与伞舱不脱离；在无人机需要开伞时，无人机的控制者发出开伞指令或者控制装置触发预设的开伞指令，并且开盖组件在收到开伞指令后解除对舱盖的保持；舱盖在预压缩于舱盖与降落伞主伞之间的开伞弹簧和气动力的双重作用下脱离无人机，并且固定于舱盖的降落伞引导伞通过引导绳索和气动力的双重作用从固定到舱盖的内部表面的收纳袋拉出；降落伞引导伞在气动力的作用下撑开，将降落伞主伞通过引导绳索从伞舱牵引出；降落伞主伞在气动力的作用下撑开，并通过主绳索减速无人机。

本发明的用于无人机的回收装置，伞舱的舱盖为无人机的独立部件，可与无人机分离。未开伞时，舱盖的前、后端分别地通过开伞作动器和顶针卡配连接到伞舱和机身外壳。通过支架固定于伞舱的前舱壁外侧的开伞作动器，其上部的T字形卡件卡配连接到舱盖的卡扣部的截面呈T字形的卡槽内，后端通过顶针卡配连接到机身外壳的卡扣部的顶针槽里。伞舱盖内侧中心的开伞弹簧预压缩后放置在主伞的伞包与舱盖之间，并且开伞弹簧的上端固定在舱盖内侧，下端自由压靠在伞包上。

本发明的用于无人机的回收装置全程利用气动力开伞，无需火工品，系统的使用、运输和存储安全，系统的使用和回收可控，系统的装置易装配、易更换、成本低。开伞方式可靠性高，稳定性好，确保引导伞顺利打开。

附图说明

为了描述本发明的上述和其他特征的实施方式，将参考附图中示出的本发明的示例性实施例来呈现以上简要描述的本发明的更具体描述。可以理解，这些附图只描绘了本发明的各示例性实施例，而不应当被认为是对其范围的限制，将通过使用附图并利用附加特征和细节来描述和解释本发明。在附图中：

图1是根据本发明的优选实施例的侧视示意图；

图2是根据本发明的优选实施例的立体图；

图3是根据本发明的优选实施例的回收装置的从后上方观察的局部放大视图；

图4是根据本发明的优选实施例的回收装置的开盖组件的立体图。

图1至4大致按比例绘制，然而附图中的尺寸仅是示意性的，不必按比例绘制，而是旨在更清楚说明。在其他实施例中，可以使用其他相对尺寸。

在此以及在下文的所有内容中，不同附图中出现的相同特征用相同或类似的附图标记表示。

附图标记列表：

1 伞舱

11 通口

2 舱盖

21 第一卡扣部

22 第二卡扣部

23 开伞作动器

24 开伞弹簧

25 作动器支架

26 第三卡扣部

27 舱盖顶针槽

28 顶针

29 作动器舵盘

3 降落伞主伞

4 降落伞引导伞

具体实施方式

下面将结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

在此限定朝向无人机的航向方向为前方，朝向机尾为后方，并且无人机的展向方向为左右方向。

图1示意性地示出了本发明的优选实施例的用于无人机的回收装置，该回收装置主要包括设置在无人机的机身内部的伞舱1、遮盖伞舱1的舱盖2、设置在伞舱1中并且由舱盖2遮盖的降落伞主伞3以及牵引降落伞主伞3的降落伞引导伞4。降落伞主伞3通过两根主绳索连接到无人机，并且降落伞引导伞4通过引导绳索连接到降落伞主伞3。

在本发明的优选实施例中，伞舱1设置在无人机的机身内部的预留空间中，例如固定在机身内部的机身梁(如图1所示)或地板上。

较佳地，伞舱1可以具有大致立方体形状的舱内容积，用于放置并且容纳整个降落伞主伞3的伞包。

较佳地，伞舱1的后舱壁的壁板可以向后倾斜15度，以便降落伞主伞3被降落伞引导伞4牵引出时能顺利滑出伞舱1。

舱盖2的前端可以经由开盖组件连接到伞舱1的前舱壁，并且舱盖2的后端可以经由第一卡扣部21与无人机的机身外壳连接。舱盖2从无人机上方遮盖伞舱1，并且舱盖2暴露于外部环境的表面机身外形保持一致，具体地，与无人机的机身外壳形成平滑表面。

舱盖2的前端可以经由开盖组件连接到伞舱1的前舱壁，该开盖组件包括第二卡扣部22和开伞作动器23。第二卡扣部22可以设置在舱盖2的前端。开伞作动器23可以设置在伞舱1的前舱壁的外侧表面，并且设置有可旋转的第三卡扣部26(将在图4中详细描述)，其中第三卡扣部26构造成与第二卡扣部22卡配连接。

如图1所示，该回收装置还包括开伞弹簧24，开伞弹簧24的上端或称第一端可以固定于舱盖2的内侧表面，开伞弹簧24的下端或称第二端可以压靠降在落伞主伞3上方，并且开伞弹簧24呈压缩状态。

图2示意性地示出了本发明的优选实施例的回收装置的立体图。

较佳地，结合图1和图2，开伞弹簧24的第一端固定在舱盖2的内侧表面的中心区域处。在舱盖2呈遮盖伞舱1的关闭状态时，弹簧被舱盖2和降落伞主伞3压缩于其间。可以理解，开伞弹簧24的弹簧参数选择可以根据引导伞面积尺寸和/或开伞的可靠高度决定。

图3是回收装置的从后上方观察的局部放大视图。

舱盖2的第一卡扣部21可以包括顶针28和对应的舱盖顶针槽27。与舱盖2的后端连接的机身外壳(未示出)可以设置有与第一卡扣部21卡配连接的机身卡扣部，并且该机身卡扣部可以包括与顶针28配合的机身顶针槽(未示出)。

舱盖2的后端处的顶针28的一部分卡阻在第一卡扣部21的舱盖顶针槽27中，并且顶针28的另一部分卡阻在机身卡扣部的机身顶针槽中。这种布置使得在舱盖2的前端由开盖组件打开时，舱盖2的后端能够脱离机身外壳。

上述的舱盖2脱离机身外壳对于引导伞的展开是有利的。在利用引导伞的气动力牵引出主伞实现开伞的过程中，考虑到用于大型固定翼无人机的降落伞主伞的尺寸和重量较为巨大，其用于牵引的引导伞的尺寸也是较大的，需要为引导伞提供足够的空间展开，并且避免引导伞受到伞舱或者舱盖的阻碍。

此外，如上所述，开伞弹簧24的弹簧参数选择可以将根据开伞的可靠高度决定，因此开伞弹簧24可设成将舱盖2弹离满足开伞的可靠高度的预定距离。

现在返回图2，降落伞引导伞4可以以一定方式折叠收纳在收纳袋内，该收纳袋固定到舱盖2的内侧表面靠左边或右边(如图2所示)，具体地，设置在开伞弹簧24的左侧或右侧(如图2所示，即设置成比开伞弹簧24靠近无人机的展向方向上的右侧)。较佳地，收纳袋可以具有朝向无人机的航向方向的开口。

降落伞主伞3折叠后放置在伞包中，并且伞包底部可以例如通过魔术贴固定在伞舱1的舱底部。降落伞主伞3的两根主绳索都穿过伞舱1的前、后舱壁上的通口11与机身主梁上的前后方的悬挂点连接，用于开伞后悬吊无人机。可以理解，主绳索的数量不限于两根，可以采用更多根主绳索。

图4示意性地示出了图2的回收装置的开盖组件的立体图。

在优选实施例中，舱盖2的前端处的第二卡扣部22可以包括截面呈T字形的卡槽。并且伞舱1的前舱壁的外侧表面上的第三卡扣部26可以包括与第二卡扣部22的卡槽配合的T字形卡件。

在优选实施例中，结合图2，开伞作动器23通过作动器支架25固定于伞舱1的前舱壁的外侧表面上。较佳地，如图4所示，开伞作动器23可以是开伞舵机，并且第三卡扣部26的T字形卡件可以通过作动器舵盘29与开伞作动器23的作动轴连接，以操纵第三卡扣部26的旋转。

此外，回收装置还可以包括安全销，安全销设置在舱盖20与伞舱10之间，保持舱盖2与伞舱1不脱离。安全销用于防止地面时舱盖2意外地弹出，并且需在起飞前取下。

上述的回收装置还可以结合控制装置以形成回收系统，其中控制装置在接到来自无人机的控制者的开伞指令时，或者控制装置在预定状况下由飞行控制系统触发预设的开伞指令时，可以控制回收装置的开盖组件打开舱盖2。

下文将进一步描述根据本发明的用于无人机的回收方法。

首先，在无人机飞行期间时，开盖组件保持舱盖2与伞舱1不脱离。

在无人机需要开伞时，无人机的控制者发出开伞指令，或者飞行控制系统给控制装置触发预设的开伞指令。

开盖组件的电动作动器在收到开伞指令后解除对舱盖2的保持，具体地，作动器的T字形卡件旋转并且允许从截面呈T字形的卡槽中脱离。

舱盖前端的卡扣部脱离伞舱的卡扣部，舱盖在开伞弹簧压缩势能的作用下弹起，舱盖后端卡针也从针槽内脱开，伞舱盖在开伞弹簧和气动力的双重作用下整体弹出脱离无人机。与此同时，固定于舱盖的内部表面的收纳袋中的引导伞被拉出，具体地，引导伞通过引导绳索和气动力的双重作用从收纳袋拉出。

拉出的引导伞在气动力的作用下充气撑开，引导伞与主伞之间引导绳索拉直到一定高度后将降落伞主伞从伞舱内牵引出。

最终，降落伞主伞在气动力的作用下撑开，并通过连接于主伞与无人机之间的主绳减速无人机。

以上，为了使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，结合本发明的具体实施方式和附图对本发明的技术方案进行了清楚、完整地描述。

尽管以上已经描述了各种实施例，但应当理解，它所描述的实施方式是本发明的一部分实施方式，而非全部的实施方式，它们以示例而非限制的方式提出。对相关领域技术人员而言显而易见的是，所公开的主题可以其它特定的形式实施而不脱离其精神和必要特征。

因此，以上所描述的实施例在所有方面被认为是示例性而非限制性的，并不作为对本发明做任何限制的依据。

基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式均属于本发明所要保护的范围。本公开也包含各种各样的变形例、等同范围内的变形。除此之外，各种各样的组合、方式、进一步包含有仅一个要素、一个以上或一个以下的其他组合、方式也属于本公开的范畴、思想范围。

Claims (10)

1.一种用于无人机的回收装置，其特征在于，所述回收装置包括：

伞舱(1)，所述伞舱(1)设置在所述无人机的机身内部的预留空间中，

舱盖(2)，所述舱盖(2)遮盖所述伞舱(1)，并且所述舱盖(2)暴露于外部环境的表面与所述无人机的机身外壳形成平滑表面，其中，所述舱盖(2)的前端经由开盖组件连接到所述伞舱(1)的前舱壁，并且所述舱盖(2)的后端经由第一卡扣部(21)与所述无人机的机身外壳连接；

降落伞主伞(3)，所述降落伞主伞(3)设置在所述伞舱(1)中并且由所述舱盖(2)遮盖，所述降落伞主伞(3)通过主绳索连接到所述无人机；

降落伞引导伞(4)，所述降落伞引导伞(4)固定到所述舱盖(2)的内侧表面，并且所述降落伞引导伞(4)通过引导绳索连接到所述降落伞主伞(3)；以及

开伞弹簧(24)，所述开伞弹簧(24)的第一端固定于所述舱盖(2)的内侧表面并且所述开伞弹簧(24)的第二端压靠所述降落伞主伞(3)，并且所述开伞弹簧(24)呈预压缩状态。

2.根据权利要求1所述的回收装置，其特征在于，

所述开盖组件包括：

第二卡扣部(22)，所述第二卡扣部(22)设置在所述舱盖(2)的前端；以及

开伞作动器(23)，所述开伞作动器(23)设置在所述伞舱(1)的前舱壁的外侧表面，并且设置有可旋转的第三卡扣部(26)，所述第三卡扣部(26)与所述第二卡扣部(22)卡配连接。

3.根据权利要求2所述的回收装置，其特征在于，

所述第二卡扣部(22)包括截面呈T字形的卡槽，并且所述第三卡扣部(26)包括与所述第二卡扣部(22)的卡槽配合的T字形卡件，

其中，所述开伞作动器(23)是开伞舵机，所述第三卡扣部(26)的T字形卡件通过作动器舵盘(29)与所述开伞作动器(23)的作动轴连接。

4.根据权利要求1所述的回收装置，其特征在于，

所述机身外壳设置有与所述第一卡扣部(21)卡配连接的机身卡扣部。

5.根据权利要求4所述的回收装置，其特征在于，

所述第一卡扣部(21)包括顶针(28)和对应的舱盖顶针槽(27)，所述机身卡扣部包括与所述顶针(28)配合的机身顶针槽。

6.根据权利要求1所述的回收装置，其特征在于，

所述开伞弹簧(24)的第一端固定在所述舱盖(2)的内侧表面的中心区域处。

7.根据权利要求6所述的回收装置，其特征在于，

所述降落伞引导伞(4)折叠收纳在收纳袋内，所述收纳袋固定到所述舱盖(2)的内侧表面并且设置在所述开伞弹簧(24)的左侧或右侧，并且所述收纳袋具有朝向所述无人机的航向方向的开口。

8.根据权利要求1所述的回收装置，其特征在于，

所述降落伞主伞(3)的每一根主绳索都穿过所述伞舱(1)的前舱壁和后舱壁上的通口(11)与机身主梁上的前后方的悬挂点连接。

9.一种用于无人机的回收系统，其特征在于，所述回收系统包括：

根据权利要求1-8中任一项所述的回收装置；

控制装置，所述控制装置在接到来自所述无人机的控制者的开伞指令或者所述控制装置在预定状况下触发预设的所述开伞指令时，控制所述回收装置的开盖组件打开所述回收装置的舱盖(2)。

10.一种用于无人机的回收方法，其特征在于，所述回收方法包括：

在所述无人机飞行期间时，开盖组件保持舱盖(2)与伞舱(1)不脱离；

在所述无人机需要开伞时，所述无人机的控制者发出开伞指令或者控制装置触发预设的所述开伞指令，并且所述开盖组件在收到所述开伞指令后解除对所述舱盖(2)的保持；

所述舱盖(2)在预压缩于所述舱盖(2)与降落伞主伞(3)之间的开伞弹簧(24)和气动力的双重作用下脱离所述无人机，并且固定于所述舱盖(2)的降落伞引导伞(4)通过引导绳索和气动力的双重作用从固定到所述舱盖(2)的内部表面的收纳袋拉出；

所述降落伞引导伞(4)在气动力的作用下撑开，将所述降落伞主伞(3)通过引导绳索从所述伞舱(1)牵引出；

所述降落伞主伞(3)在气动力的作用下撑开，并通过主绳索减速所述无人机。