一种用于无人机牵挂和投放套绳的装置的制作方法

技术领域：

本发明提供了一种用于无人机牵挂和投放套绳的装置，属于安全工程领域。

背景技术：
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随着经济持续发展、高层建筑物不断增加，与高层建筑物相关的灾害风险，例如火灾风险也在增大。当发生高楼火灾时，在火灾高楼楼顶与临近安全高楼楼顶之间架设绳索，用以运送人员和物资，可以为高楼火灾救援起到积极的作用。高楼楼顶之间在正常情况下一般是不会架设永久性绳索，因为永久性架设的绳索长期雨淋日晒，保养困难，检修不易，无法保障在灾害救援时的使用安全。所以一般需要在高楼灾害时，临时性地在两栋高楼楼顶之间架设绳索。发明专利《一种高楼间自动绳索架设系统》(专利号：201910668991.3，授权公告号cn110354408b)可以在高楼间自动有效地架设临时绳索。该发明的系统包括安装在楼顶的立柱和运送绳索的无人机；立柱顶部为圆滑的钝尖状，立柱中部嵌套有一个滑轮，滑轮外圈直径略小于立柱的直径；无人机机身下面有一个喇叭状导轨，用以引导无人机悬停到立柱上方；无人机机身下面围绕喇叭状导轨有一圈挂钩，需架设的绳索环绕喇叭状导轨而挂在挂钩上，绳索挂好后挂钩收起以保证绳索在运送过程中不会从无人机上脱落；当无人机悬停到立柱上方后，挂钩打开让绳套下落套住立柱，并进一步滑落套到立柱下端的滑轮上；从而使得被架设的绳索可以绕着滑轮往复运动，以便用绳索在两栋高楼楼顶之间往复牵引运送人员和物资。该发明的系统中，无人机机身下面的喇叭状导轨是保障准确将套绳投放套到楼顶立柱上的关键；该发明中的喇叭状导轨是固定在无人机上，不能活动的；为了方便套住楼顶立柱，导轨的尺寸和重量相对于无人机都不会太小，因为导轨是从无人机机身向下伸展的，所以带有导轨的无人机的重心不在无人机的螺旋翼发动机安装平面内，而是远低于螺旋翼发动机安装平面。无人机重心远离螺旋翼发动机安装平面会给无人机的飞行控制造成很大的困难；尤其是该发明中有一种将套绳牵挂在喇叭状导轨下端边沿的设计，会使得被牵挂的套绳通过喇叭状导轨对无人机产生一个很大的俯仰扭矩，从而使得无人机很难保持平飞或悬停，除非无人机的螺旋翼发动机的功率足够大。大功率发动机意味着大尺寸和高成本，这都不利于该发明专利的推广应用。此外，该发明的系统为了保证在无人机的飞行过程中套绳不会意外掉落，专门使用了挂钩；运送套绳时，挂钩收起以便卡住套绳防止其掉落；向楼顶立柱投放套绳时，挂钩打开，套绳在自身重力作用下滑落套到楼顶立柱上。然而，挂钩的收放意味着繁琐的操控步骤，不利于该发明系统的操作使用。最后，该发明的系统为了能准确将套绳套到楼顶立柱上，主要是靠对无人机的螺旋翼发动机的操控，以便无人机能精确悬停到楼顶立柱上方，相关飞行操控难度不小。

本发明提出一种用于无人机牵挂和投放套绳的装置，通过一组可以活动的喇叭状导轨，不用挂钩就能实现卡住和投放套绳的目的；并且在飞行期间可以使得整个无人机系统的重心靠近螺旋翼发动机的安装平面，从而便于操控无人机飞行；在准备向楼顶立柱投放套绳时，通过控制喇叭状导轨张合，就可以引导无人机准确悬停到楼顶立柱正上方，从而保证套绳投放成功。

技术实现要素：
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本发明的目的是要提供一种用于无人机牵挂和投放套绳的装置，以解决用无人机牵挂和投放套绳时因套绳牵绊和无人机系统重心远离螺旋翼发动机安装平面所造成的无人机难以操控的技术问题。

本发明的一种用于无人机牵挂和投放套绳的装置主要含有以下部分：辐条、可折叠连接物、支杆、转轴和驱动器。两两相邻辐条之间连有可折叠连接物，辐条和可折叠连接物组成一个可活动的喇叭状导轨，即，喇叭状导轨可以像雨伞一样张合。驱动器安装在无人机机身下方。支杆环绕分布在驱动器四周，固定在无人机机身下方。辐条通过转轴连到固定在无人机机身下方的支杆上，每根辐条连一个支杆。每根辐条以转轴为界分为两段；一段很长、一段很短；辐条的长段的端头称为辐条长端，而辐条的短段的端头称为辐条短端。辐条短端连到驱动器上。驱动器可以驱动所连辐条短端上下运动，以使辐条绕转轴俯仰转动，从而控制喇叭状导轨张合。

当驱动器驱动所连辐条短端向下运动时，辐条长端就会绕转轴向上转动，从而使喇叭状导轨张开。而当驱动器驱动所连辐条短端向上运动时，辐条长端就会绕转轴向下转动，从而使喇叭状导轨收合。

当无人机需要牵挂运送套绳时，将绳索环绕套在固定在无人机机身下方的那一圈支杆的外围，然后驱动器带动喇叭状导轨完全张开，辐条长端贴近无人机机身下方，将套绳卡在支杆外围。当无人机牵挂套绳飞行时，喇叭状导轨保持完全张开状态，从而卡住套绳防其掉落；当无人机需要投放套绳时，驱动器带动喇叭状导轨完全收合，从而套绳在自身重力作用下滑落而套到指定物体上；如此，套绳的牵引和投放就不需要额外的挂钩，因为可活动的喇叭状导轨起到了挂钩的作用。当无人机需要悬停到指定物体上方时，驱动器带动喇叭状导轨逐渐收合，收合过程中喇叭状导轨碰到该物体所产生的反作用力会带动无人机向该物体上方移动，从而可以避免只能操控螺旋翼发动机实现悬停到指定物体上方的困难。

所发明的装置中，连在相邻辐条之间的可折叠连接物可以是呈扇面状的柔性面料，从而当喇叭状导轨完全张开时就像一把打开的雨伞。当无人机已经飞临靠近指定物体时，面状的喇叭状导轨可以顺滑地引导无人机悬停到指定物体上方，但是面状的喇叭状导轨所造成的飞行阻碍力大。

所发明的装置中，连在相邻辐条之间的可折叠连接物可以是绳网结构，从而当喇叭状导轨完全张开时就像一张蜘蛛网。绳网结构的喇叭状导轨所造成的飞行阻碍力小，但是容易出现绳网结构的喇叭状导轨被异物挂阻的情况。

当无人机牵挂套绳飞行时，套绳通常会在牵拽力的作用下而紧紧压贴在支杆上；当无人机牵挂着套绳飞向远处时，套绳会绕着支杆滑动，套绳与支杆之间的紧紧压贴状态会产生很大的摩擦力，而该摩擦力会对无人机产生一个扭矩，从而造成对无人机的操控困难。所发明的装置中，固定在无人机机身下方的每个支杆上安装有转环。转环可以减小绳索与支杆之间的摩擦，从而有效避免因摩擦力扭矩所造成的对无人机操控困难的状况。

为了进一步减小无人机飞行过程中因套绳与无人机之间的摩擦力所造成的扭矩，所发明的装置中，辐条长端背面，即辐条对应喇叭状导轨外侧的那一面可以安装万向滚轮。当无人机牵挂套绳飞行时，万向滚轮可以减小绳索与喇叭状导轨外侧的摩擦。同时，当无人机需要投放套绳时，万向滚轮也有利于套绳滑落套到指定物体上。但是安装万向滚轮会增加所发明装置的生产成本和结构复杂度。

所发明的装置中，驱动器可以通过多种方式驱动辐条绕转轴俯仰转动。

第一种方式：辐条连到驱动器的一端，即辐条短端有导槽，每根辐条的短端导槽中都插有一个固定在驱动器上的连杆。驱动器上下运动时，连杆会在辐条短端的导槽中滑动，从而带动辐条绕转轴俯仰转动。

第二种方式：驱动器下部与辐条对应的位置有导槽，辐条靠近驱动器的一端，即辐条短端固定有连杆，连杆插在驱动器下部的导槽里。驱动器上下运动时，会迫使固定在辐条短端上的连杆在驱动器下部的导槽中滑动，从而带动辐条绕转轴俯仰转动。

第三种方式：驱动器下部与辐条对应的位置有一根可以活动的连杆，活动连杆的一端通过活栓连在驱动器上，活动连杆的另一端通过活栓连在辐条靠近驱动器的一端，即辐条短端。驱动器上下运动时，活动连杆通过其两端的活栓在驱动器和辐条短端之间俯仰转动，从而带动辐条绕转轴俯仰转动。

第四种方式：所发明的装置中，辐条靠近驱动器的一端，即辐条短端与驱动器之间没有连接传动部件。当驱动器向下运动时，驱动器下端通过物理推压辐条短端而直接迫使辐条长端绕转轴向上转动，从而喇叭状导轨张开；当驱动器向上运动时，因为辐条长端比辐条短端重，所以辐条通过其自身重力而使辐条长端绕转轴向下转动，从而喇叭状导轨收合。

驱动器带动辐条绕转轴俯仰转动的前三种方式中，驱动器对喇叭状导轨的张开与收合都有直接的控制能力。而在第四种方式中，驱动器仅对喇叭状导轨的张开有直接的控制能力，但是驱动器对喇叭状导轨的收合并没有直接的控制能力，例如，如果辐条因转轴锈蚀而转动卡顿，则即便驱动器向上运动，喇叭状导轨也可能不会收合，从而导致套绳不能顺利滑落套到指定物体上；不过这个缺点可以通过在辐条之间采用弹性可折叠连接物来解决，即，当驱动器向上运动时，弹性可折叠连接物的收缩力会和辐条自身重力一起迫使辐条长端绕转轴向下转动，从而喇叭状导轨收合。相较驱动器带动辐条绕转轴俯仰转动的前三种方式而言，第四种方式结构最简单，制造成本和维护成本都最低。

所发明的装置中的各个部件可以采用适当的材料、形状、尺寸、大小、数量、颜色和布局位置设计。例如，辐条可以不是直条状，而是有弯曲幅度；辐条向外弯曲，可以使得导轨成向外翻翘的喇叭状，从而在无人机牵挂套绳飞行时，喇叭状导轨能够更加牢固地卡住套绳，防止其掉落；辐条向内弯曲，可以使得导轨成向内收缩的喇叭状，从而在无人机需要投放套绳时，更加便利于套绳滑落套到指定物体上。辐条数目越多，固定在无人机机身下方的支杆数目越多，支杆上的转环越多，辐条长端背面的万向滚轮越多，则越有利于牵引和投放套绳；但是装置的重量和成本也会相应增加。

本发明的一种用于无人机牵挂和投放套绳的装置具有以下有益效果：本发明的装置不用挂钩就能实现卡住和投放套绳的目的，从而能简化结构、降低成本；本发明的装置在飞行期间可以使得整个无人机系统的重心靠近螺旋翼发动机的安装平面，从而便于操控无人机飞行；本发明的装置可以通过控制喇叭状导轨张合来操控无人机准确悬停到指定物体上方，从而保证套绳投放成功。

附图说明：

附图给出本发明的一种用于无人机牵挂和投放套绳的装置的示意图：

图1：本发明的一种用于无人机牵挂和投放套绳的装置的主要结构示意图。

图2：本发明的一种用于无人机牵挂和投放套绳的装置中的可折叠绳网结构连接物、支杆转环和辐条短端导槽的示意图。

图3：本发明的一种用于无人机牵挂和投放套绳的装置中的辐条万向滚轮和驱动器下部导槽的示意图。

图4：本发明的一种用于无人机牵挂和投放套绳的装置的弯曲辐条和活动连杆的示意图。

示意图中的标号说明：1辐条2可折叠连接物3支杆4转轴5驱动器6无人机7套绳8楼顶立柱9可折叠绳网结构连接物10支杆转环11辐条短端导槽12固定在驱动器上的连杆13安装在辐条上的万向滚轮14驱动器下部导槽15固定在辐条短端的连杆16弯曲辐条17活动连杆18活栓。

具体实施方式：

下面结合附图，对本发明的一种用于无人机牵挂和投放套绳的装置做进一步说明。

图1给出了本发明的一种用于无人机牵挂和投放套绳的装置的主要结构示意图。本发明的装置主要含有辐条(1)、可折叠连接物(2)、支杆(3)、转轴(4)和驱动器(5)。两两相邻辐条(1)之间连有可折叠连接物(2)，辐条(1)和可折叠连接物(2)组成一个可活动的喇叭状导轨。本图中的可折叠连接物(2)是呈扇面状的柔性面料。驱动器(5)安装在无人机(6)机身下方。支杆(3)环绕分布在驱动器(5)四周，固定在无人机(6)机身下方。辐条(1)通过转轴(4)连到固定在无人机(6)机身下方的支杆(3)上，每根辐条(1)连一个支杆(3)。辐条(1)一端，即辐条(1)短端连到驱动器(5)上。驱动器(5)可以驱动所连辐条(1)短端上下运动，以使辐条(1)绕转轴(4)俯仰转动，从而控制喇叭状导轨张合。当驱动器(5)驱动所连辐条(1)短端向下运动时，辐条(1)的另一端，即辐条(1)长端就会绕转轴(4)向上转动，从而使喇叭状导轨张开；而当驱动器(5)驱动所连辐条(1)短端向上运动时，辐条(1)长端就会绕转轴(4)向下转动，从而使喇叭状导轨收合。当无人机(6)需要牵挂运送套绳(7)时，将绳索(7)环绕套在固定在无人机(6)机身下方的一圈支杆(3)的外围，然后驱动器(5)带动喇叭状导轨完全张开，辐条(1)贴近无人机(6)机身下方，将套绳(7)卡在支杆(3)外围。当无人机(6)牵挂套绳(7)飞行时，喇叭状导轨保持完全张开状态，从而卡住套绳(7)防其掉落。当无人机(6)需要悬停到楼顶立柱(8)上方时，驱动器(5)带动喇叭状导轨逐渐收合，收合过程中喇叭状导轨碰到楼顶立柱(8)所产生的反作用力会带动无人机(6)向楼顶立柱(8)上方移动。当无人机(6)需要投放套绳(7)时，驱动器(5)带动喇叭状导轨完全收合，从而套绳(7)在自身重力作用下滑落而套到楼顶立柱(8)上。本图中当驱动器(5)向下运动时，驱动器(5)下端通过物理推压辐条(1)短端而直接迫使辐条(1)长端绕转轴(4)向上转动；当驱动器(5)向上运动时，辐条(1)通过其自身重力而使辐条(1)长端绕转轴(4)向下转动。

图2给出了本发明的一种用于无人机牵挂和投放套绳的装置中的可折叠绳网结构连接物、支杆转环和辐条短端导槽的示意图。本图中连在相邻辐条(1)之间的可折叠连接物(2)是可折叠绳网结构连接物(9)。本图中固定在无人机(6)机身下方的支杆(3)上安装有转环(10)，支杆转环(10)可以减小绳索(7)与支杆(3)之间的摩擦。本图中驱动器(5)通过辐条短端导槽(11)驱动辐条(1)绕转轴(4)俯仰转动。固定在驱动器(5)上的连杆(12)插在辐条短端导槽(11)中。驱动器(5)上下运动时，驱动器(5)上的连杆(12)会在辐条短端导槽(11)中滑动，从而带动辐条(1)绕转轴(4)俯仰转动。

图3给出了本发明的一种用于无人机牵挂和投放套绳的装置中的辐条万向滚轮和驱动器下部导槽的示意图。本图中辐条(1)长端背面，即对应喇叭状导轨外侧的那一面安装有万向滚轮(13)。当无人机(6)牵挂套绳(7)飞行时，万向滚轮(13)可以减小绳索(8)与喇叭状导轨外侧的摩擦。当无人机(6)需要投放套绳(7)时，万向滚轮(13)有利于套绳(7)滑落套到楼顶立柱(8)上。本图中驱动器(5)通过驱动器下部导槽(14)驱动辐条(1)绕转轴(4)俯仰转动。驱动器(5)下部与辐条(1)对应的位置有导槽(14)，辐条(1)靠近驱动器(5)的一端，即辐条短端固定有连杆(15)，固定在辐条短端的连杆(15)插在驱动器下部的导槽(14)里。驱动器(5)上下运动时，会迫使固定在辐条(1)短端上的连杆(15)在驱动器(5)下部的导槽(14)中滑动，从而带动辐条(1)绕转轴(4)俯仰转动。

图4给出了本发明的一种用于无人机牵挂和投放套绳的装置的弯曲辐条和活动连杆的示意图。本图中喇叭状导轨采用了弯曲辐条(16)；弯曲辐条(16)向外弯曲，使得导轨成向外翻翘的喇叭状，从而在无人机(6)牵挂套绳(7)飞行时，喇叭状导轨能够更加牢固地卡住套绳(7)，防止其掉落。本图中驱动器(5)通过活动连杆(17)驱动辐条(1)绕转轴(4)俯仰转动。驱动器(5)下部与辐条(1)对应的位置有一根可以活动的连杆(17)。活动连杆(17)的一端通过活栓(18)连在驱动器(5)上，活动连杆(17)的另一端通过另一个活栓(18)连在辐条(1)靠近驱动器(5)的一端，即辐条(5)短端。驱动器(5)上下运动时，活动连杆(17)通过其两端的活栓(18)在驱动器(5)和辐条(1)短端之间俯仰转动，从而带动辐条(1)绕转轴(4)俯仰转动。

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