用于弹射降落伞的设备以及方法与流程

此外，本发明涉及一种用于弹射降落伞的方法。

开头所指名类型的设备和方法在现有技术中是已知的，例如，以确保具有故障推进装置的飞行器的软着陆，以使得对飞行器和地面上的物体的损坏可以被避免。

利用现有技术的设备，降落伞(其通常经由绳索被连接到壳体)的弹射借助于由飞行器的能量网络供应的伺服电机或借助于气体压力(例如，其由可更换的co2气瓶供应)进行。这种类型的设备具有几个缺点。例如，如果触发由伺服电机启动，则如果飞行器上能量网络发生故障降落伞的弹射是不可能的。如果诸如co2气瓶的压力储存设备根据需要被用来弹射降落伞，则在降落伞已经被弹射之后需要更换压力储存设备。

因此，这种类型的设备尤其不适于无人驾驶的、有成本效益的小型飞行物体(诸如飞行无人机)的蓬勃发展的市场，因为在这种类型的飞行无人机的情况下，经常不可能确保对于飞行器上能量网络的故障保护，而且在降落伞弹射之后压力储存设备的更换是不期望的，特别是因为由此快速的重新部署是不可能的。

本发明解决了这个问题。本发明的目的是详细说明开头所指名类型的设备，该设备可以可靠地并且还可以重复地使用而不需要更换元件。

此外，开头所指名类型的方法将被详细说明，该方法能够实现降落伞的可靠且重复的弹射。

根据本发明，第一个目的是利用开头所指名类型的设备来达到的，其中可运动的基底被布置在壳体内，该基底经由至少一个弹性元件被连接到壳体，其中基底能够使用固定装置被可释放地固定在壳体内的适当位置，其中设备被这样配置以至于如果降落伞被布置在壳体内，基底在固定装置被释放时被弹性元件加速，以使得降落伞借助于基底通过弹射开口被弹射。

在本发明的范围内，确定的是，如果弹射所需要的能量储存在预拉紧的弹性元件中，则进一步独立于外部能量源的降落伞的可靠的弹射是可能的。因此，只有基底的固定装置必须被释放用于触发，于是，基底借助于储存在弹性元件中的能量被加速，其中降落伞被弹射。此外，如果在着陆之后，例如使用固定装置在弹性元件的拉力下基底再次人工地被固定在壳体内的底端处的适当位置，则该设备可容易地逆转和/或可重复地部署。因此，根据本发明的设备特别适于有成本效益的、无人驾驶的飞行无人机，但是该设备的使用不限于这种类型的飞行无人机。

弹性元件基本上可以以任何期望的方式被实施。为了实现设备的特别轻的重量同时具有稳健的设计，弹性元件包括弹性带(尤其是橡胶带)或者由一个或更多个橡胶带组成已经被证明是有效的。以这种方式，例如与钢弹簧相比，实现了设备的减轻的重量。同时，弹性带(尤其是橡胶带)已经被证明在材料疲劳方面是有利的，以使得即使频繁使用该设备恒定的弹射力也可以被确保。这有益于实现降落伞的快速打开，以使得即使在降落伞直到较低的高度才被触发时，飞行器借助于降落伞仍可被安全地降低到地面。

壳体可以以广泛变化的方式被实施。通常，壳体被实施为使得其适于将处于正常折叠状态的降落伞维持在相对于基底的一位置处，以使得降落伞可以借助于基底弹射。优选地，折叠的降落伞可以被完全地容纳在壳体内。壳体可以以封闭的方式被实施以保护降落伞，或者被实施为具有开口或被实施为格栅以减轻重量。

有利地，提供的是弹性带在重定向装置之上被引导，该重定向装置优选地包括滚轮。以这种方式，在基底通过固定装置被固定在适当位置的拉紧状态下，弹性带可以被拉伸到超过设备总长度的总长度。因此，即使利用紧凑设计的设备，弹射所需要的弹射力也可以被确保。

明显的是，由此广泛范围的不同设计是可能的。例如，弹性带可以在一个端部处以固定的方式被连接到壳体，在也被连接到壳体的重定向装置之上被引导，并且在第二端部处以固定的方式被连接到基底。然而，也可以使用环形带，其不以固定的方式被连接到基底或壳体，而是经由重定向装置单独地被连接到基底和壳体，以在基底和壳体之间产生对于降落伞的弹射是必需的力。

在弹射操作期间弹性带长度的变化通常对应于当降落伞被弹射时基底在设备内行进的距离。如果用于弹性带的重定向装置被提供，则可以减小弹性带在设备的拉紧期间和/或在基底的底端固定在壳体内适当位置期间的相对伸长，以使得在频繁使用期间由拉伸应变引起的对弹性带的损坏可以以简单的方式被阻止。

如果基底可以在两个端部位置之间相对于壳体运动则是有益的。因此确保的是基底即使在降落伞的弹射中也与壳体一起保持或保持在壳体内侧。通常，端部位置由壳体内的引导装置上的止动部限定，基底在该引导装置中被引导。

为了实现紧凑、重量轻并且同时可靠的设备，如果至少一个弹性元件被布置在壳体的外侧上并且经由基底的引导销被连接到基底则是有益的，该引导销在壳体的引导装置中被引导、并且从壳体突出。因为基底的引导销在这个实施方案中也构成弹性元件的应用点，附加部件被去除，以使得该设备还可以以特别有成本效益的方式被生产。

为了实现特别紧凑的设计，如果壳体以大体上圆柱形的方式被实施，并且多个弹性元件每隔一定间隔被分布在圆周之上则是有益的。此外，基底然后由弹性元件非常均匀地加速，以使得基底在壳体内的均匀运动被确保，并且即使在小间隙尺寸的情况下基底在壳体内的阻塞也被可靠地阻止。

为了实现足够大的弹射力或所需要的弹射距离(即使利用小的占用区域)，优选地提供弹性元件在每个基底位置处具有预拉力。以这种方式，通过借助于弹性元件运动或加速的基底，降落伞是可能持续加速的，例如从第一止动部一直到第二止动部。如果弹性带被用作弹性元件，则这可以通过围绕重定向装置引导弹性带特别容易地被实现。为了这个目的，例如弹性带可以在一个端部处以固定的方式被附接到基底、并且在另一端部处以固定的方式在壳体底端位置处被附接到壳体，并且可以在重定向装置之上被引导，该重定向装置与壳体一起被定位在顶端处，以实现具有高弹射力的重量轻、稳健且特别紧凑的设计。

明显的是，在降落伞的弹射期间，弹性元件的预拉力在基底从壳体的底端到壳体的顶端的运动中通常减小，弹射开口位于该顶端处，并且当使用固定装置将基底固定在底端处适当位置时，预拉力在最大值处。

如果固定装置包括形状配合的连接元件、尤其是接合在对应凹口中的扣件或凸轮，以保持基底抵抗弹性元件的拉力，则固定装置是可能以简单方式可靠释放的。例如，在基底的下侧，具有凹口的芯轴可以被提供，当使用固定装置将基底固定在底端处适当位置时，扣件或凸轮接合在该凹口中，以保持基底抵抗弹性元件(一个或多个)的拉力。

通常，设备被实施以使得固定装置是可能以电磁方式释放的。因为与现有技术的设备相比，由此仅需要固定装置的电磁释放而不需要降落伞的电磁弹射，设备的致动是可能利用大幅度减少的电能的。例如，形状配合的连接元件的扣件或凸轮可以被实施以使得其可以由电磁铁致动，以利用少量的能量实现固定装置的释放。

为了实现特别轻且小的设备，如果杠杆机构、尤其是肘节杠杆被提供以释放固定装置则是有益的。然后可以使用电磁铁，例如其具有特别小的占用区域并且利用电磁铁仅有小的力可以被产生，因为由电磁铁产生的力是经由杠杆机构被传递，以实现固定装置的稳健释放。

如果使用肘节杠杆，则该设备通常被实施以使得当肘节杠杆处于过度延伸的位置时，基底可以由肘节杠杆被固定在壳体内适当位置。在肘节杠杆的情况下，过度延伸的位置由经过死点到肘节杠杆止动部至稳定位置中的运动实现，以使得肘节杠杆被锁定。肘节杠杆止动部例如可以由致动器中的止动部形成，该致动器为肘节杠杆提供动力，诸如电磁体。以这种方式，弹性元件的大的拉力也可以借助于肘节杠杆被保持，或者经由肘节杠杆止动部被支撑，简单且不需要能量消耗。为了释放固定装置，肘节杠杆然后以简单地并具有最小的有效力从死点下方的过度延伸的位置运动到不稳定的位置，以使得基底由弹性元件被加速而弹射降落伞。

如果使用肘节杠杆，则触发仅需要少量的能量，因为肘节杠杆仅需要从过度延伸的位置运动到不稳定位置，以使得用于触发的能量储存设备也可以被实施为小且轻的。

如果能量储存设备被提供则是有利的，利用该能量储存设备，固定装置是可能在没有附加的外部能量供应的情况下释放的。这使得即使固定装置的电磁释放独立于外部能量供应也能够特别可靠地弹射降落伞。例如，能量储存设备可以实施为蓄电池，其在部署之前或在操作期间使用与设备连接的飞行器的飞行器上的网络充电，例如，使用飞行无人机的机载网络。

尤其是如上述所解释的使用肘节杠杆的情况，能量储存设备也可以被实施为电容器，以实现特别小且重量轻的结构，特别是因为当使用肘节杠杆时用于触发的能量需求很小。除了其他方面之外，电容器的使用具有以下优点：电容器在连接到与设备连接的飞行器的飞行器上的网络之后立即完全充电。与此相反，如果使用蓄电池，则通常直到几分钟或几小时之后才能达到完全充电状态。当然，也可以使用任何其他类型的尤其是电容式能量储存设备代替电容器。

如果无线电接收器被提供并且被连接到固定装置则是有益的，以使得固定装置可以借助于无线电信号被释放。因此，在遥控飞行无人机的情况下，如果例如预见损坏以其他方式将是不可避免的，则降落伞可以由人工或自动遥控容易地触发。

已经证明有益的是，至少一个加速度计被提供，其被可操作地连接到固定装置，以使得固定装置在测量到超过限定值的加速度时被释放。因此，例如，当设备连接到的物体处于临界状态时，例如在自由下落时，可以实现降落伞的自动弹射。该设备可以被实施以使得限定值可以根据需要被设置或者永久地预先设置。

通常，加速度计也可用作测斜仪。然而，单独的测斜仪当然也可以被提供作为补充，来以高的可靠性识别临界状态并且能够足够早地触发降落伞。在这种背景下，现有技术中已知的其他传感器当然也可以被提供，以确定与降落伞触发相关的状态变化量，诸如地面之上的高度、天气条件、用于推进装置的能量储存设备等的充电状态和/或填充水平。尤其是，气压测高计可以被提供以确定高度、高度变化以及垂直速度和垂直加速度。

如果数据处理设备被提供则是有益的，利用该数据处理设备，固定装置的释放可以以自动的方式进行。结果，广泛范围的不同状态可以被限定，其中固定装置被释放并且降落伞被弹射。简单且灵活地将设备适配于最广泛变化的物体、尤其是不同的飞行器由此是可能的，这些物体具有各种可允许的操作条件。通常，数据处理设备被实施为微控制器，以使得设备可以以节省空间的方式设计并且具有低重量和低能量需求。

通常，数据储存设备被提供，其中最大值数据、尤其是关于最大加速度的最大值数据被储存，其中用于在操作期间确定当前对应的数据的传感器被提供，其中该设备被这样配置以至于固定装置在借助于数据处理设备确定当前正在被测量的数据超过储存的最大值数据时被释放。因此，用于确定广泛变化的数据(诸如当前飞行高度、速度、天气条件等)的传感器可以被提供，并且这些数据可以用于降落伞的自动触发。以这种方式，对飞行器、地面上的物体的损坏以及对地面上的人的伤害可以通过根据本发明的设备以自动的方式而被有效地避免。

在这种背景下，如果数据处理设备被配置为确定和储存在设备被连接到的物体的正常操作期间发生的数据、尤其是加速度则是有益的。在该实施方案中，因此不必提前限定可允许的最大值数据；相反，该设备本身由此能够确定可允许的最大值数据。自学习设备因此被实现，其结果是该设备可以例如被有效地用于以高速度运动和/或以快的加速度运动的物体(诸如飞行无人机)，并且还可以用在缓慢运动的物体(诸如气球或滑翔机)上而不需要更改任何编程。

根据本发明的设备原则上可以用在任何物体上，例如在飞行器上。在具有用于弹射降落伞的设备的飞行器、尤其是飞行无人机的情况下，如果该设备根据本发明被实施则是特别有益的。以这种方式，高可靠性、同时兼具低重量被实现。

根据本发明，另一个目的是由开头所指名类型的方法达到，其中，在尤其是根据本发明被实施的设备的壳体内的基底在弹性元件的拉力下被可释放地固定在固定装置上的适当位置。于是，在发生预定状态时固定装置被释放，于是，降落伞借助于基底在弹性元件拉力的至少部分地释放下通过弹射开口从壳体弹射出。

这种类型的方法是稳健的、可重复地多次使用，并且可以独立于其上布置有该设备的飞行器的能量供应来实现。

通常，基底被固定在壳体的与弹射开口相对的一端处、在壳体内底部处的适当位置，并且固定装置也位于壳体的底端。

如果关于设备被连接到的物体的特征数据、尤其是加速度被测量则是有益的，并且当测量的数据超过一个或更多个限定的可允许的最大值时，固定装置优选地以自动的方式被释放。因此，当物体(例如飞行器)达到不可允许的操作状态时，可以以特别有效的方式阻止损坏。

可允许的最大值在正常操作期间以自动的方式被确定并且被储存在数据储存设备中是有利的，于是，将测量的数据与储存的数据进行比较，以识别非正常的操作状态。一种自学习方法因此被实现，该方法可以在广泛变化的飞行器上被实施而不需要人工调节，以使得一方面在可允许的操作条件下降落伞的错误的弹射可以被避免，并且另一方面在不可允许的操作条件下降落伞的可靠的弹射也可以被确保。

本发明的附加特征、益处和效果从下面描述的示例性实施方案得出。由此被引用的附图如下示出：

图1至图4在不同视图中示出根据本发明的设备的第一示例性实施方案；

图5是根据本发明的另一设备的截面图示说明。

图1至图4示出根据本发明的设备1的第一示例性实施方案，其中图1以等距视图示出设备1，图2至图4示出设备1的各种细节。可以看出，设备1包括大体圆柱形的壳体2，其中基底4可以在两个端部位置之间运动。端部位置由引导装置9中的止动部20限定，其中基部4由从壳体2突出的引导销10引导。基部4可以沿着引导装置9在端部位置之间相对于壳体2运动，其中基底4经由被实施为弹性带6的三个弹性元件被连接到壳体2，以使得当基底4从壳体2的弹射开口3的区域或壳体2的顶端运动到壳体2的相对的底端时弹性元件中的拉力增加，以拉紧设备1。在与弹射开口3相对的底端处，基底4由固定装置5固定在适当位置。

使用固定装置5，基底4可以在底端处被可释放地固定在壳体2内的适当位置，其中借助于被连接到电磁铁16的扣件以形状配合的方式进行紧固，该扣件接合于被连接到基底4的芯轴14的凹口15中。芯轴14由此被容纳在定位于壳体2内的底端处的安装座21的芯轴引导装置19中，该芯轴引导装置19在图3中可见。在安装座21的下侧，电磁铁16和扣件被布置。

为了释放固定装置5，电磁铁16被致动以使得扣件从芯轴14被释放，由此基底4借助于储存在弹性带6中的能量相对于壳体2朝向弹射开口3被加速。如果降落伞(其未图示说明)至少部分地位于壳体2内，则降落伞由基底4加速并且通过弹射开口3弹射。

如图示说明的，弹性带6以固定的方式被连接到壳体2的底端处、或壳体2的与弹射开口3相对的一端处的带固定装置18上，并且在定位于弹射开口3的区域中的重定向装置7之上被引导，该重定向装置7包括滚轮8。此外，弹性带6经由从壳体2突出的引导销10被连接到基底4。弹性带6到基底4的这种连接也可以经由引导销10上的重定向装置7或固定夹进行。弹性带6以拉伸的方式被布置，以使得当基底4抵靠定位于弹射开口3的区域中的止动部20时它们也表现出拉力。以这种方式，在基底4于止动部20之间的运动期间或在基底4从壳体2的一个端部朝向位于相对的端部处的弹射开口3的运动中，经由弹性带6向基底4施加力是可能的，由此与基底4一起运送的降落伞的高弹射速度可以被实现。这使得即使在低飞行高度处也能够安全着陆。

在该实施方案的情况下，尽管设备1的尺寸小，但是具有需要的长度的弹性带6可以被使用以施加合适的力。此外，弹性带6利用这种设计仅需要拉伸大约用于基底4在止动部20之间运动的弹性带6的未应变长度的100％。如果多个重定向装置7被使用，则弹性带6的较小伸长也是可能的。由强拉伸应变引起的弹性带6中的疲劳迹象因此被避免。

此外，可以看出，壳体2除了引导装置9之外还包括开口17，以使得设备1的特别低的重量被实现。壳体2通常由轻质材料构成，例如塑料、尤其是纤维增强塑料和/或碳纤维复合材料。基底4同样通常由诸如塑料的轻质材料构成。

图5示意性地示出根据本发明的另一设备1的截面，其还包括大体圆柱形的壳体2。如图示说明的，在该实施方案中的固定装置5包括机构13，该机构13在一侧上被连接到电磁铁16并且在另一侧上被连接到形状配合的连接装置。机构13包括传动比，以使得具有大的行程和小的力的电磁铁16的运动被转换成具有较小的行程和较大的力的形状配合的连接装置的运动。在图5图示说明的实施方案中，形状配合的连接装置包括围绕凸轮轴12可以旋转的凸轮11，该凸轮11接合在被连接到基底4的芯轴14的凹口15中，以使用固定装置5以形状配合的方式将基底4固定在适当位置。为了释放固定装置5，凸轮11经由机构13由电磁铁16旋转，以使得芯轴14被释放。机构13可以被实施为杠杆机构，并且如图示说明的，可以尤其是包括肘节杠杆。

可以由电磁铁16致动的肘节杠杆因此由第一杠杆23和第二杠杆24形成，凸轮11经由第一杠杆23和第二杠杆24可以被致动。机构13被定位以使得它可以相对于壳体2围绕凸轮轴12和杠杆轴22旋转。被连接到电磁铁16的第一杠杆23经由铰链25被连接到第二杠杆24。同样，第二杠杆24经由铰链25被连接到凸轮11。在诸如图示说明的锁定位置，第一杠杆23和第二杠杆24之间的角度α略大于180°。从该位置，第一杠杆23不能以顺时针方向围绕杠杆轴22进一步旋转，因为肘节杠杆抵靠在例如由电磁铁16形成的肘节杠杆止动部而因此锁定在该方向上。

由扣件施加到凸轮11的向上的力经由肘节杠杆止动部或以固定的方式定位在壳体内的电磁铁16因此被机械地支撑，以使得即使没有能量输入肘节杠杆也经由凸轮11抵抗弹性带6的弹性力而保持基底4。在电磁铁16中因此不需要电能以保持基底4。

当固定装置5被释放时，第一杠杆23由电磁铁16的短暂致动围绕杠杆轴22逆时针被旋转，以使得肘节杠杆再次运动到死点下方、进入不稳定位置，其中角度α小于180°。经由凸轮11和弹性力随后完全打开或释放固定装置5和肘节杠杆，以使得在肘节杠杆被解锁或肘节杠杆运动到死点下方的位置之后，基本上不需要将另外的能量供应给电磁铁16。

因此，为了释放固定装置5，仅必须给电磁铁16供应短暂的能量脉冲以将肘节杠杆从死点上方的稳定位置(其中角度α大于180°)运动到死点下方的不稳定位置(其中角度α小于180°)。

因此，在电磁铁16的最小能量需求和非常小的力的情况下，即使电磁铁16的尺寸特别小，固定装置5的可靠的释放也可以借助于机构13的传动比实现。这能够使设备1的设计重量非常轻。对于飞行器，最大飞行时间通常受重量限制，这就是利用重量轻的设备1可以实现更长的飞行时间的原因。

在图5中，基底4也被图示说明在顶端位置，基底4在释放固定装置5并且弹射降落伞之后运动(未图示说明)到该顶端位置，此时基底4抵靠于引导装置9的上止动部20。从该位置，设备1可以通过基底4运动到壳体2的底端而重新被拉紧，固定装置5位于该底端处。降落伞通常通过绳索等被附接到设备1。

为了触发电磁铁16，微控制器(未图示说明)被提供，其被连接到数据储存设备和传感器(诸如加速度计)，例如以使得固定装置5可以根据设备1的运动或加速度被释放，以当设备1被连接到的飞行器进入不可允许的操作状态(例如如果飞行器在自由下落)时弹射降落伞。

微控制器因此被配置以使得在飞行器的正常操作期间它将数据存储在数据储存设备中，并且对于典型和/或可允许的操作状态的最大可允许值可以从中得到。出于这个目的，微控制器可以被选择性地置于学习模式中。可以以简单的方式适于广泛变化的飞行器的自学设备1可以因此被实现。尤其是鉴于种类极大增加的飞行器变体(诸如无人驾驶的飞行无人机)，这有益于能够以简单的方式利用设备1改装广泛变化的飞行无人机。

利用根据本发明的设备1和对应的方法，降落伞的可靠的触发以节省空间和减轻重量的方式进行确实是可能的，以使得尤其是飞行无人机当例如推进系统发生故障或飞行无人机陷于阵风时可以以自动且可靠的方式被降低到地面4。

因此，对飞行无人机和地面上的物体的损坏可以被避免，由不可控制地下降的飞行无人机对地面人员造成的伤害也可以被避免。

此外，由于与现有技术相比设备1重量轻，所以飞行无人机特别长的飞行时间是可能的。由于简单的结构，设备1可以有成本效益地被生产，以使得现有的飞行无人机可以利用根据本发明的设备1以低成本被改装，以能够进行安全的飞行操作。