一种柔翼无人机地面轨道发射装置的制作方法

本实用新型涉及无人机领域，尤其涉及到一种柔翼无人机地面轨道发射装置。

背景技术：

柔翼无人机是一种以翼伞为机翼的悬挂飞行器，其发射方式主要依靠地面车辆拖曳的方式发射起飞，通过地面车辆加速行驶到柔翼无人机的起飞速度，然后进行释放，则柔翼无人机离开车辆起飞。

使用地面车辆拖曳的方式发射起飞时，先将柔翼无人机固定到牵引拖曳车上，然后挂好翼伞，牵引拖曳车加速行驶到50Km/h～60Km/h，柔翼无人机与牵引拖曳车分离，柔翼无人机升空，随后加速爬升即可完成起飞。

这种发射起飞方式可以有效实现柔翼无人机的发射起飞，但是也存在较大的缺陷：1)每架无人机必须要单独配备一辆牵引车，发射时每次都需要将柔翼无人机固定到拖曳车上，检查各种连接状态，效率较低；2)牵引车内必须至少要有一位驾驶员和一位操作员；3)依靠车辆加速达到起飞速度，受不同地面状况的影响，加速距离或长或短；4)起飞方向受车辆行驶方向及道路的影响，无法随风向随时改变。另外，当柔翼无人机在一个固定场所进行大规模作业时，需要快速的发射多架柔翼无人机同时升空工作，这种地面车辆拖曳的方式难以无法满足要求。

专利文献CN202429351U公开了一种动力翼伞起飞辅助装置，包括有牵引车，牵引车上设有底座，底座上设有支座，支座的位置为动力翼伞的机轮的位置对应；底座上设有张紧机构，张紧机构包括张紧带，张紧带的一端与绞盘连接，张紧带的另一端穿过设置在底座上的定滑轮后与动力翼伞小车上的圆环连接。该起飞辅助装置可以使无人动力翼伞可靠升空，提高了起飞的安全性，同时降低了动力翼伞对起飞场地的要求，扩展了动力翼伞使用范围。但是，该起飞装置依然需要牵引车进行牵引，也无法满足在固定场所进行大规模作业时需要快速的发射多架柔翼无人机同时升空工作的需求。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种柔翼无人机地面轨道发射装置，其通过优化的结构改进，使得其可以实现柔翼无人机的自动可靠发射起飞，从而解决目前发射装置所存在的需要牵引车牵引以及无法适应快速发射多架无人机需求的缺陷。

为实现上述目的，按照本实用新型，提供一种柔翼无人机地面轨道发射装置，包括地面轨道和加速系统，其中，

所述地面轨道包括具有沿发射起飞方向设置的发射轨道，该发射轨道上沿发射起飞方向开有凹槽，用于无人机起落架容置其中并可相对该发射轨道滑动，该发射轨道包括位于发射起飞前段的锁定轨道和发射起飞后段的滑动轨道，其中所述锁定轨道的凹槽底部还设置有限位槽，以用于在发射起飞前段保持对起落架在升空方向上的限位；

所述加速系统包括传动带和设置在传动带上的锁定脱离机构，其中所述传动带沿发射起飞方向与所述发射轨道并行设置，且在所述起落架容置于所述锁定轨道的凹槽中滑动时所述锁定脱离机构与无人机机体连接使得无人机与传动带连为一体，从而所述传动带被驱动时可带动无人机在所述锁定轨道上滑动加速并在其滑动到锁定轨道末端进入滑动轨道时所述锁定脱离机构可与机体脱离，从而该无人机在滑动轨道上继续滑行达到起飞速度后起飞。

作为本实用新型的进一步优选，所述锁定脱离机构包括固定于所述机体上的锁体和固定于所述传动带上的锁栓，其中所述锁体具有凹槽，所述锁栓具有与该凹槽匹配的栓体，该栓体可在无人机起落架容置于所述锁定轨道的凹槽中时插入所述锁体凹槽中而将传动带与机体锁定，并在滑动到锁定轨道末端进入滑动轨道时所述栓体因传动带运动方向改变而从所述锁体凹槽中拔出，从而解除约束使得传动带与机体脱离。

作为本实用新型的进一步优选，所述锁栓还包括与所述传动带表面紧固连接的基座以及与所述基座通过铰链可转动连接的连杆，该连杆另一端通过铰链与所述栓体可转动连接。

作为本实用新型的进一步优选，所述传动带的传送末端位置在所述锁定轨道与滑动轨道之间，以使得在无人机通过所述传动带的驱动在锁定轨道上被加速而滑动到末端位置时，其中的锁定脱离机构可在此处因传动带在末端的方向变化而使得其与机体实现脱离。

作为本实用新型的进一步优选，所述锁定轨道凹槽底部的限位槽为开口小于槽孔的截面呈倒T型的凹槽。

作为本实用新型的进一步优选，所述地面轨道还包括伞绳支持架，该伞绳支持架安装在锁定轨道的起始端，其具有支撑端，用于支撑伞绳以辅助柔翼无人机起飞时起伞。

作为本实用新型的进一步优选，还包括自动转向装置，其与所述地面轨道动力连接，其可根据检测到的风速驱动所述地面轨道转动，以与风向匹配适应起飞需要。

作为本实用新型的进一步优选，所述自动转向装置包括风速传感器、信号处理模块、伺服电机、主动驱动齿轮和被动转向齿轮，其中，所述风速传感器用于实时测量发射场地的风速和风向，所述信号处理模块与风速传感器连接，用于接收风速传感器的数据，以将风速风向数据转化成驱动信号，所述的伺服电机与主动驱动齿轮动力连接，该主动驱动齿轮同时与被动转向齿轮啮合，该被动转向齿轮与所述地面轨道连接，所述伺服电机根据信号处理模块产生的驱动信号产生驱动力，驱动所述主动驱动齿轮进而驱动所述被动转向齿轮转动，使得地面轨道转动至相应角度。

作为本实用新型的进一步优选，所述信号处理模块与所述驱动电机连接，其产生的驱动信号用于输入所述驱动电机，以驱动所述传动带产生相应的传送速度，从而控制无人机在地面轨道上的滑动速度，以获得适应风速的起飞速度。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1)本实用新型的发射装置，通过设置地面轨道和相应的加速系统，使得无人机可以实现自动滑行和起飞，无需牵引车和人工辅助；

2)本实用新型的发射装置中，地面轨道分为相应的锁定轨道段和滑行轨道段，可以实现无人机分别实现辅助加速和自身动力加速两个阶段，从而实现自动滑行和起飞；

3)本实用新型的发射装置中，加速系统通过电机驱动传动带带动无人机加速滑行，而且设置有锁定脱离装置，一方面可以有效实现自动加速滑行，另一方面也可以完全自动实现与辅助动力系统的脱离，实现自动起飞；

4)本实用新型的发射装置可实现使柔翼无人机发射起飞完全自动完成，全程无人和车辆参与，大大提高发射起飞的效率和速度，而且可实现根据风速风向随时对发射速度和发射方向进行调整。

附图说明

图1是按照本实用新型一个实施例的地面轨道发射装置工作示意图；

图2为本实用新型一个实施例的发射装置所适用的柔翼无人机示意图；

图3为按照本实用新型一个实施例的发射装置中的地面轨道示意图；

图4为按照本实用新型一个实施例的发射装置中的加速系统示意图；

图5为按照本实用新型一个实施例的发射装置中的自动转向装置示意图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1、柔翼无人机 2、地面轨道 3、加速系统 4、自动转向装置 5、翼伞 6、吊挂带 7、螺旋桨 8、发动机 9、机体 10、起落架 11、伞绳支持架 12、锁定轨道 13、滑行轨道 14、驱动电机 15、传动带 16锁定脱离机构 17、风速传感器 18、信号处理模块 19、伺服电机 20、主动驱动齿轮 21、被动转向齿轮。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实用新型实施例所涉及的一种柔翼无人机地面轨道发射装置用于实现柔翼无人机1的发射起飞，该发射装置包括地面轨道2、加速系统3，同时还优选包括自动转向装置4。

本实施例中所述的柔翼无人机1优选是以翼伞5作为机翼的一种无人飞行器，能够实现起飞，降落、空中机动飞行等功能，也可以是其他类型的具有柔翼的飞行器。

如图1所示，本实施例的柔翼无人机包括翼伞5、吊挂带6、螺旋桨7、发动机8、机体9、起落架10。翼伞5作为机翼通过吊挂带6与机体9连接，为柔翼无人机1提供升力。螺旋桨7和发动机8固定在机体9后部，用于产生动力推进柔翼无人机1前进，还可通过动力大小控制柔翼无人机1的飞行高度。机体9优选为承载式框架结构，用于安装发动机8和起落架10。起落架10为滑撬式起落架，为柔翼无人机1起飞和降落提供着陆支撑。

如图1、2、3和4所示，本实施例的地面轨道2优选是两根平行的、带有限位槽和滑道的钢轨，其中前段部分为锁定轨道12，用于锁定柔翼无人机，后段为滑动轨道13仅有滑道，无锁定装置，用于柔翼无人机1加速滑跑达到起飞速度。具体来说，如图3所示，锁定轨道12优选是带有凹槽的钢轨，凹槽作为滑到用于柔翼无人机1起落架10在其中的相对滑动，同时凹槽底部设置有限位槽，例如横截面呈倒T型结构的槽形，其可以使得起落架10卡接其中，从而限位其在上下左右方向的位移，仅可实现沿轨道方向的移动。即锁定轨道12用于对起落架10进行锁定限位，只限定上下和左右方向的位置，前后可自由滑动。滑动轨道13优选是带有凹槽的钢轨，凹槽作为滑到用于柔翼无人机1起落架10在其中的相对滑动，该凹槽底部不设置限位槽，使得起落架10可在其中除了沿沿轨道方向的移动外，还可以沿起落架向上移动，从而保证无人机可以在该滑动轨道13上滑行速度达到一定值后顺利起飞。即滑行轨道13用于柔翼无人机1起飞末端的加速滑跑，只限左右方向和向下方向的位移，当无人机速度达到起飞速度时，即可离开轨道升空起飞。

如图3所示，地面轨道2还包括伞绳支持架11，该伞绳支持架11安装在锁定轨道12的起始端，其具有支撑端，用于支撑伞绳以辅助柔翼无人机1起飞时起伞。

本实施例的加速系统3优选是一种电机驱动的带传动系统，通过驱动电机14驱动传动带15，使柔翼无人机1加速到起飞速度，实现起飞。如图3、4和5所示，加速系统3包括驱动电机14、传动带15和锁定脱离机构16。其中，所述驱动电机14为通过电源供电的交流电机，传动带15与驱动电机动力连接，用于将驱动电机14的力矩传递到柔翼无人机1的机体9上，对柔翼无人机1进行加速。锁定脱离机构16用于在加速阶段时将传动带15与机体9锁定，而在加速阶段结束时自动解脱传动带15与机体9的锁定关系。

具体地，如图4所示，传动带15与地面轨道2同向设置，优选是设置在地面轨道2之上，锁定脱离机构16设置在传动带15上，优选是固定在传动带15上，使得无人机1在其起落架容置在地面轨道2上以可以进行滑动时，无人机1的机体9的下部正好可以通过传动带15上设置的锁定脱离机构16进行连接，使得无人机可以在传动带15驱动下在地面轨道2上滑动。本实用新型中的传动带15优选是皮带或链条。

另外，传动带的传送末端优选位置在地面轨道2的锁定轨道12与滑动轨道13之间，这样可以使得在无人机通过传动带15的驱动在锁定轨道上被加速而滑动到末端位置时，其中的锁定脱离机构16可以在此时因为传动带的方向变化而使得其与机体9脱离，从而无人机可以解除锁定机构16的束缚而进入滑动轨道13中，以便顺利起飞。

如图4所示，锁定脱离机构16优选可以为一种连接和解脱柔翼无人机与传动带的结构，其包括锁体和锁栓，其中锁体固定于柔翼无人机机体9下部，锁栓固定于传动带15外表面上。如图4所示，所述锁体具有凹槽，锁栓具有与该凹槽匹配的栓体，该栓体可在无人机起落架容置于所述锁定轨道的凹槽中时插入所述锁体凹槽中而将传动带与机体锁定，并在滑动到锁定轨道末端进入滑动轨道时所述栓体因传动带运动方向改变而从所述锁体凹槽中拔出，从而解除约束使得传动带与机体脱离。优选地，锁栓还包括与所述传动带表面紧固连接的基座以及与所述基座通过铰链可转动连接的连杆，该连杆另一端通过铰链与所述栓体可转动连接。随着在无人机起落架在锁定轨道的凹槽中在滑出阶段，随着传动带运动方向的变化，栓体与连杆之间的铰接角度不断变化，并随着角度变大使得连杆产生拉动栓体的作用力，直至两者相互呈180°设置更大角度时，将栓体从凹槽中拉出脱离锁体，完成脱离。

柔翼无人机在初始状态及加速阶段，控制传动带位置，使得锁栓能垂直向上插入锁体，从而将柔翼无人机1固定于传动带15上。在加速阶段快结束时，锁栓位置到达传动带15末端，随着滚轮的转动，传动带15将由驱动上表面转入回程的下表面，此时，传动带15上固定的锁栓将被从锁体内拔出，柔翼无人机1与传动带15解除固定约束，以便柔翼无人机1继续加速滑行。

本实用新型实施例的自动转向装置4能够通过风速传感器17实时测得风向和风速，风向和风速数据通过信号处理模块(18)解算后将控制信号发送至驱动电机14和伺服电机19，可自动控制发射速度和地面轨道2的发射方向。

如图5所示，本实施例的自动转向装置4包括风速传感器17、信号处理模块18、伺服电机19、主动驱动齿轮20和被动转向齿轮21。其中，所述的风速传感器17用于实时测量发射场地的风速和风向。所述的信号处理模块18与风速传感器17连接，用于接收风速传感器17的数据，将风速风向数据转化成驱动信号。所述的伺服电机19与主动驱动齿轮20动力连接，主动驱动齿轮20与被动转向齿轮21啮合，该被动转向齿轮21与所述地面轨道2固定连接。伺服电机19优选是采用电源供电的交流电机，其根据信号处理模块18生产的驱动信号产生驱动力，驱动主动驱动齿轮20进而驱动被动转向齿轮21转动，使得地面轨道2转动实现地面轨道2的方向变化，以与现场风向适应。

另外，信号处理模块18产生的驱动信号也相应输入所述驱动电机14，以驱动所述传动带15产生相应的传送速度，从而控制无人机在地面轨道2上的速度，以获得适应风速的起飞速度。

在一个实施例中，柔翼无人机地面轨道发射装置的具体工作过程，包括如下步骤：

1)将柔翼无人机1放置在锁定轨道12的起始端，将起落架10放入锁定轨道12限位槽里，翼伞5平铺在机体9的后面，翼伞5的伞绳搭在伞绳支持架11上；

2)风速传感器17实时测得风速数据V1和风向θ1，该数据传至信号处理模块18，即可计算得起飞发射速度V等于起飞空速V2减去实时风速V1，发射方向为风向θ1，若此时地面轨道2的方向θ2＝θ1，则地面轨道2不动，若此时θ2≠θ1，则根据θ2和θ1的差值，发出驱动信号使得驱动电机14驱动地面轨道2旋转直至θ2＝θ1；

3)启动发动机8和驱动电机14，柔翼无人机1在锁定轨道12上通过螺旋桨7和传动带15进行加速，加速至滑动轨道13处，锁定脱离机构16解除锁定，此时柔翼无人机1进入滑动轨道13，继续在螺旋桨7的推动下加速，达到起飞速度V，则柔翼无人机1离开地面轨道2完成起飞；

4)当一架柔翼无人机1完成起飞后，即可开始准备进行下一架次的起飞工作，实现自动化、高效率的柔翼无人机发射起飞工作。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。