一种旋翼无人机用自主回收与释放装置及其系统

本发明涉及无人机领域，具体涉及一种旋翼无人机用自主回收与释放装置及其系统。

背景技术：

随着航空技术的不断发展，各种类型的无人机开始被广泛地应用于农林植保、灾难救援、物流运输等领域。但是，实际应用过程，发现无人机的续航及载荷能力会受到其尺寸的限制。其中，大型无人机的续航及载荷能力强，但是其机动性、可操作性与安全性弱，尤其不适合在复杂的环境中作业。而小型无人机虽然可以在复杂的地形环境中作业，但是其存在续航时间短，无法长时间、远距离飞行的缺点。因此，在综合大型和小型无人机特点的基础上，采用子母式无人机，即由一台大型无人机作为母机，携带作为子机的小型无人机飞行到目标地点，然后释放子机，在其完成作业后再回收子机并返航，可以有效解决无人机续航、载荷以及环境适应性等相关问题。但是，目前如何安全、高效地完成对子无人机的释放与回收，是子母式无人机研发的关键问题。

技术实现要素：

本发明巧妙设计了一种可以高效、可靠地完成对小型旋翼无人机进行回收和释放工作的装置，该装置一方面可以配合子母式无人机解决现有小型无人机存在的续航时间短，无法长时间、远距离飞行的问题；另一方面，该装置还可以有效解决现有小型无人机无法被安全、高效地回收与释放的难题。同时，本发明所提供的回收与释放装置既可以应用于旋翼无人机在固定场景中的回收与释放，也可以应用于作为母机的大型旋翼无人机在空中释放与回收作为子机的小型旋翼无人机，使母机可以在空中悬停或低速飞行的条件下对子机进行释放与回收。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种旋翼无人机用自主回收与释放装置，包括丝杆、安装套筒、驱动电机以及至少两组连杆组件，其中：

所述丝杆设置于安装套筒内部并与驱动电机的输出端相连接，所述丝杆上螺纹配合限位螺母；

所述连杆组件由长连杆和与长连杆铰接的短连杆构成；

所述安装套筒上设有至少两个与所述连杆组件相匹配长条形缺口；

所述丝杆底部分别套设压缩弹簧以及连杆滑块，所述连杆滑块设置于压缩弹簧的上方，所述限位螺母设置于连杆滑块的上方；

所述至少两组连杆组件中的短连杆分别通过所述长条形缺口伸入安装套筒内部，并与所述连杆滑块固定连接，所述至少两组连杆组件中的长连杆分别与安装套筒的顶部相连接。

进一步地，所述安装套筒为矩形套筒，矩形套筒的下端设有矩形套筒底盖，所述驱动电机安装于矩形套筒底盖的下方，所述压缩弹簧一端与矩形套筒底盖相连接；所述丝杆的顶部设有丝杆支撑轴承，所述丝杠支撑轴承安装在所述矩形套筒顶部中央，用于固定丝杠；所述限位螺母由丝杆螺母和与丝杆螺母一体设置的电机滑块构成，所述电机滑块可在电机驱动下沿丝杠滑动，并在丝杠螺旋传动自锁下，保持不再移动。

作为优选，所述连杆组件设有四组，分别两两对称设置，向四个方向展开，所述矩形套筒上对应设有四个长条形缺口。

本发明还提供了一种旋翼无人机自主回收与释放系统，包括旋翼无人机、上述方案中的自主回收与释放装置以及回收网，所述自主回收与释放装置安装于旋翼无人机的顶部，可实现旋翼无人机在回收网上的回收与释放。

进一步地，在所述旋翼无人机的回收与释放过程中，所述连杆滑块可在矩形套筒内上下滑动，并带动连杆组件中的长连杆向上旋转，连杆组件可依次经过向下收起、向外展开、向上收起三个状态；其中：在所述连杆组件向下收起的过程中，所述连杆滑块可移动至使压缩弹簧压缩的位置；在连杆组件向外展开的过程中，所述连杆滑块自下向上移动，电机滑块可起到限位作用；在连杆组件向上的收起过程中，通过改变电机滑块的位置，可以改变连杆滑块的滑动范围以及连杆组件中的长连杆的转动范围。

进一步地，所述回收网的网孔大小与所述自主回收与释放装置在向上收起或向下收起状态时的尺寸相匹配。

进一步地，所述回收网可安装在固定位置或安装在作为母机的大型无人机下方。

作为优选，所述自主回收与释放装置通过装置安装件与旋翼无人机顶部安装固定。

本发明同现有技术相比具有以下优点及效果：

(1)本发明所提供的旋翼无人机用自主回收与释放装置，通过在丝杆的外部分别设置压缩弹簧、连杆滑块以及限位螺母，所述连杆滑块与连杆组件相连接，限位螺母用于对连杆滑块的移动进行限位；在旋翼无人机回收过程中，所述自主回收与释放装置在回收网的作用下，连杆组件利用所述压缩弹性的弹性向下收起，当顺利通过回收网的网孔后，处于压缩状态的压缩弹簧恢复弹性形变，带动连杆组件向外展开，限位螺母对连杆滑块进行限位，无人机挂网，回收工作完成，整个回收过程为被动实现，无需装置主动驱动；在旋翼无人机释放过程中，限位螺母由电机驱动向上移动，改变对连杆滑块的限位，无人机由于重力作用，连杆组件向上收起，无人机从回收网中掉出，完成释放操作，该过程中，驱动电机由控制器控制。综上，本发明所述的旋翼无人机用自主回收与释放装置可以安全、可靠、高效地完成对无人机的回收与释放。

(2)本发明所述的旋翼无人机用回收与释放装置体积小、重量轻，可以适用于体积、载荷较小的小型旋翼无人机使用，回收时所述连杆组件可以以任意角度插入到回收网的任意网格之中，有很强的位置误差容忍和姿态误差容忍能力，且该装置对无人机的控制精度要求低，极大程度地降低了控制难度。

(3)将本发明所述的旋翼无人机用自主回收与释放装置安装于旋翼无人机上方，可以实现旋翼无人机在回收网下方的自主回收与释放；其一方面其可以应用于旋翼无人机在固定场景中的回收与释放，也可以应用于作为母机的大型旋翼无人机在空中释放与回收作为子机的小型旋翼无人机，使母机可以在空中悬停或低速飞行的条件下对子机进行释放与回收操作；其回收过程利用设置于丝杆外部的压缩弹簧的弹性被动完成，无需装置自身驱动，继而提高了回收过程的可靠性，其释放过程则在电机的驱动下主动完成，可以实现旋翼无人机的多次自主回收和释放。

(4)本发明所述的旋翼无人机用自主回收与释放装置在无人机回收过程中，连杆组件的展开过程并不会影响无人机的飞行姿态及稳定性。

(5)本发明所述的旋翼无人机用自主回收与释放装置可以便于人工预先将旋翼无人机挂在回收网上，也可以便于采用人工的方式将旋翼无人机取下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明将旋翼无人机用自主回收与释放装置安装于旋翼无人机顶部的立体结构示意图。

图2为本发明所述旋翼无人机用自主回收与释放装置的立体结构示意图。

图3为本发明所述旋翼无人机用自主回收与释放装置在向外展开状态下的剖面结构示意图。

图4为本发明所述旋翼无人机用自主回收与释放装置在向下收起状态下的剖面结构示意图。

图5为本发明所述旋翼无人机用自主回收与释放装置在向上收起状态下的剖面结构示意图。

图6为本发明所述旋翼无人机自主回收与释放系统中，旋翼无人机等待回收状态示意图。

图7为本发明所述旋翼无人机自主回收与释放系统中，旋翼无人机进行回收工作过程示意图。

图8为本发明所述旋翼无人机自主回收与释放系统中，连杆组件处于向外展开状态，旋翼无人机完成挂网回收、等待释放示意图。

图9为本发明所述旋翼无人机自主回收与释放系统中，旋翼无人机进行释放工作过程示意图。

标号说明：1、旋翼无人机；2、旋翼无人机用自主回收与释放装置；21、驱动电机；22、连接组件；221、长连杆；222、短连杆；23、矩形套筒；231、矩形套筒底盖；24、丝杆；25、压缩弹簧；26、连杆滑块；27、丝杆螺母；28、电机滑块；29、丝杆轴承；3、装置安装件；4、回收网。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例1：如图2至5所示，一种旋翼无人机用自主回收与释放装置，包括丝杆24、安装套筒、驱动电机21以及至少两组连杆组件22，其中：所述丝杆24设置于安装套筒内部并与驱动电机21的输出端相连接，所述丝杆24上螺纹配合限位螺母；所述连杆组件22由长连杆221和与长连杆221铰接的短连杆222构成；所述安装套筒上设有至少两个与所述连杆组件22相匹配长条形缺口；所述丝杆24底部分别套设压缩弹簧25以及连杆滑块26，所述连杆滑块26设置于压缩弹簧25的上方，所述限位螺母设置于连杆滑块26的上方；所述至少两组连杆组件22中的短连杆222分别通过所述长条形缺口伸入安装套筒内部，并与所述连杆滑块26固定连接，所述至少两组连杆组件22中的长连杆221分别与安装套筒的顶部相连接。

具体地，在本实施例1中，所述安装套筒为矩形套筒23，矩形套筒23的下端设有矩形套筒底盖231，所述驱动电机21安装于矩形套筒底盖231的下方，所述压缩弹簧25一端与矩形套筒底盖231相连接；所述丝杆24的顶部设有丝杆支撑轴承29，所述丝杠支撑轴承29安装在所述矩形套筒23的顶部中央，用于固定丝杠24；所述限位螺母由丝杆螺母27和与丝杆螺母27一体设置的电机滑块28构成，所述电机滑块28可在电机驱动下沿丝杠24滑动，并在丝杠螺旋传动自锁下，保持不再移动。

进一步地，作为优选的实施方案，在本实施例1中所述连杆组件22设有四组，分别两两对称设置，向四个方向展开，所述矩形套筒23上对应设有四个长条形缺口。

实施例2：如图1至9所示，一种旋翼无人机自主回收与释放系统，包括旋翼无人机1、实施例1所述的自主回收与释放装置2以及回收网4，所述自主回收与释放装置2通过装置安装件3固定于旋翼无人机1的顶部，可实现旋翼无人机在回收网4上的回收与释放。

如图3至5所示，在所述旋翼无人机的回收与释放过程中，所述连杆滑块26可在矩形套筒23内上下滑动，并带动连杆组件22中的长连杆221向上旋转，连杆组件22可依次经过向下收起(图4)、向外展开(图3)、向上收起(图5)三个状态；其中：在所述连杆组件22向下收起的过程中，所述连杆滑块26可移动至使压缩弹簧25压缩的位置；在连杆组件22向外展开的过程中，所述连杆滑块26自下向上移动，电机滑块28可起到限位作用；在连杆组件22向上的收起过程中，通过改变电机滑块28的位置，可以改变连杆滑块26的滑动范围以及连杆组件中的长连杆221的转动范围。

如图6至9所示，在本实施例2中，所述回收网4的网孔大小与所述自主回收与释放装置2在向上收起(图5)或向下收起(图4)状态时的尺寸相匹配。

作为可替换的实施方式，在本实施例2中，所述回收网4可安装在固定位置或安装在作为母机的大型无人机下方。

具体地，实施例2所述的旋翼无人机自主回收与释放系统中，旋翼无人机回收与释放的工作过程如下：

1、旋翼无人机回收过程

如图6所示，连杆组件处于向外展开状态，旋翼无人机等待回收：

当旋翼无人机1进行自主回收时，旋翼无人机1飞行到回收网4下方。如图3所示，此时旋翼无人机用自主回收与释放装置2中的电机滑块28在驱动电机21的驱动下滑动到图3中所示位置，并由于丝杠24的自锁保持不再移动。连杆滑块26在压缩弹簧25的作用下向上滑动，又在电机滑块28的限位作用下，连杆滑块26滑动到图4所示的位置。连杆组件中的长连杆221，通过短连杆222的作用以及连杆滑块26的驱动下旋转到图3中所示的位置，连杆组件处于向外展开状态，旋翼无人机等待回收。

如图4、图7、图3、图8所示，连杆组件向下收起，旋翼无人机开始回收：

旋翼无人机1在飞控的控制下向上飞行，接近回收网4，直到连杆组件22的长连杆221中的一根或多根接触到回收网。然后随着旋翼无人机1继续向上飞行，连杆组件的长连杆221会在回收网4的作用下向下旋转，并通过短连杆222驱动连杆滑块26向下滑动，在连杆滑块26的作用下，压缩弹簧25被压缩。此时连杆组件处于如图4所示的向下收起状态。旋翼无人机1向上飞行，直到连杆组件的长连杆222高于回收网4，并与回收网4失去接触。此时，连杆组件的长连杆222失去回收网4的作用，连杆滑块26在处于压缩状态的压缩弹簧25的作用下向上滑动，直到到达图3中所示的位置，连杆组件的长连杆也会旋转到图3中所示的位置，连杆组件又变为向外展开的状态。然后旋翼无人机1停止飞行，并在重力的作用下通过连杆组件悬挂在回收网4上，此时连杆组件中的长连杆222在回收网4的作用下会有向上旋转的趋势，但由于电机滑块28的限位作用，连杆滑块26无法向上滑动，连杆组件的长连杆222无法旋转。至此，无人机的回收过程结束，如图8所示。

2、旋翼无人机释放过程

如图8连杆组件处于向外展开状态，旋翼无人机完成回收，等待释放示意图所示，连杆组件处于向外展开的状态，旋翼无人机1在重力的作用下通过连杆组件悬挂在回收网4上，并由于电机滑块28的限位作用，连杆组件的长连杆无法向上旋转，连杆组件不会从回收网4的网孔中掉出。

如图9旋翼无人机进行释放工作过程示意图所示，当旋翼无人机1进行自主释放时，驱动电机21驱动电机滑块28向上滑动，直至图5中电机滑块28所处的位置。连杆滑块26失去了电机滑块28的限位，同时由于重力，连杆组件的长连杆受到回收网4的作用向上旋转，带动连杆滑块26向上滑动，连杆组件处于图5所示的向上收起的状态。旋翼无人机1失去了悬挂，在重力的作用下下落，随后旋翼无人机1开始独立飞行。飞行时，电机21驱动电机滑块26向下滑动到图3中所示位置，连杆组件再次回到向外展开状态，旋翼无人机可以进行下一次回收。至此，无人机的释放过程结束，如图6所示。

本发明实施例1所述的旋翼无人机用自主回收与释放装置，其安装和拆卸较为简便，结构稳定可靠，使用方便，同时体积小、重量轻，可以适用于体积、载荷较小的小型无人机使用，既可以实现旋翼无人机在固定场景的自主回收与释放，也可以实现大型旋翼无人机在空中释放与回收小型旋翼无人机。

本发明实施例1所述的旋翼无人机用自主回收与释放装置可以实现多台旋翼无人机的多次自主释放和回收，回收过程为被动实现，不需要装置主动驱动，同时对无人机的位置误差容忍和姿态误差容忍能力强，对无人机的控制精度要求低，提高了回收过程的可靠性的同时，极大程度地降低了控制难度。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。