技术特征：
1.一种快卸机构(3)，其特征在于，所述快卸机构(3)用于连接搭载在多旋翼无人机(2)上的浮空气球(1)和气源(4)；快卸机构(3)包括托板(20)、滑轮柱(24)、两个上层滑块、两个下层滑块、第一滑轨、两个第一固定导向块、两个第一电磁铁、上凸缘连接器(10)、下凸缘连接器(33)以及所述中央控制器和电源舱(38)；第一滑轨、两个第一固定导向块和两个第一电磁铁设置在多旋翼无人机(2)的机身底部；上凸缘连接器(10)与浮空气球(1)的气嘴(9)相连；下凸缘连接器(33)与气源(4)的输出端相连；两个上层滑块通过第一滑轨与多旋翼无人机(2)的机身底部连接；两个上层滑块之间通过第一弹簧连接；两个上层滑块的外侧分别连接一根第一导向杆，每根第一导向杆分别穿过一个第一固定导向块后指向一个第一电磁铁；所述托板(20)通过支撑柱与多旋翼无人机(2)的机身底部连接；托板(20)的上表面设置有第二滑轨、两个第二固定导向块、两个第二电磁铁；两个下层滑块通过第二滑轨与托板(20)连接；两个下层滑块之间通过第二弹簧连接；两个托板下层滑块的外侧分别连接一根第二导向杆，每根第二导向杆分别穿过一个第二固定导向块后指向一个第二电磁铁；两个上层滑块和两个下层滑块的内侧分别开一个半圆通孔，并在每个半圆通孔处开一个同圆心的半圆沉槽孔；两个上层滑块贴合后，对应的两个半圆沉槽孔形成安放上凸缘连接器(10)的凸缘的第一圆形沉槽孔；两个下层滑块贴合后，对应的两个半圆沉槽孔形成安放下凸缘连接器(33)的凸缘的第二圆形沉槽孔；第一和第二电磁铁由中央控制器和电源舱(38)控制。2.一种悬浮装置，其特征在于，包括多旋翼无人机(2)、浮空气球(1)、气源(4)、如权利要求1所述的快卸机构(3)以及悬浮任务舱(39)；悬浮任务舱(39)设置在多旋翼无人机(2)上；快卸机构(3)还包括滑轮柱(24)，托板(20)通过的固定卡扣(22)和活动卡扣(23)固定滑轮柱(24)的上缘板(25)，活动卡扣(23)与托板(20)下表面对应位置上的第三电磁铁之间通过第三弹簧连接；滑轮柱(24)的下缘板(30)上设有地面系留钩(32)；多旋翼无人机(2)的机身和托板(20)均设有中心通孔；浮空气球(1)的气嘴(9)和上凸缘连接器(10)穿过多旋翼无人机(2)，将上凸缘连接器(10)的凸缘置于第一圆形沉槽孔内；下凸缘连接器(33)的凸缘置于第二圆形沉槽孔内；悬浮任务舱(39)内设有若干任务设备，第三电磁铁和各任务设备由中央控制器和电源舱(38)控制。3.一种悬浮装置，其特征在于，包括多旋翼无人机(2)、浮空气球(1)、气源(4)、如权利要求1所述的快卸机构(3)以及悬浮任务舱(39)；悬浮任务舱(39)设置在多旋翼无人机(2)上；快卸机构(3)还包括滑轮柱(24)，托板(20)通过的固定卡扣(22)和活动卡扣(23)固定滑轮柱(24)的上缘板(25)，活动卡扣(23)与托板(20)下表面对应位置上的第三电磁铁之间通过第三弹簧连接；滑轮柱(24)的下缘板(30)上设有地面系留钩(32)；滑轮柱(24)上套有定滑轮(28)；定滑轮(28)上缠绕有系留绳(29)；系留绳(29)的一端与定滑轮(28)固定连接，另一端通过滑轮柱(24)的下缘板(30)上的月牙槽与气瓶(36)固定；滑轮柱(24)的下缘板
(30)上还设有电磁定位销(31)以及与电磁定位销(31)匹配的第一定位孔；定滑轮(28)的下缘板沿圆周向阵列布设与电磁定位销(31)匹配的第二定位孔；多旋翼无人机(2)的机身和托板(20)均设有中心通孔；浮空气球(1)的气嘴(9)和上凸缘连接器(10)穿过多旋翼无人机(2)，将上凸缘连接器(10)的凸缘置于第一圆形沉槽孔内；下凸缘连接器(33)的凸缘置于第二圆形沉槽孔内；气源(4)包括气瓶(36)及其输出端依次连接的电磁阀(35)、柔性连接管(34)，柔性连接管(34)和下凸缘连接器(33)连接；中央控制器和电源舱(38)控制电磁阀(35)的通断；悬浮任务舱(39)内设有若干任务设备，电磁定位销(31)、第三电磁铁和各任务设备由中央控制器和电源舱(38)控制。4.如权利要求2或3所述的悬浮装置的安装方法，其特征在于，该安装方法具体步骤如下：步骤一：中央控制器和电源舱(38)控制第一和第二电磁铁通电，使两个上层滑块和两个下层滑块分别克服弹簧的弹簧力处于分开状态；步骤二：将上凸缘连接器(10)和下凸缘连接器(33)的端面贴合在一起，同时将两者的凸缘分别安装在第一和第二第一圆形沉槽孔内；步骤三：中央控制器和电源舱(38)控制第一和第二电磁铁断电，使两个上层滑块和两个下层滑块在弹簧的弹簧力作用下贴合在一起，同时夹紧上凸缘连接器(10)和下凸缘连接器(33)的凸缘；步骤四：将浮空气球(1)的气嘴(9)与上凸缘连接器(10)连接，进而实现浮空气球(1)与多旋翼无人机(2)的装配；步骤五：将气源(4)的输出端与下凸缘连接器(33)连接，进而实现气源(4)与多旋翼无人机(2)的装配。5.一种悬浮装置，其特征在于，包括多旋翼无人机(2)、浮空气球(1)、气源(4)、如权利要求1所述的快卸机构(3)、半开放式气球舱(37)以及悬浮任务舱(39)；悬浮任务舱(39)设置在多旋翼无人机(2)上；快卸机构(3)还包括滑轮柱(24)，托板(20)通过的固定卡扣(22)和活动卡扣(23)固定滑轮柱(24)的上缘板(25)，活动卡扣(23)与托板(20)下表面对应位置上的第三电磁铁之间通过第三弹簧连接；滑轮柱(24)的下缘板(30)上设有地面系留钩(32)；浮空气球(1)包括多片主体蒙皮(7)、高分子基薄膜(5)、充气管(8)、气嘴(9)，相邻主体蒙皮(7)之间侧壁相连，各主体蒙皮(7)的顶部与高分子基薄膜(5)热熔粘结形成球体；充气管(8)置于球体内，充气管(8)的顶部用定压破裂薄膜(11)封口，并用多根加强带(6)与高分子基薄膜(5)粘结，气嘴(9)设置在充气管(8)的底部，各主体蒙皮(7)的底部与气嘴(9)和充气管(8)热熔粘结；气嘴(9)的下端连接上凸缘连接器(10)，上端连接单向阀(12)，单向阀(12)置于充气管(8)内；半开放式气球舱(37)的封闭端与多旋翼无人机(2)的机身顶部连接，多旋翼无人机(2)的机身、半开放式气球舱(37)和托板(20)均设有中心通孔；浮空气球(1)的气嘴(9)和上凸缘连接器(10)穿过半开放式气球舱(37)和多旋翼无人机(2)，将上凸缘连接器(10)的凸缘置于第一圆形沉槽孔内；下凸缘连接器(33)的凸缘置于第二圆形沉槽孔内；悬浮任务舱(39)内设有若干任务设备，第三电磁铁和各任务设备由中央控制器和电源
舱(38)控制。6.一种快速部署悬浮装置，其特征在于，包括多旋翼无人机(2)、浮空气球(1)、气源(4)、如权利要求1所述的快卸机构(3)、半开放式气球舱(37)以及悬浮任务舱(39)；悬浮任务舱(39)设置在多旋翼无人机(2)上；快卸机构(3)还包括滑轮柱(24)，托板(20)通过的固定卡扣(22)和活动卡扣(23)固定滑轮柱(24)的上缘板(25)，活动卡扣(23)与托板(20)下表面对应位置上的第三电磁铁之间通过第三弹簧连接；滑轮柱(24)的下缘板(30)上设有地面系留钩(32)；滑轮柱(24)上套有定滑轮(28)；定滑轮(28)上缠绕有系留绳(29)；系留绳(29)的一端与定滑轮(28)固定连接，另一端通过滑轮柱(24)的下缘板(30)上的月牙槽与气瓶(36)固定；滑轮柱(24)的下缘板(30)上还设有电磁定位销(31)以及与电磁定位销(31)匹配的第一定位孔；定滑轮(28)的下缘板沿圆周向阵列布设与电磁定位销(31)匹配的第二定位孔；浮空气球(1)包括多片主体蒙皮(7)、高分子基薄膜(5)、充气管(8)、气嘴(9)，相邻主体蒙皮(7)之间侧壁相连，各主体蒙皮(7)的顶部与高分子基薄膜(5)热熔粘结形成球体；充气管(8)置于球体内，充气管(8)的顶部用定压破裂薄膜(11)封口，并用多根加强带(6)与高分子基薄膜(5)粘结，气嘴(9)设置在充气管(8)的底部，各主体蒙皮(7)的底部与气嘴(9)和充气管(8)热熔粘结；气嘴(9)的下端连接上凸缘连接器(10)，上端连接单向阀(12)，单向阀(12)置于充气管(8)内；半开放式气球舱(37)的封闭端与多旋翼无人机(2)的机身顶部连接，多旋翼无人机(2)的机身、半开放式气球舱(37)和托板(20)均设有中心通孔；浮空气球(1)的气嘴(9)和上凸缘连接器(10)穿过半开放式气球舱(37)和多旋翼无人机(2)，将上凸缘连接器(10)的凸缘置于第一圆形沉槽孔内；下凸缘连接器(33)的凸缘置于第二圆形沉槽孔内；气源(4)包括气瓶(36)及其输出端依次连接的电磁阀(35)、柔性连接管(34)，柔性连接管(34)和下凸缘连接器(33)连接；中央控制器和电源舱(38)控制电磁阀(35)的通断；悬浮任务舱(39)内设有若干任务设备，电磁定位销(31)、第三电磁铁和各任务设备由中央控制器和电源舱(38)控制。7.如权利要求6所述的悬浮装置，其特征在于，浮空气球(1)的球体直径d
balloon
通过求解方程得到，其中，h为悬浮任务高度，p、ρ
air
分别为悬浮任务高度下大气压力、大气密度；，ρ
he
为压力p+200pa情况下氦气体积密度；ρ
skin
为浮空气球(1)蒙皮平均面积密度；m
uav,mass
为多旋翼无人机(2)无电池情况下质量；m
uav,p&c
为中央控制器和电源舱(38)质量；m
uav,load
为悬浮任务舱(39)装载设备情况下质量；m
lock
为快卸机构(3)质量；m
balloon,app
为浮空气球(1)除蒙皮外质量；m
bottle
为气瓶(36)质量，b为系留系数；充气管(8)的顶部直径为d＝d+2
·
l0/l
tube
·
a，其中，d为充气管(8)与主体蒙皮(7)的底部热熔粘结处的直径，l
tube
为充气管(8)的长度，a为充气管(8)的厚度，l0为气嘴(9)及单向阀(12)探入浮空气球(1)内部的深度，l
tube
为l0的奇数整数倍。8.如权利要求5至7中任一所述的悬浮装置的安装方法，其特征在于，该安装方法具体步骤如下：
步骤一：中央控制器和电源舱(38)控制第一和第二电磁铁通电，使两个上层滑块和两个下层滑块分别克服弹簧的弹簧力处于分开状态；步骤二：将上凸缘连接器(10)和下凸缘连接器(33)的端面贴合在一起，同时将两者的凸缘分别安装在第一和第二第一圆形沉槽孔内；步骤三：中央控制器和电源舱(38)控制第一和第二电磁铁断电，使两个上层滑块和两个下层滑块在弹簧的弹簧力作用下贴合在一起，同时夹紧上凸缘连接器(10)和下凸缘连接器(33)的凸缘；步骤四：将浮空气球(1)的气嘴(9)与上凸缘连接器(10)连接，进而实现浮空气球(1)与多旋翼无人机(2)的装配；步骤五：将气源(4)的输出端与下凸缘连接器(33)连接，进而实现气源(4)与多旋翼无人机(2)的装配；步骤六：以气嘴(9)及单向阀(12)轴线方向为中心，对充气管(8)进行径向环形堆叠，对主体蒙皮(7)进行轴向堆叠后，将浮空气球(1)堆叠在半开放式气球舱(37)内；步骤七：在半开放式气球舱(37)的敞口处黏贴防水纸(41)，封闭半开放式气球舱(37)；其中，防水纸(41)设有撕裂导向线(42)。9.如权利要求2或5所述的悬浮装置的任务执行方法，其特征在于，该任务执行方法具体步骤如下：步骤一：中央控制器和电源舱(38)控制第一和第二电磁铁通电，使两个上层滑块和两个下层滑块分别克服弹簧的弹簧力处于分开状态；步骤二：将上凸缘连接器(10)和下凸缘连接器(33)的端面贴合在一起，同时将两者的凸缘分别安装在第一和第二第一圆形沉槽孔内；步骤三：中央控制器和电源舱(38)控制第一和第二电磁铁断电，使两个上层滑块和两个下层滑块在弹簧的弹簧力作用下贴合在一起，同时夹紧上凸缘连接器(10)和下凸缘连接器(33)的凸缘；步骤四：将地面系留钩(32)连接地面系留绳绞盘上的地面系留绳，将浮空气球(1)的气嘴(9)与上凸缘连接器(10)连接，气源(4)的输出端与下凸缘连接器(33)连接，进而实现气源(4)为浮空气球(1)充气；步骤六：浮空气球(1)充满后，中央控制器和电源舱(38)控制第二电磁铁通电，使得两个下层滑块克服弹簧的弹簧力处于分开状态，解除下凸缘连接器(33)及其所连接的气源(4)；步骤七：通过地面系留绳绞盘释放浮空气球(1)及其连接的多旋翼无人机(2)，若释放过程中发生浮空气球失效或地面系留绳断裂，则进入步骤十，否则进入步骤八；步骤八：浮空气球(1)升至悬浮任务高度后，悬浮任务舱(39)中的任务设备开始工作，若工作过程中发生浮空气球失效或地面系留绳断裂，则进入步骤十，否则进入步骤九；步骤九：任务设备工作完成后，地面系留绳绞盘回收浮空气球(1)及其连接的多旋翼无人机(2)，若回收过程中发生浮空气球失效或地面系留绳断裂，则进入步骤十，否则进入步骤十五；步骤十：中央控制器和电源舱(38)控制第三电磁铁(26)通电，带动活动卡扣(23)，进一步抛弃滑轮柱(24)；
步骤十一：中央控制器和电源舱(38)控制第一电磁铁通电，使得两个上层两个滑块克服弹簧的弹簧力处于分开状态，抛弃上凸缘连接器(10)及其连接的浮空气球(1)；步骤十二：若多旋翼无人机(2)距地面高度不足设定高度阈值，则启动多旋翼无人机动力，则进入步骤十四，否则进入步骤十三；步骤十三：多旋翼无人机(2)自由落体至距地面高度满足设定高度阈值，启动多旋翼无人机(2)旋翼动力；步骤十四：多旋翼无人机(2)按指令要求返航，任务执行结束；步骤十五：通过地面系留绳绞盘将浮空气球(1)及其连接的多旋翼无人机(2)收回，任务执行结束。10.如权利要求3或6或7所述的悬浮装置的任务执行方法，其特征在于，该任务执行方法具体步骤如下：步骤一：中央控制器和电源舱(38)控制第一和第二电磁铁通电，使两个上层滑块和两个下层滑块分别克服弹簧的弹簧力处于分开状态；步骤二：将上凸缘连接器(10)和下凸缘连接器(33)的端面贴合在一起，同时将两者的凸缘分别安装在第一和第二第一圆形沉槽孔内；步骤三：中央控制器和电源舱(38)控制第一和第二电磁铁断电，使两个上层滑块和两个下层滑块在弹簧的弹簧力作用下贴合在一起，同时夹紧上凸缘连接器(10)和下凸缘连接器(33)的凸缘；步骤四：在空中投放或在地面放飞多旋翼无人机(2)，并按照指令在悬浮任务高度和方位定点保持悬停飞行；步骤五；中央控制器和电源舱(38)控制电磁阀(35)打开放气，实现气源(4)为浮空气球(1)充气；步骤六：浮空气球(1)充满后，中央控制器和电源舱(38)控制第二电磁铁通电，使得两个下层滑块克服弹簧的弹簧力处于分开状态，解除下凸缘连接器(33)及其所连接的气源(4)，同时在气源系统(4)自身重力作用下带动定滑轮(28)转动，并释放系留绳(29)；步骤七：步骤六开始执行并延迟第一设定时间后，中央控制器和电源舱(38)控制电磁定位销(31)锁入定滑轮(28)下缘板的第二定位孔；步骤八：多旋翼无人机(2)关闭旋翼动力，悬浮任务舱(39)中的任务设备开始工作；步骤九：任务设备工作完成后，中央控制器和电源舱(38)控制第三电磁铁(26)通电，带动活动卡扣(23)，抛弃滑轮柱(24)和定滑轮(28)；步骤十；步骤九开始执行并延迟第二设定时间后，中央控制器和电源舱(38)控制第一电磁铁通电，使得两个上层两个滑块克服弹簧的弹簧力处于分开状态，抛弃上凸缘连接器(10)及其连接的浮空气球(1)；步骤十一：步骤十开始执行并延迟第三设定时间后，多旋翼无人机(2)启动旋翼动力，并按照指令自动返航。
技术总结
本发明公开了一种快速部署悬浮装置及多任务执行方法，主要包括浮空气球、多旋翼无人机、快卸机构、气源系统、半开放式气球舱、中央控制器和电源舱和悬浮任务舱等部件组成。该装置可以实现在任意高度和方法快速部署，快速部署的同时实现就地系留，兼顾快速部署同时又实现长时间悬浮，最后又可以携带任务设备返航；同时，该装置可以实现常规部署，保障在放飞、悬浮或回收过程中出现的气球或系留绳失效情况下，顺利回收任务设备。此外，本发明还公开一种快速部署情况下，浮空气球的设计和折叠方法，从而实现自主拉直，代替复杂的伞降拉直。代替复杂的伞降拉直。代替复杂的伞降拉直。
技术研发人员：李梦 程涵 杨雪 马俊 李雪江 程锦
受保护的技术使用者：四川福莱特科技有限公司
技术研发日：2022.10.27
技术公布日：2023/1/6