一种捆绑式的低空载人悬浮作业平台的制作方法
【专利摘要】本发明提出了一种捆绑式的低空载人悬浮作业平台，包括多个动力舱、载人作业舱、控制系统、传感系统、作业装置和辅助装置。动力舱与载人作业舱之间由机械与电气连接装置连接，传感系统安装在载人作业舱和动力舱上，控制系统安装在载人作业舱中，控制系统接收传感系统的传感信号，并依据控制指令来控制动力舱中旋转叶片产生的向上的升力。作业装置安装在载人作业舱上并受控于控制系统和载人，载人作业舱上安装有辅助装置，动力舱中的旋转的叶片的运动范围完全包含在动力舱的防护罩内，各动力舱和载人作业舱之间的机械与电气连接装置的连接是活动的且可分离的，各动力模块自由组合。平台具有更高的安全性和良好的可操作性，具有明显的应用前景。
【专利说明】
一种捆绑式的低空载人悬浮作业平台
技术领域
[0001]空中作业平台在许多工程现场及城乡特定场合有广泛需求，本发明正是针对空中作业提出了一种在低空的能载人的悬浮作业平台。
【背景技术】
[0002]人们日常生活中常常可见:高大梁桥的建造和维修，风力发电机的安装及其叶片的维护保养和检测，高压电线的架设，城市的高楼大厦的维护保养以及外立面的清洗，常有工人腰系缆绳冒着登高的风险在空中作业，危险性很大。高层建筑的消防，许多灾难救护等等场合也都需要空中作业平台。
[0003]同时，喜好冒险的人们在景区游玩或个人喜好，也需要一款安全的载人飞行装置，实现空中旅游，达到娱乐和航拍等目的。随着我国低空开放的实施，1000米以下的低空将留给普通人自由地徜徉，低空飞行设备的需求也愈加迫切。
[0004]目前，固定目标的空中作业的主要设备大多都是人工吊篮，活动范围很小，补给困难，操作危险，安全性差，操作范围和操作能力的局限性很明显，特别是对于不规则壁面的操作更是困难。而直升飞机是另外一种空中的动力平台，但旋翼巨大，噪音和振动也很大，主要用在野外空旷的场合，需要专业的操作，造价高，使用费用昂贵。无人直升机飞机也大多是小型的，承载力小，需远程遥控，也很难精确完成现场较复杂的作业任务，特别是很多手工任务只能由人工才能完成。
[0005]本发明是利用现有的直升机的特点，兼容火箭发射的捆绑方式，提出了一种捆绑式的，能够载人的，在低空悬浮作业的平台，能够实现载人情况下的空中作业，具有高的安全性和多场合的实用性，有广阔的应用前景。
【发明内容】
[0006]针对空中作业的安全性和复杂性的要求，本发明提出了多动力舱的低空载人悬浮作业平台。
[0007]本发明的一种捆绑式的低空载人悬浮作业平台，包括动力舱、载人作业舱、控制系统、传感系统、作业装置和辅助装置，动力舱与载人作业舱之间由机械与电气连接装置连接，传感系统安装在载人作业舱和动力舱上，控制系统安装在载人作业舱中，控制系统接收传感系统的传感信号，并依据控制指令来控制动力舱中旋转的叶片产生的向上的升力，作业装置安装在载人作业舱上并受控于控制系统和载人，载人作业舱上安装有辅助装置，动力舱和载人作业舱带有防护罩，动力舱中的旋转的叶片的运动范围完全包含在动力舱的防护罩内，动力舱和载人作业舱之间的机械与电气连接装置的连接是活动的且可分离的，其活动范围受控于控制系统，动力舱和载人作业舱可以不止一个。
[0008]本发明的一种捆绑式的低空载人悬浮作业平台的动力舱由外壳、一组或多组的驱动装置、一组或多组的叶片、防护罩组成，驱动装置安装在外壳的内壁上，叶片固定在驱动装置的输出轴上，防护罩安装在外壳的顶端，驱动装置与叶片之间还可以安装有倾斜器。
[0009]本发明的一种捆绑式的低空载人悬浮作业平台的载人作业舱上安装的作业装置可以为一个或多个。
[0010]本发明的一种捆绑式的低空载人悬浮作业平台的动力舱和载人作业舱的防护罩上，安装有防碰装置和降落伞收放单元。
[0011]常规的直升机和无人直升机都是基于空气动力的原理，通过空气中一定形状的旋转叶片的高速旋转获得升力的，依据叶片的数量和相对位置有:单旋翼式、双旋翼式和多旋翼式、共轴反旋直升机等多种形式。叶片和发动机输出轴之间往往安装有倾斜器，能改变叶片的倾斜角度以获得前进方向的动力。
[0012]常规的直升机的驱动装置或动力桨一旦出故障就有坠落的危险，且对于空中作业的要求，过长的高速旋转的叶片也是对作业环境内的其他人员和物件构成直接的威胁。
[0013]本发明在此基础上构思了组合式的、模块化的动力装置，使得整个作业平台在多个动力模块作用下工作，即使其中某个动力模块出现故障，整个装置也不会即刻坠落，整个装置机毁人亡的概率大大减小。同时，多个动力模块一起工作，也可以降低单个发动机动力工作强度，减小噪音。所指的动力模块就是本发明的动力舱。
[0014]本发明的一种捆绑式的低空载人悬浮作业平台的动力舱，由外壳、防护罩、驱动装置、叶片组成，机械与电气连接装置将其与载人作业舱连接起来。其中，驱动装置可以是电动机、内燃机等动力方式，电机所需的电力和内燃机所需的油料可以自带蓄电池和油箱或通过缆绳提供。
[0015]驱动装置安装在动力舱的外壳的内壁上，防护罩安装在动力舱的外壳的顶部，动力舱的外壳通过机械与电气连接装置同载人作业舱连接。叶片通过紧固件安装在驱动装置的输出转轴上，也可以在叶片下面加装倾斜器再和驱动装置的输出转轴连接，倾斜器用来改变叶片或叶片组的倾斜角度，从而改变动力舱所获得的升力的方向。
[0016]动力舱上面安装有部分的传感系统，来感知动力舱的自身姿态参数、环境参数、运行参数。动力舱的姿态参数包括动力舱本体的俯仰、偏航的角度，以及在环境空间的位置参数。动力舱的环境参数包括动力舱所在环境的温湿度、光照度等气候参数，以及相关的地理环境参数。动力舱的运行参数包括动力舱的运动速度、驱动力大小、自身状态等参数，以及运动时间和运动轨迹等参数。
[0017]本发明的一种捆绑式的低空载人悬浮作业平台的动力舱中的驱动装置可以是多组的，每一组驱动装置都可以带动一个或多个叶片。也就是每一组叶片可以是单个的，也可以是双翼或多个叶片。驱动装置的输出功率是可调的，从而叶片的旋转速度就可调，叶片产生的升力的大小就可以调整，动力舱能达到的总的升力就可以调整，也就是动力舱所提供给载人作业舱的动力就可以调整，这些调整都是在控制系统控制下进行的。在设计制造过程中，通过各叶片的合理匹配，或者安装扭矩平衡装置，整个作业平台的各反扭矩能够达到总体平衡。如果安装了倾斜器，叶片的倾斜角度也可以控制，从而动力舱所产生的升力和传递给载人作业舱的拉力也就可以调整，这也是一种动力的调整方式。
[0018]本发明的一种捆绑式的低空载人悬浮作业平台的动力舱，通过机械与电气连接装置同载人作业舱连接。所指机械的连接为动力舱与载人作业舱之间的拥有连接作用的机械结构和机械装置，所指电气的连接包括动力电的连接和电信号的连接。这种连接是活动的且可分离，也就是非固定连接。机械与电气连接装置的活动范围包括活动方向、活动位移，其活动范围是能在控制系统的控制下调整的。当动力舱与载人作业舱的机械与电气连接装置的活动范围调整时，动力舱传递给载人作业舱的力的大小和方向就随之改变了，这也是另一种动力的调整方式。此后，整个作业平台的受力方向就因此而调整，整个作业平台的姿态也就可以适时调整了。
[0019]同时，这种连接又是可以分离的，在必要的时候动力舱可以在主动操作下脱离作业舱。一方面可以事先针对不同载荷选择和组装动力舱模块，也就是根据负载大小或任务的需要捆绑不同类型、不同功率的动力舱;另一方面，当空中作业遇到某一动力舱偶然失效时，可迅速将其剥离，使其自然脱落，减轻不必要的载荷，最大程度地保证载人的安全。动力舱的防护罩上安装有降落伞及其收放单元，在动力舱快速下降时会主动打开，减缓下落的冲击，等到落地时再由降落伞收放单元收起降落伞。
[0020]如果安装了倾斜器，叶片的倾斜角度也可以控制了，从而可改变动力舱所产生的总的升力的方向，所起的作用和调整机械与电气连接装置与载人作业舱连接范围是一样的。
[0021]动力舱的防护罩完全包围了叶片的旋转范围，无论叶片相对驱动装置输出轴是垂直的还是倾斜的。防护罩隔离了叶片和作业环境，对叶片和作业环境都起到保护作用。同时，防护罩上安装有防碰装置，避免与作业环境产生较大的碰撞。
[0022]本发明的一种捆绑式的低空载人悬浮作业平台，动力舱与载人作业舱之间通过活动的且可分离的机械与电气连接装置，实现了安全的、灵活的、模块化的组装，这种分组的、可拆分、可组装就是本发明所指的“捆绑式”的含义。载人作业舱和动力舱都可以不止一个，可以更灵活地选择不同形式、不同大小、不同功率、不同功能的舱的组合，捆绑搭建后能更好地适用于不同环境、不同需求的悬浮作业平台。动力舱、载人作业舱或它们同类相互之间的连接方式可以是串联连接的、并联连接的、串并联混合连接的。
[0023]本发明的所指“载人”，就是作业平台所搭载的人员。
[0024]本发明中的机械与电气连接装置在作业平台正常工作时，其机械的和电气的连接是可靠和牢固的，在机械的结构和原理上都能保证动力舱不会主动脱落，且在一定范围内可以控制其转动或平动方向及位移的大小，在控制机械部分运动的同时，电气的连接也可靠而不会主动脱落和切断。只有在载人或遥控的脱落指令发出时，其机械的、电气的相关部分才能主动的、完全的、快速地分离。所指电气的连接，包括动力电的连接和电信号的连接。
[0025]本发明的一种捆绑式的低空载人悬浮作业平台的载人作业舱，内部有载人的空间，并安装了控制系统，控制系统还内置了通讯模块，负责平台与外部及地面的通讯信息、导航信息等的联络和传输。载人作业舱上面也安装有部分的传感系统，来感知载人作业舱的自身姿态参数、环境参数、运行参数。载人作业舱的姿态参数包括载人作业舱本体的俯仰、偏航的角度，以及在环境空间的位置参数。载人作业舱的环境参数包括载人作业舱所处环境的温湿度、光照度等气候参数，以及相关的地理环境参数。载人作业舱的运行参数包括载人作业舱的运动速度、驱动力大小、自身状态等参数，以及运动时间和运动轨迹等参数。
[0026]控制系统接收包括动力舱、载人作业舱的全部传感系统感知的所有信息，并接收载人发出的指令，依据内置的控制算法来控制动力舱的各叶片的旋转速度，以及机械与电气连接装置活动范围，或者是倾斜器的倾斜角度，从而控制整个作业平台受力的方向和大小，进而控制整个作业平台的姿态和运动轨迹。
[0027]载人作业舱上也安装有防护罩，防护罩上安装有防碰装置和降落伞收放单元，从而避免与作业环境产生较大的碰撞，也在意外下坠过程中主动打开降落伞，保证载人的安全，等到落地时再由降落伞收放单元收起降落伞。
[0028]载人作业舱上面还安装有一个或多个作业装置，在载人和控制系统的控制下完成作业平台赋予的作业任务。作业装置可以独立完成或在人为操控下完成复杂任务，多个作业装置之间可以相互配合。特殊的作业装置可完成独特的作业任务，可根据作业任务的需要选配相应的作业装置。
[0029]载人作业舱上也安装辅助装置，如:帮助平台起落的起落架、内部的温湿度控制的控制装置、外观特种装饰、声光警示器等等辅助性装备。
[0030]本发明的一种捆绑式的低空载人悬浮作业平台，装载人员以后还可作为一种观景平台，乘坐人员可以自由操控并观赏舱外景色，也可以作为其他空中游览的娱乐平台。本发明的一种捆绑式的低空载人悬浮作业平台也还可以作为货物或人员的运输工具。
[0031]由于本发明提出了一种捆绑式的低空载人悬浮作业平台，给低空作业提供了新的途径，从而能改变现有空中作业的方式和方法，具有较广阔的应用前景。
【附图说明】
[0032]附图1为一种捆绑式的低空载人悬浮作业平台的结构示意图。
【具体实施方式】
[0033]下面结合【附图说明】具体实施方案。本具体实施方案以动力舱没有安装叶片的倾斜器为例，如果安装了倾斜器，作业平台的姿态就可以分别或联合调整倾斜器的倾斜角和机械与电气连接装置活动范围来实现，并不影响本发明的实施。
[0034]附图1中的载人作业舱25和动力舱27、动力舱18之间分别通过机械与电气连接装置26、20连接在一起，并同时传递两种舱之间的动力电和电信号。所指机械的连接为动力舱与载人作业舱之间的拥有连接作用的机械结构和机械装置，所指电气的连接包括动力电的连接和电信号的连接。
[0035]动力舱可以不止一个，可以是一个、二个或多个，依据作业任务的需要灵活搭配。附图1中只画出了并联连接的动力舱27、动力舱18这两个，当然也可以是串联连接的、串并混合连接的。
[0036]载人作业舱25内部安装了控制系统23，载人作业舱25还安装了部分的传感系统8，载人作业舱25内可以搭载一定重量的载人21，载人21可以通过内部的控制系统23控制动力舱27、动力舱18的所能提供的升力的大小。传感系统8感知载人作业舱25自身的姿态参数、环境参数、运行参数。动力舱27、18的姿态参数包括动力舱本体的俯仰、偏航的角度，以及在环境空间的位置参数。动力舱27、18的环境参数包括动力舱所在环境的温湿度、光照度等气候参数，以及相关的地理环境参数。动力舱27、18的运行参数包括动力舱的运动速度、驱动力大小、自身状态等参数，以及运动时间和运动轨迹等参数。
[0037]机械与电气连接装置26、20的连接是活动的且可以分离，其活动范围包括活动方向、活动位移是可以通过控制系统23来控制和调整的。通过控制机械与电气连接装置26、20的活动方向和活动的位移，就可以改变动力舱27、动力舱18作用于载人作业舱25上的力的方向和大小，从而改变整个作业平台的姿态和运动轨迹。
[0038]载人作业舱25上安装有防护罩7，除了分布有部分的传感系统8外，防护罩7上还安装有防碰装置5和降落伞收放单元6。防碰装置5主要是防止载人作业舱25和作业环境之间产生碰撞，降落伞收放单元6是减缓载人作业舱25意外坠落时的下降速度，保证载人21的安全，等到落地时再由降落伞收放单元6收起降落伞。
[0039]附图1中的动力舱27、动力舱18上也分布有部分传感系统4和9，传感系统4和9分别感知动力舱27、动力舱18的姿态参数、环境参数、运行参数。动力舱27、动力舱18上安装有各自的防护罩1、11，防护罩1、11上分别安装了防碰装置2、12，是防止动力舱27、18和作业环境之间产生碰撞。动力舱27、动力舱18的降落伞收放单元3和10减缓动力舱27、18在坠落时的下降速度，等到落地时再由降落伞收放单元3、10收起降落伞。
[0040]附图1中的动力舱27、动力舱18分别由外壳28、16通过机械与电气连接装置26、20连接着载人作业舱25，驱动装置31和29、驱动装置14和17分别对应安装在外壳28、外壳16外壳的内壁上。
[0041 ]叶片32和叶片30分别通过紧固件对应安装在驱动装置31和驱动装置29的输出转轴上，叶片13和叶片15分别通过紧固件对应安装在驱动装置14和驱动装置17的输出转轴上。
[0042]叶片可以是多组的，每一组可以是单片的(单翼的)，双片的(双翼的)，多片的(多翼的)。附图1中分别示意了一组单叶片的叶片32和叶片13分别与驱动装置31和驱动装置14的搭配，一组双叶片的叶片30与叶片15分别与驱动装置29和17的搭配。当然还可以是一组多叶片和驱动装置的搭配，附图就没有画出来了。叶片可以是单旋翼式、双旋翼式和多旋翼式、共轴反旋等目前直升机所采用的许多方式。在设计制造过程中，通过各叶片的合理匹配，以及安装扭矩平衡装置，整个作业平台的各的反扭矩能够达到总体平衡。
[0043]载人作业舱25上还安装有作业装置24、19，作业装置24、19在载人21和控制系统23的控制下完成作业任务。作业装置可以是一个或多个，根据任务的复杂性和特殊性的需求选择安装。多个作业装置可以相互配合，也可独立完成各自的作业任务。
[0044]控制系统23接收各个部分传感系统4、部分传感系统8、部分传感系统9的感知信息，综合得到完整的传感系统的感知信息，感知到载人作业舱25和动力舱27、动力舱18的全部的姿态参数、环境参数、运行参数，并依据内置的控制算法去控制动力舱27、动力舱18的各叶片的旋转速度，从而控制动力舱27和动力舱18的升力；同时，控制机械与电气连接装置26、20的活动方向和活动位移，进而改变动力舱27、动力舱18传递给载人作业舱25上的力的方向和大小，依此就可以调整整个作业平台的姿态，并随时间的变化而改变整个作业平台的运行轨迹。在整个作业平台运行的姿态和上升或下降的速度都能很好地调整时，作业平台的运行轨迹就能精确控制，作业装置即可精准地完成复杂的作业任务。
[0045]载人作业舱25的姿态参数包括载人作业舱本体的俯仰、偏航的角度，以及在环境空间的位置参数。载人作业舱25的环境参数包括载人作业舱所处环境的温湿度、光照度等气候参数，以及相关的地理环境参数。载人作业舱25的运行参数包括载人作业舱的运动速度、驱动力大小、自身状态等参数，以及运动时间和运动轨迹等参数。
[0046]载人作业舱25上安装有辅助装置22，如:帮助平台起落的起落架、内部的温湿度控制的控制装置、外观特种装饰等等辅助性装备。
[0047]本发明的一种捆绑式的低空载人悬浮作业平台，在可控的情况下就可以胜任空中游览、娱乐等任务，也可以完成货物或人员的运输工作。
[0048]本发明提出了一种捆绑式的低空载人悬浮作业平台，利用现有的直升机制造技术、自动控制技术、通讯技术、传感器技术在实现上没有技术障碍，将给低空作业提供新的途径，从而能改变现有空中作业的方式和方法，具有较广阔的应用前景。
【主权项】
1.一种捆绑式的低空载人悬浮作业平台，包括动力舱、载人作业舱、控制系统、传感系统、作业装置和辅助装置，动力舱与载人作业舱之间由机械与电气连接装置连接，传感系统安装在载人作业舱和动力舱上，控制系统安装在载人作业舱中，控制系统接收传感系统的传感信号，并依据控制指令来控制动力舱中旋转的叶片产生的向上的升力，作业装置安装在载人作业舱上并受控于控制系统和载人，载人作业舱上安装有辅助装置，动力舱和载人作业舱带有防护罩，动力舱中的旋转的叶片的运动范围完全包含在动力舱的防护罩内，其特征在于:动力舱和载人作业舱之间的机械与电气连接装置的连接是活动的且可分离的，其活动范围受控于控制系统;动力舱和载人作业舱可以不止一个。2.如权利要求1所述的一种捆绑式的低空载人悬浮作业平台，其特征还在于:动力舱由外壳、一组或多组的驱动装置、一组或多组的叶片、防护罩组成，驱动装置安装在外壳的内壁上，叶片固定在驱动装置的输出轴上，防护罩安装在外壳的顶端;驱动装置与叶片之间还可以安装有倾斜器。3.如权利要求1所述的一种捆绑式的低空载人悬浮作业平台，其特征还在于:载人作业舱上安装的作业装置可以为一个或多个。4.如权利要求1所述的一种捆绑式的低空载人悬浮作业平台，其特征还在于:动力舱和载人作业舱的防护罩上安装有防碰装置和降落伞收放单元。
【文档编号】B64C27/20GK105905299SQ201610212711
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】许宏
【申请人】许宏, 杨爱东