一種捆綁式的低空載人懸浮作業平臺的制作方法
【專利摘要】本發明提出了一種捆綁式的低空載人懸浮作業平臺，包括多個動力艙、載人作業艙、控制系統、傳感系統、作業裝置和輔助裝置。動力艙與載人作業艙之間由機械與電氣連接裝置連接，傳感系統安裝在載人作業艙和動力艙上，控制系統安裝在載人作業艙中，控制系統接收傳感系統的傳感信號，并依據控制指令來控制動力艙中旋轉葉片產生的向上的升力。作業裝置安裝在載人作業艙上并受控于控制系統和載人，載人作業艙上安裝有輔助裝置，動力艙中的旋轉的葉片的運動范圍完全包含在動力艙的防護罩內，各動力艙和載人作業艙之間的機械與電氣連接裝置的連接是活動的且可分離的，各動力模塊自由組合。平臺具有更高的安全性和良好的可操作性，具有明顯的應用前景。
【專利說明】
一種捆綁式的低空載人懸浮作業平臺
技術領域
[0001]空中作業平臺在許多工程現場及城鄉特定場合有廣泛需求，本發明正是針對空中作業提出了一種在低空的能載人的懸浮作業平臺。
【背景技術】
[0002]人們日常生活中常常可見:高大梁橋的建造和維修，風力發電機的安裝及其葉片的維護保養和檢測，高壓電線的架設，城市的高樓大廈的維護保養以及外立面的清洗，常有工人腰系纜繩冒著登高的風險在空中作業，危險性很大。高層建筑的消防，許多災難救護等等場合也都需要空中作業平臺。
[0003]同時，喜好冒險的人們在景區游玩或個人喜好，也需要一款安全的載人飛行裝置，實現空中旅游，達到娛樂和航拍等目的。隨著我國低空開放的實施，1000米以下的低空將留給普通人自由地徜徉，低空飛行設備的需求也愈加迫切。
[0004]目前，固定目標的空中作業的主要設備大多都是人工吊籃，活動范圍很小，補給困難，操作危險，安全性差，操作范圍和操作能力的局限性很明顯，特別是對于不規則壁面的操作更是困難。而直升飛機是另外一種空中的動力平臺，但旋翼巨大，噪音和振動也很大，主要用在野外空曠的場合，需要專業的操作，造價高，使用費用昂貴。無人直升機飛機也大多是小型的，承載力小，需遠程遙控，也很難精確完成現場較復雜的作業任務，特別是很多手工任務只能由人工才能完成。
[0005]本發明是利用現有的直升機的特點，兼容火箭發射的捆綁方式，提出了一種捆綁式的，能夠載人的，在低空懸浮作業的平臺，能夠實現載人情況下的空中作業，具有高的安全性和多場合的實用性，有廣闊的應用前景。
【發明內容】
[0006]針對空中作業的安全性和復雜性的要求，本發明提出了多動力艙的低空載人懸浮作業平臺。
[0007]本發明的一種捆綁式的低空載人懸浮作業平臺，包括動力艙、載人作業艙、控制系統、傳感系統、作業裝置和輔助裝置，動力艙與載人作業艙之間由機械與電氣連接裝置連接，傳感系統安裝在載人作業艙和動力艙上，控制系統安裝在載人作業艙中，控制系統接收傳感系統的傳感信號，并依據控制指令來控制動力艙中旋轉的葉片產生的向上的升力，作業裝置安裝在載人作業艙上并受控于控制系統和載人，載人作業艙上安裝有輔助裝置，動力艙和載人作業艙帶有防護罩，動力艙中的旋轉的葉片的運動范圍完全包含在動力艙的防護罩內，動力艙和載人作業艙之間的機械與電氣連接裝置的連接是活動的且可分離的，其活動范圍受控于控制系統，動力艙和載人作業艙可以不止一個。
[0008]本發明的一種捆綁式的低空載人懸浮作業平臺的動力艙由外殼、一組或多組的驅動裝置、一組或多組的葉片、防護罩組成，驅動裝置安裝在外殼的內壁上，葉片固定在驅動裝置的輸出軸上，防護罩安裝在外殼的頂端，驅動裝置與葉片之間還可以安裝有傾斜器。
[0009]本發明的一種捆綁式的低空載人懸浮作業平臺的載人作業艙上安裝的作業裝置可以為一個或多個。
[0010]本發明的一種捆綁式的低空載人懸浮作業平臺的動力艙和載人作業艙的防護罩上，安裝有防碰裝置和降落傘收放單元。
[0011]常規的直升機和無人直升機都是基于空氣動力的原理，通過空氣中一定形狀的旋轉葉片的高速旋轉獲得升力的，依據葉片的數量和相對位置有:單旋翼式、雙旋翼式和多旋翼式、共軸反旋直升機等多種形式。葉片和發動機輸出軸之間往往安裝有傾斜器，能改變葉片的傾斜角度以獲得前進方向的動力。
[0012]常規的直升機的驅動裝置或動力槳一旦出故障就有墜落的危險，且對于空中作業的要求，過長的高速旋轉的葉片也是對作業環境內的其他人員和物件構成直接的威脅。
[0013]本發明在此基礎上構思了組合式的、模塊化的動力裝置，使得整個作業平臺在多個動力模塊作用下工作，即使其中某個動力模塊出現故障，整個裝置也不會即刻墜落，整個裝置機毀人亡的概率大大減小。同時，多個動力模塊一起工作，也可以降低單個發動機動力工作強度，減小噪音。所指的動力模塊就是本發明的動力艙。
[0014]本發明的一種捆綁式的低空載人懸浮作業平臺的動力艙，由外殼、防護罩、驅動裝置、葉片組成，機械與電氣連接裝置將其與載人作業艙連接起來。其中，驅動裝置可以是電動機、內燃機等動力方式，電機所需的電力和內燃機所需的油料可以自帶蓄電池和油箱或通過纜繩提供。
[0015]驅動裝置安裝在動力艙的外殼的內壁上，防護罩安裝在動力艙的外殼的頂部，動力艙的外殼通過機械與電氣連接裝置同載人作業艙連接。葉片通過緊固件安裝在驅動裝置的輸出轉軸上，也可以在葉片下面加裝傾斜器再和驅動裝置的輸出轉軸連接，傾斜器用來改變葉片或葉片組的傾斜角度，從而改變動力艙所獲得的升力的方向。
[0016]動力艙上面安裝有部分的傳感系統，來感知動力艙的自身姿態參數、環境參數、運行參數。動力艙的姿態參數包括動力艙本體的俯仰、偏航的角度，以及在環境空間的位置參數。動力艙的環境參數包括動力艙所在環境的溫濕度、光照度等氣候參數，以及相關的地理環境參數。動力艙的運行參數包括動力艙的運動速度、驅動力大小、自身狀態等參數，以及運動時間和運動軌跡等參數。
[0017]本發明的一種捆綁式的低空載人懸浮作業平臺的動力艙中的驅動裝置可以是多組的，每一組驅動裝置都可以帶動一個或多個葉片。也就是每一組葉片可以是單個的，也可以是雙翼或多個葉片。驅動裝置的輸出功率是可調的，從而葉片的旋轉速度就可調，葉片產生的升力的大小就可以調整，動力艙能達到的總的升力就可以調整，也就是動力艙所提供給載人作業艙的動力就可以調整，這些調整都是在控制系統控制下進行的。在設計制造過程中，通過各葉片的合理匹配，或者安裝扭矩平衡裝置，整個作業平臺的各反扭矩能夠達到總體平衡。如果安裝了傾斜器，葉片的傾斜角度也可以控制，從而動力艙所產生的升力和傳遞給載人作業艙的拉力也就可以調整，這也是一種動力的調整方式。
[0018]本發明的一種捆綁式的低空載人懸浮作業平臺的動力艙，通過機械與電氣連接裝置同載人作業艙連接。所指機械的連接為動力艙與載人作業艙之間的擁有連接作用的機械結構和機械裝置，所指電氣的連接包括動力電的連接和電信號的連接。這種連接是活動的且可分離，也就是非固定連接。機械與電氣連接裝置的活動范圍包括活動方向、活動位移，其活動范圍是能在控制系統的控制下調整的。當動力艙與載人作業艙的機械與電氣連接裝置的活動范圍調整時，動力艙傳遞給載人作業艙的力的大小和方向就隨之改變了，這也是另一種動力的調整方式。此后，整個作業平臺的受力方向就因此而調整，整個作業平臺的姿態也就可以適時調整了。
[0019]同時，這種連接又是可以分離的，在必要的時候動力艙可以在主動操作下脫離作業艙。一方面可以事先針對不同載荷選擇和組裝動力艙模塊，也就是根據負載大小或任務的需要捆綁不同類型、不同功率的動力艙;另一方面，當空中作業遇到某一動力艙偶然失效時，可迅速將其剝離，使其自然脫落，減輕不必要的載荷，最大程度地保證載人的安全。動力艙的防護罩上安裝有降落傘及其收放單元，在動力艙快速下降時會主動打開，減緩下落的沖擊，等到落地時再由降落傘收放單元收起降落傘。
[0020]如果安裝了傾斜器，葉片的傾斜角度也可以控制了，從而可改變動力艙所產生的總的升力的方向，所起的作用和調整機械與電氣連接裝置與載人作業艙連接范圍是一樣的。
[0021]動力艙的防護罩完全包圍了葉片的旋轉范圍，無論葉片相對驅動裝置輸出軸是垂直的還是傾斜的。防護罩隔離了葉片和作業環境，對葉片和作業環境都起到保護作用。同時，防護罩上安裝有防碰裝置，避免與作業環境產生較大的碰撞。
[0022]本發明的一種捆綁式的低空載人懸浮作業平臺，動力艙與載人作業艙之間通過活動的且可分離的機械與電氣連接裝置，實現了安全的、靈活的、模塊化的組裝，這種分組的、可拆分、可組裝就是本發明所指的“捆綁式”的含義。載人作業艙和動力艙都可以不止一個，可以更靈活地選擇不同形式、不同大小、不同功率、不同功能的艙的組合，捆綁搭建后能更好地適用于不同環境、不同需求的懸浮作業平臺。動力艙、載人作業艙或它們同類相互之間的連接方式可以是串聯連接的、并聯連接的、串并聯混合連接的。
[0023]本發明的所指“載人”，就是作業平臺所搭載的人員。
[0024]本發明中的機械與電氣連接裝置在作業平臺正常工作時，其機械的和電氣的連接是可靠和牢固的，在機械的結構和原理上都能保證動力艙不會主動脫落，且在一定范圍內可以控制其轉動或平動方向及位移的大小，在控制機械部分運動的同時，電氣的連接也可靠而不會主動脫落和切斷。只有在載人或遙控的脫落指令發出時，其機械的、電氣的相關部分才能主動的、完全的、快速地分離。所指電氣的連接，包括動力電的連接和電信號的連接。
[0025]本發明的一種捆綁式的低空載人懸浮作業平臺的載人作業艙，內部有載人的空間，并安裝了控制系統，控制系統還內置了通訊模塊，負責平臺與外部及地面的通訊信息、導航信息等的聯絡和傳輸。載人作業艙上面也安裝有部分的傳感系統，來感知載人作業艙的自身姿態參數、環境參數、運行參數。載人作業艙的姿態參數包括載人作業艙本體的俯仰、偏航的角度，以及在環境空間的位置參數。載人作業艙的環境參數包括載人作業艙所處環境的溫濕度、光照度等氣候參數，以及相關的地理環境參數。載人作業艙的運行參數包括載人作業艙的運動速度、驅動力大小、自身狀態等參數，以及運動時間和運動軌跡等參數。
[0026]控制系統接收包括動力艙、載人作業艙的全部傳感系統感知的所有信息，并接收載人發出的指令，依據內置的控制算法來控制動力艙的各葉片的旋轉速度，以及機械與電氣連接裝置活動范圍，或者是傾斜器的傾斜角度，從而控制整個作業平臺受力的方向和大小，進而控制整個作業平臺的姿態和運動軌跡。
[0027]載人作業艙上也安裝有防護罩，防護罩上安裝有防碰裝置和降落傘收放單元，從而避免與作業環境產生較大的碰撞，也在意外下墜過程中主動打開降落傘，保證載人的安全，等到落地時再由降落傘收放單元收起降落傘。
[0028]載人作業艙上面還安裝有一個或多個作業裝置，在載人和控制系統的控制下完成作業平臺賦予的作業任務。作業裝置可以獨立完成或在人為操控下完成復雜任務，多個作業裝置之間可以相互配合。特殊的作業裝置可完成獨特的作業任務，可根據作業任務的需要選配相應的作業裝置。
[0029]載人作業艙上也安裝輔助裝置，如:幫助平臺起落的起落架、內部的溫濕度控制的控制裝置、外觀特種裝飾、聲光警示器等等輔助性裝備。
[0030]本發明的一種捆綁式的低空載人懸浮作業平臺，裝載人員以后還可作為一種觀景平臺，乘坐人員可以自由操控并觀賞艙外景色，也可以作為其他空中游覽的娛樂平臺。本發明的一種捆綁式的低空載人懸浮作業平臺也還可以作為貨物或人員的運輸工具。
[0031]由于本發明提出了一種捆綁式的低空載人懸浮作業平臺，給低空作業提供了新的途徑，從而能改變現有空中作業的方式和方法，具有較廣闊的應用前景。
【附圖說明】
[0032]附圖1為一種捆綁式的低空載人懸浮作業平臺的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0033]下面結合【附圖說明】具體實施方案。本具體實施方案以動力艙沒有安裝葉片的傾斜器為例，如果安裝了傾斜器，作業平臺的姿態就可以分別或聯合調整傾斜器的傾斜角和機械與電氣連接裝置活動范圍來實現，并不影響本發明的實施。
[0034]附圖1中的載人作業艙25和動力艙27、動力艙18之間分別通過機械與電氣連接裝置26、20連接在一起，并同時傳遞兩種艙之間的動力電和電信號。所指機械的連接為動力艙與載人作業艙之間的擁有連接作用的機械結構和機械裝置，所指電氣的連接包括動力電的連接和電信號的連接。
[0035]動力艙可以不止一個，可以是一個、二個或多個，依據作業任務的需要靈活搭配。附圖1中只畫出了并聯連接的動力艙27、動力艙18這兩個，當然也可以是串聯連接的、串并混合連接的。
[0036]載人作業艙25內部安裝了控制系統23，載人作業艙25還安裝了部分的傳感系統8，載人作業艙25內可以搭載一定重量的載人21，載人21可以通過內部的控制系統23控制動力艙27、動力艙18的所能提供的升力的大小。傳感系統8感知載人作業艙25自身的姿態參數、環境參數、運行參數。動力艙27、18的姿態參數包括動力艙本體的俯仰、偏航的角度，以及在環境空間的位置參數。動力艙27、18的環境參數包括動力艙所在環境的溫濕度、光照度等氣候參數，以及相關的地理環境參數。動力艙27、18的運行參數包括動力艙的運動速度、驅動力大小、自身狀態等參數，以及運動時間和運動軌跡等參數。
[0037]機械與電氣連接裝置26、20的連接是活動的且可以分離，其活動范圍包括活動方向、活動位移是可以通過控制系統23來控制和調整的。通過控制機械與電氣連接裝置26、20的活動方向和活動的位移，就可以改變動力艙27、動力艙18作用于載人作業艙25上的力的方向和大小，從而改變整個作業平臺的姿態和運動軌跡。
[0038]載人作業艙25上安裝有防護罩7，除了分布有部分的傳感系統8外，防護罩7上還安裝有防碰裝置5和降落傘收放單元6。防碰裝置5主要是防止載人作業艙25和作業環境之間產生碰撞，降落傘收放單元6是減緩載人作業艙25意外墜落時的下降速度，保證載人21的安全，等到落地時再由降落傘收放單元6收起降落傘。
[0039]附圖1中的動力艙27、動力艙18上也分布有部分傳感系統4和9，傳感系統4和9分別感知動力艙27、動力艙18的姿態參數、環境參數、運行參數。動力艙27、動力艙18上安裝有各自的防護罩1、11，防護罩1、11上分別安裝了防碰裝置2、12，是防止動力艙27、18和作業環境之間產生碰撞。動力艙27、動力艙18的降落傘收放單元3和10減緩動力艙27、18在墜落時的下降速度，等到落地時再由降落傘收放單元3、10收起降落傘。
[0040]附圖1中的動力艙27、動力艙18分別由外殼28、16通過機械與電氣連接裝置26、20連接著載人作業艙25，驅動裝置31和29、驅動裝置14和17分別對應安裝在外殼28、外殼16外殼的內壁上。
[0041 ]葉片32和葉片30分別通過緊固件對應安裝在驅動裝置31和驅動裝置29的輸出轉軸上，葉片13和葉片15分別通過緊固件對應安裝在驅動裝置14和驅動裝置17的輸出轉軸上。
[0042]葉片可以是多組的，每一組可以是單片的(單翼的)，雙片的(雙翼的)，多片的(多翼的)。附圖1中分別示意了一組單葉片的葉片32和葉片13分別與驅動裝置31和驅動裝置14的搭配，一組雙葉片的葉片30與葉片15分別與驅動裝置29和17的搭配。當然還可以是一組多葉片和驅動裝置的搭配，附圖就沒有畫出來了。葉片可以是單旋翼式、雙旋翼式和多旋翼式、共軸反旋等目前直升機所采用的許多方式。在設計制造過程中，通過各葉片的合理匹配，以及安裝扭矩平衡裝置，整個作業平臺的各的反扭矩能夠達到總體平衡。
[0043]載人作業艙25上還安裝有作業裝置24、19，作業裝置24、19在載人21和控制系統23的控制下完成作業任務。作業裝置可以是一個或多個，根據任務的復雜性和特殊性的需求選擇安裝。多個作業裝置可以相互配合，也可獨立完成各自的作業任務。
[0044]控制系統23接收各個部分傳感系統4、部分傳感系統8、部分傳感系統9的感知信息，綜合得到完整的傳感系統的感知信息，感知到載人作業艙25和動力艙27、動力艙18的全部的姿態參數、環境參數、運行參數，并依據內置的控制算法去控制動力艙27、動力艙18的各葉片的旋轉速度，從而控制動力艙27和動力艙18的升力；同時，控制機械與電氣連接裝置26、20的活動方向和活動位移，進而改變動力艙27、動力艙18傳遞給載人作業艙25上的力的方向和大小，依此就可以調整整個作業平臺的姿態，并隨時間的變化而改變整個作業平臺的運行軌跡。在整個作業平臺運行的姿態和上升或下降的速度都能很好地調整時，作業平臺的運行軌跡就能精確控制，作業裝置即可精準地完成復雜的作業任務。
[0045]載人作業艙25的姿態參數包括載人作業艙本體的俯仰、偏航的角度，以及在環境空間的位置參數。載人作業艙25的環境參數包括載人作業艙所處環境的溫濕度、光照度等氣候參數，以及相關的地理環境參數。載人作業艙25的運行參數包括載人作業艙的運動速度、驅動力大小、自身狀態等參數，以及運動時間和運動軌跡等參數。
[0046]載人作業艙25上安裝有輔助裝置22，如:幫助平臺起落的起落架、內部的溫濕度控制的控制裝置、外觀特種裝飾等等輔助性裝備。
[0047]本發明的一種捆綁式的低空載人懸浮作業平臺，在可控的情況下就可以勝任空中游覽、娛樂等任務，也可以完成貨物或人員的運輸工作。
[0048]本發明提出了一種捆綁式的低空載人懸浮作業平臺，利用現有的直升機制造技術、自動控制技術、通訊技術、傳感器技術在實現上沒有技術障礙，將給低空作業提供新的途徑，從而能改變現有空中作業的方式和方法，具有較廣闊的應用前景。
【主權項】
1.一種捆綁式的低空載人懸浮作業平臺，包括動力艙、載人作業艙、控制系統、傳感系統、作業裝置和輔助裝置，動力艙與載人作業艙之間由機械與電氣連接裝置連接，傳感系統安裝在載人作業艙和動力艙上，控制系統安裝在載人作業艙中，控制系統接收傳感系統的傳感信號，并依據控制指令來控制動力艙中旋轉的葉片產生的向上的升力，作業裝置安裝在載人作業艙上并受控于控制系統和載人，載人作業艙上安裝有輔助裝置，動力艙和載人作業艙帶有防護罩，動力艙中的旋轉的葉片的運動范圍完全包含在動力艙的防護罩內，其特征在于:動力艙和載人作業艙之間的機械與電氣連接裝置的連接是活動的且可分離的，其活動范圍受控于控制系統;動力艙和載人作業艙可以不止一個。2.如權利要求1所述的一種捆綁式的低空載人懸浮作業平臺，其特征還在于:動力艙由外殼、一組或多組的驅動裝置、一組或多組的葉片、防護罩組成，驅動裝置安裝在外殼的內壁上，葉片固定在驅動裝置的輸出軸上，防護罩安裝在外殼的頂端;驅動裝置與葉片之間還可以安裝有傾斜器。3.如權利要求1所述的一種捆綁式的低空載人懸浮作業平臺，其特征還在于:載人作業艙上安裝的作業裝置可以為一個或多個。4.如權利要求1所述的一種捆綁式的低空載人懸浮作業平臺，其特征還在于:動力艙和載人作業艙的防護罩上安裝有防碰裝置和降落傘收放單元。
【文檔編號】B64C27/20GK105905299SQ201610212711
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年3月30日
【發明人】許宏
【申請人】許宏, 楊愛東