一种悬浮载物设备

技术领域

本发明涉及运载装备技术领域，尤其是涉及一种悬浮载物设备。

背景技术

悬浮载物设备适用于野外科研实验、临时信号塔等，现有技术的悬浮载物设备存在诸多问题，如：地面上的工作是非常繁琐，需要先将球囊在地上铺展开，然后将它与放在一边的吊篮连接在一起，用鼓风机，将风吹入球囊，使气球一点点地膨胀，当完全展开后，开始点火，同时发生漏气会导致设备坠落以及载物装置易在风力较大的情况下发生倾斜坠落，造成严重事故。例如，一种在中国专利文献上公开的“一种自动控制无人热气球”，其公告号CN206984295U，包括热气球球囊；设置在球囊内的燃烧器；以及位于热气球球体下方的热气球吊舱，吊舱包括承力环和舱体，其中承力环上设置有连接件，舱体通过拉绳连接连接件以将其吊在承力环下方，所述球囊通过多个拉绳连接连接件而实现与热气球吊舱的连接；且舱体内设置有机载控制设备和排气幅操作机构，其中机载控制设备包括燃烧器控制器和排气幅操作控制器，燃烧器控制器用于控制燃料阀门的启闭实现对燃烧器的点火和燃烧加热，排气幅操作控制器用于驱动作动机构动作实现对排气幅操作机构的操作。该发明的热气球可以实现在人工遥控的工作方式下完成升空、降落，并且在指定区域和指定高度内飞行，控制实时性强、控制精度高。但是该方案存在地面准备工作繁琐，发生漏气会导致设备坠落，造成严重事故。

发明内容

本发明是为了克服现有技术的地面准备工作繁琐，发生漏气时会导致设备坠落以及易发生倾斜导致运载物品坠落的问题，提供一种悬浮载物设备。不需要繁琐的准备工作，发生漏气时设备不会坠落，安全性高，运载平稳，不发生倾斜。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种悬浮载物设备，包括气囊、充装有氦气的气源装置、载物台、陀螺仪传感器、蓄电池以及控制器；气源装置设置在气囊下侧，气囊包括支撑架以及若干间隔设置在支撑架中的子囊体，每个子囊体中设有压力检测装置，气源装置与若干子囊体连接，气源装置分别与控制器、蓄电池电连接，压力检测装置与控制器电连接；待载物品设置在载物台中，待载台设置在气囊上侧；陀螺仪传感器用于检测气囊倾斜情况，陀螺仪传感器与控制器电连接；控制器用于根据陀螺仪传感器检测出气囊倾斜情况控制气源装置为相应的子囊体充气。

本方案中，悬浮载物设备包括众多的子囊体，每个独立的子囊体由气源装置充气，充入足量的气体后，由于气体密度远小于空气，在浮力作用下悬浮载物设备可运载物品上升。当个别子囊体发生破损漏气时，由于子囊体独立不会造成设备坠落。整个设备呈扁平状，每个子囊体受支撑架的束缚，地面准备时不需要特地展开子囊体，设备上侧为载物台，载物台可与气囊一体，气源装置设置在气囊下侧并与气囊连接，不需要外接气源充气，物品直接放置载物台上，操作简单。悬浮载物设备升入空中后，陀螺仪传感器用于检测气囊倾斜情况，发生倾斜度达到特定阈值，陀螺仪传感器将倾斜信号发送至控制器，控制器控制相应区域子囊体充气直至倾斜度不超过特定阈值，保证运载平稳，不倾斜。

作为优选，还包括绕线盘，绕线盘设有锚固件和若干绕线区，每个绕线区卷绕有牵绳，牵绳与气囊连接，锚固件包括螺纹杆、内部设有螺纹的套管以及锁键，螺纹杆与套管螺纹连接，锁键一端呈弧形，套管侧面开设有缺口，锁键呈弧形的一端伸入套管并与套管转动连接，螺纹杆旋入套管后抵压在锁键呈弧形的一端并使锁键旋转，另一端从缺口处向外张开。牵绳用于限制气囊上升高度，若干牵绳绕装在一个绕线盘上，使用时保证若干牵绳牵引长度一致，一定程度上避免气囊倾斜，锚固件将绕线盘固定至地面，使用时将螺纹杆旋入套管，抵压在锁键呈弧形的一端并使锁键旋转，另一端从缺口处向外张开与地面连接自锁，锁定牢固可靠。

作为优选，牵绳标有刻度。刻度方便观察上升高度。

作为优选，气源装置包括储气罐、分气装置以及集气装置；分气装置包括进气管路、分气母管以及数量与子囊体对应的分气支管，进气管路一端与储气罐连接，另一端与分气母管连接，每根分气支管一端与分气母管连接，另一端与对应的子囊体连接，进气管路设有进气总阀和减压阀，每根分气支管设有分气支管阀门以及用于气体从分气母管单向流至子囊体的分气支管止回阀；集气装置包括压缩机、回气管路、集气母管以及数量与子囊体对应的集气支管，回气管路一端与储气罐连接，另一端与压缩机的出口连接，每根集气支管一端与集气母管连接，另一端与对应的子囊体连接，集气母管与压缩机的入口连接，回气管路设有回气总阀以及用于气体从压缩机的出口单向流至罐体的回气母管止回阀，每根集气支管设有集气支管阀门，压缩机、进气总阀、回气总阀、分气支管阀门以及集气支管阀门分别与控制器、蓄电池电连接。气源装置通过分气装置将储气罐内的气体分送至每个子气囊，子气囊中的气体受分气支管止回阀的作用无法直接从分气支管穿入气体子气囊，确保其独立性。当需要回收物品时，压缩机动作将子气囊中的气体回收至储气罐，气体重复利用不会产生损失。

作为优选，子囊体包括内层和外层，外层采用铝膜，内层采用聚氨酯树脂，聚氨酯树脂的分子末端具有异氰酸酯基，聚氨酯树脂通过五亚甲基二异氰酸酯与含有活性氢基团的化合物反应而成，含有活性氢基团的化合物包含数均分子量为50～1500、并且平均官能团数为1～4的多元醇化合物。铝膜外层质量轻有利于提高装载量，内层的聚氨酯树脂具有堵漏功能，当子囊体发生破损，内层聚氨酯树脂会自动往缺口处挤压填补缝隙，防止漏气。

作为优选，还包括风速计、风向标、转向驱动机构、转向齿圈、对冲电机以及叶轮，转向齿圈与气囊固定连接，风速计与风向标分别与控制器电连接，风速计用于检测风力大小并将风力信号传递至控制器，风向标用于将检测对冲电机与风向的偏差并将偏差信号传递至控制器，转向电机的输出轴设置有齿轮并通过齿轮与转向齿圈啮合，对冲电机的输出轴与叶轮连接，转向电机与对冲电机固定连接，转向电机带动对冲电机旋转并使叶轮对准风向。对冲电机的设置用于减少风力对气囊的影响，防止偏移。

作为优选，进气总阀与回气总阀互为联锁，当进气总阀开启时回气总阀关闭，当回气总阀开启时进气总阀关闭，进气总阀、回气总阀可同时处于关闭状态，当回气总阀处于关闭状态且压力检测装置检测到子囊体压力下降时控制器控制对应的分气支管阀门关闭。分气支管阀门起到漏气保护作用，可防止发生储气罐不断往漏气的子囊体充气，减少气体损失。

作为优选，载物台采用碳纤维材料，载物台设有用于固定待载物品的固定绳。碳纤维材料质量轻，有利于提升承重上限。

因此，本发明具有如下有益效果：（1）不需要繁琐的准备工作；（2）发生漏气时设备不会坠落，安全性高；（3）运载平稳，不发生倾斜；（4）受风力影响小，不偏移；（5）具有漏气保护功能，减少气体损失。

附图说明

图1是本发明的一种整体结构示意图。

图2是本发明的转向齿轮与转向驱动机构示意图。

图3是本发明的绕线盘结构示意图。

图4是本发明的锚固件结构示意图。

图中：1、支撑架 2、载物台 3、子囊体 4、储气罐 5、压缩机 6、进气总阀 7、减压阀 8、回气母管止回阀 9、回气总阀 10、分气支管止回阀 11、集气支管阀门 12、锚固件 12-1、螺纹杆 12-2、套筒 12-3、锁键 12-4、缺口 13、风向标 14、对冲电机15、转向齿圈 16、转向驱动机构 17、牵绳 18绕线盘。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。需要说明的是，上述描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

如图1、图2所示的实施例中，一种悬浮载物设备，包括气囊、充装有氢气或氦气的气源装置、载物台2、陀螺仪传感器、绕线盘18、蓄电池以及控制器；气源装置设置在气囊下侧，气囊包括支撑架1以及若干间隔设置在支撑架中的子囊体3，载物台、支撑架采用碳纤维材料，载物台设有用于固定待载物品的固定绳。子囊体包括内层和外层，外层采用铝膜，内层采用聚氨酯树脂，聚氨酯树脂的分子末端具有异氰酸酯基，聚氨酯树脂通过五亚甲基二异氰酸酯与含有活性氢基团的化合物反应而成，含有活性氢基团的化合物包含数均分子量为1000、并且平均官能团数为3的多元醇化合物。铝膜外层质量轻有利于提高装载量，内层的聚氨酯树脂具有堵漏功能，当子囊体发生破损，内层聚氨酯树脂会自动往缺口处挤压填补缝隙，防止漏气。每个子囊体中设有压力检测装置。压力检测装置用于检测子囊体内部气压并将气压信号传递至控制器。

气源装置包括储气罐4、分气装置以及集气装置；分气装置包括进气管路、分气母管以及数量与子囊体对应的分气支管，进气管路一端与储气罐连接，另一端与分气母管连接，每根分气支管一端与分气母管连接，另一端与对应的子囊体连接，进气管路设有进气总阀6和减压阀7，每根分气支管设有分气支管阀门以及用于气体从分气母管单向流至子囊体的分气支管止回阀10；集气装置包括压缩机5、回气管路、集气母管以及数量与子囊体对应的集气支管，回气管路一端与储气罐连接，另一端与压缩机的出口连接，每根集气支管一端与集气母管连接，另一端与对应的子囊体连接，集气母管与压缩机的入口连接，回气管路设有回气总阀9以及用于气体从压缩机的出口单向流至罐体的回气母管止回阀8，每根集气支管设有集气支管阀门11，压缩机、进气总阀、回气总阀、分气支管阀门以及集气支管阀门分别与控制器、蓄电池电连接。气源装置通过分气装置将储气罐内的气体分送至每个子气囊，子气囊中的气体受分气支管止回阀的作用无法直接从分气支管穿入气体子气囊，确保其独立性。进气总阀与回气总阀互为联锁，当进气总阀开启时回气总阀关闭，当回气总阀开启时进气总阀关闭，进气总阀、回气总阀可同时处于关闭状态，当回气总阀处于关闭状态且压力检测装置检测到子囊体压力下降时控制器控制对应的分气支管阀门关闭。分气支管阀门起到漏气保护作用，可防止发生储气罐不断往漏气的子囊体充气，减少气体损失。漏气保护阀在漏气时启动，可防止发生储气罐不断往漏气的子囊体充气，减少气体损失。

当需要回收物品时，压缩机动作将子气囊中的气体回收至储气罐，气体重复利用不会产生损失。压力检测装置与控制器电连接；待载物品设置在载物台中，待载台设置在气囊上侧；陀螺仪传感器用于检测气囊倾斜情况，陀螺仪传感器与控制器电连接；控制器用于根据陀螺仪传感器检测出气囊倾斜情况控制气源装置为相应的子囊体充气。绕线盘设有锚固件12和若干绕线区，每个绕线区卷绕有牵绳17，牵绳与气囊连接，锚固件包括螺纹杆12-1、内部设有螺纹的套管12-2以及两根锁键12-3，螺纹杆与套管螺纹连接，两根锁键错位设置，锁键一端呈弧形，套管侧面开设有缺口12-4，锁键呈弧形的一端伸入套管并与套管转轴连接，转轴偏心设置，使得螺纹杆旋入套管后抵压在锁键呈弧形的一端并使锁键旋转，另一端从缺口处向外张开。牵绳用于限制气囊上升高度，若干牵绳绕装在一个绕线盘上，使用时保证若干牵绳牵引长度一致，一定程度上避免气囊倾斜，牵绳标有刻度，方便观察上升高度。锚固件将绕线盘固定至地面，使用时将螺纹杆旋入套管，抵压在锁键呈弧形的一端并使锁键旋转，另一端从缺口处向外张开与地面连接自锁，锁定牢固可靠。设备还包括风速计、风向标13、转向驱动机构16、转向齿圈15、对冲电机14以及叶轮，转向齿圈与气囊固定连接，风速计与风向标分别与控制器电连接，风速计用于检测风力大小并将风力信号传递至控制器，风向标用于将检测对冲电机与风向的偏差并将偏差信号传递至控制器，转向电机的输出轴设置有齿轮并通过齿轮与转向齿圈啮合，对冲电机的输出轴与叶轮连接，转向电机与对冲电机固定连接，转向电机带动对冲电机旋转并使叶轮对准风向。对冲电机的设置用于减少风力对气囊的影响，防止偏移。

本方案使用时，将待载物品装入载物台，通过控制器开启进气总阀、分气支管阀门，而回气总阀、集气支管阀门处于关闭状态，当气量达到一定值，设备浮力大于总重力时升起。回收时，进气总阀、分气支管阀门处于关闭状态，集气支管阀门、回气总阀以及压缩机开启，子气囊中的气体压缩回收至储气罐。悬浮载物设备包括众多的子囊体，每个独立的子囊体由气源装置充气，充入足量的气体后，由于气体密度远小于空气，在浮力作用下悬浮载物设备可运载物品上升。当个别子囊体发生破损漏气时，由于子囊体独立不会造成设备坠落。整个设备呈扁平状，每个子囊体受支撑架的束缚，地面准备时不需要特地展开子囊体，设备上侧为载物台，载物台可与气囊一体，气源装置设置在气囊下侧并与气囊连接，不需要外接气源充气，物品直接放置载物台上，操作简单。悬浮载物设备升入空中后，陀螺仪传感器用于检测气囊倾斜情况，发生倾斜度达到特定阈值，陀螺仪传感器将倾斜信号发送至控制器，控制器控制相应区域子囊体充气直至倾斜度不超过特定阈值，保证运载平稳，不倾斜。因此，本发明具有如下有益效果：不需要繁琐的准备工作；发生漏气时设备不会坠落，安全性高；运载平稳，不发生倾斜；受风力影响小，不偏移；具有漏气保护功能，减少气体损失。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。