CN107600445A - 一种固定翼无人机短距共轨发射回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固定翼无人机短距共轨发射回收装置，包括底座，在底座上设有机械支撑臂，所述机械支撑臂通过回转机构与底座相连，在机械支撑臂的前端设有折叠臂，与导轨梁相连，在导轨梁上设有滑车，所述滑车可相对导轨梁的长度方向滑移，所述滑车通过动力驱动装置驱动。本发明通过机械支撑臂，使得导轨梁下方具有无人机发射出动和拦阻回收所需的空间，并在随机载荷作用下保持直线轨道装置的高度、姿态等空间位置，通过动力驱动装置，在发射无人机时为滑车和无人机加速提供驱动能量，在拦阻回收无人机时吸收耗散无人机减速传递至滑车的动能，能实现30kg～500kg的固定翼无人机在野外环境下或者在船舶上的短距快速发射和精确可靠回收。

Description

一种固定翼无人机短距共轨发射回收装置

技术领域

本发明涉及无人机发射回收技术领域，尤其涉及一种固定翼无人机短距共轨发射回收装置。

背景技术

随着技术的发展，无人机在现代海洋执法和维权活动中正承担起越来越重要和多样化的使命任务。固定翼无人机具有风险小、有效载荷系数大、航时长、可靠性高等技术优势，已在各国海洋执法和维权活动中扮演重要的空中侦察、监视、拍照、取证等角色。

长期以来，固定翼无人机在野外环境下或者在船舶上出动和回收非常困难，出动方面发展了火箭助飞出动、发射架出动等技术，回收方面发展了伞降回收、撞网回收、天勾回收等技术。

由于受到技术水平制约，以往野外复杂环境或船载条件下固定翼无人机发射回收方案存在三大技术瓶颈：一是适配无人机重量难以超过数十公斤，导致有效载荷重量低于20kg，

严重制约固定翼无人机在复杂环境条件下的效能发挥；二是以往要么无法实现无人机在船上的高效可靠回收，要么回收装置太大且没有与发射装置实现一体化设计需要过多的船体资源；三是无法适应船舶摇摆环境，难以在有限距离和资源约束条件下精确可靠回收无人机。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种能快速发射和精确可靠回收的固定翼无人机短距共轨发射回收装置。

本发明所采用的技术方案为：一种固定翼无人机短距共轨发射回收装置，其特征在于：包括底座，在底座上设有机械支撑臂，所述机械支撑臂通过回转机构与底座相连，在机械支撑臂的前端设有折叠臂，所述折叠臂的一端通过回转臂与机械支撑臂相连，另一端与导轨梁相连，在导轨梁上设有滑车，所述滑车可相对导轨梁的长度方向滑移，所述滑车通过动力驱动装置驱动。

按上述技术方案，所述机械支撑臂包括主臂、中臂、前臂，所述主臂与底座相铰接，两者通过第一摆臂机构相连，所述中臂与主臂相铰接，两者通过第二摆臂机构相连，所述前壁与中臂相铰接，两者通过第三摆臂机构相连。

按上述技术方案，所述动力驱动装置包括液压蓄能器、驱动油缸、阻尼气液缸、滑轮组、闭环绳系，在驱动油缸的固定端和活动端均配置有滑轮，在阻尼气液缸的固定端和活动端均配置有滑轮，所述驱动油缸活动端与阻尼气液缸的活动端相连，所述闭环绳系一端固定后，绕过阻尼气液缸的固定端的滑轮及其活动端的滑轮后与滑车的一端相连，所述闭环绳系的另一端固定后，绕过驱动油缸的固定端的滑轮及其活动端的滑轮后与滑车的另一端相连，所述液压蓄能器的两端分别与驱动油缸和阻尼气液缸相连。

按上述技术方案，所述折叠臂分为左折叠臂和右折叠臂，所述导轨梁为可折叠式导轨梁，导轨梁分为左导轨梁和右导轨梁，两折叠臂的一端分别与回转臂铰接，另一端分别与左导轨梁和右导轨梁相连，两折叠臂通过折叠驱动机构驱动。

按上述技术方案，所述左折叠臂和右折叠臂分别通过调姿机构与导轨梁相连，使所述导轨梁相对其中心线旋转。

按上述技术方案，无人机发射时通过动力驱动装置与滑车相配置。

按上述技术方案，在无人机回收时，在导轨梁的端头配置有拦阻索支撑杆，用于与动力驱动装置的闭环绳系配置，在导轨梁上还配置有防护网。

按上述技术方案，第一摆臂机构、第二摆臂机构、第三摆臂机构分别为液压油缸驱动。

本发明所取得的有益效果为：本发明通过机械支撑臂，使得导轨梁下方具有无人机发射出动和拦阻回收所需的空间，并在野外环境或船上风载、船舶随机摇荡惯性力等随机载荷作用下保持直线轨道装置的高度、姿态等空间位置，通过动力驱动装置，在发射无人机时为滑车和无人机加速提供驱动能量，在拦阻回收无人机时吸收耗散无人机减速传递至滑车的动能，能实现30kg～500kg的固定翼无人机在野外环境下或者在船舶上的短距快速发射和精确可靠回收，可在空间资源约束或船舶摇摆环境条件下将固定翼无人机的重量由公斤级提升至数百公斤级，从而提升固定翼无人机的任务载荷搭载能力。

附图说明

图1为本发明的结构图(回收无人机状态时)。

图2为本发明中导轨梁的折叠方向示意图。

图3为本发明中动力驱动装置的原理图。

图4为本发明处于发射初始状态的结构示意图。

图5为本发明处于回收状态时的结构示意图。

图6为本发明处于折叠状态时的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本实施例提供了一种固定翼无人机短距共轨发射回收装置，包括底座，在底座上设有机械支撑臂，所述机械支撑臂通过回转机构15与底座相连，在机械支撑臂的前端折叠臂9，所述折叠臂9的一端通过回转臂10与机械支撑臂相连，另一端与导轨梁6相连，在导轨梁6上设有滑车3，所述滑车3可相对导轨梁6的长度方向滑移，所述滑车6通过动力驱动装置驱动。

本实施例中，所述机械支撑臂还通过回转机构与底座相配置，回转机构采用液压马达驱动，并采用齿轮副与机械支撑臂根部相配置，主要用于在装载/卸载无人机时调整机械臂系统及直线轨道装置至合适位置，便于人员作业。所述回转机构通过随动控制器控制，所述随动控制器采用闭环液压控制，主要用于在船舶摇晃状态下反向调节机械臂支撑系统的姿态，保持直线轨道装置姿态的作用。

所述机械支撑臂包括主臂14、中臂12、前臂11，所述主臂14与底座相铰接，两者通过第一摆臂机构相连，所述中臂12与主臂11相铰接，两者通过第二摆臂机构相连，所述前壁11与中臂12相铰接，两者通过第三摆臂机构相连。本实施例中，第一摆臂机构和第二摆臂机构和第三摆臂机构均为液压油缸驱动。其中，回转机构通过液压马达驱动，回转臂同样也可以通过液压马达驱动，机械支撑臂主要起到吊起支撑导轨梁的作用，使得导轨梁下方具有无人机发射出动和拦阻回收所需的空间，并在野外环境或船上风载、船舶随机摇荡惯性力等随机载荷作用下保持直线轨道装置的高度、姿态等空间位置。

此外，机械支撑臂具有在液压动力作用下自动折叠收放的功能；如图2所示，所述折叠臂9分为左折叠臂901和右折叠臂902，所述导轨梁6为可折叠式导轨梁，导轨梁分为左导轨梁和右导轨梁，两折叠臂的一端分别与回转臂10铰接，另一端分别与左导轨梁和右导轨梁相连，左导轨梁和右导轨梁通过导轨梁锁定机构5锁定，两折叠臂通过折叠驱动机构903驱动，折叠驱动机构903为液压油缸驱动。

本实施例中，为了进一步提高本装置姿态的可调节性，所述左折叠臂901和右折叠臂902分别通过调姿机构8与导轨梁6相连，使所述导轨梁相对其中心线旋转，其中调姿机构8可以为液压马达驱动。

本实施例中，如图3所示，所述动力驱动装置包括液压蓄能器16、驱动油缸1301、阻尼气液缸1302、滑轮组17、闭环绳系18，驱动油缸1301、阻尼气液缸1302安设在主臂14上，在机械支撑臂上设有滑轮，在驱动油缸1301的固定端和活动端均配置有滑轮，在阻尼气液缸1302的固定端和活动端均配置有滑轮，所述驱动油缸1301活动端与阻尼气液缸1302的活动端相连，所述闭环绳系一端固定主臂14上，绕过阻尼气液缸1302的固定端的滑轮及其活动端的滑轮及其它滑轮后，与滑车3的一端相连，所述闭环绳系的另一端固定在主臂14上，绕过驱动油缸1301的固定端的滑轮及其活动端的滑轮及其它滑轮后，与滑车3的另一端相连，所述液压蓄能器16的两端分别与驱动油缸和阻尼气液缸相连。闭环绳系18分别与滑车头、尾和驱动油缸及阻尼气液缸连接，并使用滑轮组进行运动和力的缩放，滑车3与驱动油缸及阻尼气液缸13运动倍率为6～12倍；在发射出动无人机19时驱动油缸为滑车和无人机加速提供驱动能量，在拦阻回收无人机时阻尼气液缸13吸收耗散无人机减速传递至直线轨道装置的动能。

本发明兼具发射加速出动无人机和拦阻减速回收无人机的功能；导轨梁的直线轨道长约9～15m；发射无人机时采用动力驱动装置垂吊无人机，当无人机加速到一定加速度后再减速到设定加速度之后，动力驱动装置与无人机脱开，无人机发射成功。回收时采用拦阻索和防护网垂吊无人机，即在导轨梁6的端头配置有拦阻索支撑杆1(图示为三角支撑方式，也可以是矩形或圆弧形支撑)，在回收时，在拦阻索支撑杆1上通过拦阻索2与将闭环绳系18的绳系相配置，在滑车的前端配置防护网4及在导轨梁的另一端设有内埋式缓冲器7。

本发明可用于在野外环境下(车载或固定安装方式)或者在船舶上发射出动和精确可靠回收30kg～500kg的固定翼无人机，本固定翼无人机短距共轨发射回收装置由测控系统控制，主要由加速度计、速度仪、位置测量仪、板卡、数据记录终端、控制箱等组成，主要用于动力驱动装置、滑车和机械支撑臂上的动力驱动装置的闭环控制，一方面闭环控制动力系统、直线轨道装置发射出动/拦阻回收无人机时的加速度、速度，另一方面闭环控制机械臂支撑系统以保持直线轨道装置的空间位置。

本发明的具体实施步骤：

1.固定翼无人机发射过程。

以固定翼无人机发射初速、发射攻角和发射过程最大过载为约束，本发明的过程主要包括起吊无人机、发射固定翼无人机等步骤。

a.机械支撑臂及折叠臂在液压油缸的作用下，全自动展开折叠状态的导轨梁及附属安装的设备，此时整套装置处于发射状态，如图4所示。

b.本装置在测控系统的控制下通过随动调节机构及回转机构14转动至滑车3对准适当位置放置的固定翼无人机19，滑车3上的连接机构接触并锁紧固定翼无人机机背上的适配器，本发明装置起吊待发射固定翼无人机至预设姿态，无人机开机怠速。

c.待发射指令下达，动力驱动系统的高频响控制阀快速打开，液压蓄能器16中的高压油液快速释放，驱动油缸1301并带动滑轮组17和闭环绳系18牵引滑车3及其夹持的固定翼无人机19加速，在很短时间内达到预期末速并触发连接机构释放无人机适配器，同时无人机在获得初速和空气升力后平稳起飞，滑车3则在阻尼气液缸1302和内埋式缓冲器7的共同阻尼作用下实现减速停止；整个发射过程中，机械支撑臂在随动调节机构的作用下抵消直线轨道装置受到的野外环境或船上风载、摇荡惯性力等随机载荷作用，并保持一定攻角，为无人机创造最好的发射条件。

2.固定翼无人机回收过程。

以固定翼无人机回收初速、回收攻角和最大回收过载为约束，本发明回收固定翼无人机过程主要包括加挂拦阻索支撑杆和防护网，拦阻减速无人机、防护网捕获无人机、转运释放无人机和装置折叠收降等步骤。

a.如图5所示，在展开状态的导轨梁上加挂拦阻索支撑杆1和防护网4，装置即切换至回收状态，拦阻索支撑杆1用于支撑拦阻索2至三角形态，以拦阻无人机19背部释放的拦阻钩，防护网4在无人机19被拦阻索2挂住后俯冲时避免无人机与导轨梁及滑车发射刚性碰撞，同时挂住无人机头部预置的倒钩，以捕获无人机。

b.调整姿态，在机械支撑臂、测控系统作用下稳定滑车，待回收的固定翼无人机预先释放背部回收拦阻钩并以许用的回收飞行轨迹飞行至拦阻索支撑杆1撑起的拦阻索2下方，拦阻钩接触并挂牢拦阻索2。

c.在自身惯性和拦阻索2拉力的共同作用下固定翼无人机向前运动并上摆撞上防护网4并通过背部适配器挂住防护网4二次耗散部分能量，同时在惯性作用下牵引滑车3继续前行，并通过闭环绳系18、滑轮组17将剩余能量传递至阻尼气液缸13及液压蓄能器16，待滑车3行至导轨梁6的末端前将固定翼无人机19与导轨梁之间的相对速度拦阻减速至零，从而完成无人机回收。

d.本发明将被拦阻索2和防护网4吊着的无人机转运至适当位置并放下，随后，在人工辅助下撤除加挂的拦阻索支撑杆1和防护网4，机械支撑臂在液压油缸作动下完成折叠收降，如图6所示。

Claims (8)

1.一种固定翼无人机短距共轨发射回收装置，其特征在于：包括底座，在底座上设有机械支撑臂，所述机械支撑臂通过回转机构与底座相连，在机械支撑臂的前端设有折叠臂，所述折叠臂的一端通过回转臂与机械支撑臂相连，另一端与导轨梁相连，在导轨梁上设有滑车，所述滑车可相对导轨梁的长度方向滑移，所述滑车通过动力驱动装置驱动。

2.根据权利要求1所述的固定翼无人机短距共轨发射回收装置，其特征在于：所述机械支撑臂包括主臂、中臂、前臂，所述主臂与底座相铰接，两者通过第一摆臂机构相连，所述中臂与主臂相铰接，两者通过第二摆臂机构相连，所述前壁与中臂相铰接，两者通过第三摆臂机构相连。

3.根据权利要求1或2所述的固定翼无人机短距共轨发射回收装置，其特征在于：所述动力驱动装置包括液压蓄能器、驱动油缸、阻尼气液缸、滑轮组、闭环绳系，在驱动油缸的固定端和活动端均配置有滑轮，在阻尼气液缸的固定端和活动端均配置有滑轮，所述驱动油缸活动端与阻尼气液缸的活动端相连，所述闭环绳系一端固定后，绕过阻尼气液缸的固定端的滑轮及其活动端的滑轮后与滑车的一端相连，所述闭环绳系的另一端固定后，绕过驱动油缸的固定端的滑轮及其活动端的滑轮后与滑车的另一端相连，所述液压蓄能器的两端分别与驱动油缸和阻尼气液缸相连。

4.根据权利要求1或2所述的固定翼无人机短距共轨发射回收装置，其特征在于：所述折叠臂分为左折叠臂和右折叠臂，所述导轨梁为可折叠式导轨梁，导轨梁分为左导轨梁和右导轨梁，两折叠臂的一端分别与回转臂铰接，另一端分别与左导轨梁和右导轨梁相连，两折叠臂通过折叠驱动机构驱动。

5.根据权利要求4所述的固定翼无人机短距共轨发射回收装置，其特征在于：所述左折叠臂和右折叠臂分别通过调姿机构与导轨梁相连，使所述导轨梁相对其中心线旋转。

6.根据权利要求1或2所述的固定翼无人机短距共轨发射回收装置，其特征在于：无人机发射时通过动力驱动装置与滑车相配置。

7.根据权利要求1或2所述的固定翼无人机短距共轨发射回收装置，其特征在于：在无人机回收时，在导轨梁的端头配置有拦阻索支撑杆，用于与动力驱动装置的闭环绳系配置，在导轨梁上还配置有防护网。

8.根据权利要求2所述的固定翼无人机短距共轨发射回收装置，其特征在于：第一摆臂机构、第二摆臂机构、第三摆臂机构分别为液压油缸驱动。