CN108482691B - 一种抓捕装置及无人机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及飞行器技术领域，公开了一种抓捕装置及无人机。用于设置于飞行器的抓捕装置包括抓捕机构、弹射牵引阻尼器、弹射装置。抓捕机构包括多根缆索以及连接于相邻缆索之间的拦截部。弹射牵引阻尼器包括电机，电机的输出轴与缆索的第二端连接并可将缆索卷起。弹射装置用于将缆索的第一端向远离弹射牵引阻尼器的方向弹出，以使得缆索在弹射牵引阻尼器中退绕。缆索在从弹射牵引阻尼器中退绕的过程中，电机能够提供给缆索相对于其退绕方向相反的扭矩。抓捕装置可以方便地设置于一个飞行器上，对其他目标飞行器进行抓捕，成本低，效率高。不会对飞行器的飞行产生巨大影响。本发明的无人机包括了母机以及上述的抓捕装置。

Description

一种抓捕装置及无人机

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，具体而言，涉及一种抓捕装置及无人机。

背景技术

目前国家对无人机飞行进行了规范化，并且对无人机飞行的相关活动进行了立法。而现有对无人机进行强制限制的手段主要为如下几种方法。

1、通信干涉，即获取或者捕捉非法无人机的控制命令与通信协议，通过大功率无线发射器对无人机发送和该机控制器一致的信号，对非法无人机进行干涉。该方法效果明显。但存在不同厂家的无人机通讯方式，通讯协议，通讯频率不同的问题，难以很好具有通用性，同时有可能对合法无人机产生误操作。

2、老鹰捕捉法。即喂养和训练一只老鹰，对特定场合的无人机进行抓捕。改方法对非法无人机有很好的震慑和打击作用。但不足之处在于无法分辨合法无人机。

3、多台无人机联动飞行，共同协作，带动一张网，对非法无人机进行抓捕。但这样的操作难度高、成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抓捕装置，其能够设置于一个飞行器上，对目标飞行器进行抓捕，操作难度低、成本低且效率高，在拦截部弹出后，其运动惯性对飞行器的飞行影响较小。

本发明的另一目的在于提供一种无人机，其搭载上述的抓捕装置，其能够对目标飞行器进行抓捕，操作难度低、成本低且效率高，在拦截部弹出后，其运动惯性对飞行器的飞行影响较小。

本发明的实施例是这样实现的：

一种抓捕装置，用于设置于飞行器，其包括：

抓捕机构，抓捕机构包括多根缆索以及连接于相邻缆索之间的拦截部，缆索具有第一端和第二端，拦截部连接于缆索的第一端，拦截部具有柔性，并共同围成拦截空间；

弹射牵引阻尼器，弹射牵引阻尼器包括电机，电机的输出轴与缆索的第二端连接并可将缆索卷起；

弹射装置，弹射装置用于将缆索的第一端向远离弹射牵引阻尼器的方向弹出，以使得缆索在弹射牵引阻尼器中退绕；以及

控制系统，电机、弹射装置分别与控制系统通讯连接；

其中，抓捕装置具有弹射准备状态以及展开状态，抓捕装置处于弹射准备状态时，缆索被电机卷起，拦截部收起；抓捕装置处于展开状态时，缆索拉伸，拦截部展开；缆索在从弹射牵引阻尼器中退绕的过程中，电机能够提供给缆索相对于其退绕方向相反的扭矩。

在本发明的一种实施例中，电机的输出轴通过减速机构与缆索连接，减速机构包括：

内齿轮，内齿轮可转动地连接于电机的输出轴，内齿轮具有内齿，缆索缠绕于内齿轮的外侧；

与内齿轮啮合的惰齿轮，惰齿轮的轴线相对于内齿轮的轴线固定；

与内齿轮在同一轴线的太阳轮，太阳轮的外周侧的外齿与惰齿轮啮合，太阳轮的一个端面具有挂齿；

离合器，离合器具有可相对于电机的输出轴轴向运动的切换片，切换片用于从轴向抵接太阳轮并与太阳轮的挂齿配合。

在本发明的一种实施例中，离合器还包括：

电磁铁；

外壳，电磁铁固定设置于外壳；

与电磁铁在电机输出轴的轴向间隔设置的衔铁，衔铁与切换片连接；

弹性件，弹性件的一端连接于衔铁，弹性件的另一端与外壳连接，弹性件能够给衔铁提供朝向远离电磁铁方向运动的力；

其中，当电磁铁通电时，衔铁连同切换片向电磁铁移动，切换片与太阳轮脱离；当电磁铁断电时，弹性件将衔铁连同切换片推向太阳轮，使切换片与太阳轮抵接。

在本发明的一种实施例中：

内齿轮通过滚珠逆止器与电机的输出轴连接。

在本发明的一种实施例中：

弹射牵引阻尼器包括齿轮箱，内齿轮、惰齿轮、太阳轮、切换片均设置于齿轮箱内，惰齿轮通过轴承可转动地连接于齿轮箱内侧的齿轮座上。

在本发明的一种实施例中，抓捕装置还包括下框组件，下框组件包括：

下框，缆索的第一端均连接于下框；

活动连接于下框的底网；

用于驱动底网在下框所在平面内展开的底网牵引组件；以及

设置于下框的卷网组件，用于收卷底网，卷网组件包括用于收卷底网的卷筒。

在本发明的一种实施例中，底网牵引组件包括：

固定设置于下框的牵引电机；

可转动连接于下框的滑轮；以及

传动连接于两个滑轮之间的牵引绳；

其中，底网的一端连接于牵引绳，底网的另一端设置于卷筒上。

在本发明的一种实施例中：

电机为步进电机。

在本发明的一种实施例中：

弹射装置利用压缩空气对缆索的第一端进行喷射。

本发明提供的一种无人机，其包括上述的抓捕装置以及母机；

其中，弹射牵引阻尼器、弹射装置均设置于母机的底部，拦截部的一端连接于缆索的第一端，拦截部的另一端连接于母机的底部。

本发明实施例的有益效果是：

本发明用于设置于飞行器的抓捕装置包括抓捕机构、弹射牵引阻尼器、弹射装置。抓捕机构包括多根缆索以及连接于相邻缆索之间的拦截部，缆索具有第一端和第二端，拦截部连接于缆索的第一端，拦截部具有柔性，并共同围成拦截空间。弹射牵引阻尼器包括电机，电机的输出轴与缆索的第二端连接并可将缆索卷起。弹射装置用于将缆索的第一端向远离弹射牵引阻尼器的方向弹出，以使得缆索在弹射牵引阻尼器中退绕。抓捕装置具有弹射准备状态以及展开状态，抓捕装置处于弹射准备状态时，缆索被电机卷起，拦截部收起；抓捕装置处于展开状态时，缆索拉伸，拦截部展开；缆索在从弹射牵引阻尼器中退绕的过程中，电机能够提供给缆索相对于其退绕方向相反的扭矩。抓捕装置可以方便地设置于一个飞行器上，对其他目标飞行器进行抓捕，成本低，效率高。这样使得弹射装置在将拦截部弹射展开后，拦截部的运动会受到来自电机反向扭矩带来的阻尼，使得整个拦截部的展开过程是一个减速的过程，缆索对飞行器的拉扯效果是均摊到整个展开过程的，不至于使得绳索完全拉伸后，突然扯动飞行器，对飞行器的飞行产生巨大影响。

本发明的无人机包括了母机以及上述的抓捕装置，其可以受控地对目标飞行器进行抓捕，因此也具有上述的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明一种实施例中无人机的结构示意图；

图2为本发明一种实施例中缆索与拦截部展开的示意图；

图3为本发明一种实施例中弹射牵引阻尼器的示意图；

图4为本发明一种实施例中牵引状态下减速机构的运动关系图；

图5为本发明一种实施例中弹射准备状态下减速机构的运动关系图；

图6为本发明一种实施例中阻尼状态下减速机构的运动关系图；

图7为本发明一种实施例中下框组件的示意图；

图8为本发明一种实施例中卷网组件的结构示意图。

图标：1-母机；2-抓捕装置；3-弹射牵引阻尼器；4-缆索；5-拦截部；6-下框组件；7-底网牵引组件；8-活塞组件；9-卷网组件；10-上杆；11-气室壳体；12-衔铁；13-电磁铁；14-复位弹簧；15-电磁铁端盖；16-推杆；17-挡板；18-外壳；19-开口销；20-推轴；22-推轴轴承；23-切换片；24-转轴轴承；25-太阳轮；26-齿轮箱盖；27-齿轮座；28-惰齿轴承；29-惰齿轮；30-内齿轮；31-转轴；32-滚珠逆止器；33-键；34-步进电机；35-齿轮箱壳；36-气室座；37-牵引轮；38-电机座；39-牵引电机；40-牵引绳；41-滑轮座；42-滑轮；43-下框；44-底网杆；45-底网；46-卷网座；47-内转轴；48-卷筒；49-压条；50-O型圈；51-活塞骨架；52-卷簧；53-支架。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

实施例

本实施例提供一种气动弹射抓捕装置2以及一种无人机，无人机包括了母机1以及搭载于母机1底部的气动弹射抓捕装置2，该无人机可以在飞行时对其下方的目标飞行器进行抓捕。

图1为本发明一种实施例中无人机的结构示意图。由图1可知气动弹射抓捕装置2位于母机1下方。以母机1的四根螺旋桨支臂为依托，与之连接进行挂载。本实施的母机1是以四根螺旋桨作为飞行的动力来源，在本发明的其他实施例中，母机1的结构和类型可以进行改变，其螺旋桨的个数可以进行增减。

图2为本发明一种实施例中缆索4与拦截部5展开的示意图。请参照图1和图2，气动弹射抓捕装置2主要包括抓捕机构、弹射牵引阻尼器3、弹射装置以及控制系统(图未示)。抓捕机构包括多根缆索4以及连接于相邻缆索4之间的拦截部5，缆索4具有第一端和第二端，拦截部5连接于缆索4的第一端，拦截部5具有柔性，并共同围成拦截空间。弹射牵引阻尼器3包括电机，电机的输出轴与缆索4的第二端连接并可将缆索4卷起。弹射装置用于将缆索4的第一端向远离弹射牵引阻尼器3的方向弹出，以使得缆索4在弹射牵引阻尼器3中退绕。电机、弹射装置分别与控制系统通讯连接。在本实施例中，控制系统为嵌入式系统。

其中，气动弹射抓捕装置2具有弹射准备状态以及展开状态，气动弹射抓捕装置2处于弹射准备状态时，缆索4被电机卷起，拦截部5收起；气动弹射抓捕装置2处于展开状态时，缆索4拉伸，拦截部5展开；缆索4在从弹射牵引阻尼器3中退绕的过程中，电机能够提供给缆索4相对于其退绕方向相反的扭矩。在本实施例中，此电机为步进电机34。

具体的，在本实施例中，气动弹射抓捕装置2包括四套弹射牵引阻尼器3，抓捕机构具有四根缆索4，一个环绕于气动弹射抓捕装置2四周的拦截部5，一套下框组件6和四根上杆10。其中下框组件6包括底网牵引组件7，四套活塞组件8，和卷网组件9。在本实施例中，拦截部5为网状结构。

其中弹射牵引阻尼器3为本气动弹射抓捕装置2的关键部件。它直接与母机1的螺旋桨支臂相连接。这样四个弹射牵引阻尼器3分布在气动弹射抓捕装置2的四个角落。四根上杆10分别与相邻的弹射牵引阻尼器3固定连接。这样母机1弹射牵引阻尼器3和四根上杆10行程一个整体，保持相对位置不变，并且具有一定的刚度和强度，为整机工作提供承载和支撑。四根缆索4的一端，固定在弹射牵引阻尼器3上，另一端固定在下框组件6上对应位置的活塞组件8上。这样每根缆索4分别将下框组件6的一角与对应位置的弹射牵引阻尼器3连接，从而起到对下框组件6的约束作用。

弹射牵引阻尼器3通过对缆索4的收放，实现对下框组件6的位置和运动进行控制。它存在如下几种工作模式。

1、弹射准备状态。当弹射牵引阻尼器3将缆索4收卷好，此时活塞组件8全部进入对应位置的弹射牵引阻尼器3中时，弹射牵引阻尼器3锁死，进入弹射准备状态。

2、展开状态。气动弹射抓捕装置2处于展开状态时，缆索4拉伸，拦截部5展开。

3、阻尼状态。当控制系统发出弹射命令，弹射牵引阻尼器3将下框组件6弹射出去，缆索4在从弹射牵引阻尼器3中退绕的过程中，电机能够提供给缆索4相对于其退绕方向相反的扭矩。此时弹射牵引阻尼器3切换进入阻尼状态，控制下框组件6的下落速度，能够使其做持续的减速运动，通过阻尼消耗下框组件6的动能。避免下框组件6出现回弹现象，或者下框组件6突然拉扯母机1的现象。

4、牵引状态。当气动弹射抓捕装置2抓捕失败时，控制系统发出牵引命令，将下框组件6拉回，至弹射状态位置。在拉回下框组件6的过程中，弹射牵引阻尼器3处于牵引状态。

拦截部5的上端与四根上杆10固定连接。下端与下框组件6的四边固定连接。当下框组件6处于弹开状态时，拦截部5张开。这样，下框组件6拦截部5和其他零部件，形成一个网桶结构，将被抓捕的非法无人机罩在其中。拦截部5上附着有强力磁铁。当下框组件6处于待弹射状态时，拦截部5上的磁铁吸附在下框组件6的铁制零部件上，使拦截部5不至于太散乱，影响抓捕。

下框组件6的四个角落分别布置有活塞组件8。当气动弹射抓捕装置2处于弹射准备状态时,下框组件6上面的活塞组件8分别进入与之相对应的弹射牵引阻尼器3中。底网牵引组件7和卷网组件9布置在下框组件6上。其配合运行，实现对下框组件6的入口实现封网合围和打开口子的作用。

图3为本发明一种实施例中弹射牵引阻尼器3的示意图。请参照图1至图3，气室由气室壳体11与气室座36合围而成，气室壳体11与气室座36均为注塑件，采用卡扣与强力胶粘接连接的方式组合在一起形成一个整体，组成气室。即将气室壳体11的安装部位涂上强力胶后，直接卡接在气室座36的扣位上，保证粘接处的强度和气密性。气室壳体11上设置有与母机1相连接的安装接口。这样当气室壳体11安装在母机1上时，与母机1行成一个整体，起到承载气动弹射抓捕装置2的作用。气室座36上设置有活塞筒和上杆10的安装接口。待机状态时，活塞组件8位于气室座36上的活塞筒内。气室壳体11上设置有进气口和电缆口。其中弹射牵引阻尼器3中的电缆从电缆口穿出，连接气动弹射抓捕装置2的控制系统。同时电缆口被环氧树脂封死，保证气室的气密性。

在本实施例中，弹射装置为微型空气泵(图未示)，通过压缩空气将活塞组件8推出。进气口与微型空气泵相连。当弹射牵引阻尼器3进入弹射装备状态时，微型空气泵往进气口充入压缩空气时，整个气室内气压升高，对活塞组件8产生一定的向下推力。一旦控制系统发出弹射命令时，弹射牵引阻尼器3解锁，由弹射准备状态切换到阻尼状态。此时活塞组件8被压缩空气推出，以一定的速度推动下框组件6弹出。

步进电机34通过减速机构与缆索4传动连接。减速机构包括：

内齿轮30，内齿轮30可转动地连接于电机的输出轴，内齿轮30具有内齿，缆索4缠绕于内齿轮30的外侧；

与内齿轮30啮合的惰齿轮29，惰齿轮29的轴线相对于内齿轮30的轴线固定；

与内齿轮30在同一轴线的太阳轮25，太阳轮25的外周侧的外齿与惰齿轮29啮合，太阳轮25的一个端面具有挂齿；以及

离合器，离合器具有可相对于电机的输出轴轴向运动的切换片23，切换片23用于从轴向抵接太阳轮25并与太阳轮25的挂齿配合。

具体的，弹射牵引阻尼器3包括齿轮箱，内齿轮30、惰齿轮29、太阳轮25、切换片23均设置于齿轮箱内，惰齿轮29通过轴承可转动地连接于齿轮箱内侧的齿轮座27上。齿轮箱壳35为注塑件，安装在气室座36上，由螺钉与之紧固连接，形成一个整体。步进电机34安装在齿轮箱壳35上，由螺钉与之紧固连接，形成一个整体。齿轮箱盖26为钣金冲压件，安装在齿轮箱壳35上，由螺钉与之紧固连接，形成一个整体。齿轮座27为注塑件，每套弹射牵引阻尼器3包含3个齿轮座27，均布在步进电机34的输出轴周围，安装在齿轮箱壳35上，由螺钉与之紧固连接，形成一个整体。这样齿轮箱壳35，齿轮箱盖26，步进电机34，齿轮座27，气室座36和气室壳体11形成一个整体保持相对位置不变，作为弹射牵引阻尼器3的整机骨架，起到承载各功能部件的作用。

步进电机34的输出轴上安装有键33。转轴31相对应的孔位与步进电机34的输出轴对应安装，并由键33传递步进电机34提供的力矩且转轴31步进电机34的输出轴采用较大的过盈配合安装，保证其同心和安装可靠。转轴31上设置有卡簧位，轴承位和滑键位。其上分别安装有滚珠逆止器32，卡簧和转轴轴承24。太阳轮25为一注塑的齿轮，安装在转轴轴承24上，其上设置有卡位和挂齿。转轴轴承24上加工有与太阳轮25相配合的卡位，确保其使用结构强度。齿轮座27上设置有轴承位和卡簧位。其上安装有惰齿轴承28和卡簧。惰齿轮29安装在惰齿轴承28上。惰齿轮29为一注塑件，其上加工有卡簧位，并安装有卡簧。同时惰齿轮29与太阳轮25啮合形成齿轮传动。内齿轮30为一注塑件，其上设置有卷线槽和配合。内齿轮30安装在内滚珠逆止器32上，且配合面与之卡接。同时内齿轮30与惰齿轮29啮合，形成齿轮传动。滚珠逆止器32安装在转轴31上。

滚珠逆止器32为标准零部部件，外观与轴承相似且带有卡槽位。其内圈与外圈只能产生一个方向的相对转动，而当其具有另一个方向转动趋势时，内圈与外圈锁死，阻碍这一方向的相对运动。这样当内齿轮30和转轴31具有一个方向的相对运动趋势时，如这一方向，内圈与外圈相对运动处于锁死状态，在这种相对运动趋势下，内齿轮30将动力传递将传递给转轴31，或者转轴31将动力传递给内齿轮30。那么当内齿轮30和转轴31具有相反方向的相对运动趋势时，其各自运转互不干涉，此时滚珠逆止器32的作用与轴承相似。

设计时通过调整惰齿轮29和太阳轮25的结构形态与大小，实现不同的减速比。

离合器还包括了电磁铁13、外壳18、与电磁铁13在电机输出轴的轴向间隔设置的衔铁12以及弹性件。在本实施例中，弹性件为复位弹簧14，电磁铁13固定设置于外壳18内侧，衔铁12与切换片23连接。复位弹簧14的一端连接于衔铁12，弹性件的另一端与外壳18连接，弹性件能够给衔铁12提供朝向远离电磁铁13方向运动的力。其中，当电磁铁13通电时，衔铁12连同切换片23向电磁铁13移动，切换片23与太阳轮25脱离；当电磁铁13断电时，复位弹簧14将衔铁12连同切换片23推向太阳轮25，使切换片23与太阳轮25抵接，以传递动能。

具体的，外壳18为环形圆柱结构，其两边分别与电磁铁端盖15和挡板17固定连接行程一个整体。其内装有电磁铁13，并且与外壳18固定形成一个整体。推杆16置于电磁铁端盖15和挡板17上的孔中，并且与之间隙配合。这样推杆16可以在其轴向做相对运动。同时推杆16上设置有销孔位，衔铁12焊接位和弹簧台阶面。衔铁12焊接在推杆16上与之形成一个整体。复位弹簧14穿在推杆16上，并且与电磁铁端盖15接触，这样他们之间构成一个平衡结构，使得电磁铁13在不通电时，衔铁12处于中间位置。

外壳18安装于齿轮箱盖26上。这样外壳18，电磁铁13，电磁铁端盖15和挡板17共同组成一个整体保持相对位置不变，并具有一定的承力能力。

切换片23为圆形回转结构，其盘面上设置有挂齿，且与太阳轮25上的挂齿面相对。中心部位设置有与转轴31上的滑键位配合的滑键槽，轴承位和卡簧位。推轴轴承22安装于切换片23的轴承位，并被卡簧卡死限制其轴向位移。切换片23上的滑键槽与转轴31上的滑键配合，使得切换片23可以沿转轴31的轴向位置移动，同时在转动方向上与转轴31始终保持同步旋转。

推轴20安装于推轴轴承22的内圈。其上还设置有卡簧位，端孔和销孔。卡簧安装在卡簧位上，使推轴20限制在推轴轴承22上。推杆16的端头插入推轴20的端孔中，并由开口销19将其锁死。这样当电磁铁13通电时，衔铁12被电磁力吸附往左移动。此时，推杆16被衔铁12带动向左移动。通过开口销19作用将推轴20，推轴轴承22和切换片23往左拉动，进而使切换片23上的挂齿与太阳轮25上的挂齿脱离，从而使得转轴31转动时，其无法降力矩传递给太阳轮25，从而使得转轴31与太阳轮25之间可以产生互不干涉的旋转。同理电磁铁13断电时，切换片23由于受到复位弹簧14的推动而往右移动，其上挂齿与太阳轮25上挂齿相互咬合，保持相对位置不变。从而使转轴31的转动传递到太阳轮25上，形成约束。在本实施例中，推轴轴承22为角接触轴承，以承受轴向的推力。

缆索4的第二端固定于内齿轮30的卷线槽中。并随着内齿轮30的转动进行盘卷或放长。

图4为本发明一种实施例中牵引状态下减速机构的运动关系图；图5为本发明一种实施例中弹射准备状态下减速机构的运动关系图；图6为本发明一种实施例中阻尼状态下减速机构的运动关系图。图4至图5均为在图3基础上从右向左的视角下观察减速机构所得。请参照图4至图6，牵引状态时，电磁铁13断电。此时切换片23受到复位弹簧14的推力作用与太阳轮25贴合。此时，转轴31与太阳轮25产生约束直接传递动力。

在牵引状态下，内齿轮30相对转轴31具有逆时针方向的转动趋势时，滚珠逆止器32处于自由转动状态。当步进电机34驱动转轴31顺时针转动时，太阳轮25顺时针旋转。此时惰齿轮29逆时针旋转，从而带动内齿轮30逆时针旋转。由图4可知此种状态下，内齿轮30相对转轴31逆时针方向的转动，滚珠逆止器32的作用等同于轴承。即内齿轮30转动不受转轴31干扰。

此时太阳轮25，惰齿轮29和内齿轮30构成一个减速传动系，对步进电机34起到转速减慢，扭矩增加的作用。此时，内齿轮30的卷线槽将缆索4收卷，直到活塞组件8进入气室座36的活塞筒内。这个过程中弹射牵引阻尼器3处于牵引状态工作。

请参照图5，当牵引完毕，活塞组件8到位时，系统开始进入弹射准备状态。步进电机34停机，电磁铁13仍处于断电状态。此时控制系统控制微型空气泵动作，往气室壳体11的充气口充气。活塞组件8受到气压产生向下推力，拉动缆索4向下运动，从而带动内齿轮30顺时针转动。此时，惰齿轮29顺时针转动，带动太阳轮25逆时针转动。由于太阳轮25与转轴31受到切换片23的约束，从而逆时针转动。此时，内齿轮30相对于转轴31顺时针转动，滚珠逆止器32处于锁死状态，即阻碍这种转动的产生，从而实现整机自锁，即阻碍活塞组件8弹出。

请参照图6，当气室内的气压达到规定值时，即可进行弹射抓捕非法无人机。当母机1飞抵非法无人机上方时，对其进行弹射抓捕。此时控制系统给弹射牵引阻尼器3发出命令，步进电机34通入保持电流锁紧。电磁铁13通电。应当理解，此处步进电机34通入保持电流后，其“锁紧”的效果可以理解为步进电机34的输出轴具有一个保持不转动的维持力，当外力迫使输出轴转动时，需要克服该维持力产生的反向扭矩。

所以，在步进电机34通电保持锁紧状态下并且弹射时，下框组件6的动能便以此反向扭矩为阻尼逐渐消耗。当该阻尼大于下框组件6的重力时，可以使得下框组件6在弹出后做减速运动。

电磁铁13通电时，衔铁12左移带动切换片23左移，使切换片23的齿面与太阳轮25的齿面分离。这样转轴31与太阳轮25失去约束，可以做互不干涉的转动。

活塞组件8受到向下的推力，拉动缆索4向下运动，从而带动内齿轮30顺时针转动。此时，由于步进电机34处于通电保持锁紧状态，因而转轴31具有维持不转的维持力。因此内齿轮30具有相对转轴31顺时针运转的趋势。由此，滚珠逆止器32处于锁死状态，即需要克服步进电机34的维持力的反向扭矩才能转动。由于下框组件6飞出时缆索4的牵引力大于步进电机34的反向扭矩，因此转轴31顺时针转动。

当内齿轮30顺时针旋转时，惰齿轮29顺时针旋转。从而带动太阳轮25逆时针旋转。由于失去了切换片23的约束，太阳轮25与转轴31间的转轴轴承24仅起到相对旋转顺滑的作用。因此对系统的阻尼作用无影响。

图7为本发明一种实施例中下框组件6的示意图。由图7可知下框组件6包括两套底网牵引组件7，四套活塞组件8，一套卷网组件9和下框43。其中下框43为整个下框组件6的基体。其他零部件均安装在下框43上。整个下框43为碳纤维矩形钢焊接而成，具有质量轻，结构强度好的特点。

活塞组件8由活塞骨架51和O型圈50组成。活塞骨架51为注塑件，其上布置有导向锥面，密封圈位，缆索接口和底座。两根O型圈50分别安装于对应的密封圈位上，确保密封的可靠。导向锥面在牵引工况时，起到导向作用，确保活塞组件8能够进入气室座36的活塞筒内。缆索接口用于活塞组件8与缆索4对接。底座固定安装在下框43上，与下框43刚性连接形成一个整体。

一套底网牵引组件7包括电机座38，牵引轮37，牵引电机39，牵引绳40，两个滑轮座41和滑轮42。电机座38为不锈钢折弯件，焊接在下框43上，与之形成一个整体。其上装有牵引电机39。滑轮座41为注塑件，其上设置有与滑轮42对应的装配孔位，由螺钉安装在下框43上，与之形成一个整体。这样下框43，电机座38，牵引电机39，滑轮座41组成一个整体，保持相对位置不变。滑轮42安装于两个滑轮座41之间。滑轮42为注塑件，其上设置有两个轴，分别插入滑轮座41上对应的孔位中。牵引电机39上装有牵引轮37，牵引轮37上设置有螺旋相接的槽位。牵引绳40为一首尾相连的环形绳索。其一边套入牵引轮37上的螺旋槽位中。另一边套入对应位置的滑轮42内。由于牵引轮37上的槽位为螺旋相接形态，因此大大增加了牵引轮37对牵引绳40的摩擦力。确保牵引过程的可靠。

卷网组件9包括两个卷网座46，两个内转轴47，两套卷簧52，卷筒48，压条49和底网45。它安装在两组底网牵引组件7之间，随着底网牵引组件7的牵引电机39的正反转，实现合笼和开网收卷的功能。

图8为本发明一种实施例中卷网组件9的结构示意图。请参照图7和图8，卷网组件9的主要功能是将底网45收卷在卷筒48上。其实现收卷功能主要是靠卷簧52完成。具体结构详述如下。

卷网座46为注塑件，其上设置有卷簧52安装位，安装孔位和自攻螺钉位。支架53为不锈钢折弯件，焊接在下框43的对应位置上。两卷网座46分别安装在下框43的对应位置，分别由自攻螺钉穿过下框43和支架53锁紧形成一个整体，组成卷网组件9的安装基座。内转轴47上设置有卷簧52安装位，轴位和筒壳粘接位。内转轴47的轴位插入卷网座46的安装孔位中。在内转轴47和卷网座46中安装卷簧52，并将卷簧52两端的卡子分别卡入对应的安装位中。卷筒48为以塑料的圆柱装管筒，它的两头分别套在内转轴47的筒壳粘接位上，并用强力胶水粘接固定，使卷筒48与两个内转轴47形成一个整体。压条49为一条状塑料件。它将底网45压在卷筒48上，并用自攻螺钉锁死，涂上强力胶水，确保底网45的一段固定在卷筒48上。

底网45的另一端与底网杆44固定连接，同时整个底网45盘卷在卷筒48上。安装时，将底网杆44多绕卷筒48两圈，使其具有一定的预拉力后锁死在牵引绳40上。这样确保当底网杆44处于最下边位置，即下框组件6完全打开时，底网45收卷在卷筒48上。

初始位置时底网杆44处于最下端，即底网45全部收卷。当两个牵引电机39同时旋转时，牵引绳40同时沿相同方向同步旋转。此时底网杆44被牵引绳40快速拉到最上方位置，这个过程即完成合笼。在完成合笼过程中，卷簧52被逐步收卷，由于卷簧52为恒力弹簧装置，因此其对底网杆44产生的回拉力变化不大。

当两个牵引电机39同时往反方向旋转时，牵引绳40同时沿相同方向同步反向旋转。此时底网杆44朝下运动。这个过程中，卷簧52产生的回复力推动内转轴47旋转，将底网45回卷到卷筒48上。

气动弹射抓捕装置2的抓捕过程为：

1、初始状态时，活塞组件8位于气室座36的活塞筒内。

2、母机1带着气动弹射抓捕装置2飞行后，控制器控制微型空气泵工作，像气室内充气。此时电磁铁13处于断电状态。

3、控制器接到弹射命令后，给电磁铁13通电，并给步进电机34给予段时间的大电流通电保持，让其起到阻尼作用。

4、控制器立刻控制牵引电机39高速运转，将下框组件6合笼，同时给电磁铁13和步进电机34断电。

5、若此次抓捕失败，则控制器控制步进电机34牵引，将下框组件6提起，使活塞组件8位于气室座36的活塞筒内。同时控制牵引电机39反转，使下框组件6打开。

6、控制器控制微型空气泵工作，给气室内充气，进入再次捕捉状态。

综上所述，本发明用于设置于飞行器的抓捕装置包括抓捕机构、弹射牵引阻尼器、弹射装置。抓捕机构包括多根缆索以及连接于相邻缆索之间的拦截部，缆索具有第一端和第二端，拦截部连接于缆索的第一端，拦截部具有柔性，并共同围成拦截空间。弹射牵引阻尼器包括电机，电机的输出轴与缆索的第二端连接并可将缆索卷起。弹射装置用于将缆索的第一端向远离弹射牵引阻尼器的方向弹出，以使得缆索在弹射牵引阻尼器中退绕。抓捕装置具有弹射准备状态以及展开状态，抓捕装置处于弹射准备状态时，缆索被电机卷起，拦截部收起；抓捕装置处于展开状态时，缆索拉伸，拦截部展开；缆索在从弹射牵引阻尼器中退绕的过程中，电机能够提供给缆索相对于其退绕方向相反的扭矩。抓捕装置可以方便地设置于一个飞行器上，对其他目标飞行器进行抓捕，成本低，效率高。这样使得弹射装置在将拦截部弹射展开后，拦截部的运动会受到来自电机反向扭矩带来的阻尼，使得整个拦截部的展开过程是一个减速的过程，缆索对飞行器的拉扯效果是均摊到整个展开过程的，不至于使得绳索完全拉伸后，突然扯动飞行器，对飞行器的飞行产生巨大影响。

本发明的无人机包括了母机以及上述的抓捕装置，其可以受控地对目标飞行器进行抓捕，因此也具有上述的有益效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种抓捕装置，用于设置于飞行器，其特征在于，其包括：

抓捕机构，所述抓捕机构包括多根缆索以及连接于相邻所述缆索之间的拦截部，所述缆索具有第一端和第二端，所述拦截部连接于所述缆索的第一端，所述拦截部具有柔性，并共同围成拦截空间；

弹射牵引阻尼器，所述弹射牵引阻尼器包括电机，所述电机的输出轴与所述缆索的第二端连接并可将所述缆索卷起；

弹射装置，所述弹射装置用于将所述缆索的第一端向远离所述弹射牵引阻尼器的方向弹出，以使得所述缆索在所述弹射牵引阻尼器中退绕；以及

控制系统，所述电机、所述弹射装置分别与所述控制系统通讯连接；

其中，所述抓捕装置具有弹射准备状态以及展开状态，所述抓捕装置处于所述弹射准备状态时，所述缆索被所述电机卷起，所述拦截部收起；所述抓捕装置处于所述展开状态时，所述缆索拉伸，所述拦截部展开；所述缆索在从所述弹射牵引阻尼器中退绕的过程中，所述电机能够提供给所述缆索相对于其退绕方向相反的扭矩；

所述抓捕装置还包括下框组件，所述下框组件包括：

下框，所述缆索的第一端均连接于所述下框；

活动连接于所述下框的底网；

用于驱动所述底网在所述下框所在平面内展开的底网牵引组件；以及

设置于所述下框的卷网组件，用于收卷所述底网，所述卷网组件包括用于收卷所述底网的卷筒。

2.根据权利要求1所述的抓捕装置，其特征在于，所述电机的输出轴通过减速机构与所述缆索连接，所述减速机构包括：

内齿轮，所述内齿轮可转动地连接于所述电机的输出轴，所述内齿轮具有内齿，所述缆索缠绕于所述内齿轮的外侧；

与所述内齿轮啮合的惰齿轮，所述惰齿轮的轴线相对于所述内齿轮的轴线固定；

与所述内齿轮在同一轴线的太阳轮，所述太阳轮的外周侧的外齿与所述惰齿轮啮合，所述太阳轮的一个端面具有挂齿；

离合器，所述离合器具有可相对于所述电机的输出轴轴向运动的切换片，所述切换片用于从轴向抵接所述太阳轮并与所述太阳轮的挂齿配合。

3.根据权利要求2所述的抓捕装置，其特征在于，所述离合器还包括：

电磁铁；

外壳，所述电磁铁固定设置于所述外壳；

与所述电磁铁在所述电机输出轴的轴向间隔设置的衔铁，所述衔铁与所述切换片连接；

弹性件，所述弹性件的一端连接于所述衔铁，所述弹性件的另一端与所述外壳连接，所述弹性件能够给所述衔铁提供朝向远离所述电磁铁方向运动的力；

其中，当所述电磁铁通电时，所述衔铁连同所述切换片向所述电磁铁移动，所述切换片与所述太阳轮脱离；当所述电磁铁断电时，所述弹性件将所述衔铁连同所述切换片推向所述太阳轮，使所述切换片与所述太阳轮抵接。

4.根据权利要求3所述的抓捕装置，其特征在于：

所述内齿轮通过滚珠逆止器与所述电机的输出轴连接。

5.根据权利要求2所述的抓捕装置，其特征在于：

所述弹射牵引阻尼器包括齿轮箱，所述内齿轮、所述惰齿轮、所述太阳轮、所述切换片均设置于所述齿轮箱内，所述惰齿轮通过轴承可转动地连接于所述齿轮箱内侧的齿轮座上。

6.根据权利要求1所述的抓捕装置，其特征在于，所述底网牵引组件包括：

固定设置于所述下框的牵引电机；

可转动连接于所述下框的滑轮；以及

传动连接于两个所述滑轮之间的牵引绳；

其中，所述底网的一端连接于所述牵引绳，所述底网的另一端设置于所述卷筒上。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的抓捕装置，其特征在于：

所述电机为步进电机。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的抓捕装置，其特征在于：

所述弹射装置利用压缩空气对所述缆索的第一端进行喷射。

9.一种无人机，其特征在于，其包括：

如权利要求1-8中任一项所述的抓捕装置；以及

母机；

其中，所述弹射牵引阻尼器、所述弹射装置均设置于所述母机的底部，所述拦截部的一端连接于所述缆索的第一端，所述拦截部的另一端连接于所述母机的底部。