CN110171545B - 一种用于无人艇平台的无人机固定装置 - Google Patents

Abstract

一种用于无人艇平台的无人机固定装置，一种安装在无人艇平台上的对无人机的起落进行连接和固定的装置，包括卡接固定无人机的自定心三爪卡盘和带动自定心三爪卡盘的转动自调整系统，自定心三爪卡盘为车床三爪卡盘结构，通过来自转动自调整系统动力，经过一系列传动，带动卡盘上三个卡爪的收紧与松开，以此实现自定心三爪卡盘对无人机底座的固定与松开。本发明结构新颖，构思巧妙，能够安全稳定的实现无人艇上对无人机的回收固定与放出，又方便于无人艇的布放与回收，效果显著。

Description

一种用于无人艇平台的无人机固定装置

技术领域

本发明涉及无人设备技术领域，尤其是一种无人艇平台应用设备，具体是一种安装在无人艇平台上的对无人机的起落进行连接和固定的装置。

背景技术

近年来，随着无人艇技术的发展，国内外科研院所已经研制出若干艘的吃水浅、机动性好的无人艇型号，并投入实际的海洋测量应用中去。与此同时，无人机技术发展也已经非常成熟，人们可以利用无人机执行高风险、高强度任务，最大程度上保障人类的生命安全。如果能够将无人机与无人艇技术相结合，可以大大增强无人艇的功能性。无人艇在海面上航行时，视野范围往往有限，只能依靠雷达观察物体，但雷达上只是显示一些亮点，无法判断具体是什么目标，当目标比较多的时候，亮点成为一团导致无法识别。将无人机的优势与无人艇技术融合到一起，便能够大大增加无人艇的可见视野范围。另一方面，无人艇在布放或则回收时，往往会遇到很大的困难，需要回收的时候，无人机可以起飞带着牵引绳飞到母船上，工作人员就能很容易回收了，经过实际检验，在扰动的情况下做回收，这个方法的效果还是比较好的。可见无人机在无人艇平台上可以发挥很大的作用空间。但是由于无人艇在航行的过程中往往会颠簸得很厉害，无人机无法稳定地固定在无人艇甲板上，容易导致无人机的损坏，甚至会掉入到海里，这对无人机在无人艇平台上的应用产生了比较大的阻碍。因此，面对颠簸的无人艇平台，无人机如何平稳，安全的固定在甲板上，同时又能灵活地松开无人机，是保证无人机应用在无人艇平台上正常执行任务的关键。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提出一种无人机固定装置，对无人艇平台上的无人机起落时进行连接和固定，以保证无人艇平台上无人机能够正常的应用。

本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种用于无人艇平台的无人机固定装置，包括卡接固定无人机的自定心三爪卡盘和带动自定心三爪卡盘的转动自调整系统，其中，自定心三爪卡盘包括上下扣合的卡盘前盘和卡盘后盘，以及设置在卡盘前盘与卡盘后盘之间的大伞齿轮、小伞齿轮、卡爪，所述大伞齿轮为中心开孔的圆盘状，其下侧面设置有中心辐射状齿，所述小伞齿轮有三个，均匀分布在大伞齿轮下方与大伞齿轮下侧面啮合，构成锥齿轮传动；所述大伞齿轮的上侧面开有平面螺纹，卡爪有三个，呈中心辐射状均匀设置在大伞齿轮上方，卡爪下侧面开有齿，与大伞齿轮的平面螺纹啮合，并构成螺旋传动；所述小伞齿轮的外端固定有同轴的卡盘轴，卡盘轴与转动自调整系统相连接，转动自调整系统包括步进电机和步进电机固定平台，步进电机固定平台与步进电机通过法兰连接，并与卡盘后盘固定连接，步进电机的输出端通过刚性联轴器与卡盘轴相连接，并带动卡盘轴的转动。

在本发明中，所述卡盘后盘和卡盘前盘边缘开设有供卡盘轴穿过的槽，槽内设置有小伞齿轮轴承，小伞齿轮轴承内圈与小伞齿轮采用间隙配合，以实现转动自调整系统带动小伞齿轮的无阻力传动。

进一步的，所述卡盘后盘下侧面的内边缘处设置有凹槽，小伞齿轮的内端支撑在凹槽内。

在本发明中，所述卡盘前盘通过连接螺栓固定在卡盘后盘上方，卡盘前盘上开设有供卡爪移动的通道，通道内设置有供卡爪移动的滑轨，与之对应的，所述卡爪的左右两侧面设置有与滑轨嵌合的滑槽，使卡爪与卡盘前盘滑动配合。

进一步的，所述卡爪相互靠近的一端位于同一个圆周，且端头处均设置有压力传感器，压力传感器的位置高于卡盘前盘的上侧面，相对应的，所述无人机包括无人机机体和无人机底座，无人机底座为环形，无人机底座位于卡盘前盘上方，由卡爪带有压力传感器的一端相互挤压来进行固定。

进一步的，所述自定心三爪卡盘的自行对中精确度为0.1±0.05mm。

在本发明中，所述自定心三爪卡盘和转动自调整系统固定在结构框架上，结构框架内还设置有缆绳收放系统，缆绳收放系统包括缆绳和缠绕缆绳的卷筒，卷筒通过卷筒轴设置在支架上，并通过支架固定在结构框架上，缆绳穿过卡盘后盘和卡盘前盘的中心连接到无人机上，卷筒由步进电机带动转动。

进一步的，所述卷筒轴的一端装有同步带轮，采用紧定螺钉固定，步进电机的输出轴也装有同步带轮，两个同步带轮通过同步带相连接，由同步带实现皮带传动。

进一步的，所述结构框架上还设置有定滑轮，定滑轮通过定滑轮轴设置在自定心三爪卡盘的正下方，所述缆绳绕过定滑轮来连接无人机。

在本发明中，所述自定心三爪卡盘采用车床三爪卡盘的原理，设置在无人艇控制箱内的PLC通过发送脉冲给步进电机正转或反转，带动卡盘轴顺时针或逆时针转动，通过卡盘轴传动到小伞齿轮，通过小伞齿轮与大伞齿轮的锥齿轮传动，通过大伞齿轮与卡爪的螺旋传动，带动三个卡爪同时向里或向外移动；卡爪前端各装有一个压力传感器，可以实时检测到与无人机脚座的压力，并反馈给控制系统，构成PID控制系统，内置的PID调节算法，可以达到滤波、稳定的效果，精确固定无人机的目的，既不会使无人机在无人艇航行时脱落，又不会损坏无人机的脚座。

与现有技术相比，本发明结构新颖，构思巧妙，能够在无人艇与无人机技术结合的应用中，有效地固定和松开无人机，保证了无人机在无人艇航行时的安全；缆绳收放系统还能够将缆绳抛射到母船或岸边上，方便在海洋、河道、湖泊、航道等复杂环境中对无人艇的布放回收，起到简化布放与回收操作调试的功能。

附图说明

图1 为本发明的整体结构示意图；

图2 为本发明的自定心三爪卡盘结构示意图；

图3 为本发明的转动自调整系统结构示意图；

图4 为本发明的自定心三爪卡盘内部结构示意图；

图5 为本发明的无人机结构示意图；

图6 为本发明的缆绳收放机构结构示意图。

图中：转动自调整系统100、步进电机101、步进电机固定平台102、联轴器103、卡盘轴104；

自定心三爪卡盘200、卡盘后盘201、小伞齿轮轴承202、小伞齿轮203、大伞齿轮204、连接螺栓205、卡爪206、压力传感器207；

无人机300、无人机机体301、无人机底座302；

缆绳收放系统400、支架401、同步带402、同步带轮403、步进电机404、结构框架405、定滑轮406、定滑轮轴407、缆绳408、卷筒409、卷筒轴410。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

参见图1-6所示的用于无人艇平台的无人机固定装置，包括转动自调整系统100、自定心三爪卡盘200、和缆绳收放系统400，其中自定心三爪卡盘200包括上下扣合的卡盘前盘和卡盘后盘201，以及设置在卡盘前盘与卡盘后盘201之间的大伞齿轮204、小伞齿轮203、卡爪206，卡盘前盘、卡盘后盘201和大伞齿轮204中部均开有孔，所述大伞齿轮204的下侧面设置有中心辐射状齿，小伞齿轮203有三个，均匀分布在大伞齿轮204下方与大伞齿轮204下侧面啮合，构成锥齿轮传动；所述大伞齿轮204的上侧面开有平面螺纹，卡爪206有三个，呈中心辐射状均匀设置在大伞齿轮204上方，卡爪206下侧面开有齿，与大伞齿轮204的平面螺纹啮合，并构成螺旋传动；所述卡盘前盘通过连接螺栓205固定在卡盘后盘201上方，卡盘前盘上开设有供卡爪206移动的通道，通道内设置有供卡爪206移动的滑轨，与之对应的，所述卡爪206的左右两侧面设置有与滑轨嵌合的滑槽，使卡爪206与卡盘前盘滑动配合；所述卡爪206相互靠近的一端位于同一个圆周，且端头处均设置有压力传感器207，压力传感器207的位置高于卡盘前盘的上侧面，相对应的，所述无人机300包括无人机机体301和无人机底座302，无人机底座302为环形，位于卡盘前盘上方，由卡爪206带有压力传感器207的一端相互挤压来进行固定；所述小伞齿轮203的外端固定有同轴的卡盘轴104，卡盘轴104与转动自调整系统100相连接，转动自调整系统100包括步进电机101和步进电机固定平台102，步进电机固定平台102与步进电机101通过法兰连接，并与卡盘后盘201通过焊接固定连接，步进电机101的输出端通过刚性联轴器103与卡盘轴104可拆卸式连接，并带动卡盘轴104的转动；所述卡盘后盘201和卡盘前盘边缘开设有供卡盘轴104穿过的槽，槽内设置有小伞齿轮轴承202，小伞齿轮轴承202内圈与小伞齿轮203采用间隙配合，以实现转动自调整系统100带动小伞齿轮203的无阻力传动；卡盘后盘201下侧面的内边缘处设置有凹槽，小伞齿轮203的内端支撑在凹槽内。

所述自定心三爪卡盘200、转动自调整系统100和缆绳收放系统400均安装在结构框架405上，缆绳收放系统400包括缆绳408、卷筒409、步进电机404和定滑轮406，卷筒409通过卷筒轴410设置在支架401上，并通过支架401固定在结构框架405上，卷筒轴410的一端装有同步带轮403，步进电机404的输出轴也装有同步带轮403，两个同步带轮403通过同步带402相连接，由同步带402实现皮带传动；所述定滑轮406通过定滑轮轴407设置在自定心三爪卡盘200的正下方，缠绕在卷筒409上的缆绳408在步进电机404的带动下，绕过定滑轮406，依次穿过结构框架405、卡盘后盘201、卡盘前盘连接到无人机上。

本发明所述的无人机固定装置应用到无人艇平台上对无人机进行连接和固定时，从母舰或岸边的信号发送到无人艇控制箱内，PLC发送脉冲给转动自调节系统的步进电机正转或反转，带动卡盘轴顺时针或逆时针转动，通过卡盘轴传动到小伞齿轮，通过小伞齿轮与大伞齿轮的锥齿轮传动，通过大伞齿轮与卡爪的螺旋传动，带动三个卡爪同时向里或向外移动，卡爪向里时即可挤压位于卡盘前盘上的无人机底座，由此实现卡爪对无人机的固定；需要放开无人机时，按照上述顺序，使卡爪向外移动即可实现。在上述两个过程中，卡爪前端的压力传感器实时反馈压力，使卡爪在向里或向外移动时都能够进行调节，使其在一定范围内移动，既防止过紧而造成设备损坏，又能防止卡爪脱落。

在无人艇需要进行布放和回收时，无人机能够携带缆绳的一端移动，通过母舰对无人艇控制箱内PLC发送指令，PLC发送脉冲给缆绳收放系统的步进电机正转或反转，收或者放缆绳来调整活动的缆绳长度，即调整无人艇平台与无人机之间的距离，从而方便无人艇的布放与回收。

综上，结合上述构造和工作过程可以发现，本发明结构新颖，构思巧妙，能够安全稳定的实现无人艇上对无人机的回收固定与放出，又方便于无人艇的布放与回收，效果显著。

Claims (8)

1.一种用于无人艇平台的无人机固定装置，其特征在于：包括卡接固定无人机的自定心三爪卡盘和带动自定心三爪卡盘的转动自调整系统，其中，自定心三爪卡盘包括上下扣合的卡盘前盘和卡盘后盘，以及设置在卡盘前盘与卡盘后盘之间的大伞齿轮、小伞齿轮、卡爪，所述大伞齿轮为中心开孔的圆盘状，其下侧面设置有中心辐射状齿，所述小伞齿轮有三个，均匀分布在大伞齿轮下方与大伞齿轮下侧面啮合，构成锥齿轮传动；所述大伞齿轮的上侧面开有平面螺纹，卡爪有三个，呈中心辐射状均匀设置在大伞齿轮上方，卡爪下侧面开有齿，与大伞齿轮的平面螺纹啮合，并构成螺旋传动；所述小伞齿轮的外端固定有同轴的卡盘轴，卡盘轴与转动自调整系统相连接，转动自调整系统包括步进电机和步进电机固定平台，步进电机固定平台与步进电机通过法兰连接，并与卡盘后盘固定连接，步进电机的输出端通过刚性联轴器与卡盘轴相连接，并带动卡盘轴的转动；所述卡爪相互靠近的一端位于同一个圆周，且端头处均设置有压力传感器，压力传感器的位置高于卡盘前盘的上侧面，相对应的，所述无人机包括无人机机体和无人机底座，无人机底座为环形，无人机底座位于卡盘前盘上方，由卡爪带有压力传感器的一端相互挤压来进行固定。

2.根据权利要求1所述的用于无人艇平台的无人机固定装置，其特征在于：所述卡盘后盘和卡盘前盘边缘开设有供卡盘轴穿过的槽，槽内设置有小伞齿轮轴承，小伞齿轮轴承内圈与小伞齿轮采用间隙配合。

3.根据权利要求2所述的用于无人艇平台的无人机固定装置，其特征在于：所述卡盘后盘下侧面的内边缘处设置有凹槽，小伞齿轮的内端支撑在凹槽内。

4.根据权利要求1所述的用于无人艇平台的无人机固定装置，其特征在于：所述卡盘前盘通过连接螺栓固定在卡盘后盘上方，卡盘前盘上开设有供卡爪移动的通道，通道内设置有供卡爪移动的滑轨，与之对应的，所述卡爪的左右两侧面设置有与滑轨嵌合的滑槽，使卡爪与卡盘前盘滑动配合。

5.根据权利要求1所述的用于无人艇平台的无人机固定装置，其特征在于：所述自定心三爪卡盘的自行对中精确度为0.1±0.05mm。

6.根据权利要求1所述的用于无人艇平台的无人机固定装置，其特征在于：所述自定心三爪卡盘和转动自调整系统固定在结构框架上，结构框架内还设置有缆绳收放系统，缆绳收放系统包括缆绳和缠绕缆绳的卷筒，卷筒通过卷筒轴设置在支架上，支架固定在结构框架上，缆绳穿过卡盘后盘和卡盘前盘的中心连接到无人机上，卷筒由步进电机带动转动。

7.根据权利要求6所述的用于无人艇平台的无人机固定装置，其特征在于：所述卷筒轴的一端装有同步带轮，步进电机的输出轴也装有同步带轮，两个同步带轮通过同步带相连接，由同步带实现皮带传动。

8.根据权利要求6所述的用于无人艇平台的无人机固定装置，其特征在于：所述结构框架上还设置有定滑轮，定滑轮通过定滑轮轴设置在自定心三爪卡盘的正下方，所述缆绳绕过定滑轮来连接无人机。

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