[发明专利]一种伸缩套臂式无人机空基回收装置及安全对接包络建模方法

说明书

本发明公开了一种伸缩套臂式无人机空基回收装置及安全对接包络建模方法，回收装置包括置于母机机舱舱尾的固定平台；固定平台下端连接有转动底座，通过可控俯仰关节与套臂连接；转动底座和可控俯仰关节通过伺服电机驱动，实现套臂的转动与俯仰调节；套臂内部中空，安装有伸缩臂；伸缩臂通过套臂内部的滑轨滑动安装于套臂内部的丝杠上；丝杠由端部转轴控制转动；伸缩臂伸出端末尾设有机械手；机械手下端设有机械夹具；本发明根据伸缩套臂运动约束及回收安全约束建立安全回收对接包络模型，在安全对接包络内配合末端机械手和机械夹具实现对飞行无人机的抓取回收，显著提高了无人机空基回收效率，保障了无人机空基回收安全。

技术领域

本发明涉及无人机回收技术领域，主要涉及一种伸缩套臂式无人机空基回收装置及安全对接包络建模方法。

背景技术

随着无人机技术的不断成熟，无人机在军事上地运用受到各国军界人士的广泛关注，其中“无人机集群作战”地研究与应用所受关注度最高。但由于集群作战所采用的中小型无人机存在结构限制，导致作战半径有限，无法执行远距离作战，限制了无人机在军事上地应用。为此提出了由航程远、载重大的“母机”运输投放无人机“子机”，利用无人机空中发射与回收技术增大作战半径的“母子机”方案，通过母机在指定任务区域对无人机进行投放回收，从而提高无人机集群远程作战能力。“母子机”方案成功实施得关键在于无人机的空中发射与回收技术，其中无人机空基回收技术更是亟待突破的关键技术难点之一。

目前，应用较广泛的集群无人机空基回收方式有：撞线式、撞网式、缆绳勾取式等。其中撞线式回收方式通过安装在无人机机翼上的翼端尖钩与母机拦截索相撞实现无人机地回收，但此法对无人机机翼强度要求较高，不适用于具有高展弦比的无人机。撞网式回收中通过无人机机身前端与母机拦截网相撞的方式回收无人机，极易造成无人机前端敏感设备受损，且不适用于具有螺旋桨的无人机。缆绳勾取式回收方式借助末端安装有对接浮标的缆绳对无人机进行勾取，并通过回收缆绳将无人机拖拽回母机从而实现空基回收，但由于柔性易扰缆绳回收系统空中稳定性较差，导致对接回收过程较长，回收效率较低。针对以上现有空基回收方式所存在问题，为更安全高效地完成无人机空基回收任务，急需研究一种更为高效通用的无人机空基回收装置及安全回收策略。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种伸缩套臂式无人机空基回收装置及安全对接包络建模方法，基于回收装置运动约束及回收安全约束，构建空基回收安全对接包络，通过伸缩套臂在安全对接包络内的定位抓取，空间运动实现对无人机空基安全高效地回收，降低回收过程中对无人机结构的要求，增加空基回收的可靠性及适用范围，弥补现有回收方式的缺陷与不足。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种伸缩套臂式无人机空基回收装置，包括设置于母机(1)机舱舱尾的固定平台(2)；所述固定平台(2)下端连接有转动底座(4)；所述转动底座(4)通过可控俯仰关节(5)与套臂(6)连接；所述套臂(6)内部中空，且安装有伸缩臂(7)，所述伸缩臂(7)长度小于套臂(6)；所述伸缩臂(7)通过套臂(6)内臂的滑轨(12)嵌入安装于套臂内部的丝杠(11)上；所述丝杠(11)由端部转轴(10)控制转动；所述伸缩臂(7)伸出端末尾设有机械手(8)，所述机械手(8)下端设有机械夹具(9)；所述机械夹具(9)包括若干对钳形爪体。

进一步地，所述转动底座(4)和可控俯仰关节(5)通过伺服电机驱动，实现套臂(6)的转动与俯仰调节；所述伸缩臂(7)嵌于套臂(6)内壁上滑轨(12)内，并通过螺纹安装于丝杠(11)上。

进一步地，所述机械夹具(9)通过液压装置进行驱动，使钳形爪体闭合或展开，完成对无人机(3)地抓取或释放。

一种基于上述伸缩套臂式无人机空基回收装置的安全对接包络建模方法，其包括以下步骤：