一种无人机空基机腹机械臂式回收装置及回收方法与流程

本发明涉及飞行器空基回收技术领域，尤其涉及一种无人机空基机腹机械臂式回收装置及回收方法。

背景技术：

随着无人机技术的井喷式发展，无人机逐步在许多军、民用领域得到广泛应用。特别在军用领域，“无人机集群战术”得到了世界各国的高度重视。但是，由于中、小型无人机普遍重量小，速度低，作战半径有限，导致其不能执行远距离作战任务，无法高效发挥蜂群作战的优势，限制了中、小型无人机的应用范围。为此，人们提出了“母子机”方案，即由航程、载重较大的母机将无人子机运输到任务区域，通过空中发射与回收技术，实现无人机大数量、多波次快速发射与回收，这样不仅可以极大地增加子机的巡航半径，而且可以摆脱地面机场限制，增大了子机应用的灵活性。“母子机”方案的核心就是无人机空基发射与回收技术，其中无人机空基回收技术更是的关键难点之一。

早在上世纪30、40年代，美国、德国以及前苏联等航空强国先后开展了基于飞艇和轰炸机的空中母子机的探索性研究，在一定程度上证明了空中母子机计划的可行性，但限于诸多技术条件制约而未大量工程应用。近年来，随着无人机技术的成熟和电子信息技术的迅猛发展，世界各国开始重新发展基于空中平台的无人机空中发射与回收技术，特别是美国已推出“小精灵”计划和“flares”项目等，使得无人机空中发射与回收技术再次成为研究热点。目前，我国在无人机空基发射与回收技术领域，技术积累非常有限，没有直接的设计经验和成果可供借鉴，与国外存在较大差距，亟待开展相关研究。

现有空基精确回收方法与装置如专利cn106516144a、cn205770184u和cn107792381a等，采用的大多是撞网、撞线等方式。这些方式虽然能实现无人机的回收，但其缺点比较明显，没有对接安全防护措施，其中专利cn106516144a、cn205770184u提到的方法回收效率较低，容易发生无人机之间的磕碰，专利cn107792381a提到的回收方法对无人机的机体构型限制较大，适用范围较窄。本文提到的方法属于精确回收，可以把无人机直接收回舱内，并且对无人机的机体构型限制较小，适用范围更广。

技术实现要素：

本发明的目的：

本发明的目的：提出一种无人机空基机腹机械臂式回收装置及回收方法，可实现无人机空基准确快速回收，可把无人机直接收回舱内，提高对接安全性，扩大无人机的适用范围。

本发明的技术方案：

一种无人机空基机腹机械臂式回收装置，包括母机、升降台、可伸缩硬式回收杆、作动杆、对接装置和回收控制器，所述的母机前机身腹部开有一回收舱门，所述的升降台设置在回收舱门上，所述的可伸缩硬式回收杆一端通过转轴固定在升降台台面的下表面，并可绕转轴转动，可伸缩硬式回收杆另一端与对接装置连接，所述的作动杆一端与可伸缩硬式回收杆铰接，另一端固定在升降台的下表面，所述的回收控制器安置在母机舱内，并通过线缆与升降台、可伸缩硬式回收杆及作动杆连接。

所述的升降台采用液压驱动方式或机械驱动方式。

所述的可伸缩硬式回收杆采用液压驱动方式或机械驱动方式。

所述的升降台下表面上设置有光学测量设备和视频监控设备，并通过线缆与回收控制器连接。

所述的对接装置包括一有开口的圆形空腔，所述的圆形空腔开口处设置有两个对称的锁扣，所述的锁扣一端铰接在圆形空腔内壁上，另一端为自由端，所述的圆形空腔内还设置有两个对称的恢复弹片，两个恢复弹片一端分别与两个锁扣自由端两两对应连接，两个恢复弹片另一端均与圆形空腔内壁连接，所述的两个锁扣底部还均设置有限位装置。

一种无人机空基机腹机械臂式回收装置，所述的回收方法包括以下步骤：

步骤1：在无人机机背上安装对接环，并在对接环上安装指示灯；

步骤2：无人机在母机机身正下方的气流稳定区定速巡航，与母机的飞行姿态保持一致；

步骤3：升起无人机机背上安装的对接环，打开对接环上的指示灯；

步骤4：打开母机前机身腹部的回收舱门，落下升降台，放下可伸缩硬式回收杆，将对接装置伸出母机机身外部；

步骤5：升降台上的光学测量设备和视频监控设备开始搜索无人机上的对接环，回收控制器提取出对接环的边界轮廓和特征点；

步骤6：回收控制器给无人机提供对接位置指令；

步骤7：根据对接位置指令，无人机调整与母机之间相对位置，使无人机上的对接环进入到对接位置；

步骤8：回收控制器锁定无人机上的对接环，操控可伸缩硬式回收杆接近无人机上的对接环，直到对接装置与无人机上的对接环完成对接；

步骤9：收缩可伸缩硬式回收杆，驱动作动杆，将可伸缩硬式回收杆及无人机收回母机舱内部，将升降台升起，关闭母机前机身腹部的回收舱门，完成无人机的回收。

本发明的有益效果：

提出一种无人机空基机腹机械臂式回收装置及回收方法，具有以下优点：

(1)能够通过一套设备实现多架无人机依次顺序回收，且无人机可直接收回母机舱内，回收效率较高；

(2)对接装置开口较大，与对接环呈十字交叉，对接难度较小，可降低回收过程中无人机与母机间的相互定位精度要求；

(3)对接过程通过计算机精准控制，可提高对接效率；

(4)回收区域位于母机前机身下方，气流稳定性较好，且对接区域设置在气流平稳区，母机对无人机的气动干扰较小，提高了回收过程中无人机和母机的安全性。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图；

图2为对接装置结构示意图

图3为对接原理示意图

图4为准备对接状态示意图

图5为对接成功，收回可伸缩硬式回收杆的内杆状态示意图

图6为驱动作动杆收回可伸缩硬式回收杆及无人机状态示意图

图7为升起升降台状态示意图

图8为将无人机放置在小车上状态示意图

图9为完成回收作业状态示意图图中标识：1、母机，2、升降台，3、可伸缩硬式回收杆，4、对接装置，5、作动杆，6、回收控制器，7、光学测量设备，8、视频监控设备，9、无人机，4-1、圆形空腔，4-2、锁扣，4-3、恢复弹片，4-4、限位装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的介绍，本发明所述的一种无人机空基机腹机械臂式回收装置，包括母机1、升降台2、可伸缩硬式回收杆3、作动杆5、对接装置4和回收控制器6，所述的母机1前机身腹部开有一回收舱门，所述的升降台2设置在回收舱门上，所述的可伸缩硬式回收杆3一端通过转轴固定在升降台2台面的下表面，并可绕转轴转动，可伸缩硬式回收杆3另一端与对接装置4连接，所述的作动杆5一端与可伸缩硬式回收杆3铰接，另一端固定在升降台2的下表面，所述的回收控制器6设置在母机1舱内，并通过线缆与升降台2、可伸缩硬式回收杆3及作动杆5连接。

所述的升降台2采用液压驱动方式或机械驱动方式。

所述的可伸缩硬式回收杆3采用液压驱动方式或机械驱动方式。

所述的升降台2下表面上设置有光学测量设备7和视频监控设备8，并通过线缆与回收控制器6连接。

所述的对接装置4为包括一有开口的圆形空腔4-1，所述的圆形空腔4-1开口处设置有两个对称的锁扣4-2，所述的锁扣4-2一端铰接在圆形空腔4-1内壁上，另一端为自由端，所述的圆形空腔4-1内还设置有两个对称的恢复弹片4-3，两个恢复弹片4-3一端分别与两个锁扣4-2自由端两两对应连接，两个恢复弹片4-3另一端均与圆形空腔4-1内壁连接，所述的两个锁扣4-2底部还均设置有限位装置4-4。

一种无人机空基机腹机械臂式回收装置，所述的回收方法包括以下步骤：

步骤1：在无人机9机背上安装对接环，并在对接环上安装指示灯；

步骤2：无人机9在母机1机身正下方的气流稳定区定速巡航，与母机1的飞行姿态保持一致；

步骤3：升起无人机9机背上安装的对接环，打开对接环上的指示灯；

步骤4：打开母机1前机身腹部的回收舱门，落下升降台2，放下可伸缩硬式回收杆3，将对接装置4伸出母机1机身外部；

步骤5：升降台2上的光学测量设备7和视频监控设备8开始搜索无人机9上的对接环，回收控制器6提取出对接环的边界轮廓和特征点；

步骤6：回收控制器6给无人机9提供对接位置指令；

步骤7：根据对接位置指令，无人机9调整与母机1之间相对位置，使无人机9上的对接环进入到对接位置，如图4所示；

步骤8：回收控制器6锁定无人机9上的对接环，操控可伸缩硬式回收杆3接近无人机9上的对接环，直到对接装置4与无人机9上的对接环完成对接；

步骤9：收缩可伸缩硬式回收杆3，驱动作动杆5，将可伸缩硬式回收杆3及无人机9收回母机1舱内部，将升降台2升起，关闭母机1前机身腹部的回收舱门，完成无人机9的回收，如图5、图6、图7、图8、图9所示。