本发明涉及无人机与车辆协同对接技术领域，特别是一种地空协同动态对接装置。
二、
背景技术：
随着无人机飞行控制系统的成熟与感知手段的丰富，基于无人机的应用得到了极大的拓展，无人机与车辆协同的异构系统作为一个新颖的概念具有极大的发展潜力，针对地空动态协同对接这一关键技术，各大厂商也在不断地进行尝试。
2014年2月新德里车展上，雷诺公司首先发布了一款kwid概念车，平时收放在车顶，按下按钮升空作业，虽仅为概念层面，但此方面创新的重要性可见一斑。ces(国际消费类电子产品展览会)2016福特与大疆展开合作，搭建地面车辆与无人机通讯协同框架，着重数据与分析，但就无人机的自主起降问题并没有给出可行的稳定方案。2016年1月，德国航空航天中心的一个研究团队，在汽车顶上安装视觉追踪qr标记和带弹性的大网，完成固定翼的自主着陆，但无法完成自主起飞，具有一定的局限性。2017年日内瓦车展，路虎推出车载无人机的量产车型—发现sov版，能在准静态的过程中完成无人机在车顶的起降，但是该系统无法适应更复杂的工况。ups无人机快递车的投入使用大大节约快递配送成本，尤其是在农村地区，但此系统严格意义上只是无人机的应用，并未体现协同，因此仍有较大的改进空间。
三、
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种通用化的车载动态回收/释放无人机装置的地空协同动态对接装置，解决车辆与无人机的动态对接问题，降低对飞行器轨迹控制精度的要求，提升动态对接的可靠性。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种地空协同动态对接装置，包括机载装置和车载装置；
所述机载装置包括电动收放起落架、拉力传感器、电动绞盘和多功能钩锁，所述的多功能钩锁通过牵引绳缠绕在电动绞盘上，拉力传感器与电动绞盘固定在机载装置下方，拉力传感器用于检测电动绞盘的受力情况；
所述车载装置呈圆柱体且设置于车体的顶部，所述圆柱体上表面沿半径开设多条缝隙，相邻的缝隙之间通过限位圆柱壁相接，每条缝隙内设置一组升降伺服机构，每组升降伺服机构包括升降摇臂、舵机、滑块和直线导轨；所述升降摇臂一端与锥形挂锁通过铰链连接、另一端与舵机的摇臂连接，舵机与滑块连接，滑块能在直线导轨上移动；缝隙供升降摇臂上下摆动。
进一步地，所述升降伺服机构呈圆周阵列分布即相邻缝隙之间的夹角相等。
进一步地，所述升降摇臂上下摆动，升降摇臂与水平面的夹角范围为±60°。
进一步地，所述锥形挂锁的棱边数目与升降摇臂数量相等，锥形挂锁的底边角点与升降摇臂之间采用铰链方式连接。
进一步地，所述的限位圆柱壁设置在车载装置中心，圆柱直径大于锥形挂锁最大外包球体直径。
进一步地，所述多功能钩锁的挂钩数量至少为两个，每个多功能钩锁包括挂钩与舵机，舵机由飞行控制系统控制；所述舵机在旋转平面内呈圆周排布，且输出旋转轴朝外并与绳索垂直，挂钩一端与舵机摇臂固连，另一端沿舵机的输出旋转轴进行旋转，旋转角度范围为180°±45°。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)设备简单，相较于常规无人机，仅附加了绳锁装置与反馈装置，系统可靠性高，对无人机本身续航能力与尺寸影响很小；(2)通用性强，可移植到不同的地空协同系统，飞行器包含多旋翼飞行器、直升机、倾转旋翼飞行器，地面平台包含舰船、坦克等交通运输工具；(3)降低了飞控系统轨迹跟踪的难度，有0.5m3定位误差允许空间，同时飞行器可以从不同的方向进场，提高捕获成功率；(4)在保证无人机跟踪精度的同时，能适应地面平台更加剧烈的姿态变化。
四、附图说明
图1是本发明地空协同动态对接装置的整体示意图。
图2是本发明的飞行器进入待捕获状态示意图。
图3是本发明的飞行器与捕获完成进入线牵引状态示意图。
图4是本发明的飞行器处于回收状态示意图。
图5是本发明的飞行器处于释放状态示意图。
图6是本发明的多功能钩锁7的三种状态示意图，其中(a)为捕获状态示意图，(b)为锁死状态示意图，(c)为释放状态示意图。
五、具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
一种地空协同动态对接装置，包括机载装置1和车载装置2；
所述机载装置1包括电动收放起落架4、拉力传感器5、电动绞盘6和多功能钩锁7，所述的多功能钩锁7通过牵引绳缠绕在电动绞盘6上，拉力传感器5与电动绞盘6固定在机载装置1下方，拉力传感器5用于检测电动绞盘6的受力情况；
所述车载装置2呈圆柱体且设置于车体3的顶部，所述圆柱体上表面沿半径开设多条缝隙，相邻的缝隙之间通过限位圆柱壁11相接，每条缝隙内设置一组升降伺服机构，每组升降伺服机构包括升降摇臂10、舵机8、滑块12和直线导轨13；所述升降摇臂10一端与锥形挂锁9通过铰链连接、另一端与舵机8的摇臂连接，舵机8与滑块12连接，滑块12能在直线导轨13上移动；缝隙供升降摇臂10上下摆动。
进一步地，所述升降伺服机构呈圆周阵列分布即相邻缝隙之间的夹角相等。
进一步地，所述升降摇臂10上下摆动，升降摇臂10与水平面的夹角范围为±60°。
进一步地，所述锥形挂锁9的棱边数目与升降摇臂10数量相等，锥形挂锁9的底边角点与升降摇臂10之间采用铰链方式连接。
进一步地，所述的限位圆柱壁11设置在车载装置2中心，圆柱直径大于锥形挂锁9最大外包球体直径。
进一步地，所述多功能钩锁7的挂钩数量至少为两个，每个多功能钩锁7包括挂钩与舵机，舵机由飞行控制系统控制；所述舵机在旋转平面内呈圆周排布，且输出旋转轴朝外并与绳索垂直，挂钩一端与舵机摇臂固连，另一端沿舵机的输出旋转轴进行旋转，旋转角度范围为180°±45°。
上述地空协同动态对接装置的工作过程如下：
捕获阶段，无人机进场，通过无线数传向车载装置发送降落请求信号，车载装置收到无人机降落指令，车载控制模块控制升降伺服机构中的舵机使升降摇臂向上转动，舵机沿导轨方向向内聚拢，升降摇臂上升，呈金字塔结构，机载装置中的多功能钩锁尝试钩住升降摇臂，拉力传感器一旦检测到拉力超过预设阈值，确认多功能钩锁已经钩住升降摇臂，拉力信号反馈至飞行控制系统，由飞行控制系统控制多功能钩锁挂钩向上旋转进入锁死状态，同时适当增加飞行器油门量，多功能钩锁在无人机的拉力作用下自动滑至车载装置顶端的锥形挂锁处，完成捕获。
回收阶段，车载装置中的舵机控制升降摇臂向下转动，舵机沿导轨方向向外移动，升降摇臂带动无人机下降，车载装置中的锥形挂锁使机载装置中的多功能钩锁不往外侧滑移，机载装置中的电动收放起落架放下，完成回收。
释放阶段，无人机飞行控制系统控制多功能钩锁的挂钩向下旋转进入释放状态，无人机脱离车载装置进入执行任务状态。
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
结合图1，本发明一种地空协同动态对接装置，包括车载装置2和机载装置1，其中机载装置包括电动收放起落架4、拉力传感器5、电动绞盘6和多功能钩锁7，所述的多功能钩锁7通过牵引绳缠绕在电动绞盘6上，拉力传感器5与电动绞盘6固定在机载装置1下方，用于检测电动绞盘6的受力情况；车载装置2包括锥形挂锁9、升降摇臂10、舵机8、滑块12、直线导轨13和限位圆柱壁11，所述升降摇臂10一端与锥形挂锁9通过铰链连接，另一端与舵机8的摇臂连接，舵机8与滑块12连接，滑块12能在直线导轨13上移动。
所述的升降摇臂10、舵机8、滑块12和直线导轨13组成的升降伺服机构，为舵机滑轨、丝杠旋转副、液压杆中的一种。
本发明采用配备防护框的共轴双桨飞行器，相比于常规多旋翼飞行器与常规直升机，具有效率高，安全性高，结构紧凑的优点。
结合图2，无人机中的机载装置1进场，通过电动绞盘6释放多功能钩锁7，借助差分gps与图像引导技术向移动车辆靠近，电动收放起落架4呈打开状态，增大钩锁有效空间，无人机通过无线数传向车载装置发送降落请求信号，车载装置收到无人机降落指令，控制车载装置2的舵机8向上旋转，滑块12与舵机8固连，两者一起沿直线导轨13向内侧聚拢，升降摇臂10上升呈金字塔状，等待捕获多功能钩锁7。
结合图3，多功能钩锁7挂住升降摇臂10，拉力传感器5检测到信号并通过数传电台反馈给飞行控制系统与车载平台2，多功能钩锁7的挂钩向上旋转进入锁死状态，无人机飞行控制系统适当加大无人机升力，无人机上升，多功能钩锁7滑至升降摇臂10顶部的锥形挂锁9处。
结合图4，飞行控制系统控制收放起落架4落下进入降落状态，舵机8向下旋转，与滑块12一起沿直线导轨13向外侧移动，升降摇臂10与其顶部的锥形挂锁9通过四铰链连接，因此，锥形挂锁9的拱起角度不会因为升降摇臂10的运动而改变，从而确保多功能钩锁7不会向升降摇臂10的根部滑动，通过绳索牵引带动无人机下降。
结合图5，升降摇臂10降至车载框架底部，无人机降落至车载框架上表面，在牵引绳与起落架的约束下无人机被限制在降落平台上，至此完成无人机的回收。
在回收过程中，若出现紧急异常情况，多功能钩锁7滑出锥形挂锁9，拉力传感器5检测到信号波动超过预设阈值，立刻反馈给飞行控制系统，将多功能钩锁7切换至释放状态，无人机即可立刻复飞，从而保障了回收的安全性与可靠性。
在释放阶段，飞行控制系统控制多功能钩锁7的挂钩向下旋转切换至释放状态，车载机构框架中间是限位圆柱壁11，防止多功能钩锁7滑入滑块移动轨道卡死从而导致释放失败，待无人机上升至适当高度，电动绞盘6将牵引绳收起，无人机飞行控制系统控制起落架收起，无人机脱离车辆进入执行任务状态。