一种差速目标精准对接与回收系统的制作方法

本发明属于飞行器回收，具体涉及一种差速目标精准对接与回收系统。

背景技术：

1、固定翼飞机可以针对具体任务目标设计成具有高速、长航时、大载重等优点的飞行器，因而具有广泛的应用。然而，固定翼需要达到和保持一定速度作为起降条件，在地势不平坦的野外、山林、城市等环境中难以完成降落，这个问题严重限制了固定翼飞行器的应用。为了能够使固定翼飞行器在复杂地表环境下顺利降落，该领域内科研及技术自然而然地寻求辅助降落回收方法，以使固定翼飞机能够在上述场景中降落和回收。

2、目前，固定翼辅助平台降落的方法主要有：撞网回收、撞线回收、以及上述方式的组合形式。

3、专利cn112373711a使用典型的撞网回收方式。由于回收网的面基比较大，系统的容差也较大，从而具有较高的回收成功率。然而，撞网回收的缺点也十分明显。回收网往往要占据较大的空间，而为了保持系统基本的强度要求，系统结构也会较重，从而系统的便携性较差。此外，由于撞网后飞机的随机地停留在较大的空间范围内，因此不利于后续的自动化收纳操作，实际使用中，这一步往往由人工操作完成。专利cn114715424a利用大型吊挂机构将回收网挂在空中，优化了对空间的利用。但代价是系统的体积和重量十分庞大。专利cn112340045a、cn105438494a、cn102040004a、cn106494631a等均属于这种方法。

4、撞线回收可以分为两类：第一类是机翼撞线，翼尖勾住锁紧的方式；另一类是飞机腹/尾部挂钩锁紧的方式。

5、发明cn110282146a是一种典型的机腹挂钩撞线回收的方法。这种方法的优点与撞网回收类似，也具有较大的回收容差，从而有较好的回收可靠性。相对于撞网回收提供两个维度的容差。撞线回收的回收线只提供一个维度的大容差，而另一个自由度的匹配需要飞机自身控制能力实现。由于采用飞机自身的控制的精度较低，这种回收方式与撞网回收比，理论上可靠性要略差一些。由于回收线的重量往往比回收网小，所以其总体重量一般要比撞网回收系统略小。但由于总体的尺寸较大，为了保证系统基本的强度，撞线回收系统也尺寸和重量也非常大。发明cn111348212a采用主动运动的回收线实现撞线回收，较之前的撞线回收有一定效果上的提升。但仍然难以摆脱撞线回收系统体积大，重量大的缺点。发明cn107600445a利用大型吊挂机构将回收线挂在空中，减小了对地面空间的占用。但代价是系统的体积和重量十分庞大。

6、另一类撞线回收是将被撞线垂直布置，将挂钩放在飞机翼尖处。当机翼撞到垂直的回收线后，回收线自然滑向翼尖，进而被翼尖挂钩锁紧。cn111762332a是这类设计的典型代表。这种回收方式与前述回收方式优点相近。其缺点也大体相同。除了体积大，系统重量大的缺点外，撞线回收也面临难以实现后续自动化回收的问题。

7、当前的回收方式往往有系统体积大、重量大、不便携、部署时间长、自动化程度低等弱点。其问题根源在于，1)没有专用的运动状态补偿装置，采用“飞机自身控制精度+大容差对接”非精准对接方式，导致回收系统必须以较大空间换取回收成功率。因而系统体积庞大，重量也十分大；2)回收系统缺乏功能区分，以致大容差的回收装置独自实现飞机与系统的“对接”和后续“制动”的全部任务。停止后的飞机所处的位置与姿态全都不确定，导致后续“收纳”操作复杂，难以实现自动化，或自动化收纳代价较大。沿着这种思路，系统也难以用自动化程度较高的机械臂升级。通常机械臂的负载能力由驱动器承载能力决定。机械臂为精密设备，其成本、尺寸、重量会随着负载能力急剧攀升。而被回收的飞机由于必须保持一定速度，难以将速度降至0。采用机械臂直接抓取必然要求机械臂自身负载能力十分大，进而会造成系统尺寸、重量过大，而且系统的成本难以控制。

8、上述方法由于往往体型庞大，重量大。导致系统不便于运输、布置、以及展开，便携性差。这严重限制了固定翼飞行器的应用场景和回收效率，且由于上述方式必须手动操作的参与，无法适应未来对自动化回收固定翼飞机的趋势。

技术实现思路

1、为了克服上述技术缺陷，本公开的一方面提供了一种差速目标精准对接与回收系统。本技术兼具高精度高动态对接能力，因而对接部分只需要非常较小的对接件，从而避免了现有技术中经常出现的大尺寸，大容差容差系统；本技术由于将对接和缓冲分离设计，将高精度高价值的机械臂体量降到很低，而后续的缓冲件往往以受拉为主，因而系统各个部分内部受力较为合理，进而使得各个组成部分结构可以设计得较轻。

2、为实现上述目的，本发明一种差速目标精准对接与回收系统，其包括，

3、引导与制动子系统，其包括，

4、引导装置，其用于目标的运动约束，以及

5、小型对接器，其连接于引导装置；

6、高动态精准对接子系统，用于带动对接器与差速目标实现三维精准对接，其包括机械臂；

7、冲击负载隔离手段，该手段将目标在对接及制动过程中解除或优化高动态精准对接子系统的受力，并将目标给本系统带来的负载转移或传递到引导与制动子系统；

8、感知控制系统，其用于获得本系统各单元的状态信息及目标状态信息；以及控制本系统各单元的运行；其电连接于引导与制动子系统、高动态精准对接子系统。

9、在一些实施方案中，所述的冲击负载隔离手段被配置为，

10、包括，机械臂的自由端设有保持件，对接器通过第一线缆连接于引导装置；

11、其中，机械臂通过保持件带动对接器与目标对接；保持件保证对接器与目标对接前保持对接器与机械臂之间的固连关系，以及对接器与目标对接后适时将对接器的释放，使目标给本系统带来的负载从机械臂一侧转移到引导装置一侧。

12、在一些实施方案中，所述的引导装置包括伸缩机构，第一线缆一端连接于伸缩机构的活动端、另一端与对接器相连接。

13、在一些实施方案中，所述的引导装置包括，

14、移动平台，第一线缆一端连接于移动平台、另一端与对接器相连接；或

15、移动平台及设置其上的伸缩机构，第一线缆一端连接于伸缩机构活动端、另一端与对接器相连接；或

16、移动平台及设置其上的伸缩机构，第一线缆一端连接于伸缩机构的活动端、另一端与对接器相连接，机械臂设置在移动平台上。

17、在一些实施方案中，所述的冲击负载隔离手段被配置为，

18、包括，机械臂的伺服驱动装置与被驱动部分之间的负载隔离装置；

19、负载隔离装置用于对接器与目标对接前保持机械臂具有足够的高动态高精度运动能力，及保证对接器与目标可靠地对接，以及对接器与目标对接后适时释放伺服驱动装置与被驱动部分之间扭矩传递，使目标对接时冲击力及目标制动过程中优化高动态精准对接子系统的受力，并将目标给本系统带来的负载传递到引导与制动子系统。

20、在一些实施方案中，所述的对接器设置在机械臂的自由端，机械臂的固定端设置在引导装置上。

21、在一些实施方案中，所述的引导装置包括，移动平台；或伸缩机构，机械臂的固定端设置在伸缩机构的活动端；或移动平台及设置其上的伸缩机构，机械臂的固定端设置在伸缩机构的活动端。

22、在一些实施方案中，所述的引导装置包括伸缩机构，对接器设置在伸缩机构活动端；伸缩机构的固定端设置在机械臂的自由端。

23、在一些实施方案中，所述的伸缩机构至少设有一个，机械臂通过设置在其自由端的锁紧装置与伸缩机构相连接。

24、在一些实施方案中，所述的引导与制动子系统还包括至少一个安置架。

25、在一些实施方案中，所述的伸缩机构的固定端以固定的俯仰角设置于其载体上。

26、在一些实施方案中，所述的伸缩机构的固定端通过转动副与其载体相连接；伸缩机构的俯仰角通过设置在伸缩机构与其载体之间的限位器调整，或通过设置在转动副上的转动机构调整。

27、在一些实施方案中，所述的伸缩机构的活动端设有线缆调节器，第一线缆通过线缆调节器与伸缩机构的活动端相连接，用于调节伸缩机构活动端第一线缆的长度，或调节第一线缆通过的速度。

28、在一些实施方案中，所述的引导与制动子系统还包括绞车以及第二线缆，第二线缆一端连接于绞车、另一端穿过设置在伸缩机构上的导向件连接于伸缩机构的活动端。

29、在一些实施方案中，所述的第一线缆和第二线缆为一根引导线缆的组成部分，引导线缆通过限位装置限制引导线缆与伸缩机构活动端的相对位置；

30、限位装置，包括，设置在引导线缆上的限位块，伸缩机构活动端的导向件处于限位块与对接器之间；或设置在伸缩机构活动端的线缆调节器，其用于调节伸缩机构活动端引导线缆的长度或调节引导线缆通过的速度；或将引导线缆固连于伸缩机构活动端的紧固件，使引导线缆分成第一线缆和第二线缆两个组成部分。

31、在一些实施方案中，所述的伸缩机构和/或机械臂，可绕各自或共同的垂直于地面的轴旋转，以便以较优的姿态对接和引导目标；和/或可沿水平方向平移，以扩大及优化对接可达范围。

32、在一些实施方案中，所述的引导装置上设有空气动力驱动装，用于引导装置对目标提供制动力，或为引导装置提供驱动力。

33、在一些实施方案中，所述的收纳系统包括至少一个收纳位和收纳机械臂。

34、在一些实施方案中，所述的感知控制系统还包括环境感知子系统，其用于感知回收过程所需要的环境信息。

35、在一些实施方案中，所述的引导装置具有为目标提供制动力的能力。

36、本发明与现有技术相比，具有如下优点：

37、1、体积小，重量轻。本技术兼具高精度高动态对接能力，因而对接部分只需要非常较小的对接件，从而避免了现有技术中经常出现的大尺寸，大容差容差系统；本技术由于将对接和缓冲分离设计，将高精度高价值的机械臂体量降到很低，而后续的缓冲件往往以受拉为主，因而系统各个部分内部受力较为合理，进而使得各个组成部分结构可以设计得较轻。

38、2、精度高，高动态，可靠性高。本技术兼具高精度高动态对接能力和较轻的质量。高精度和高动态对接能力保证了系统的对接可靠性。

39、3、便携性好。由于系统具有体积小，重量轻的特点，且各组成部分往往以杆状构型为主，因而系统可折叠性较好，便携型号。

40、4、有助于对接目标减重。由于本技术的对接精度非常高，因此目标的对接器无需设计成大容差形态，可以做到十分小巧。这对于飞行器尤为重要。

41、5、成本低。本技术由于将对接和缓冲分离设计，将高精度高价值的机械臂体量降到最低，从而将系统的整体成本大幅降低。

42、6、自动化程度高。与现有技术相比，本技术可将飞机有效地回收到系统可控的范围内。被回收飞机在系统中的位置是可以通过传感器系统准确获取，并且其位置是可以被系统有效控制的。所以一切处于可控状态，便于自动化的实施。