一种全向转运智能牵引机器人及牵引方法与流程

本发明属于飞机牵引技术领域，具体涉及一种适用于在载机舰船甲板上转运飞机的新型全向转运智能牵引机器人及牵引方法。

背景技术：

飞机牵引车是一种在机场地面牵引飞机的保障设备，是用于转运飞机的专用车辆，利用牵引车移动飞机，较之靠飞机自身动力滑行，能降低飞机发动机的磨耗，节省飞机燃料，减少噪音和排气污染。

目前现有牵引车根据牵引方式的不同可分为有杆和无杆两种，有杆牵引又可分为前轮有杆牵引和后轮有杆牵引。

有杆牵引车通过牵引杆来牵引飞机，有杆牵引方式是一种较传统牵引方式。对于前三点式起落架的飞机，有杆牵引中又可分为前轮有杆牵引和后轮有杆牵引，前轮有杆牵引是使用最广泛的有杆牵引方式，后轮有杆牵引从目前的资料看只有俄罗斯的舰船上采用了这种牵引方式。

无杆牵引车自身带有一套专门与所要牵引的飞机相作用的装置或称交互接口，根据该装置作用的方式及对象不同，可将无杆牵引车分为两种形式，即夹持驱动式与夹持提升式，目前常用的是夹持提升式。夹持提升式无杆牵引车与飞机的交互接口称为夹持提升装置，该装置作用于飞机前起落架的轮胎上，夹紧并将其提升离开地面。夹持提升装置的使用，完全改变了飞机牵引车与飞机的相对关系，使牵引车辆与被牵引物的关系变为带有动力的附属装置与主机相匹配的关系。无杆牵引车牵引飞机的作业流程和有杆牵引车作业流程类似，区别在于牵引车抱轮流程代替了挂牵引杆的流程。

传统的飞机牵引车牵引飞机方式主要是单轮牵引，该牵引方式飞机只能沿直线或一定夹角范围内的斜线移动。因此目前飞机牵引方式存在以下问题：

1）自身转弯半径限制了飞机在狭小区域的转运工作；飞机数量逐渐增多，机场停机间距可能缩小，人工辅助牵引操作难度增大。

2）转运效率低，牵引车及其转向空间都会占用转运空间，导致部分拥堵路线无法转运；在地面转运空间受限条件下，受飞机自身转弯半径限制，人工牵引操作效率降低。

3）需要大量的牵引车驾驶员及引导员来人工配合工作，并且工作人员作业强度高，精神压力大。连续高强度、超负荷作业条件下的人工牵引作业可能带来一定的安全隐患。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中存在的上述技术问题，提供一种用于载机舰船甲板上飞机转运作业的全向转运智能牵引机器人及牵引方法，提高飞机牵引转运的灵活性，便于实现飞机的准确牵引入位，突破飞机自身转弯半径等物理限制，更好利用有限的转运空间，提高舰载机的调运效率。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术问题：

一种全向转运智能牵引机器人，其特征在于包括：

承载框架本体（1），承载框架本体（1）的中部设置用于夹紧飞机主轮（5）的主起对接系统（4），承载框架本体（1）的前部连接前起对接系统（6），前起对接系统（6）包括能够沿航向中心线伸缩并夹紧飞机前轮的前伸臂（2）；

用于支撑承载框架本体（1）的行走系统（3），行走系统（3）包含五组行走转向驱动轮（31），每一组行走转向驱动轮（31）既可以行走也可以±90°旋转；其中一组行走转向驱动轮（31）固定在前起对接系统（6）的前伸臂（2）底部，其它四组行走转向驱动轮（31）对称安装在主起对接系统（4）底部。

进一步地，空载时，前伸臂（2）缩回，前伸梁底部的行走转向驱动轮（31）处于抬升状态不与地面接触，其余四组行走转向驱动轮（31）的驱动马达处于半排量状态；满载时，前伸臂（2）伸出、前伸梁底部的行走转向驱动轮（31）与其余四组转向驱动轮（31）共同承担飞机重量，五组行走转向驱动轮（31）的驱动马达处于全排量状态。

进一步地，前起对接系统（6）的前伸臂（2）通过伸缩油缸（222）可伸缩活动地连接在承载框架本体（1）上，并位于主起对接系统（4）前部。

进一步地，前伸臂（2）通过两个伸缩插筒（22）与承载框架本体（1）相连，每一个伸缩插筒（22）由三节组成框架结构，每两节之间填充有耐磨聚四氟乙烯板。

进一步地，前伸臂（2）的伸缩油缸（222）沿航向中心线方向设置，优选对称分布在航向中心线上或两侧；伸缩油缸（222）采用多级油缸。

进一步地，前伸臂（2）的夹紧臂（21）之间通过剪刀式铰链拉杆结构实现夹紧。

进一步地，主起对接系统（4）主要包括航向中心线左右两侧对称设置在承载框架本体（1）上的前轮挡（41）和后轮挡（42）；前轮挡（41）和后轮挡（42）挡通过主起对接系统（4）下的四个行走转向驱动轮（31）的液压悬挂起升系统实现飞起起升驱动。

进一步地，前轮挡（41）和后轮挡（42）各自包括一个伸出油缸（411），在前轮挡（41）和后轮挡（42）之间设置一个前档夹紧油缸（422）；伸出油缸（411）设置为使得前轮挡（41）和后轮挡（42）分别能够沿垂直与航向中心线的方向伸缩移动；前档夹紧油缸（422）设置为能够缩小或复原前轮挡（41）和后轮挡（42）沿航向中心线方向的距离。

进一步地，前轮挡（41）和后轮挡（42）与飞机主轮（5）接触的部分为与飞机主轮配合圆弧面楔形结构，沿伸出方向呈现条状块结构。

一种舰船甲板飞机转运作业牵引方法，其特征在于包括如下步骤：

首先全向转运智能牵引机器人进入飞机底部；

之后前起对接系统（6）的前伸臂对接夹紧飞机前轮；

然后主起对接系统（4）的后轮挡、前轮挡通顺序伸出而超过全向转运智能牵引机器人框架平台边界线，然后在前档夹紧油缸作用下，前轮挡和后轮挡相互靠拢把飞机主轮夹紧，然后通过转向驱动轮的液压悬挂实现飞机主起抬升。

综上，本发明提出了一种全向转运智能牵引机器人及飞机牵引方法，主要应用于舰载机甲板牵引转运作业，，具有零回转半径、空间需求小、作业灵活的特点。通过整机托举和全向移动技术实现将飞机三个机轮同时托举并进行零转弯半径全向转运。该机器人的应用能够减小舰载机转运空间的需求，提高舰载机的调运效率。

本发明的全向转运智能牵引机器人及飞机牵引方法通过整机托举和全向移动技术实现将飞机三个机轮同时托举并进行零转弯半径全向转运，主要由框架结构、行走系统、主起对接系统、前起对接系统、液压系统、动力保障模块及控制系统等七部分组成。该装备在转运飞机过程中，可以实现横向移动、纵向移动、斜向移动以及原地转向等全向移动。具体说明工作原理如下：

（1）全向移动技术：

全向转运智能牵引机器人行走系统主要依靠五组行走转向驱动轮实现零回转半径全向移动。每一组行走转向驱动轮既可以行走，也可以±90°旋转，从而实现横向移动、纵向移动、斜向移动以及原地转向等全向移动。

全向转运智能牵引机器人行走系统可分为空载和满载两种工作模式。空载时，框架结构的前伸梁缩回，前伸梁底部的行走转向驱动轮处于抬升状态（不接触地面），其余四组行走转向驱动轮驱动马达处于半排量状态。满载时，框架结构的前伸梁伸出、前伸梁底部的行走转向驱动轮与其余四组共同承担飞机重量、五组行走转向驱动轮驱动马达处于全排量状态。

（2）整机托举技术：

为满足满载状态下机轮对接系统的承重能力要求，需要针对全向转运智能牵引机器人的框架机构、主起对接系统、前起对接系统进行结构优化设计与强度应力校核。全向转运智能牵引机器人通过前起对接系统和后起对接系统实现飞机三个机轮的全自动精准自动协同对接，并完成托举机轮动作。

全向转运智能牵引机器人前起对接系统采用左右轮挡夹持的思路实现与转运飞机前起机轮的对接。全向转运智能牵引机器人主起对接系统采用前后轮挡夹持的思路实现与转运飞机主起机轮的对接。对接飞机时，全向转运智能牵引机器人先进入飞机腹部下方，后挡、前挡顺序伸出，然后在前挡夹紧油缸作用下，前挡和后挡把飞机主轮夹紧，而后通过转向驱动轮的液压悬挂实现飞机主起抬升（前起需要对接完成）。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

（1）实现机器人空载和满载状态下的零转弯半径全向移动。全向转运智能牵引机器人主要依靠由五组行走转向驱动轮组成的行走系统进行全向移动，空载时机轮对接模块处于收缩状态，满载时机轮对接模块处于伸展状态，因此分别实现空载和满载状态下的全向移动是需要解决的主要技术问题之一。

（2）满足满载状态下机轮对接的承重能力要求。全向转运智能牵引机器人主要依靠主起、前起对接系统完成与飞机的机轮对接，然后进行整体夹持托举，而飞机重量约25～40吨，因此需分别对主起、前起对接模块进行结构优化设计与强度校核，以满足承重要求。

（3）满载状态下智能牵引机器人全向转运的安全性。在母舰摇摆环境下，智能牵引机器人全向转运舰载机能够避开人为因素，适应母舰横摇、纵摇、侧倾等环境条件，并能够在紧急状态下制动和释放机轮的功能，从而保证智能牵引机器人转运舰载机的安全性。

相比现有的牵引车对飞机的牵引转运方式，全向转运智能牵引机器人不受飞机自身转弯半径等物理限制，通过将飞机整体托举，完成全向转运，提高了飞机转运的灵活性，更好的利用地面有限的转运空间，便于实现飞机的准确牵引入位，提高飞机的调运效率。

附图说明

图1为根据本发明实施的全向转运智能牵引机器人收缩状态示意图。

图2为图1的正视图。

图3为本发明全向转运智能牵引机器人伸展状态示意图。

图4为图3的正视图。

图5为本发明的承载框架结构图。

图6为本发明主起对接系统的工作示意图。

图7为图6的俯视图。

图8为空载时全向转运智能牵引机器人六种运动模式的行走系统示意图。

图9为负载时全向转运智能牵引机器人六种运动模式的行走系统示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明实施的全向转运智能牵引机器人总体布局如附图1-8所示。

图1的全向转运智能牵引机器人包括承载框架本体1和固定在承载框架本体1上的前伸臂2，分别对应主起对接系统4和前起对接系统6；在与飞机机轮对接时，前伸臂2可以在液压系统油缸驱动下向前伸出；承载框架本体1支撑在行走系统3上，行走系统3包含五组转向驱动轮31，其中一组转向驱动轮31固定在承载框架本体1的前伸臂2上（主要用于承受调运飞机前起重量），其它四组转向驱动轮31对称安装在主起对接系统4的左右两侧（主要用于承受调运飞机主起重量）；其中，主起对接系统4设置在承载框架本体1的中部，可以在液压系统油缸驱动下侧向外伸出前轮挡41和后轮挡42，并夹紧飞机主轮5；主起对接系统4的前端连接前起对接系统6的前伸臂2，前起对接系统6可以在液压系统油缸驱动下通过前伸臂2的夹紧臂21左右夹紧飞机前轮。在承载框架本体1上还设置动力保障模块7，动力保障模块7中包括蓄电池、液压系统和控制系统，蓄电池、液压系统和控制系统按照本领域技术人员熟知的方式设置在执行机构附近合适位置。

承载框架本体1承接转运飞机的全部重量，并在其上安装本牵引机器人的其他组成部分。承载框架（见附图5）由优质碳素结构钢焊接成箱梁式结构，中间安装固定其它元器件，沿航向中心线左右对称分布设置。为保证承载框架结构强度，研制过程中运用有限元分析等方法进行辅助设计，加工过程中严格按照既定工艺路线组织加工、生产，车体焊接及表面处理按照特殊工艺过程处理。

前伸臂2通过两个伸缩插筒22与承载框架本体1相连，每一个伸缩插筒22由三节组成框架结构，每两节之间填充有耐磨聚四氟乙烯板。前伸臂2在液压系统伸缩油缸222的作用下，实现展开和缩回，伸缩油缸222采用多级油缸，这样可以满足前伸臂梁长行程、短安装距的要求。前伸臂2可以伸缩，一方面可以满足飞机调运需求，另一方面在非工作状态可以减少存放空间，还可以调整伸缩长度，以适应多型飞机的前主轮距。前伸臂2两个夹紧臂21之间如图1所示，优选通过剪刀式铰链拉杆结构实现夹紧。

全向转运智能牵引机器人在与飞机对接时，框架结构的前伸臂2伸出，前伸臂2下固定的转向驱动轮31一起伸出，而后主起对接系统4及前起对接系统6在控制系统操控和液压系统驱动下分别与飞机主起和前起对接，进而开始调运飞机。主起对接系统4采用前后轮挡（如图3-7的前轮挡41和后轮挡42）夹持的思路实现与调运飞机主起机轮的对接，飞机的抬升通过主起对接系统4下的四个转向驱动轮31的液压悬挂系统实现。附图6和7为主起对接示意图。前轮挡41和后轮挡42与飞机主轮5接触的部分为基本圆弧面的楔形结构，优选橡胶等材质的条状夹持块；前轮挡41和后轮挡42各自包括一个伸出油缸411，在前轮挡41和后轮挡42之间设置一个前档夹紧油缸422，对接飞机时，本发明的全向转运智能牵引机器人先进入飞机底部，后轮挡42、前轮挡41通过各自伸出油缸411顺序伸出而超过本机器人框架平台边界线，然后在前挡夹紧油缸422作用下，前轮挡41和后轮挡42相互靠拢把飞机主轮5夹紧，然后通过转向驱动轮31的液压悬挂实现飞机主起抬升（前起需要对接完成）。

本发明的行走系统可以在不同状态下实现全向移动：

全向转运智能牵引机器人行走系统3主要依靠五组行走转向驱动轮31。每一组行走转向驱动轮31既可以行走，也可以±90°旋转。

全向转运智能牵引机器人行走系统3可分为空载和负载两种工作模式。空载时，前伸臂2缩回、前伸臂2底部的行走转向驱动轮31处于抬升状态（不接触地面）、其余四组行走转向驱动轮31驱动马达处于半排量状态。负载时，前伸臂2伸出、前伸臂2底部的行走转向驱动轮31与其余四组行走转向驱动轮31共同承担飞机重量、五组行走转向驱动轮驱动马达处于全排量状态。

空载时，四组行走转向驱动轮31起作用，驱动全向转运智能牵引机器人按照图8的运动模式实现行走、横行、斜行、原地转向以及行进过程中转向等动作。

当前进或后退时，四组行走转向驱动轮方向与车体方向一致，如图8（1）所示，此时，通过控制驱动马达旋向实现机器人的前进或后退；当横向行驶时，四组行走转向驱动轮31方向与车体承载框架本体1垂直，如图8（2）所示，此时，通过控制驱动马达旋向实现机器人向两个方向的横行；当斜向行驶时，四组行走转向驱动轮31方向与车体承载框架本体1成一定角度，如图8（3）所示，此时，通过控制驱动马达旋向实现机器人向两个方向的斜行；当原地转向时，四组行走转向驱动轮31方向与回转中心垂直，如图8（4）所示，此时，通过控制驱动马达旋向实现机器人向两个方向回转；当前进过程中转向时，前面两组行走转向驱动轮31根据需要向两侧转向，后面两组行走转向驱动轮31方向锁定，如图8（5）所示；当后退过程中转向时，后面两组行走转向驱动轮31根据需要向两侧转向，前面两组行走转向驱动轮31方向锁定，如图8（6）所示。

负载时，五组行走转向驱动轮起作用，按照图9的运动模式，驱动机器人托举飞机整体一起行走、横行、斜行、原地转向以及行进过程中转向等。

当前进或后退时，五组行走转向驱动轮方向与车体方向一致，如图9（1）所示，此时，通过控制驱动马达旋向实现机器人的前进或后退；当横行时，五组行走转向驱动轮方向与车体垂直，如图9（2）所示，此时，通过控制驱动马达旋向实现机器人向两个方向的横行；当斜行时，五组行走转向驱动轮31方向与车体承载框架本体1成一定角度，如图9（3）所示，此时，通过控制驱动马达旋向实现机器人向两个方向的斜行；当原地转向时，五组行走转向驱动轮方向与回转中心垂直，如图9（4）所示，此时，通过控制驱动马达旋向实现机器人向两个方向回转；当前进过程中转向时，前伸梁底部一组行走转向驱动轮根据需要向两侧转向，后面四组行走转向驱动轮方向锁定，如图9（5）所示；当后退过程中转向时，后面两组行走转向驱动轮根据需要向两侧转向，前面两组行走转向驱动轮以及前伸梁底部的行走转向驱动轮方向锁定，如图9（6）所示。