一种无人机集群空中对接锁紧装置的制作方法

本发明涉及对接锁紧装置领域，尤其涉及一种无人机集群空中对接锁紧装置。

背景技术：

随着无人机技术的逐步发展，无人机在日常生产生活中得到了广泛的应用，其使用功能的拓展性也在不断拓宽。对无人机的单独应用已经无法满足复杂多变的未来应用场景，在此基础上，又发展出了无人机集群控制和应用的技术领域。由于单个无人机的动力、续航、功能等有限，对于集群控制的无人机群，如果能够依靠特定的对接机构，使其具有在飞行中结合、分离的功能，将可以使无人机群拥有类似于“蚁群”的协同工作能力，将无人机的动力、能源、信息进行直接有效的链接交互，增强其在特定环境下的整体工作能力，将使无人机拥有更广泛的应用前景。

现有的空间对接技术主要应用于体积较大的飞行器和航天器，依赖于较高的测控和定位精度，无法有效应用于定位精度较低、环境扰动大、机体体积有限的小型无人机设备。故需要针对小型无人机集群对接中出现的问题，设计专门的新型对接系统。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种无人机集群空中对接锁紧装置，能够实现在较低的定位精度和控制精度要求下，辅助小型无人机完成空间交会和对接，并在相对锁定后，传递一定的载荷。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种无人机集群空中对接锁紧装置，包含第一对接单元和第二对接单元；

所述第一对接单元、第二对接单元结构相同，均包含基座、导向机构和锁紧机构；

所述导向机构设置在基座正面，包含导向锥、导向杆和锁止锥，其中，所述导向锥、锁止锥均为椎体；所述导向杆一端和所述导向锥的锥顶同轴固连，另一端和所述锁止锥底面中心同轴固连；所述导向锥的底面和基座的正面固连；

所述基座正面还设有和所述导向锥相匹配的导向凹槽，且导向凹槽中心设有供锁止锥和导向杆从基座背面穿出的通孔；

所述锁紧机构设置在基座背面，包含安装板、第一至第二锁止舌、复位弹簧、拉杆、卡头、直线舵机；

所述安装板固定在基座背面，其上设有和导向凹槽中心通孔相配合供锁止锥和导向杆穿刺的通孔；

所述第一至第二锁止舌结构相同，均包含控制板、转动轴、锁环和复位板，其中，所述锁环呈半圆环状，一端和转动轴的侧壁固连；所述控制板和转动轴的侧壁固连；所述复位板和锁环远离转动轴一侧的外壁固连；

所述第一、第二锁止舌转动轴的一端均和所述安装板垂直转动相连，能够绕其轴线自由转动；所述复位弹簧一端和第一锁止舌复位板固连、另一端和第二锁止舌复位板固连，使得第一、第二锁止舌的锁环在复位弹簧的作用下抱住穿过安装板上通孔的导向杆且和锁止锥的底面相抵，此时第一锁止舌控制板、第二锁止舌控制板之间的夹角等于预设的角度阈值；

所述安装板在第一锁止舌控制板、第二锁止舌控制板之间夹角的角平分线所在直线上设有导轨；所述卡头设置在导轨上、能够沿导轨自由滑动；

所述卡头为半包围结构，包含基板、第一连接板、第二连接板、第一加力板和第二加力板，其中，所述第一连接板、第二连接板的一端分别和基板的两端垂直固连，第一加力板、第二加力板在同一平面，第一加力板的一端和第一连接板的另一端垂直固连，第二加力板的一端和和第二连接板的另一端垂直固连；

所述卡头将第一锁止舌控制板、第二锁止舌控制板包围在内，其中，第一加力板和第一锁止舌控制板相抵，第二加力板和第二锁止舌控制板相抵，用于沿所述导轨滑动时对第一锁止舌控制板、第二锁止舌控制板施力，使得第一锁止舌、第二锁止舌的锁环绕其转动轴转动进而开合；当第一锁止舌、第二锁止舌打开时，所述锁止锥能够从第一锁止舌、第二锁止舌之间穿过；

所述直线舵机固定在基座背面，其输出端通过拉杆和所述卡头相连，用于控制卡头在导轨上运动。

作为本发明一种无人机集群空中对接锁紧装置进一步的优化方案，所述预设的角度阈值为180°。

作为本发明一种无人机集群空中对接锁紧装置进一步的优化方案，所述第一锁止舌、第二锁止舌的锁环在其靠近安装板的一端均设有和锁止锥相配合圆形倒角。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.对接机构能够依靠第一对接单元、第二对接单元导向凹槽的约束，自动完成对接的对正过程；同时，采用第一对接单元、第二对接单元同时安装有导向机构和导向凹槽的设计，有效解决了单个“锥-杆”系统无法消除对接轴周向偏差的难题，降低了对对接过程飞行控制精度的要求，提高了对接的效率和准确性；

2.对接锁紧装置在复位弹簧装置的自动恢复力作用下，能够实现自动锁死，实现被动对接锁紧，不需要消耗飞行器电能，能降低飞行器能耗，增加续航；

3.对接机构依靠机械装置实现锁止，并依靠机械配合锁定，无较大磁性元件，也不会产生电磁干扰，对飞行器传感器的正常工作无不利影响；

4.第一对接单元、第二对接单元均同时包含对接导向和锁止机构，不区分对接中的主动和被动关系，降低了对接的控制难度，可以有效实现多机对接等复杂场景。

附图说明

图1是对接机构的正面结构示意图；

图2是对接机构的反面结构示意图；

图3是机械锁紧机构的机械结构示意图；

图4是导向杆插入时，锁紧机构对其进行锁止时的工作示意图。

其中，1-基座，2-导向锥，3-导向杆，4-锁止锥，5-导向凹槽，6-锁止机构，7-直线舵机，8-拉杆，9-安装板，10-第一锁止舌的锁环，11-第一锁止舌的控制板，12-第一锁止舌的转动轴，13-第一锁止舌的复位板，14-第二锁止舌的锁环，15-复位弹簧，16-卡头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

本发明公开了一种无人机集群空中对接锁紧装置，包含第一对接单元和第二对接单元；

如图1所示，所述第一对接单元、第二对接单元结构相同，均包含基座、导向机构和锁紧机构；

所述导向机构设置在基座正面，包含导向锥、导向杆和锁止锥，其中，所述导向锥、锁止锥均为椎体；所述导向杆一端和所述导向锥的锥顶同轴固连，另一端和所述锁止锥底面中心同轴固连；所述导向锥的底面和基座的正面固连；

所述基座正面还设有和所述导向锥相匹配的导向凹槽，且导向凹槽中心设有供锁止锥和导向杆从基座背面穿出的通孔；

如图2、图3所示，所述锁紧机构设置在基座背面，包含安装板、第一至第二锁止舌、复位弹簧、拉杆、卡头、直线舵机；

所述安装板固定在基座背面，其上设有和导向凹槽中心通孔相配合供锁止锥和导向杆穿刺的通孔；

所述第一至第二锁止舌结构相同，均包含控制板、转动轴、锁环和复位板，其中，所述锁环呈半圆环状，一端和转动轴的侧壁固连；所述控制板和转动轴的侧壁固连；所述复位板和锁环远离转动轴一侧的外壁固连；

所述第一、第二锁止舌转动轴的一端均和所述安装板垂直转动相连，能够绕其轴线自由转动；所述复位弹簧一端和第一锁止舌复位板固连、另一端和第二锁止舌复位板固连，使得第一、第二锁止舌的锁环在复位弹簧的作用下抱住穿过安装板上通孔的导向杆且和锁止锥的底面相抵，此时第一锁止舌控制板、第二锁止舌控制板之间的夹角等于预设的角度阈值，如图4所示；

所述安装板在第一锁止舌控制板、第二锁止舌控制板之间夹角的角平分线所在直线上设有导轨；所述卡头设置在导轨上、能够沿导轨自由滑动；

所述卡头为半包围结构，包含基板、第一连接板、第二连接板、第一加力板和第二加力板，其中，所述第一连接板、第二连接板的一端分别和基板的两端垂直固连，第一加力板、第二加力板在同一平面，第一加力板的一端和第一连接板的另一端垂直固连，第二加力板的一端和和第二连接板的另一端垂直固连；

所述卡头将第一锁止舌控制板、第二锁止舌控制板包围在内，其中，第一加力板和第一锁止舌控制板相抵，第二加力板和第二锁止舌控制板相抵，用于沿所述导轨滑动时对第一锁止舌控制板、第二锁止舌控制板施力，使得第一锁止舌、第二锁止舌的锁环绕其转动轴转动进而开合；当第一锁止舌、第二锁止舌打开时，所述锁止锥能够从第一锁止舌、第二锁止舌之间穿过；

所述直线舵机固定在基座背面，其输出端通过拉杆和所述卡头相连，用于控制卡头在导轨上运动。

所述预设的角度阈值为180°。

所述第一锁止舌、第二锁止舌的锁环在其靠近安装板的一端均设有和锁止锥相配合圆形倒角。

第一对接单元、第二对接单元的基座上均开有多个固定孔位，可以通过阻尼减震元件的连接，安装在无人机的对接面上。

在进行对接和锁紧时，由飞控系统发出对接指令，控制第一对接单元、第二对接单元的直线舵机拉动其拉杆，使第一对接单元、第二对接单元中第一、第二锁止舌相对打开，飞行器相互靠近，在第一对接单元、第二对接单元导向机构的引导下，第一对接单元的锁止锥滑入第二对接单元基座的导向凹槽，并从第二对接单元基座导向凹槽中心的通孔穿出至第二对接单元的锁紧机构中；第二对接单元的锁止锥滑入第一对接单元基座的导向凹槽，并从第一对接单元基座导向凹槽中心的通孔穿出至第一对接单元的锁紧机构中，在飞控系统的控制下，直线舵机反向推动拉杆，使第一对接单元、第二对接单元中第一、第二锁止舌相对关闭，第一、第二锁止舌被锁死。

在解锁和分离时，将上述对接步骤反向施行，即可实现飞行器的分离。

第一锁止舌、第二锁止舌的锁环在其靠近安装板的一端设有和锁止锥相配合圆形倒角后，即便第一对接单元、第二对接单元的直线舵机不工作，在推力的作用下，第一锁止舌、第二锁止舌能够克服复位弹簧的拉力使得锁止锥穿过第一锁止舌、第二锁止舌，并在锁止锥穿过第一锁止舌、第二锁止舌由复位弹簧拉动第一锁止舌、第二锁止舌的锁环闭合，将锁止锥锁死。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。