水上無人機回收系統的制作方法

專利名稱：水上無人機回收系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于機械電子技術領域，特別涉及一種水上無人機回收系統。
背景技術：
水上無人機是能在水面上起飛、降落和停泊的飛機，簡稱水機，其中有些同時也能在陸上機場起降的，稱為兩棲飛機。水上無人機分為船身式(即按水面滑行要求設計的特殊形狀的機身)或浮筒式(把陸上飛機的起落架換成浮筒)兩種。兩棲飛機則在船身或浮筒上裝可收放的起落架，在水上起降時收上，在陸上起降時放下。水機在軍事上用于偵察， 反潛和救援活動；在民用方面可用于運輸，森林消防等。水機的主要優點是可在水域遼闊的河、湖、江、海水面上使用，安全性好，地面輔助設施較經濟，飛機噸位不受限制。隨著無人機技術的發展，水上無人機也出現了無人機化的趨勢，即將有人駕駛的水上無人機發展成為無人機。目前國外水上無人機正在興起，并在逐步成為艦載無人機的重要機型。水上無人機通過自動駕駛儀和導航系統，保證飛機在水面的姿態控制和速度控制，以及在姿態和速度滿足一定條件時，進行起飛和降落操作，從而實現在無人條件下的水面自主起降；也可以在水面航行，通過船身式腹部下的舵機進行水面操縱行進。這種無人機可以在遠程飛行后在目的地進行作業，并自動返回。船上的操縱人員也可以對水上無人機進行遙控，使其完成一些規定的動作。水上無人機使用中的一個重要問題是水面降落后的回收問題，即無人機在水面降落后如何將其收回到甲板上。目前許多艦載無人機的水面回收方法是無人機采用全防水設計和泡沫夾心機翼(飛機具有抗沉性，可以飄在水面)，船員駕駛小船或皮劃艇將無人機撿回。上述水上無人機回收方式的不足在于1)回收工作效率很低，回收時間很長；幻無法在船舶前進時進行回收；；3)無法回收大中型水上無人機。

發明內容
(一)要解決的技術問題為解決上述的一個或多個問題，本發明提供了一種水上無人機回收系統，以提高水上飛機回收的自動化水平。( 二 )技術方案根據本發明的一個方面，提供了一種水上無人機回收系統。該系統包括自動吊裝機構、回收雪橇和遙控操控裝置；其中遙控操控裝置位于艦船，用于通過無線信號操縱水上無人機向回收雪橇運動；回收雪橇，用于捕獲水上無人機；自動吊裝機構安裝艦船船尾的船舷處，通過鋼索與回收雪橇連接，用于將捕獲了水上無人機的回收雪橇拖回艦船。優選地，本發明水上無人機回收系統中，自動吊裝機構包括底座、U型吊臂、鉸鏈與吊裝對接裝置；底座固定于艦船甲板上；吊裝對接裝置用于容置回收雪橇；U型吊臂的一端與底座鉸接；另一端通過鉸鏈與吊裝對接裝置連接，U型吊臂進行收起或放下運動，以將吊裝對接裝置吊離水面或置入水面；鋼索沿著U型吊臂、鉸鏈、吊裝對接裝置至回收雪橇。
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優選地，本發明水上無人機回收系統中，底座內部安裝自動吊裝控制裝置和鋼索回繞機構；自動吊裝控制裝置，由交流伺服驅動器控制交流伺服電機帶動U型吊臂運動，實現自動吊裝機構收起和放下的運動控制；鋼索回繞機構由異步電機控制，異步電機采用變頻器控制回繞機構的速度，進而控制鋼索的回繞和釋放的速度。優選地，本發明水上無人機回收系統中，吊裝對接裝置包括三角形鋼架、吊裝對接裝置本體；吊裝對接裝置本體包括第一腔體、敞口型開口、活塞、至少一個壓縮彈簧、至少一個導線輪；三角形鋼架一端通過鉸鏈與U型吊臂相連接，其另一端與吊裝對接裝置本體相連接；第一腔體呈圓筒形，用于存放回收雪橇；敞口型開口為弧形敞口型；活塞的形狀與腔體的內截面的形狀相同，并可在第一腔體內前后運動；至少一個壓縮彈簧中的每根彈簧一端連接著第一腔體的后端板，另一端連接著活塞；至少一個導線輪位于第一腔體的外側，用于傳送鋼索至回收雪橇。優選地，本發明水上無人機回收系統中，壓縮彈簧有4根，分別安裝在腔體的上下左右位置；導線輪有2個，分別安裝于正對回收雪橇的位置及該位置的正上方。優選地，本發明水上無人機回收系統中，回收雪橇包括第二腔體、錐形套筒、飛機卡壓夾具、捕獲夾具、卡板和彈簧；錐形套筒可滑動地位于第二腔體的內側，用于固定水上無人機的頭部；卡板位于第二腔體內，抵接于錐形套筒的內側，彈簧的一端與卡板連接，其另一端與腔體的后端蓋連接，卡板和彈簧用于將錐形套筒推向回收雪橇的端口部位；飛機卡壓夾具位于錐形套筒的外側，用于在水上無人機進入回收雪橇時，將水上飛機固定；捕獲夾具位于錐形套筒的錐形頭部，用于與飛機機頭鎖頭進行鎖定連接。優選地，本發明水上無人機回收系統中，飛機卡壓夾具包括卡壓板、可壓彈簧、鉸鏈、橡膠頭；卡壓板，位于回收雪橇腔體內部，通過鉸鏈與回收雪橇的端口部位相連接，橡膠頭位于卡壓板的端部；鉸鏈安裝于回收雪橇的端口部位，其支撐卡壓板沿其軸向轉動；可壓彈簧一端連接著回收雪橇的內表面，另一端連接著卡壓夾具。優選地，本發明水上無人機回收系統中，捕獲夾具整體呈矩形方盒形，包括任務舵機、鉸鏈、作動桿、桿頭滾珠、底座、光電管；其中作動桿呈N形；任務舵機與作動桿的一端連接；鉸鏈一端連接底座，一端連接作動桿的轉動軸；作動桿的另一端通過桿頭滾珠連接至飛機機頭鎖頭；光電管位于矩形方盒內壁，用于檢測機頭鎖頭是否運動到位；任務舵機位于矩形方盒內壁，一端與信號控制端連接，另一端與作動桿連接，任務舵機的運動進而帶動作動桿運動，從而對飛機機頭鎖頭進行鎖定和釋放。優選地，本發明水上無人機回收系統中，水上無人機包括機頭鎖桿、機頭鎖頭；其中，機頭鎖桿位于無人機機頭前部，用于支撐前置的機頭鎖頭；機頭鎖頭位于機頭鎖桿的端部，用于插入捕獲夾具中將水上無人機鎖定。優選地，本發明水上無人機回收系統中，回收雪橇還包括攝像機、圖傳電臺、GPS 和姿態傳感器、數傳電臺和/或遙控接收機，其中攝像機位于錐形套筒的錐形頭部，用于將回收雪橇處與水上無人機對接過程的圖像，通過圖傳電臺發送到艦船上的遙控操控裝置；GPS和姿態傳感器安裝于回收雪橇的上表面，用于測量回收雪橇的位置和姿態，并通過數傳電臺將位置和姿態數據發送到艦船上的遙控操控裝置；遙控接收機安裝于回收雪橇的上表面，可以接收艦船上的遙控操控裝置的控制指令，打開或解鎖捕獲夾具與飛機機頭鎖頭的鎖定連接。
優選地，本發明水上無人機回收系統中，遙控操控裝置包括視頻顯示器；視頻顯示器與數傳電臺、圖傳電臺、自動吊裝和鋼索控制器相連接，用于顯示捕獲對接過程的圖像數據、回收雪橇和水上無人機的GPS位置和姿態信息以及自動吊裝U型吊臂位置和鋼索牽引距離的信息。(三)有益效果本發明的水上無人機回收系統具有以下有益效果(1)本發明回收系統，可以在較遠距離進行回收對接，以很快的速度進行回收牽引，自動化的提升作業，減少了回收時間，提高了回收效率。(2)本發明回收系統可以在船舶行進中，對水上無人機進行回收，減少了無人機操作對船舶運動的耦合關系，提高了水上無人機回收過程的靈活性。(3)本發明回收系統，只需要一名操縱手就可以完成飛機的回收任務，減少了無人機操縱的人員配置。


圖1是本發明水上無人機回收系統進行飛機回收的整體效果示意圖；圖2是本發明水上無人機回收系統自動吊裝機構的結構示意圖；圖3A是本發明水上無人機回收系統中回收雪橇與自動吊裝機構的捕獲第一狀態的示意圖；圖IBB是本發明水上無人機回收系統中回收雪橇與自動吊裝機構的捕獲第二狀態的示意圖；圖4是本發明水上無人機回收系統回收雪橇的結構示意圖；圖5是本發明水上無人機回收系統中回收雪橇與水上無人機的自動捕獲鎖定裝置原理與結構的示意圖；圖6是本發明水上無人機回收系統中探測信號與控制信號傳輸的示意圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。為了更清楚的對本發明進行說明，首先對附圖中的各元件進行編號1-艦船；2-自動吊裝機構；3-回收雪橇；4-水上無人機；21-鋼索；22-底座；24-鉸鏈；25-吊裝對接裝置；31-飛機卡壓夾具；32-錐形套筒；33-捕獲夾具；34-攝像機；35-數傳電臺； 36-圖傳電臺；37-GPS和姿態傳感器；38-遙控接收機；底板39 ；41-機頭鎖桿；42-機頭鎖頭；43-數傳電臺；44-遙控接收機；45-GPS和姿態傳感器；51-遙控操控裝置；221-自動吊裝控制裝置；222-鋼索回繞機構；23-U型吊臂；251-壓縮彈簧； 252-活塞；253-導線輪；2M-敞口型開口 ；255-腔體；三角形鋼架256 ；311-可壓彈簧；312-鉸鏈；313-橡膠頭；卡壓板314 ；331-任務舵機；332-鉸鏈；333-作動桿；334-桿頭滾珠；335-底座；336-光電管。圖1是本發明水上無人機回收系統進行飛機回收的整體效果示意圖。如圖1所示， 本發明水上無人機回收系統包括自動吊裝機構2、回收雪橇3和遙控操控裝置51。遙控操控裝置51位于艦船1，用于通過無線信號操縱水上無人機4向回收雪橇3運動。回收雪橇 3，用于捕獲水上無人機4。自動吊裝機構2安裝艦船船尾1的船舷處，通過鋼索21與回收雪橇3連接，用于將捕獲了水上無人機4的回收雪橇3拖回艦船1。本發明涉及的連接關系包括自動吊裝機構2通過底座22與艦船1連接，自動吊裝機構2通過鋼索21與回收雪橇 3連接；鋼索21 —端與自動吊裝機構2連接，一端與回收雪橇3連接；回收雪橇3 —端與鋼索21連接，一端通過捕獲夾具33與水上飛機4連接。水上飛機4可以通過遙控信號被操縱手5控制。圖2是本發明水上無人機回收系統自動吊裝機構的結構示意圖。如圖2所示，自動吊裝機構2包括鋼索21、底座22、U型吊臂23、鉸鏈M與吊裝對接裝置25。底座22安裝在艦船1的甲板上，用于支撐自動吊裝機構。底座22與艦船1通過法蘭盤連接，底座22采用三角頂的矩形盒結構。底座里邊安裝自動吊裝控制裝置221和鋼索回繞機構222。自動吊裝控制裝置221由交流伺服驅動器控制交流伺服電機，帶動U型吊臂23運動，實現自動吊裝機構收起和放下的運動；交流伺服驅動器采用位置控制的方式， 可以控制自動吊裝機構的位置和運動速度，在到達收起位置和放下位置時停止運動，并保持鎖定。鋼索回繞機構222由異步電機控制，通過變頻器控制回繞機構的速度，進而控制鋼索21的回繞和釋放的速度。U型吊臂23 —端與底座22連接，位于底座22的活動軸承上，一端與鉸鏈M連接； 鉸鏈M位于U型吊臂的末端；吊裝對接裝置25通過鉸鏈M與U型吊臂23連接，可以在U 型吊臂23的驅動下繞鉸鏈M運動，吊裝對接裝置25通過重力作用自動保持垂直向上的狀態。U型吊臂23 —端通過減速機與底座22上的交流伺服電機連接，與一端通過鉸鏈M與吊裝對接裝置25連接，是自動吊裝機構的主要執行機構，實現對回收雪橇3的收起和放下。鉸鏈M用于連接U型吊臂23和吊裝對接裝置25，并傳到鋼索21，實現U型吊臂 23和吊裝對接裝置25的鉸鏈副連接。鋼索21用于牽引回收雪橇3，通過鋼索回繞機構222 進行回繞和釋放的操縱，鋼索21沿著U型吊臂23、鉸鏈M，通到吊裝對接裝置25，在穿過吊裝對接裝置25后與回收雪橇3連接。吊裝對接裝置25通過鉸鏈M與U型吊臂23連接， 用于捕獲回收雪橇3。自動吊裝機構2在操控手5的控制下，通過自動吊裝控制裝置221和鋼索回繞機構222控制吊裝對接裝置25的收起和放下，以及鋼索21的回繞和釋放，進而控制回收雪橇 3的運動。在艦船1運動時，可以將吊裝對接裝置25放在水面上方一定距離并鎖定，避免吊裝對接裝置25產生較大阻力，對U型吊臂23產生不期望的彎矩。圖3是本發明水上無人機回收系統中回收雪橇與自動吊裝機構的捕獲原理的示意圖。如圖3所示，吊裝對接裝置25由壓縮彈簧251、活塞252、導線輪253、敞口型開口 254、 腔體255、三角形鋼架256組成。吊裝對接裝置25采用三角形鋼架256和圓筒形腔體255 的主結構，三角形鋼架256 —端與鉸鏈M連接，另一端與腔體255連接；鋼索21沿著U型吊臂23和鉸鏈M以及導線輪253，穿過活塞252與回收雪橇3連接；導線輪253有2個，一個位于腔體255的后段板2551中心部偏上，另一個位于后端板255的上部邊緣；腔體255內部包含壓縮彈簧251、活塞252、敞口型開口 2M ；壓縮彈簧251，共有四根，分別安裝在腔體255后的上下左右位置；每根彈簧一端連接著腔體255的后段板2551，一端連接著活塞 252。活塞252位于腔體255內部，形狀與腔體255內截面的形狀相同，可以腔體255內前后運動，活塞中部開孔，可以使鋼索21通過。導線輪253用于傳送鋼索21以減小摩擦。敞口型開口 2M采用弧形敞口型設計，便于自動吊裝機構對回收雪橇的捕獲。腔體255用于存放回收雪橇3，腔體呈圓筒形。圖3A是本發明水上無人機回收系統中回收雪橇與自動吊裝機構的捕獲第一狀態的示意圖。圖3A為鋼索回收，彈簧壓縮，回收雪橇3 (包含機翼折疊后的水上無人機4)存放于腔體255中的情形。圖:3B是本發明水上無人機回收系統中回收雪橇與自動吊裝機構的捕獲第二狀態的示意圖。圖3B為鋼索釋放，彈簧伸開，回收雪橇3退出與腔體255中的情形。回收雪橇與自動吊裝機構回收捕獲的過程是(如無填充箭頭)捕獲前回收雪橇 3與吊裝對接裝置25的狀態，如圖;3B所示，回收雪橇3位于吊裝對接裝置25的外部，吊裝對接裝置25內的彈簧251和活塞252處于伸開的狀態；隨著鋼索21的回收，回收雪橇3通過敞口型開口 2M進入腔體255;隨著鋼索21的繼續回收，回收雪橇3完全進入腔體255， 彈簧251壓縮，當到達指定位置時觸發光電信號，完成對于雪橇3的捕獲。回收雪橇3的釋放過程與回收捕獲過程相反(如填充斜線的箭頭所示)。圖4是本發明水上無人機回收系統回收雪橇3的結構示意圖。如圖4所示，回收雪橇3包括飛機卡壓夾具31、錐形套筒32、捕獲夾具33、攝像機34、數傳電臺35、圖傳電臺 36、GPS和姿態傳感器37、遙控接收機38和底板39。回收雪橇3呈圓筒狀，飛機卡壓具31位于回收雪橇3內腔的前部，包括可壓彈簧 311、鉸鏈312、橡膠頭313、卡壓板314。可壓彈簧311—端連接著回收雪橇3的內表面，另一端連接著卡壓板314。鉸鏈 312安裝于回收雪橇的端口部位；卡壓板314位于回收雪橇3的內腔，一端與鉸鏈312連接， 一端與橡膠頭連接。橡膠頭313位于卡壓板314的端部，用于增加對水上飛機4卡壓接觸面面積和減少對水上飛機4表面的劃傷；錐形套筒32位于回收雪橇3內腔的中部，可以在回收雪橇3內腔內沿軸線移動，與捕獲夾具33相連，由卡板321和彈簧322組成；卡板321 位于錐形套筒32的錐面和回收雪橇3內腔表面之間，一端與錐形套筒32的錐面連接，一端與彈簧322連接；彈簧322位于回收雪橇3內腔底部，一端與卡板321連接，一端與回收雪橇內腔底板39連接；捕獲夾具33采用矩形方盒結構，位于錐形套筒32的圓錐頂部，一端與錐形套筒32連接，另一端與鋼索21連接；攝像機34位于捕獲夾具33內部，位于靠近錐形套筒32的一側壁板上；數傳電臺35、圖傳電臺36、GPS和姿態傳感器37、遙控接收機38位于回收雪橇3內腔的上表面，沿平行于回收雪橇圓筒軸線并排安裝。飛機卡壓具31用于在水上無人機4進入回收雪橇時，利用可壓彈簧311的彈力將飛機固定。錐形套筒32用于固定水上無人機4的頭部，其采用錐形剖面以利于與飛機頭部的曲面充分接觸；卡板321和彈簧322用于將錐形套筒推向回收雪橇的端口部位。捕獲夾具33用于與飛機機頭鎖頭42進行鎖定連接。攝像機34可以將回收雪橇處3與水上無人機4對接過程的圖像，通過圖傳電臺36發送到艦船上的遙控操控裝置51，供操縱手5參考。 GPS和姿態傳感器37安裝于回收雪橇3的上表面，測量回收雪橇3的位置和姿態，并通過數傳電臺35將位置和姿態數據發送到艦船上的遙控操控裝置51，供操縱手5參考。遙控接收機38安裝于回收雪橇3的上表面，可以接收艦船上的遙控操控裝置51的控制指令，打開或解鎖捕獲夾具33的鎖定連接。在水上無人機回收之前，回收雪橇3經過吊裝對接裝置25的釋放后，就處于圖4 的狀態。當水上無人機4經過遙控(艦船上的操縱手參考數傳電臺35發回的回收雪橇3 的GPS位置和姿態，以及圖傳電臺36傳回的回收雪橇3與水上無人機4對接過程的圖像) 向回收雪橇4運動過來后，飛機機頭的鎖頭42與捕獲夾具33鎖定，在鋼索21的牽引下，水上無人機4被拖入回收雪橇3，同時飛機卡壓夾具31將飛機固定在回收雪橇3內。圖5是本發明水上無人機回收系統中回收雪橇與水上無人機的自動捕獲鎖定裝置原理與結構的示意圖。如圖5所示，捕獲夾具33采用矩形方盒結構，包括任務舵機331、 鉸鏈332、作動桿333、桿頭滾珠334、底座335、光電管336。任務舵機331位于捕獲夾具33 方盒內壁，一端通過控制信號線與遙控接收機38連接，一端與作動桿333連接，遙控接收機 38發出控制信號，可以控制任務舵機331，進而帶動作動桿333運動，對機頭鎖頭42進行鎖定和釋放。鉸鏈332 —端連接底座335，一端連接作動桿333，是作動桿333轉動的軸線。作動桿333呈N形，在其中部通過鉸鏈332與底座連接，一端與桿頭滾珠334連接，一端與任務舵機331連接；桿頭滾珠334位于作動桿333端部，用于減少作動桿333與飛機機頭鎖頭 42的摩擦力。光電管336位于捕獲夾具33內壁中部位置，用于檢測機頭鎖頭42是否運動到位，當光電管收到機頭鎖頭42反射會的光線，表示水上無人機已經鎖定到位。水上無人機4包括機頭鎖桿41、機頭鎖頭42、數傳電臺43、遙控接收機44、GPS和姿態傳感器45。機頭鎖桿41位于無人機機頭前部，用于支撐前置的機頭鎖頭42 ；機頭鎖頭 42位于機頭鎖桿41的端部，用于插入捕獲夾具33中將水上無人機4鎖定。在水上無人機回收之前，捕獲夾具33的任務舵機331處于解鎖狀態；當水上無人機通過遙控器操控，向捕獲夾具33運動過來，當光電管336收到機頭鎖頭42反射的光線， 表示水上無人機已經鎖定到位，這個光電信號通過數傳電臺35發送到艦船上的遙控操控裝置51，操控手可以通過遙控接收機38發出控制信號，控制任務舵機鎖定，完成水上無人機4與回收雪橇3鎖定。可以通過遙控接收機38發出控制信號，控制任務舵機解鎖，水上無人機4在可壓彈簧332的作用下被錐形套筒33推出回收雪橇3，完成水上無人機4的釋放任務。圖6是本發明水上無人機回收系統中探測信號與控制信號傳輸的示意圖。為清楚起見，圖6中涉及艦船的上半部分A以側視圖表示；圖6中涉及回收雪橇的下半部分B以俯視圖表示。如圖6所示，遙控操控裝置51包括數傳電臺2部511和512、圖傳電臺1部513、 遙控器1個514、視頻顯示器515、自動吊裝和鋼索控制器516。遙控操控裝置51采用分層隔框機柜，數傳電臺2部511和512位于遙控操控裝置51的上部，圖傳電臺部513、遙控器 514依次位于數傳電臺511的下部，在遙控操控裝置51的左部安裝；視頻顯示器515位于遙控操控裝置51的底部左側，上面與遙控器514和自動吊裝和鋼索控制器516之間；自動吊裝和鋼索控制器516位于數傳電臺512下部、和視頻顯示器515上部。數傳電臺511接收回收雪橇3發送的任務雪橇的GPS位置和姿態信息，數傳電臺512接收水上無人機4的數傳電臺43發回的飛機GPS位置和姿態信息(由飛機的GPS和姿態傳感傳感器45獲取)； 圖傳電臺513接收回收雪橇3發送的捕獲對接過程的圖像數據；遙控器514發送飛機運動指令到水上無人機，由水上無人機上的遙控接收機44收到，進而輸出到飛機自動駕駛儀控制飛機在水面上運動；遙控器514發送解鎖和鎖定控制指令到回收雪橇3，被遙控接收機38 接收，并發送給捕獲夾具33的任務舵機，完成對水上無人機的解鎖和鎖定。視頻顯示器515 與數傳電臺511和512、圖傳電臺513、自動吊裝和鋼索控制器516，用于顯示捕獲對接過程的圖像數據、回收雪橇和水上無人機的GPS位置和姿態信息以及自動吊裝U型吊臂位置和鋼索牽引距離的信息。自動吊裝和鋼索控制器516分別與自動吊裝控制裝置221和鋼索回繞機構222通過電纜連接，控制自動吊裝機構2的收起放下，以及鋼索21的回繞和釋放。具體來講，本發明水上無人機回收系統對水上無人機進行回收的過程如下步驟SOl，操縱手5在水上無人機4回收前，通過自動吊裝和鋼索控制器516，將自動吊裝機構2放下，在艦船1行進時將自動吊裝機構2放置在水面上方一定距離并鎖定，在船舶靜止時將自動吊裝機構2放置入水中并鎖定；步驟S02，釋放鋼索21，回收雪橇3在活塞252和可壓彈簧251的作用下，被推出吊裝對接裝置25 ；繼續釋放鋼索21，回收雪橇3內的錐形套筒32在可壓彈簧322的作用下， 被推到回收雪橇3的端口處；繼續釋放鋼索21，回收雪橇3進入到艦船1后方的波浪線11 之內。步驟S03，當水上無人機在水面降落后，操縱手5通過遙控操控裝置51顯示的回收雪橇和水上無人機的GPS位置和姿態信息，操縱飛機向回收雪橇運動，同時觀察回收雪橇發回的對接過程圖像信息，微調飛機，使飛機插入捕獲夾具33，當收到光電管336發出的運動到位信息，發送鎖定指令，任務舵機331運動，完成回收雪橇3與水上無人機4的鎖定；步驟S04，回收鋼索，將回收雪橇3與水上無人機4拉回到自動吊裝機構附近，繼續回收鋼索，回收雪橇3進入吊裝對接裝置25中，被自動吊裝機構捕獲；步驟S05，操縱自動回收系統收起，達到收起位置后鎖定，完成對水上無人機的回收。本發明的水上無人機回收系統具有以下有益效果(1)本發明回收系統，可以在較遠距離進行回收對接，以很快的速度進行回收牽引，自動化的提升作業，減少了回收時間，提高了回收效率。(2)本發明回收系統可以在船舶行進中，對水上無人機進行回收，減少了無人機操作對船舶運動的耦合關系，提高了水上無人機回收過程的靈活性。(3)本發明回收系統，只需要一名操縱手就可以完成飛機的回收任務，減少了無人機操縱的人員配置。以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種水上無人機回收系統，其特征在于，包括自動吊裝機構、回收雪橇和遙控操控裝置；其中所述遙控操控裝置位于所述艦船，用于通過無線信號操縱水上無人機向所述回收雪橇運動；所述回收雪橇，用于捕獲所述水上無人機；所述自動吊裝機構安裝艦船船尾的船舷處，通過鋼索與所述回收雪橇連接，用于將捕獲了水上無人機的回收雪橇拖回所述艦船。
2.根據權利要求1所述的水上無人機回收系統，其特征在于，所述自動吊裝機構包括 底座、U型吊臂、鉸鏈與吊裝對接裝置；所述底座固定于所述艦船甲板上； 所述吊裝對接裝置用于容置所述回收雪橇；所述U型吊臂的一端與所述底座鉸接；另一端通過所述鉸鏈與所述吊裝對接裝置連接，所述U型吊臂進行收起或放下運動，以將所述吊裝對接裝置吊離水面或置入水面；所述鋼索沿著U型吊臂、鉸鏈、吊裝對接裝置至所述回收雪橇。
3.根據權利要求2所述的水上無人機回收系統，其特征在于，底座內部安裝自動吊裝控制裝置和鋼索回繞機構；所述自動吊裝控制裝置，由交流伺服驅動器控制交流伺服電機帶動U型吊臂運動，實現自動吊裝機構收起和放下的運動控制；所述鋼索回繞機構由異步電機控制，所述異步電機采用變頻器控制回繞機構的速度， 進而控制鋼索的回繞和釋放的速度。
4.根據權利要求2所述的水上無人機回收系統，其特征在于，所述吊裝對接裝置包括三角形鋼架、吊裝對接裝置本體；所述吊裝對接裝置本體包括第一腔體、敞口型開口、活塞、 至少一個壓縮彈簧、至少一個導線輪；所述三角形鋼架一端通過鉸鏈與U型吊臂相連接，其另一端與吊裝對接裝置本體相連接；所述第一腔體呈圓筒形，用于存放回收雪橇；敞口型開口為弧形敞口型；所述活塞的形狀與所述腔體的內截面的形狀相同，并可在所述第一腔體內前后運動；所述至少一個壓縮彈簧中的每根彈簧一端連接著所述第一腔體的后端板，另一端連接著所述活塞；所述至少一個導線輪位于所述第一腔體的外側，用于傳送所述鋼索至回收雪橇。
5.根據權利要求4所述的水上無人機回收系統，其特征在于， 所述壓縮彈簧有4根，分別安裝在腔體的上下左右位置；所述導線輪有2個，分別安裝于正對所述回收雪橇的位置及該位置的正上方。
6.根據權利要求1所述的水上無人機回收系統，其特征在于，所述回收雪橇包括第二腔體、錐形套筒、飛機卡壓夾具、捕獲夾具、卡板和彈簧；所述錐形套筒可滑動地位于所述第二腔體的內側，用于固定水上無人機的頭部； 所述卡板位于所述第二腔體內，抵接于所述錐形套筒的內側，所述彈簧的一端與所述卡板連接，其另一端與所述腔體的后端蓋連接，卡板和彈簧用于將錐形套筒推向回收雪橇的端口部位；飛機卡壓夾具位于所述錐形套筒的外側，用于在水上無人機進入回收雪橇時，將所述水上飛機固定；捕獲夾具位于錐形套筒的錐形頭部，用于與飛機機頭鎖頭進行鎖定連接。
7.根據權利要求6所述的水上無人機回收系統，其特征在于，飛機卡壓夾具包括卡壓板、可壓彈簧、鉸鏈、橡膠頭；所述卡壓板，位于回收雪橇腔體內部，通過鉸鏈與回收雪橇的端口部位相連接，所述橡膠頭位于所述卡壓板的端部；鉸鏈安裝于回收雪橇的端口部位，其支撐所述卡壓板沿其軸向轉動；可壓彈簧一端連接著回收雪橇的內表面，另一端連接著卡壓夾具。
8.根據權利要求6所述的水上無人機回收系統，其特征在于，捕獲夾具整體呈矩形方盒形，包括任務舵機、鉸鏈、作動桿、桿頭滾珠、底座、光電管；其中所述作動桿呈N形；所述任務舵機與作動桿的一端連接；所述鉸鏈一端連接底座，一端連接作動桿的轉動軸；所述作動桿的另一端通過桿頭滾珠連接至飛機機頭鎖頭；光電管位于所述矩形方盒內壁，用于檢測機頭鎖頭是否運動到位；任務舵機位于所述矩形方盒內壁，一端與信號控制端連接，另一端與作動桿連接，任務舵機的運動進而帶動作動桿運動，從而對飛機機頭鎖頭進行鎖定和釋放。
9.根據權利要求8所述的水上無人機回收系統，其特征在于，所述水上無人機包括機頭鎖桿、機頭鎖頭；其中，機頭鎖桿位于無人機機頭前部，用于支撐前置的機頭鎖頭；機頭鎖頭位于機頭鎖桿的端部，用于插入捕獲夾具中將水上無人機鎖定。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的水上無人機回收系統，其特征在于，所述回收雪橇還包括攝像機、圖傳電臺、GPS和姿態傳感器、數傳電臺和/或遙控接收機，其中所述攝像機位于錐形套筒的錐形頭部，用于將回收雪橇處與水上無人機對接過程的圖像，通過圖傳電臺發送到艦船上的遙控操控裝置；所述GPS和姿態傳感器安裝于回收雪橇的上表面，用于測量回收雪橇的位置和姿態， 并通過數傳電臺將位置和姿態數據發送到艦船上的遙控操控裝置；所述遙控接收機安裝于回收雪橇的上表面，可以接收艦船上的遙控操控裝置的控制指令，打開或解鎖捕獲夾具與飛機機頭鎖頭的鎖定連接。
11.根據權利要求10所述的水上無人機回收系統，其特征在于，所述遙控操控裝置包括視頻顯示器；所述視頻顯示器與所述數傳電臺、圖傳電臺、自動吊裝和鋼索控制器相連接，用于顯示捕獲對接過程的圖像數據、回收雪橇和水上無人機的GPS位置和姿態信息以及自動吊裝U 型吊臂位置和鋼索牽引距離的信息。
全文摘要
本發明公開了一種水上無人機回收系統。該系統包括自動吊裝機構、回收雪橇和遙控操控裝置。其中遙控操控裝置位于艦船，用于通過無線信號操縱水上無人機向回收雪橇運動；回收雪橇，用于捕獲水上無人機；自動吊裝機構安裝艦船船尾的船舷處，通過鋼索與回收雪橇連接，用于將捕獲了水上無人機的回收雪橇拖回艦船。本發明回收系統可以在較遠距離進行回收對接，以很快的速度進行回收牽引，自動化的提升作業，減少了回收時間，提高了回收效率。
文檔編號B64F1/36GK102358434SQ20111027296
公開日2012年2月22日 申請日期2011年9月15日 優先權日2011年9月15日
發明者常紅星, 易建強, 朱迎谷, 范國梁, 袁如意, 譚湘敏 申請人:中國科學院自動化研究所