一种无人机空中对接机构及具有其的着舰系统

本发明涉及无人机，更具体的说是涉及一种无人机空中对接机构及具有其的着舰系统。

背景技术：

1、目前，根据海洋建设的发展需求，空海协同无人系统也因此不断发展起来，利用不同个体的优势形成更强的多维空间信息感知能力，完成更复杂的工作。空海协同无人系统最关键的技术是艇载无人机的回收布防，在复杂的海洋环境中，无人机的着舰问题面临着诸多挑战；海洋环境多变且难以预测，海风与海浪的影响尤为显著。船舰在这种的环境下始终处于动态的移动中，导致了船舰无法为无人机提供一个相对稳定的着舰平台。然而，无人机的着陆过程要求极高的精确性和稳定性，稍有偏差就可能导致着陆失败，甚至损坏无人机。因此艇载无人机回收布防将面临巨大挑战；因此，一种对接机构实现无人机的空中对接，进而完成着舰任务，是一个重要研究方向。

2、目前，对接机构的设计大多采用传统的机械结构，利用其结构特性来完成锁紧、分离等任务，也有利用机械臂和磁耦合的方式进行对接机构的设计，为了实现结构的稳固性和可靠性，需要较多结构部件，导致整个对接机构的结构较为复杂，不仅增加了制造成本和维护难度，而且难以精确控制其附加重量，也增加了控制算法的复杂性。

3、因此，如何提供一种结构简单，快速实现对接、锁紧和分离任务的同时，实现结构简化和轻量化的对接机构，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种无人机空中对接机构及具有其的着舰系统，旨在解决上述技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种无人机空中对接机构，包括：

4、对接母头，所述对接母头为顶端封闭，底端开口的空心圆筒结构，且其内顶壁同轴固定有内锥座，所述内锥座上开设有锥形孔；

5、对接公头，所述对接公头为锥形体结构，并同轴滑动连接在所述对接母头内部，所述对接公头顶端的外锥面与所述锥形孔的内锥面对接，底端的侧壁上开设有第一通孔；

6、伸缩机构，所述伸缩机构通过安装架连接在所述对接公头内侧，所述伸缩机构具有朝向所述第一通孔的伸缩端，所述伸缩端能够穿出所述第一通孔与所述对接母头的内侧壁抵接。

7、通过上述技术方案，本发明提供的一种无人机空中对接机构，对接公头滑动插入对接母头内部时，通过内锥座的结构设置，能够对对接公头起到导向作用，即使在有些许偏差的情况下，也能够快速实现精准对接，伸缩机构的伸缩端能够穿出第一通孔与对接母头的内侧壁抵接，通过控制伸缩端的伸缩，进而实现对接母头和对接公头的锁紧与分离，本发明在能够实现精准对接、锁紧和分离的基础上，对结构进行了优化，实现整体结构的轻量化，并且降低了操作难度，提升了工作效率。

8、优选的，在上述一种无人机空中对接机构中，所述对接公头底端固定有挡环，所述挡环的外端面与所述对接母头的底端抵接。挡环的设置一方面便于与无人机的连接，另一方面可起到有效的限位作用，在对接公头和对接母头对接时，通过挡环的外端面与对接母头底端抵接，可有效防止对接公头的顶端与锥形孔的过渡对接，而导致的结构损坏。

9、优选的，在上述一种无人机空中对接机构中，所述对接公头包括锥形筒体和套环，所述锥形筒体的顶端尖头与所述锥形孔对接，所述锥形筒体的底端口沿具有环形凸台，所述环形凸台的外侧壁与所述锥形筒体的底部圆周面形成安装面，所述套环的侧壁上开设有所述第一通孔，且其一端与所述安装面粘接固定，另一端与所述挡环粘接固定；所述环形凸台的端面上具有向其中心轴线方向延伸的定位安装台，所述定位安装台通过紧固件与所述安装架紧固。锥形的结构设置，能够起到很好的导向作用，即使在对接时，存在偏差，也可快速导向调整并完成对接。

10、优选的，在上述一种无人机空中对接机构中，所述安装架包括环形板和定位块，所述环形板的边缘开设有第二通孔，所述定位安装台上开设有螺纹孔，所述紧固件穿过所述第二通孔与所述螺纹孔螺纹连接；所述定位块固定在所述环形板的中心，所述伸缩机构的外壳的一端与所述定位块的侧壁固定连接，另一端通过支架固定在所述环形板上。结构简单稳定。

11、优选的，在上述一种无人机空中对接机构中，所述挡环包括内径相同且外径不同的第一圆环和第二圆环，所述第一圆环与所述套环粘接固定，所述第二圆环的内侧具有与其同心布置的第三圆环，所述第三圆环和所述第二圆环之间固定有多根环布的支撑杆。结构简单稳定。

12、优选的，在上述一种无人机空中对接机构中，所述伸缩机构的伸缩端端头固定有摩擦头。通过摩擦头的设置，能够增加摩擦力，进一步增强对接公头和对接母头之间的锁紧，保证对接过程中的稳定性。

13、优选的，在上述一种无人机空中对接机构中，所述摩擦头为硅胶贴片。

14、优选的，在上述一种无人机空中对接机构中，所述内锥座包括底板和内锥筒，所述底板与所述对接母头的内顶壁固定连接，所述内锥筒包括一体成型的圆柱段和圆锥段，所述圆柱段与所述底板固定连接。结构简单稳定。

15、优选的，在上述一种无人机空中对接机构中，所述伸缩机构为电动推杆。

16、本发明还公开了一种着舰系统，包括船舰、子无人机、母无人机、牵引机构及上述的无人机空中对接机构；

17、所述对接母头的顶端固定在所述子无人机的底部；所述对接公头远离所述内锥座的一端与所述母无人机的顶端固定连接，通过控制所述伸缩端与所述对接母头的内侧壁抵接，实现所述子无人机和所述母无人机的合体或分离；所述牵引机构的一端与所述母无人机连接，另一端与所述船舰连接。

18、优选的，在上述一种着舰系统中，所述牵引机构为线缆。

19、通过上述技术方案，本发明提供的一种着舰系统，包括船舰、子无人机、母无人机、牵引机构及无人机空中对接机构，由于海风海浪的影响，船舰处于颠簸状态，其姿态始终处于变化中；船舰通过线缆与母无人机连接；母无人机为着舰无人机，由于线缆隔离了船舰与母无人机之间的姿态，母无人机的姿态在舰船颠簸时不受船舰影响，始终保持稳定；对接母头和对接公头分别安装在子无人机和母无人机上；子无人机进行着舰时，通过对接机构与母无人机进行对接锁紧形成着舰系统，通过柔顺控制的方法控制船舰上的线缆进行收回，进而着舰系统通过线缆牵引拉回到船舰的甲板上，完成着舰，其过程保持一定的稳定性和柔顺性；当子无人机起飞分离时，着舰系统起飞上升，船舰有序释放线缆，到达一定高度后，控制伸缩机构的伸缩端收回，对接母头和对接公头分离，子无人机快速提高转速实现分离。

20、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种无人机空中对接机构及具有其的着舰系统，具有以下有益效果：

21、1、本发明能够迅速地在高精度中实现锁紧和分离，控制伸缩机构的伸缩端伸出和回收，实现对接母头和对接公头的对接或分离，结构简单，操作便捷。

22、2、本发明通过锥形筒体和内锥筒的锥形结构设置，起到了良好的导向作用，提高对接作业的容差性能和对接成功率，进而实现精准及快速对接。

23、3、本发明通过挡环的结构设置，便于挡环与无人机连接，并对对接公头起到了限位的作用，有效防止结构损坏。

24、4、本发明通过伸缩机构做直线运动，带动伸缩端伸出顶住对接母头的内侧壁，同时伸缩端具有摩擦头，增加了对接母头和对接公头对接时的摩擦力，使得对接更加稳定，代替了传统复杂的机械结构，实现了结构轻量化，同时整体结构的重量和体积大大减小。

25、5、本发明的定位块为正多边形的结构设置，能够使得伸缩机构在对接公头内部保持精确的对称分布位置，还能防止伸缩机构在运行时发生偏移或晃动，进一步提高了对接的精准度。