[0001] 本发明涉及的是无人机起降装置技术领域， 具体说是一种固定翼无人机起降系 统及其起降方法。

背景技术

[0002] 目前， 固定翼无人机常见的起飞方式有滑行起飞， 垂直起飞， 空中抛投， 弹道 弹射起飞和手抛等方式； 而相比于起飞， 无人机的回收是一个更为复杂， 也是 更容易出现故障的阶段， 能否安全着陆已经成为评价无人机性能的一项 重要指 标， 目前无人机的回收方式主要有伞降回收、 撞网回收、 起落架滑轮着陆、 空 中勾取回收等。

发明概述

技术问题

[0003] 在现有技术中， 固定翼无人机的起飞和回收通常为相互独立的 系统， 且一种起 飞装置或回收系统只能满足单一型号的固定翼 无人机使用， 使用成本较高， 适 配性较低， 难以满足当前固定翼无人机起降的辅助需求。

问题的解决方案

技术解决方案

[0004] 本申请人针对上述现有生产技术中的缺点， 提供一种结构合理的固定翼无人机 起降系统及其起降方法， 从而满足不同尺寸型号的固定翼无人机的起飞 和降落 要求， 以便于提高无人的出勤效率， 降低无人机起降装置的占用空间。

[0005] 本发明所采用的技术方案如下：

[0006] 一种固定翼无人机起降系统， 包括基座， 基座前端通过凸台安装有能量储存装 置， 能量储存装置包括外套筒， 其固定安装在凸台上表面， 外套筒内部嵌套有 沿其滑动的弹射件， 弹射件前端安装有可调式发射架， 可调式发射架包括发射 台架， 其两侧分别转动连接有调节架， 每个调节架的内侧分别固定连接有无人 机托架， 每个调节架后侧顶部安装有限位架； 外套筒后端面处设有一块中部开 有圆孔的挡板， 挡板下方对接有沿凸台后端面安装的槽架， 槽架上安装有锁止 机构， 弹射件通过弹簧与挡板连接， 弹射件的末端穿过挡板的圆孔并卡入所述 锁止机构；

[0007] 弹射件末端端面上通过绳索一与驱动控制机构 连接， 所述驱动控制机构包括收 线盘， 其通过安装在基座上表面中部的伺服电机驱动 ， 沿收线圆盘圆周一圈开 有卷绕所述绳索一的主线槽， 收线圆盘外端面上沿轴向延伸有与主线槽同心 的 副线槽， 其上绕卷有绳索二， 绳索二的另一端连接至所述锁止机构；

[0008] 弹射件的末端端面通过绳索三与阻拦回收机构 连接， 阻拦回收机构包括连接在 基座尾部两侧的倾斜支架， 倾斜支架上端通过转轴安装有轻质滑轮， 两根倾斜 支架下方各安装有一根支脚， 两个支脚及轻质滑轮上缠绕阻拦绳索， 并将其布 成三角形状， 阻拦绳索的末端连接有拉力传感器， 拉力传感器的另一端连接所 述绳索三；

[0009] 凸台底面上吊装有阻拦网， 基座中部上表面安装有信号传输及控制装置， 所述 信号传输及控制装置包括安装在基座中部上表 面控制伺服电机转动的伺服驱动 器、 计算并传输动力参数的上位机、 以及接收上位机运动控制程序并向伺服驱 动器传输信号的运动控制卡。

[0010] 所述锁止机构的结构为： 包括两个相对安装的锁止块， 两个锁止块的下端分别 通过转动副固定在槽架上， 两个锁止块的中部通过拉簧连接， 两个锁止块的上 端构成与所述挡板上的圆孔相连通的圆环， 弹射件的末端穿过挡板的圆孔并卡 入圆环内。

[0011] 槽架成 L型， 包括竖直面， 其底部延伸有水平面， 两个锁止块安装在竖直面的 中部， 竖直面的四角处分别安装有一个过线轮， 水平面上间隔安装有两个所述 过线轮， 两个锁止块的顶端分别通过带孔螺栓固定有绳 索二的两个接头， 两个 接头从两侧分别绕经竖直面上的过线轮， 再分别绕过水平面上的两个过线轮后 ， 经过锁扣汇合成单条绳索后卷绕至所述副线槽 内。

[0012] 一种固定翼无人机起降系统的起降方法， 其弹射无人机的过程包括如下步骤：

[0013] 第一步： 调整两个调节架相对于发射台架的角度， 调整调节架上安装的两个限 位架之间的水平距离， 将待起飞的无人机放置在发射台架上； [0014] 第二步： 伺服电机驱动收线盘旋转， 使收线盘的主线槽释放绳索一， 释放完毕 后， 副线槽对绳索二继续进行牵引， 绳索二分成两支分别绕过槽架上的过线轮 后， 向两侧拉动两个锁止块， 进而释放弹射件；

[0015] 第三步： 弹射件外壁上的压缩弹簧推动弹射件沿外套筒 内壁向前运动， 同时带 动可调式发射架及无人机一起向前弹射；

[0016] 其收回无人机的过程包括如下步骤：

[0017] 第一步： 无人机背部的尾钩勾住绕在支脚线槽内的阻拦 绳索， 使阻拦绳索拉动 拉力传感器和绳索三；

[0018] 第二步： 绳索三拉动弹射件并压缩弹簧以吸收无人机的 动能， 无人机拉动阻拦 绳索的同时产生环绕着轻质滑轮向上运动的惯 性， 进而撞向阻拦网， 即完成回 收过程。

发明的有益效果

有益效果

[0019] 本发明可以实现多种尺寸的固定翼无人机弹射 起飞和平稳阻拦降落，具备弹良好 的隐蔽性、 经济性和适应性等优点。

[0020] 本发明通过改变调节架相对发射台架的倾角， 来改变无人机的两个限位件之间 的水平距离， 进而实现弹射不同尺寸的固定翼无人机。

[0021] 本发明能量储存装置既能为固定翼无人机的弹 射起飞时提供动力来源， 又能为 固定翼无人机阻拦回收时吸收能量， 将起飞和回收系统统一于同一系统中， 无 需独立设置两套独立的设备， 实现固定翼无人机的快速弹射起飞和平稳阻拦 撞 网回收， 降低了成本， 提高了系统的使用率。

[0022] 本发明节约了无人机起降的空间， 更能适应在舰船、 山区和沙漠环境中的固定 翼无人机起降辅助需求。

对附图的简要说明

附图说明

[0023] 图 1为本发明的立体结构示意图。

[0024] 图 2为本发明立体结构示意图 （另一视角） 。

[0025] 图 3为图 1中 A部的放大图。 [0026] 图 4为本发明拆去外套筒后的结构示意图。

[0027] 图 5的本发明在弹射起飞状态时的示意图。

[0028] 图 6为本发明在收回状态的示意图。

发明实施例

本发明的实施方式

[0029] 如图 1和图 2所不， 本实施例的固定翼无人机起降系统， 包括基座 1， 基座 1刖端 通过凸台 2安装有能量储存装置， 能量储存装置包括外套筒 3 , 其固定安装在凸 台 2上表面， 外套筒 3内部嵌套有沿其滑动的弹射件 4, 弹射件 4前端安装有可调 式发射架， 可调式发射架包括固定安装在弹射件 4上表面与其平行的发射台架 5 ， 其两侧分别转动连接有调节架 6 , 每个调节架 6的内侧分别固定连接有无人机 托架 7 , 每个调节架 6的后侧顶部安装有限位架 8 ; 外套筒 3后端面处设有一块中 部开有圆孔的挡板 9 , 挡板 9下方连接有沿凸台 2后端面安装的槽架 10, 槽架 10上 设有锁止机构， 弹射件 4的末端穿过挡板 9的圆孔并卡入锁止机构；

[0030] 弹射件 4末端端面上通过绳索一 11与驱动控制机构连接， 驱动控制机构包括收 线盘， 其通过安装在基座 1上表面中部的伺服电机 13驱动， 沿收线圆盘圆周一圈 开有卷绕绳索一 11的主线槽 12, 收线圆盘外端面上沿轴向延伸有与主线槽 12同 心的副线槽 14, 其上绕卷有绳索二 15 , 绳索二 15的另一端连接至锁止机构； 弹 射件 4的末端端面通过绳索三 16与阻拦回收机构连接， 阻拦回收机构包括与基座 1尾部连接的倾斜支架 17 , 倾斜支架 17上端安装有轻质滑轮 33 , 倾斜支架 17下方 安装两侧安装有支脚 18 , 支脚 18上及轻质滑轮 33上缠绕有阻拦绳索 19 , 阻拦绳 索 19的末端连接有拉力传感器 20, 拉力传感器 20的另一端连接绳索三 16; 还包 括阻拦网 21， 其吊装在凸台 2底面上； 基座 1上表面中部还安装有信号传输及控 制装置。

[0031] 每个调节架 6均成梯形结构， 其顶部设有一圆杆， 圆杆下侧两端分别通过两根 斜杆与发射台架 5铰链连接， 圆杆前端面固定连接无人机托架 7 , 无人机托架 7成 L形结构， 并与圆杆位于同一水平面， 圆杆后端通过转动副连接限位架 8 , 限位 架 8成 L形， 并与圆杆位于同一竖直面； 两个调节架 6的限位架 8后端面上共同连 接有一根带滑槽的固定杆 23。 [0032] 如图 3所示， 锁止机构的结构为： 包括两个相对安装的锁止块 27， 两个锁止块 2 7的下端分别通过转动副固定在槽架 10上， 两个锁止块 27的中部通过拉簧 28连接 ， 两个锁止块 27的上端构成与挡板 9上的圆孔相连通的圆环， 弹射件 4的末端穿 过挡板 9的圆孔并卡入圆环内。

[0033] 槽架 10成 L型， 包括竖直面， 其底部延伸有水平面， 两个锁止块 27安装在竖直 面的中部， 竖直面的四角处分别安装有一个过线轮 29 , 水平面上间隔安装有两 个过线轮 29 , 两个锁止块 27的顶端分别通过带孔螺栓固定有绳索二 15的两个接 头， 两个接头从两侧分别绕经竖直面上的过线轮 29 , 再分别绕过水平面上的两 个过线轮 29后， 经过锁扣汇合成单条绳索后卷绕至副线槽 14内。

[0034] 倾斜支架 17有两根， 通过螺栓连接固定在基座 1的尾端， 两根倾斜支架 17上端 通过转轴及止推轴承套座安装轻质滑轮 33 , 支脚 18有两根， 且成倒 V形对称安装 在两根倾斜支架 17下方， 两根支脚 18的上端分别通过铰链结构与两根倾斜支架 1 7连接， 两根支脚 18底端支撑在地面上， 且开有线槽， 阻拦绳索 19从拉力传感器 20的一端伸出绕经轻质滑轮 33后， 分成两股绕经两个支脚 18的线槽后汇合， 将 阻拦绳索 19布成等腰三角形状的线网。

[0035] 阻拦网 21采用弹性网面材质， 通过连接件 22吊装在凸台 2底面上。

[0036] 主线槽 12的半径大于副线槽 14的半径。

[0037] 信号传输及控制装置包括安装在基座 1中部上表面控制伺服电机 13转动的伺服 驱动器 26、 计算并传输动力参数的上位机 24、 以及接收上位机 24运动控制程序 并向伺服驱动器 26传输信号的运动控制卡 25。

[0038] 如图 4所示， 弹射件 4整体成圆柱状， 沿其外壁轴向安装有多个压缩弹簧 30, 压 缩弹簧 30的一端固定在弹射件 4外壁上， 另一端固定在挡板 9内壁上， 外套筒 3内 壁面上沿轴向开有多个容纳压缩弹簧 30的槽孔； 弹射件 4末端延伸有圆锥状结构 ， 并与挡板 9的圆孔相配合。

[0039] 如图 5和图 6所示， 本实施例的固定翼无人机起降系统的起降方法 ， 其弹射无人 机 31的过程包括如下步骤：

[0040] 第一步： 调整两各调节架 6相对于发射台架 5的角度， 调整调节架 6上两个限位 架 8之间的水平距离， 将待起飞的无人机 31放置在发射台架 5上； [0041] 第二步： 伺服电机 13驱动收线盘旋转， 使收线盘的主线槽 12释放绳索一 11， 释 放完毕后， 副线槽 14对绳索二 15继续进行牵引， 绳索二 15分成两支分别绕过槽 架 10上的过线轮 29后， 向两侧拉动两个锁止块 27 , 进而释放弹射件 4;

[0042] 第三步： 弹射件 4外壁上的压缩弹簧 30推动弹射件 4沿外套筒 3内壁向前运动， 同时带动可调式发射架及无人机 31—起向前弹射；

[0043] 其收回无人机 31的过程包括如下步骤：

[0044] 第一步： 无人机 31背部的尾钩 32勾住绕在支脚 18线槽内的阻拦绳索 19 , 使阻拦 绳索 19拉动拉力传感器 20和绳索三 16 ;

[0045] 第二步： 绳索三 16拉动弹射件 4并压缩弹簧 30以吸收无人机 31的动能， 无人机 3 1拉动阻拦绳索 19的同时产生环绕着轻质滑轮 33向上运动的惯性， 进而撞向阻拦 网 21， 即完成回收过程。

[0046] 本实施例的固定翼无人机起降系统的驱动控制 方式：

[0047] 阻拦绳索 19在勾住无人机尾钩 32之前， 无人机 31通过自身内置的无线传输模块 将自身的速度 V， 高度 h和等效质量 M等参数传递给上位机 24 , 上位机 24根据无人 机 31的动力参数， 计算出降落时动能差 AE和势能差 AP， 进而建立固定翼无人机 阻拦系统的动力学模型：

[0048]

[0049] 其中 1为无人机勾住阻拦绳索 19后拉力传感器的位移变化， 0为阻拦绳索 19的在 轻质滑轮 33及两个支脚 18之间布成的等腰三角形状线网的底角， L为拉力传感器 20的最大水平位移； 求解出无人机阻拦降落的运动学方程：

[0050]

[0051] 进而根据该运动学方程求解所需阻拦绳索的张 力 T(t)和伺服电机转速 co(t):

[0053] 其中 R为收线盘主线槽 12的半径， cp(t)为伺服电机 13的角位移补偿函数。 进而根 据伺服电机 13转速变化函数自动生成运动控制程序,并下载 到运动控制卡 25 , 当 阻拦绳索 19勾住无人机尾钩 32时， 拉力传感器 20测得阻拦绳索 19中的张力， 并 反馈到运动控制卡 25 , 若该张力的值超出预定范围后， 运动控制卡 25开始执行 运动控制程序， 并向伺服驱动器 26发送脉冲以驱动伺服电机 13 , 使伺服电机 13 带动收线盘转动， 并通过缠绕在主线槽 12中的绳索一 11拉动弹射件 4, 进而将阻 拦绳索 19的张力值降低到预定范围内， 以实现固定翼无人机 31的平稳阻拦降落