[发明专利]一种基于气动舵面的机械臂及其工作方法

说明书

本发明公开了一种基于气动舵面的机械臂及其工作方法，涉及航空航天飞行器对接领域，能够适用于多种空中对接作业，并且控制相应速度快，对接精准，提高了空中对接的安全和可靠性，同时提升了对接的效率。本发明包括：包括刚性管系统、角度传感器、操作端。刚性管系统由若干条刚性管依次活动连接组成，部分刚性管的尾端安装舵面，舵面为升降舵、方向舵、滚转舵中的至少两种。刚性管之间的连接处设置角度传感器。刚性管系统一端和作业机活动连接，另一端设置工作端，工作端为输油口或者对接锁扣。本发明有效减少了对接飞机的机动动作，提高对接安全性和可靠性。本发明应用于空中加油、物资补给，无需复杂的机械结构，通过操纵舵面来产生控制力，控制机构运动，从而达到类似机械臂的效果。

技术领域

本发明涉及航空航天飞行器对接领域，尤其涉及一种基于气动舵面的机械臂及其工作方法。

背景技术

飞行器空中操纵机构(如机械臂、软管等)可以用于两个或多个飞行器之间在空中执行特殊任务，如空中加油、物资补给等，可以加大飞机航程及作战半径、增加飞机滞空时间、增加机载设备或飞机有效载重等，极大地提高飞行器的性能，在特殊用途的军用飞行器中具有很广阔的应用前景。

目前飞行器空中操纵机构主要分为软管式(对接子机主动进近)以及机械式(母机机械控制)等。

软管式系统广泛应用于空中加油任务，主要由美国海军和大多数国家应用，主要由加油吊舱和加油平台组成，由安装有软管的工作机追踪对接接头完成工作。该技术优点是结构十分简单，软管上没有复杂的操纵部件。但是，缺点是该机构中的软管无操作舵面，无法控制对接点的姿态与位置，且在复杂气流条件下容易产生震荡，需要受油机进行实时姿态、位置调节来完成任务，但受油机质量大惯性大，活动不灵活。

另一种空中操纵机构为机械臂式，该系统目前由美国DARPA研制的gremlin无人机应用，使用类似自动化生产线上的机械臂结构完成末端抓取：子机在完成进近的机动后，首先利用软管进行对接，再由母机将子机拖至机腹下方，最后由两自由度固定机构抓取子机，从而实现空中回收飞机的功能。该技术的优点是将软管式与硬式固定机构相结合；缺点是机械臂结构部件复杂、重量重、控制能耗大，同时操纵、运动响应速度很慢，两自由度的固定机构活动范围有限，无法调节机械臂空间上的远近，从而无法精确控制对接点，会降低空中对接作业的效率和安全可靠性。

发明内容

本发明提供一种基于气动舵面的机械臂及其工作方法，能够适用于多种空中对接作业，并且控制相应速度快，对接精准、安全、可靠，提高了空中对接的安全、可靠性，并提升了对接效率；解决了现有对接技术依靠子机寻找对接点时，子机姿态、位置响应慢，精度低的问题；通过气动舵面驱动机械臂运转，操纵对接接头主动寻找子机，提升了对接的安全、可靠性，也提升了对接效率；同时机械臂具有分段控制的能力，能够较好地抑制气动颤振，实现精确控制。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于气动舵面的机械臂，包括刚性管系统、角度传感器、操作端。刚性管系统由若干条刚性管依次活动连接组成，部分刚性管的尾端安装舵面，舵面为升降舵、方向舵、滚转舵中的至少两种。

刚性管之间的连接处设置角度传感器。

刚性管系统一端和作业机活动连接，另一端设置工作端。

进一步的，工作端为输油口或者对接锁扣。

进一步的，舵面的尾端设置旋转轴，刚性管的尾端安装电机，电机的输出轴连接旋转轴。

进一步的，所示舵面的攻角范围为-30°～30°。