海上無人機固定方案設計案例1.1無人機著艇防滑固定裝置的需求分析無人機的自動降落本身會存在誤差，極端情況下誤差較大，海上無人機停機平臺位于船體表面，海面風浪對其穩(wěn)定性影響較大，且具有潮濕易滑的特點。小型旋翼無人機續(xù)航里程較短，需要及時得到能源補充，為提高空海協(xié)同系統(tǒng)的自動化和無人化程度，旋翼無人機降落后的位置矯正和固定是無人機著艇平臺設計的首要任務，實現(xiàn)防滑的自動充電機庫首先就要設計固定裝置。1.2SolidWorks設計軟件簡介SolidWorks是一款用于三維建模和通過運動算例可實現(xiàn)動態(tài)機械仿真的軟件，由于其本身的強大功能，在工科學習和工程設計領域得到了廣泛的應用。SolidWorks建圖從平面到三維立體、從零件到整體裝配、從靜態(tài)圖案到動態(tài)模擬演示，能夠從簡單的零部件設計出發(fā)，通過精確的參數(shù)尺度標定，實現(xiàn)需求的運動演示效果，因此本設計方案選擇了利用SolidWorks來演示設計效果。1.3根據需求的防滑固定裝置設計當無人機降落至停機平臺時，由于自動降落的誤差原因，無人機可能隨機的出現(xiàn)在平臺的任何位置（當然此方式囊括了可能出現(xiàn)的最大誤差，實際誤差一般比較小，即降落位置靠近預設位置），根據自動降落的調研結果，無人機降落誤差主要為水平方向的位移誤差，其角度的旋轉誤差很小，以下所述“L”型推桿在推動過程中可完全矯正角度的偏差。1.3.1固定方案無人機最終停放位置為根據要求和實際使用場所設置的，本文中設定其為平臺中心位置，當無人機降落停止后，電機驅動四根分別位于平臺四個角的“L”型推桿向預設位置移動，移動過程中任意一根推桿可能接觸到無人機的底座支撐桿，接觸后達到推動無人機的效果，為保證全方位推動無人機，四根推桿在電機驅動下從平臺的四個對角方向同時以相同的速度向中心位置推進。當四根推桿到達預設位置時無人機正好被推到中心位置，且無人機底座撐桿的四個水平方向上均有兩根推桿夾持，達到固定效果。以下圖2-1到圖2-4圖展示了利用SolidWorks做出的模擬無人機降落和推動固定的動態(tài)過程，為充分體現(xiàn)自動降落可能存在誤差，演示過程將無人機降落點隨機設置在平臺上距中心預設位置較遠的靠近邊緣的位置，當無人機接觸臺面后其自動降落功能便完成了，無人機停止工作。平臺上的傳感器檢測出無人機降落，將信號傳給平臺的控制部分，控制單元立即將驅動電機推動推桿，直到將無人機推到設定位置，電機停止轉動，推桿將無人機底座包圍固定。圖2-1無人機降落固定流程演示（1）圖2-2無人機降落固定流程演示（2）圖2-2無人機降落固定流程演示（3）圖2-4無人機降落固定流程演示（4）1.3.2關鍵技術分析該方案中起主要作用的是推桿，以及推桿的驅動，相比于國內外已有的技術和專利，該方案的創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）推桿形狀：本裝置的推桿設計為“L”型，當任意一根推桿首先與無人機接觸并推動時，可快速矯正無人機微小的旋轉角度誤差，使無人機的一根撐桿在“L”型推桿的頂角處，與該撐桿在相鄰邊上的兩根撐桿分別在“L”型推桿的兩條邊上，即最大程度保證了無人機撐桿和推桿的接觸，在推動過程中保證了無人機運動的平穩(wěn)性，在海面搖擺較大的情況下能夠快速推動無人機至設定位置。（2）推桿數(shù)量和位置：與已有的兩推桿固定法不同的是，本方案利用了四根推桿，如下圖推桿原始位置在平臺的邊角處，推桿兩條邊的長度分別等于矩形平臺相鄰兩條邊的長度的一半，如此設計的目的在于無論無人機降落在平臺上任何位置，都可通過推桿將其推到設定位置固定，既體現(xiàn)了該設計方案的全面性和健壯性。圖2-5推桿原始位置和長度由于四根推桿均要同時運動最終將無人機的撐桿包圍固定，且推桿的邊長略大于無人機起落架撐桿之間的距離，所以將推桿的高低位置設計不同。圖示①號推桿為相對最低位置，其對角的③號推桿為次低位，同理與①號推桿相鄰的②號推桿及其對角的④號推桿分別位于最高位和次高位，如此設計方法除了滿足四根推桿包圍無人機的基本需求外，主要是保證推動過程中以及固定后無人機的穩(wěn)定。而所述四根推桿位置的高低關系設計在固定無人機之后為下圖所示的狀態(tài)，無人機底座側面每個面的夾持桿均有一高一低，處于對面的推桿也不是一面高、一面低的狀態(tài)，如下圖所展示，確保無人機受力固定時不會發(fā)生由于受力位置高低差別導致的側翻，再次保證了該方式固定下處于海面的無人機的穩(wěn)定性。圖2-6無人機固定后的受力展示此法固定后無人機起落架的每根撐桿都處于“L”型推桿的頂角處，同時也是其他兩根推桿兩邊的閉合處，無人機起落架的每個側面均有兩根高低不同的推桿夾持，很好的實現(xiàn)了防滑防搖擺的功能。驅動電機選型：常用六旋翼無人機機身重約6kg左右，無人機起落架一般選用輕型的復合材料，經查閱相關資料，常用高強度、高剛性且易加工的PAFG430材料做小型無人機的起落架，海上著艇的停機平臺較為光滑，摩擦阻力小，無人機起落架與停機平臺的摩擦系數(shù)在0.25-0.4之間，按最大摩擦系數(shù)0.4計算，推動無人機所需要的推力為24N，根據直流電機功率計算公式：