气动式抓取起落装置

文/哈尔滨工业大学航模协会 张剑龙

气动式抓取起落装置

文/哈尔滨工业大学航模协会 张剑龙

抓取过程

整体结构

“气动式抓取起落装置”是为解决直升机模拟搜救项目竞赛抓取过程中的触地问题，尽量提高悬空抓取效率的一项设计。

本装置是纯机械结构，由“气动”和“抓取”两大部分组成。气动部分包括气瓶、气缸、粘板和控制系统，抓取部分主要是舵机控制的镶有钉子的支架。

主要工作流程：先利用下落的粘板粘住奶盒，升高直升机；然后发射机拨动开关，使得张开的抓取支架合拢，紧紧抓住奶盒。待越过障碍物后，气缸部分开始上升，由于奶盒被支架紧紧抓住，粘板与奶盒分离，悬停至投放区后，发射机控制支架打开，放下奶盒。

为了更好地确定尺寸关系和避免加工的难度，本装置在设计之初进行了三维建模，其设计细节主要表现在以下几点：

第一，尺寸的确定。在直升机模拟搜救项目中，奶盒容易受到气流的影响而倒地，尤其当奶盒平躺在地上时，奶盒顶部距离地面只有30mm左右的高度，这增加了单单依靠操作手的技术来稳定直升机以缓慢地移动到奶盒上部进行抓取的难度，极易造成触地现象。本装置确定了粘板和张开后的支架底端距离控制在10mm以内，包含持平状态；同时，对粘板的长度也进行了合理的限制以使支架能够顺利闭合。经过这两项处理之后，多次飞行试验表明，该方案对尺寸的控制达到了预期效果，既减少了抓取过程中触地次数又能够在支架闭合时镶有钉子的支架牢牢地抱紧奶盒。底板的作用除了与直升机本体连接以外，还要放置其他零部件，像气瓶、气缸、气控部分，以及图像传输设备等。严格控制其尺寸大小，又为其他设备留出足够的装载空间，经过多次的修改，底板最终尺寸确定为260mm×220mm。

第二，支架张开时角度的控制。张开的角度既不能太大又不能过小，太大会增加支架闭合的时间，太小会使支架底部与粘板的距离超过理想距离。最终的角度约为与水平面成70º。

第三，粘板的制作。自制的粘板很好地控制了胶量，达到了减轻重量和粘取效果好的双重目的。

第四，粘板导轨的设计。试验中发现，如果奶盒没有粘在粘板的中央位置容易使得粘板发生倾斜或是旋转，影响了后续的闭合过程。为克服这个弱点，设计了一个导轨，其下部为3mm的层板，可与粘板通过双面胶结合在一起，且避免粘取过程中的变形。上部的木板用螺丝连接，固定在气缸上，两板之间用可以在上板孔内滑动的碳管连接。碳管与下板通过AB胶粘合。

第五，减轻孔的构造。对于直升机来说，负载越少其飞行性能越好，因此本装置在尺寸控制外，在不影响支架强度的前提下，在铝合金支架上打出了很多减轻孔，最终将整体的质量控制在了1100g以内。

基于以上的设计，本装置具有以下优点：1)采取了抓取装置和起落装置一体化的设计思想，减少了装置的质量。2)采用了双向移动的气动装置，主要用于控制粘板的上下移动。抓取过程中，粘板在气动的控制下移动到最低点，此时最低点基本与抓取部分的最低点平齐，目的是为了避免抓取部分触地。这时粘板也起到参照物的作用。投放过程中，气动控制粘板上升，脱离粘住的奶盒，避免了投放过程中胶对奶盒的影响，利于投放的准确性。3)造价低，简便实用。总的来说，本项目的设计能够有效地减少抓取过程的触地次数，同时又不会影响投放的精度。

本装置由哈尔滨工业大学航模协会成员张剑龙、张宗增、安昊、方向等设计，在2011年全国大学生航空航天模型锦标赛直升机搜救项目比赛过程中表现出了其优越性能，受到了评委的好评，并荣获科技创新一等奖。

责编/吴浪