文/哈爾濱工業(yè)大學(xué)航模協(xié)會 張劍龍

氣動式抓取起落裝置

文/哈爾濱工業(yè)大學(xué)航模協(xié)會 張劍龍

抓取過程

整體結(jié)構(gòu)

“氣動式抓取起落裝置”是為解決直升機(jī)模擬搜救項目競賽抓取過程中的觸地問題，盡量提高懸空抓取效率的一項設(shè)計。

本裝置是純機(jī)械結(jié)構(gòu)，由“氣動”和“抓取”兩大部分組成。氣動部分包括氣瓶、氣缸、粘板和控制系統(tǒng)，抓取部分主要是舵機(jī)控制的鑲有釘子的支架。

主要工作流程：先利用下落的粘板粘住奶盒，升高直升機(jī)；然后發(fā)射機(jī)撥動開關(guān)，使得張開的抓取支架合攏，緊緊抓住奶盒。待越過障礙物后，氣缸部分開始上升，由于奶盒被支架緊緊抓住，粘板與奶盒分離，懸停至投放區(qū)后，發(fā)射機(jī)控制支架打開，放下奶盒。

為了更好地確定尺寸關(guān)系和避免加工的難度，本裝置在設(shè)計之初進(jìn)行了三維建模，其設(shè)計細(xì)節(jié)主要表現(xiàn)在以下幾點：

第一，尺寸的確定。在直升機(jī)模擬搜救項目中，奶盒容易受到氣流的影響而倒地，尤其當(dāng)奶盒平躺在地上時，奶盒頂部距離地面只有30mm左右的高度，這增加了單單依靠操作手的技術(shù)來穩(wěn)定直升機(jī)以緩慢地移動到奶盒上部進(jìn)行抓取的難度，極易造成觸地現(xiàn)象。本裝置確定了粘板和張開后的支架底端距離控制在10mm以內(nèi)，包含持平狀態(tài)；同時，對粘板的長度也進(jìn)行了合理的限制以使支架能夠順利閉合。經(jīng)過這兩項處理之后，多次飛行試驗表明，該方案對尺寸的控制達(dá)到了預(yù)期效果，既減少了抓取過程中觸地次數(shù)又能夠在支架閉合時鑲有釘子的支架牢牢地抱緊奶盒。底板的作用除了與直升機(jī)本體連接以外，還要放置其他零部件，像氣瓶、氣缸、氣控部分，以及圖像傳輸設(shè)備等。嚴(yán)格控制其尺寸大小，又為其他設(shè)備留出足夠的裝載空間，經(jīng)過多次的修改，底板最終尺寸確定為260mm×220mm。

第二，支架張開時角度的控制。張開的角度既不能太大又不能過小，太大會增加支架閉合的時間，太小會使支架底部與粘板的距離超過理想距離。最終的角度約為與水平面成70o。

第三，粘板的制作。自制的粘板很好地控制了膠量，達(dá)到了減輕重量和粘取效果好的雙重目的。

第四，粘板導(dǎo)軌的設(shè)計。試驗中發(fā)現(xiàn)，如果奶盒沒有粘在粘板的中央位置容易使得粘板發(fā)生傾斜或是旋轉(zhuǎn)，影響了后續(xù)的閉合過程。為克服這個弱點，設(shè)計了一個導(dǎo)軌，其下部為3mm的層板，可與粘板通過雙面膠結(jié)合在一起，且避免粘取過程中的變形。上部的木板用螺絲連接，固定在氣缸上，兩板之間用可以在上板孔內(nèi)滑動的碳管連接。碳管與下板通過AB膠粘合。

第五，減輕孔的構(gòu)造。對于直升機(jī)來說，負(fù)載越少其飛行性能越好，因此本裝置在尺寸控制外，在不影響支架強(qiáng)度的前提下，在鋁合金支架上打出了很多減輕孔，最終將整體的質(zhì)量控制在了1100g以內(nèi)。

基于以上的設(shè)計，本裝置具有以下優(yōu)點：1)采取了抓取裝置和起落裝置一體化的設(shè)計思想，減少了裝置的質(zhì)量。2)采用了雙向移動的氣動裝置，主要用于控制粘板的上下移動。抓取過程中，粘板在氣動的控制下移動到最低點，此時最低點基本與抓取部分的最低點平齊，目的是為了避免抓取部分觸地。這時粘板也起到參照物的作用。投放過程中，氣動控制粘板上升，脫離粘住的奶盒，避免了投放過程中膠對奶盒的影響，利于投放的準(zhǔn)確性。3)造價低，簡便實用?？偟膩碚f，本項目的設(shè)計能夠有效地減少抓取過程的觸地次數(shù)，同時又不會影響投放的精度。

本裝置由哈爾濱工業(yè)大學(xué)航模協(xié)會成員張劍龍、張宗增、安昊、方向等設(shè)計，在2011年全國大學(xué)生航空航天模型錦標(biāo)賽直升機(jī)搜救項目比賽過程中表現(xiàn)出了其優(yōu)越性能，受到了評委的好評，并榮獲科技創(chuàng)新一等獎。

責(zé)編/吳浪