氣動式抓取起落裝置

文/哈爾濱工業大學航模協會 張劍龍

氣動式抓取起落裝置

文/哈爾濱工業大學航模協會 張劍龍

抓取過程

整體結構

“氣動式抓取起落裝置”是為解決直升機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計。

本裝置是純機械結構，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，抓取部分主要是舵機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；然后發射機撥動開關，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，懸停至投放區后，發射機控制支架打開，放下奶盒。

為了更好地確定尺寸關系和避免加工的難度，本裝置在設計之初進行了三維建模，其設計細節主要表現在以下幾點：

第一，尺寸的確定。在直升機模擬搜救項目中，奶盒容易受到氣流的影響而倒地，尤其當奶盒平躺在地上時，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來穩定直升機以緩慢地移動到奶盒上部進行抓取的難度，極易造成觸地現象。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，包含持平狀態；同時，對粘板的長度也進行了合理的限制以使支架能夠順利閉合。經過這兩項處理之后，多次飛行試驗表明，該方案對尺寸的控制達到了預期效果，既減少了抓取過程中觸地次數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，以及圖像傳輸設備等。嚴格控制其尺寸大小，又為其他設備留出足夠的裝載空間，經過多次的修改，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，達到了減輕重量和粘取效果好的雙重目的。

第四，粘板導軌的設計。試驗中發現，如果奶盒沒有粘在粘板的中央位置容易使得粘板發生傾斜或是旋轉，影響了后續的閉合過程。為克服這個弱點，設計了一個導軌，其下部為3mm的層板，可與粘板通過雙面膠結合在一起，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，減輕孔的構造。對于直升機來說，負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，最終將整體的質量控制在了1100g以內。

基于以上的設計，本裝置具有以下優點：1)采取了抓取裝置和起落裝置一體化的設計思想，減少了裝置的質量。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，利于投放的準確性。3)造價低，簡便實用。總的來說，本項目的設計能夠有效地減少抓取過程的觸地次數，同時又不會影響投放的精度。

本裝置由哈爾濱工業大學航模協會成員張劍龍、張宗增、安昊、方向等設計，在2011年全國大學生航空航天模型錦標賽直升機搜救項目比賽過程中表現出了其優越性能，受到了評委的好評，并榮獲科技創新一等獎。

責編/吳浪