具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例提供了一种级联组件，如图1至图8所示，包括设于母机5上的级联管组件1和设于子机6上的级联杆组件2；

所述级联管组件1包括级联管11、第一丝杆12和电磁牵引柱13，所述级联管11一端固设于母机5，且另一端开口，所述第一丝杆12设于级联管11内，并沿级联管11长度方向设置，所述第一丝杆12和级联管11同轴，所述电磁牵引柱13套设于第一丝杆12上，所述第一丝杆12可绕自身轴线旋转，并用于带动电磁牵引柱13沿第一丝杆12长度方向移动，所述级联管11上还带有第一限位装置，所述第一限位装置用于防止电磁牵引柱13旋转；

所述级联杆组件2包括级联杆21，所述级联杆21一端设于子机6，且另一端带有永磁球头22，所述级联杆21沿自身轴线设有供第一丝杆12螺旋伸入的丝杆孔，所述丝杆孔依次贯穿所述级联杆21和永磁球头22；

所述电磁牵引柱13端部带有和永磁球头22相配合的端面，所述电磁牵引柱13内设有电磁线圈14，所述电磁线圈14改变磁极，用于吸引或排斥永磁球头22。

相对于现有技术中，飞行器要做到高精度定位的相互连接动作极其困难的问题，本方案提供了一种级联组件，采用本方案，能通过机械级联、电磁牵引的方式，使母机5和子机6能在空中完成对接，提高了级联精度，保障了飞行器安全，本申请文件所述的母机5，其内部的中控器是作为级联飞行集合体中的中心控制器，能控制子机6的姿态和走向，而子机6相当于只存在飞行系统控制飞行即可；具体的，包括有级联管组件1和级联杆组件2，在母机5和子机6上不仅仅只能设置其中一种组件，在母机5或子机6上均可设有级联管组件1和级联杆组件2，可完成多重对接，提高连接强度和对接精度，其中级联管组件1包括有级联管11、第一丝杆12和电磁牵引柱13，级联管11为空心管结构，一端连接于机身外侧，另一端向外延伸并开口，而在级联管11一端外部设有第一伺服器16，第一伺服器16的输出轴和第一丝杆12连接，第一丝杆12设于级联管11内，此时第一伺服器16便可驱动第一丝杆12绕自身轴线旋转；而在第一丝杆12上套设有电磁牵引柱13，其中电磁牵引柱13径向中心开有贯通的丝杆孔，丝杆孔内壁开有和第一丝杆12同尺寸螺纹并可以自由旋出和旋入，第一丝杆12贯穿于电磁牵引柱13中心的丝杆孔，并与丝杆孔内丝配合，在第一伺服器16的推动下电磁牵引柱13可沿级联管11的轴线运动，其中还设有限制电磁牵引柱13旋转的第一限位装置，如设置止动销25，在级联管11内侧开有沿级联管11长度方向设置的滑槽，止动销25一端可在滑槽内滑动，另一端固接于电磁牵引柱13，此时便可在第一丝杆12旋转下，使电磁牵引柱13只能做轴线移动，而不能做径向旋转，其中限位装置现有技术已公开多种，此处不再一一赘述；其中电磁牵引柱13由铁基材料制成，在电磁牵引柱13的外圆中部还开有电磁线圈14槽，槽内布置有电磁线圈14；其中级联杆组件2包括有级联杆21，级联杆21是一根带有半球状头部的硬质材料杆（或管）外径可在级联管11内径滑动，级联杆21一端设于子机6上，另一端的端部为半球状，半球状前端带有半球状永磁体，两者共同组成永磁球头22，而在级联杆21上还开有沿级联杆21长度方向设置丝杆孔，丝杆孔依次贯穿级联杆21和永磁球头22的径向中心，丝杆孔内壁开有和第一丝杆12同尺寸螺纹并可以自由旋出和旋入，在电磁牵引柱13的头部带有和永磁球头22相同尺寸的凹陷。

在母机5和子机6需要级联时，控制母机5和子机6靠近，使电磁牵引柱13和永磁球头22相互贴合，此时电磁线圈14通电，电磁场形成，此时的电磁场与永磁球头22的磁场异极即吸合关系，两者相互吸合，此时中控器给第一伺服器16输出指令，第一伺服器16带动第一丝杆12正向旋转，此时电磁牵引柱13可牵引永磁球头22向级联管11一端移动，第一丝杆12逐渐旋入级联杆21的丝杆孔内，并最终完成母机5和子机6的高精度对接；而在需要级联解散时，中控器控制第一伺服器16反向旋转，使电磁牵引柱13和永磁球头22向级联管11开口端移动，当永磁球头22离开第一丝杆12时，此时电磁线圈14通电，电磁场形成，此时的电磁场与永磁球头22的磁场同极即排斥关系，同级相斥使级联杆21被推出级联管11，通过磁场产生推力，能避免在级联解散过程中，相互脱离时母机5和子机6相互之间产生干涉，进一步提高了安全性能。

本实施例中，所述级联杆组件2还包括级联杆套23和第二丝杆24，所述级联杆套23一端固设于子机6，所述级联杆套23另一端开口，所述第二丝杆24设于级联杆套23内，并沿级联杆套23长度方向设置，所述第二丝杆24可螺旋伸入级联杆21丝杆孔远离永磁球头22的一端，所述级联杆21和级联杆套23滑动连接，所述第二丝杆24可绕自身轴线旋转，并用于驱动级联杆21沿第二丝杆24长度方向移动，所述永磁球头22可伸出级联杆套23的开口端，所述级联杆套23上还带有第二限位装置，所述第二限位装置用于防止级联杆21旋转；为保护第二丝杆24和永磁球头22，并自由旋入和旋出，本方案中，级联杆组件2还包括级联杆套23和第二丝杆24，级联杆套23一端固设于子机6外侧，另一端开口，在级联杆套23内设有第二丝杆24，而在级联杆套23一端外部设有第二伺服器27，第二伺服器27的输出轴和第二丝杆24连接，用于带动第二丝杆24绕自身轴线旋转，级联杆套23设于第二丝杆24上，其丝杆孔内壁开有和第一丝杆12同尺寸螺纹，在第二限位装置的限制下，第二丝杆24旋转时，便可带动级联杆21沿第二丝杆24长度方向移动，其中飞行器单飞时，使中控器控制第二伺服器27，带动第二丝杆24正向旋转，使级联杆21和永磁球头22完全收入级联杆套23内，用于保护第二丝杆24和永磁球头22，在级联连接时，使中控器控制第二伺服器27，带动第二丝杆24反向旋转，使级联杆21和永磁球头22伸出，实现级联。

本实施例中，所述第二限位装置包括止动销25，沿所述级联杆套23长度方向，所述级联杆套23内侧开有止动销槽26，所述止动销25一端和止动销槽26滑动连接，并可沿止动销槽26长度方向滑动，所述止动销25另一端和级联杆21固接；为防止级联杆21径向转动，并防止级联杆21脱离第二丝杆24，本方案中，第二限位装置包括止动销25，止动销25一端可滑入级联杆套23的止动销槽26内，另一端径向固接于级联杆21外圆，使级联杆21不绕自己圆心旋转但又可以保证其轴向运动，其中止动销槽26具有一定的长度，能防止级联杆21滑出第二丝杆24，导致脱离。

本实施例中，所述级联管11的开口端设有扩张段15，沿所述扩张段15靠近电磁牵引柱13的一端到另一端方向，所述扩张段15的口径逐渐增大；为提高级联精度，为永磁球头22导向，本方案中，在级联管11的开口端还设有扩张段15，扩张段15和级联管11一体成型，扩张段15靠近电磁牵引柱13的一端到另一端方向，扩张段15的口径逐渐增大，并向外扩张；而由于机械导引时，虽然级联精度很高，能达到厘米级精度，但还是会存在一定的对接误差，因此设置扩张段15，用于对永磁球头22进行导向，当两飞行器以小于级联管11扩张段15外口的精度且距离达到预定范围后级联杆21伸出，两机继续接近，当永磁球头22进入扩张段15外口时，由于扩张段15外口大且逐渐变小的结构特性和两机不断接近的共同作用下，进一步引导永磁球头22部位滑向级联管11，并最终滑向电磁牵引柱13；其中扩张段15优选为金属制成，如铁质或钢质材料，使永磁球头22进入扩张段15外口时，能和扩张段15之间具有一定的吸合作用，进一步提高对接稳定性，然后再使永磁球头22逐渐滑向电磁牵引柱13。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上进一步优化，提供了一种飞行器精准定位装置，如图9至图15所示，包括设于母机5上的声波聚焦板组件3和设于子机6上的光电矩阵传感器4；

所述声波聚焦板组件3包括聚焦板31、拾音器32和激光器组件33，所述聚焦板31为抛物线声波反射聚焦板31，所述聚焦板31凸起面设于母机5上，所述聚焦板31凹口外缘处设有多根支撑杆37，多根所述支撑杆37均和拾音器32连接，所述拾音器32的工作面位于聚焦板31焦点处，所述拾音器32远离工作面的一端设有激光器组件33，所述聚焦板31中心、激光器组件33和拾音器32同轴设置；

所述激光器组件33包括激光发生器，所述激光发射器的激光光束可照射于光电矩阵传感器4的光敏元件41上，用于捕获子机6，并控制母机5和子机6逐渐靠近，使级联管组件1和级联杆组件2完成对接。

相对于现有技术中，由于传统无人飞行器在飞行中的定位技术主要来源于卫星定位导引，这个技术已被大量广泛使用，但是其被应用于运动中的空中级联、高精度降落等应用场景时却面临着精度差、易干扰等弱点的问题，如在恶劣天气下，距离较远时，光电导引的激光束无法正常打在光电矩阵板上，导致无法实现精准定位等，本方案设置声波聚焦板组件3和光电矩阵传感器4，由于飞行器在飞行过程中，每个飞行器其产生的即时噪音和音频特性都是独一无二的，如螺旋桨、发动机以及内部工作设备发出的声音，尤其是发动机排气声和桨叶的声音，因此利用此特性，能通过声波聚焦板组件3对子机6进行定位导引，实现对接，而利用声波聚焦板组件3，使本装置即使在恶劣天气下，也能大范围的对子机6进行定位导引，使声波聚焦板组件3定位子机6，进入音频导引，并使子机6和母机5相互接近，当进入光电导引范围时，可通过光电矩阵传感器4进行光电导引，实现精度更高的定位导引对接；具体的，母机5上设有声波聚焦板组件3，子机6上设有光电矩阵传感器4，但实际上，任何一台飞行器均可作为子机6或母机5使用，因此，声波聚焦板组件3和光电矩阵传感器4均可同时存在于飞行器上，如图9所示，作为母机5使用，而当作为子机6使用或者在飞行器不工作时，会将声波聚焦板组件3收入到子机仓内，并将光电矩阵传感器4移动覆盖到声波聚焦板组件3的位置，如图10所示。

其中声波聚焦板组件3包括聚焦板31、拾音器32和激光器组件33，其中聚焦板31为抛物线声波反射聚焦板31，类似于卫星接收天线形状的抛物线聚焦装置，材质为高声波反射材料，其可通过旋转自身位置进行定位，而在聚焦板31凹口外缘处设有多根支撑杆37，多根支撑杆37均连接固定拾音器32，其中拾音器32工作面，即前端位于声波聚焦板31焦点处，而拾音器32后端固接有激光器组，其中聚焦板31中心、拾音器32和激光器组件33均轴向同心设置，此时在聚焦板31的带动扫描下，能接受子机6的音频特性，母机5接受到后与拾音器32送来周围声源进行比对，确认子机6是否进入音频导引范围，如母机5已收到并对比出子机6音频特征，音频导引信息建立；此时母机5通过操纵声波聚焦板组件3位置和自身姿态侦寻子机6音频场强最大方向，寻到场强最大方向后由声波聚焦板组件3对其捕获固定，并通过信号传递和位置计算，使母机5发出接近指令，直至子机6进入到光电导引范围；进入光电导引范围后，此时通过激光器组件33和光电矩阵传感器4实现光电导引，激光发射器的激光光束可照射于光电矩阵传感器4的光敏元件41上，用于捕获子机6，并控制母机5和子机6逐渐靠近，最终使级联管组件1和级联杆组件2完成对接。

本实施例中，所述声波聚焦板组件3还包括万向节34，所述聚焦板31的凸起面的中点通过万向节34设于母机5上，所述母机5上还设有X轴伺服器35和Y轴伺服器36，所述X轴伺服器35和Y轴伺服器36分别用于驱动万向节34，使聚焦板31朝X轴或Y轴方向转动；为使聚焦板31能转动扫描，以定位导引子机6，本方案中，还设有万向节34，聚焦板31通过万向节34和机身侧面连接，此时万向节34为球形万向节34，并在机身上设有X轴伺服器35和Y轴伺服器36，万向节34另一端则固定于机身结构件上，此时声波聚焦板组件3可以在两伺服器的控制下做两轴运动，用以对该组件携带其它器件位置进行控制，使其指向目标区域，其中X轴和Y轴方向转动定义为绕万向节34球形端中心转动；万向节34球形端和聚焦板31中心、拾音器32、激光器组件33轴向同心设置；其中，X轴伺服器35和Y轴伺服器36的角度位置即为声波聚焦板组件3指向子机6音频场强最大方向的角度，而由于X轴伺服器35和Y轴伺服器36自带角度传感器的功能，因此，声波聚焦板组件3的伺服器所指向角度信息即为母机5与子机6角度位置关系。

本实施例中，所述激光器组件33的中心和四角均设有激光发生器，四角的激光发生器发射的激光束和中心激光发生器发射的激光束具有发射夹角，四角的所述激光发生器以中心激光发生器为中点呈矩形排列；为实现光电导引，并进行精准定位，本方案中，激光器组件33的中心和四角均设有激光发生器，其中光电矩阵传感器4为矩阵格栅42，每格均布设有光敏元件41，其中，当位于中心处的激光发生器发射的激光束照射到光电矩阵传感器4上时，由于激光束本身带有身份信息，如波长等，此时由光敏元件41接收并反馈照射点位置，然后通过子机6传回光电矩阵板表面位置信息对激光器进行修正，位于中心处的激光发生器发射的激光束需照射于光电矩阵传感器4中心，此时光电捕获完成，音频导引结束；然后再打开四角位置处的激光器，此时通过子机6与母机5的姿态调整，由于存在向外的夹角，能使四角位置处的激光发生器完全照射于子机6光电矩阵传感器4的四角，使母机5和子机6达到高度平行和级联相位平行的状态，在四角位置激光束位置变化数值的计算分析下子机6与母机5的距离与姿态被更加精准的判定出来，根据这个位置信息发出接近信号，使子机6与母机5不断接近，达到机械引导范围。

实施例3

本实施例在实施例3的基础上进一步优化，提供了一种飞行器精准定位装置的定位方法，如图16至图20所示，包括以下步骤：

步骤一：当飞行器有级联需要时，基地确认级联母机5，并使母机5和子机6之间确立级联关系，并建立级联信息传递链路；

步骤二：级联信息传递链路建立后，子机6发送即时音频特性至母机5，母机5接收后与拾音器32送来的周围声源进行对比，判断子机6是否进入音频导引范围；

步骤三：当子机6进入音频引导范围后，母机5控制聚焦板31运动侦寻子机6音频场强最大方向，并对子机6进行捕获固定，固定后以无线电波和声波传递之间的速度差值，计算出子机6和母机5之间的距离和角度，并使母机5发出接近指令，直至子机6进入光电引导范围；

步骤四：当子机6进入光电引导范围后，通过声波聚焦板组件3的扫描，并打开激光器组件33，使激光发生器的激光光束照射于光电矩阵传感器4表面，通过子机6传回光电矩阵传感器4表面位置信息，分析并调整子机6和母机5之间距离和姿态，使子机6和母机5不断接近，直至子机6进入机械引导范围；

步骤五：当子机6进入机械引导范围后，使电磁线圈14通电，产生和永磁球头22极性相反的磁场，使电磁牵引柱13和永磁球头22逐渐完成对接，并相互吸合，此时控制第一丝杆12正向旋转，使电磁牵引柱13牵引永磁球头22朝级联管11一端移动，此时第一丝杆12逐渐旋入丝杆孔，最终完成母机5和子机6的对接。

本实施例中，所述步骤四的具体步骤包括：当子机6进入光电引导范围后，先打开中心激光发生器，通过声波聚焦板组件3的扫描，使中心激光发生器的激光束照射点进入光电矩阵传感器4表面，母机5操纵中心激光发生器对子机6锁定，使激光照射点位于光电矩阵传感器4中心，然后打开四角处的激光发生器，通过子机6与母机5的姿态调整使四角处的激光发生器完全照射于光电矩阵传感器4的四角，然后通过在四角位置激光束位置变化数值的计算，分析并调整子机6与母机5的距离与姿态，使子机6和母机5不断接近，直至子机6进入机械引导范围；所述激光器组件33的中心和四角均设有激光发生器，四角的激光发生器发射的激光束和中心激光发生器发射的激光束具有发射夹角，四角的所述激光发生器以中心激光发生器为中点呈矩形排列。

本实施例中，当飞行器需要级联解散时，母机5发出解散指令，使第一丝杆12反向旋转，带动电磁线圈14和永磁球头22朝永磁球头22开口端移动，当第一丝杆12脱离永磁球头22时，此时电磁线圈14产生永磁球头22极性相同的磁场，使永磁球头22被推出，同时子机6执行分离指令飞离母机5自主飞行，级联解散完成。

当飞行器需要级联解散时，母机5发出解散指令，使第一丝杆12反向旋转，带动电磁牵引柱13和永磁球头22朝级联管11开口端移动，当永磁球头22脱离第一丝杆12后，此时电磁线圈14产生永磁球头22极性相同的磁场，使永磁球头22被推出，同时子机6执行分离指令飞离母机5自主飞行，级联解散完成；本方案中，产生相同的磁场，使永磁球头22被推出，是用于避免在级联解散过程中，相互脱离时母机5和子机6相互之间产生干涉；实际上，电磁线圈14产生相同磁场时，永磁球头22刚好被推送到扩张段15内口位置，使永磁球头22被推出扩张段15。

上述具体的工作原理为：

级联第一阶段：身份确认；

当飞行器有级联需要时，基地确认级联母机5，并将级联码及级联子机6信息发送到母机5系统内；母机5被确认后通过数传电台发出级联指令，指令内预置的子机6身份码被子机6收到后确认自己身份为当前级联子机6，该子机6发送身份码至母机5经验证后确立级联关系并建立专门的级联信息传递链路，身份确认完成，如图16所示。

级联第二阶段：音频导引；

专门的信息传递链路建立后子机6发送即时音频特性至母机5，母机5接受到后与拾音器32送来周围声源进行比对，确认子机6是否进入音频导引范围，如母机5已收到并对比出子机6音频特征，音频导引信息建立；此时母机5通过操纵声波聚焦板组件3位置和自身姿态侦寻子机6音频场强最大方向，寻到场强最大方向后由声波聚焦板组件3对其捕获固定；固定后，X轴伺服器35和Y轴伺服器36的角度位置即为声波聚焦板组件3指向子机6音频场强最大方向的角度，而由于X轴伺服器35和Y轴伺服器36自带角度传感器的功能，因此，声波聚焦板组件3的伺服器所指向角度信息即为母机5与子机6角度位置关系，进一步将子机6通过数传电台传回母机5的即时声频信息与母机5的声波聚焦板组件3的拾音器32收集的子机6声频信息进行比对，计算出无线数传电台链路和音频空气传递信号之间的时间差值，进而计算出子机6与母机5之间的距离关系，其中无线传递时间趋于零，此时音频捕获过程完成；然后母机5通过数传电台链路下达级联指令，子机6与母机5交互数据后母机5发出接近命令，由声波聚焦板组件3伺服器角度数据和数传电台\声频延迟差值数据计算出子机6适时位置，直至子机6进入光电导引范围，如图17所示。

级联第三阶段：光电导引；

子机6进入光电导引范围后，中心定位激光器被打开，虽然激光器组件33与声波聚焦板组件3同轴且指向性一致，但音频导引精度相对较差，激光器不一定能够顺利照射到光电矩阵板表面，此时激光器在声波聚焦板组件3伺服器的驱动下进行大范围扫描（在音频导引误差范围内），直至激光束照射点进入光电矩阵板表面，由于激光器所发激光束内所含母机5级联信息，当该信息被子机6接收后通过比对确认身份，身份确认后确认信息发回母机5，母机5操纵中心定位激光器对子机6锁定，并通过子机6传回光电矩阵板表面位置信息对激光器进行修正，使激光照射点位于子机6光电矩阵板中心，此时光电捕获完成，音频导引结束，如图18所示；然后母机5打开四角位置激光器，通过子机6与母机5的姿态调整使四角位置激光器完全照射于子机6光电矩阵板四角，此时子机6与母机5进入精确对接状态，达到高度平行和级联相位平行的状态；在四角位置激光束位置变化数值的计算分析下子机6与母机5的距离与姿态被更加精准的判定出来，根据这个位置信息子机6与母机5不断接近，其相对位置精度已经达到小于级联管11扩张段15外口尺寸内，两飞行器继续接近，如图19所示。

级联第四阶段：机械导引及连接；

当两飞行器以小于级联管11扩张段15外口的精度且距离达到预定范围后级联杆21伸出，两级继续接近；当级联杆21的永磁球头22进入扩张段15外口时，由于扩张段15外口大且逐渐变小的结构特性和两机不断接近的共同作用下进一步引导永磁球头22滑向级联管11，此时位于级联管11内的电磁牵引柱13头部（与级联杆21球头尺寸相同凹陷部位）位于级联管11最前端，也就是扩张段15小端，电磁线圈14已被通电磁场形成，这个磁场与级联杆21球头部永磁球头22磁场异极即吸合关系；永磁球头22继续进入扩张段15，直至电磁牵引柱13头部被吸合；此时中控器给伺服器输出指令伺服器旋转带动第一丝杆12旋转，进而电磁牵引柱13向内移动，在磁力吸合和两飞行继续不断靠近的共同作用下级联杆21进入级联管11；进一步，电磁牵引柱13向内运动位于该柱内部转动的第一丝杆12穿过电磁牵引柱13旋入级联杆21内丝孔中，且此时级联杆21已经进入级联管11与第一丝杆12同心，级联杆21与第一丝杆12配合形成拉力将级联杆21进一步拉入级联管11，直至级联杆21到达级联完成位置，第一丝杆12停止转动并锁止，电磁铁断电，两机被紧密联合在一起，级联完成；母机5发出级联完成指令，子机6进入母机5飞行控制之内，如图20所示。

级联解散：母机5发出级联解散指令，第一伺服器16反向转动推动电磁牵引柱13和级联杆21向外运动，当到达第一丝杆12脱离级联杆21丝孔时电磁线圈14供电，此时电磁线圈14电流与级联时相反，在电磁牵引柱13头部产生一个与级联杆21永磁球头22永磁体极性相同的磁场，同极相斥的原理级联杆21被推出级联管11，同时子机6执行分离指令飞离母机5自主飞行，级联解散完成。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。