[發(fā)明專(zhuān)利]空中機(jī)器人

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611144959.8
• 申請(qǐng)日: 2016-12-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106585963A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁力;周川
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 江蘇理工學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): B64C27/06
• 分類(lèi)號(hào): B64C27/06;B64C27/12;B25J18/04
• 代理公司: 常州佰業(yè)騰飛專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙)32231
• 代理人: 翁斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種機(jī)器人，尤其是空中機(jī)器人。

背景技術(shù)

空中機(jī)器人有廣闊的應(yīng)用前景，在軍事與民用上有著廣泛的應(yīng)用，在軍事上，它可用于戰(zhàn)場(chǎng)勘察、禁飛巡邏、電子對(duì)抗、情報(bào)獲取等任務(wù)；在民用上，它可用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、電力檢測(cè)、高壓巡線、森林防火、農(nóng)林噴霧等作業(yè)，甚至還能進(jìn)行一些救援工作，例如它能夠迅速到達(dá)地面機(jī)器人無(wú)法進(jìn)入的特殊環(huán)境(如火災(zāi)、水災(zāi)、地震災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng))執(zhí)行安裝或回收作業(yè)設(shè)備等精細(xì)任務(wù)。

目前國(guó)、內(nèi)外利用空中機(jī)器人執(zhí)行高空作業(yè)，效果均不理想。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有空中機(jī)器人執(zhí)行高空作業(yè)效果不理想的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種空中機(jī)器人，來(lái)解決上述問(wèn)題。

一種空中機(jī)器人，包括飛行器、多自由度機(jī)械臂和載有控制系統(tǒng)的控制板，所述的多自由度機(jī)械臂安裝在飛行器的機(jī)身底部，所述的多自由度機(jī)械臂依次包括基座、連桿組和夾持器，所述連桿組內(nèi)的若干連桿依次通過(guò)第一轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)串連接，所述的連桿組的一端與基座通過(guò)第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)連接，另一端與夾持器通過(guò)第三轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)連接，所述控制系統(tǒng)包括飛行控制系統(tǒng)和機(jī)械臂控制系統(tǒng)。

所述的多自由度機(jī)械臂為六自由度機(jī)械臂，所述的連桿組包括五根連桿，所述的第一轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)均是縱向轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，所述的第三轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)是橫向轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，第一轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)、第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和第三轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)均采用伺服電機(jī)控制，且轉(zhuǎn)動(dòng)角度為0°-360°。

所述的夾持器是擬人機(jī)械手爪，包括連接軸、連接大臂、兩對(duì)支臂和兩個(gè)抓取端，所述的連接大臂包括套設(shè)在連接軸上的環(huán)部和兩個(gè)連接部，兩個(gè)連接部對(duì)稱(chēng)設(shè)置在環(huán)部外側(cè)，每個(gè)連接部均鉸接一對(duì)支臂，每對(duì)支臂的另一端鉸接一個(gè)抓取端。

所述的抓取端的內(nèi)側(cè)設(shè)有便于抓取不規(guī)則物體的圓弧面。

所述的飛行控制系統(tǒng)包括ATHENA嵌入式模塊和與ATHENA嵌入式模塊電連接的慣性測(cè)量單元、高度計(jì)、磁力計(jì)、GPS模塊，所述的ATHENA嵌入式模塊的輸出端還連接有第一電子調(diào)速器；所述的機(jī)械臂控制系統(tǒng)包括中央處理器和與中央處理器電連接的加速度計(jì)、角速度計(jì)和線速度計(jì)，所述的中央處理器的輸出端還連接有第二電子調(diào)速器。

所述的夾持器采用第一舵機(jī)控制，所述的伺服電機(jī)和第一舵機(jī)均與第二電子調(diào)速器電連接。

所述的六自由度機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)是由所述的機(jī)械臂控制系統(tǒng)按照關(guān)節(jié)最佳柔順性準(zhǔn)則來(lái)控制的，該準(zhǔn)則根據(jù)下式計(jì)算機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解：

其中，F(xiàn)(L)為求解機(jī)械臂逆解的目標(biāo)函數(shù)，L為當(dāng)前描述的機(jī)械臂，n為第一轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)、第二轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和第三轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的數(shù)目總和，q_i(L)為第i個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的目標(biāo)位置，q_id為第i個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的當(dāng)前位置。

所述機(jī)械臂的五根連桿與夾持器的長(zhǎng)度比為1:1:1:1:1:0.75。

所述的飛行器為單旋翼無(wú)人直升機(jī)，包括碳纖維制成的機(jī)身、玻璃鋼制成的主旋翼、主旋翼軸、尾槳、副翼、平尾、垂尾、尾梁、起落架、十字盤(pán)、齒輪盤(pán)、無(wú)刷電機(jī)和四個(gè)第二舵機(jī)，所述的機(jī)身頂部通過(guò)主旋翼軸安裝主旋翼，所述機(jī)身的尾部設(shè)有尾漿，所述的副翼安裝在主旋翼軸上，所述的尾梁上安裝有平尾和垂尾，所述的機(jī)身底部安裝起落架，所述的起落架上設(shè)有用于安裝機(jī)載控制系統(tǒng)的連接板，其中三個(gè)第二舵機(jī)與十字盤(pán)連接，一個(gè)第二舵機(jī)安裝在機(jī)身的正后方，所述無(wú)刷電機(jī)的輸出端通過(guò)齒輪盤(pán)與主旋翼軸傳動(dòng)連接，所述四個(gè)第二舵機(jī)和無(wú)刷電機(jī)均分別電連接第一電子調(diào)速器。機(jī)身采用碳纖維材質(zhì)，密度小、質(zhì)量輕、硬度大的優(yōu)點(diǎn)起到結(jié)構(gòu)框架的作用，也避免了傳統(tǒng)機(jī)身采用金屬材料，易產(chǎn)生金屬疲勞、不耐腐蝕的缺點(diǎn)，主旋翼采用玻璃鋼材質(zhì)，具有輕、耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，被安裝在無(wú)人直升機(jī)的頂部，提供飛機(jī)向上運(yùn)動(dòng)的升力和提供飛行運(yùn)動(dòng)的操縱力與力矩；尾槳被安裝無(wú)人直升機(jī)的尾部，產(chǎn)生偏航力矩來(lái)抵消主旋翼對(duì)機(jī)身產(chǎn)生的力矩；副翼被安裝在主旋翼軸上，用來(lái)改善無(wú)人直升機(jī)的操縱質(zhì)量，增強(qiáng)其動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，同時(shí)減少紊流與陣風(fēng)的影響；平尾和垂尾被安裝在無(wú)人直升機(jī)的尾梁上，起到增強(qiáng)飛機(jī)俯仰運(yùn)動(dòng)與偏航運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的作用；起落架被安裝在無(wú)人直升機(jī)的底部，便于飛機(jī)起飛或著陸；三個(gè)第二舵機(jī)與十字盤(pán)連接，用來(lái)控制飛機(jī)的俯仰運(yùn)動(dòng)與滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，一個(gè)第二舵機(jī)被安裝無(wú)人直升機(jī)的正后方，用來(lái)控制飛機(jī)的偏航運(yùn)動(dòng)。在無(wú)人直升機(jī)機(jī)身中部掛有油箱，便于為空中機(jī)器人提供動(dòng)力來(lái)源；在無(wú)人直升機(jī)起落架上安裝有U型的連接板，用于安裝載有控制系統(tǒng)的控制板。