[發明專利]一種面向抓取作業型旋翼飛行機械臂系統

有效

• 申請號: 201710871906.4
• 申請日: 2017-09-25
• 公開（公告）號: CN109551514B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 何玉慶;張廣玉;楊麗英;谷豐;代波;杜文強;王化友;韓建達
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: B25J18/00
• 分類號: B25J18/00;B25J15/10;B25J17/00;B64U10/16;B64D1/22;B64U20/60;B64U20/65;B64U101/60;B64U101/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 白振宇

本發明涉及一種面向抓取作業型旋翼飛行機械臂系統，機械臂的一端安裝在旋翼飛行機器人上，欠驅動柔順手爪安裝于機械臂的另一端；手腕底座安裝在機械臂的另一端，驅動器安裝在手腕底座上、并與手指底座相連；手指底座兩側均設有結構相同的手指，手指根部旋轉關節安裝在手指底座上，手指根部連桿的一端與手指根部旋轉關節轉動連接，另一端通過手指末端橡膠關節與手指末端連桿相連，手指根部旋轉關節上安裝有扭簧；每側手指中的手指根部連桿均通過鋼絲繩及滑輪組與驅動器相連，由驅動器驅動實現抓取。本發明同時具有三維空間內運動能力和機械臂作業能力，能夠幫助人們完成對空中或地面目標快速捕捉，物質搬運或樣品采集等任務。

技術領域

本發明屬于先進制造與自動化領域，具體地說是一種面向抓取作業型旋翼飛行機械臂系統。

背景技術

旋翼飛行機器人具有垂直起降、空中懸停、超低空飛行等特點，在災難搜救、邊防反走私反偷渡、森林防火、航拍航測等領域有比較廣泛的應用。旋翼飛行機械臂就是將機械臂(作業設備)安裝在旋翼飛行機器人上，使旋翼飛行機器人具備作業能力。相比傳統的旋翼飛行機器人，飛行機械臂能在對空中或地面目標快速捕捉，完成物質搬運或樣品采集任務，在復雜環境(如：水災、地震、火山等災害現場)中執行安裝或回收測量設備等作業任務，具有更廣泛的應用前景。

發明內容

本發明的目的在于提供一種面向抓取作業型旋翼飛行機械臂系統。該旋翼飛行機械臂系統可以在懸停或飛行模式下多方位的抓取并搬運多種形狀的目標物，同時保證抓取接觸物時的柔順性，而不破壞抓取目標物的表面結構。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

本發明包括旋翼飛行機器人、機械臂及欠驅動柔順手爪，其中機械臂的一端安裝在旋翼飛行機器人上，欠驅動柔順手爪安裝于所述機械臂的另一端；所述欠驅動柔順手爪包括驅動器、手腕底座、手指底座、手指及滑輪組，該手腕底座安裝在所述機械臂的另一端，所述驅動器安裝在該手腕底座上、并與所述手指底座相連；所述手指底座兩側均設有結構相同的手指，每側的手指均包括手指根部連桿、手指根部旋轉關節、手指末端連桿及手指末端橡膠關節，所述手指根部旋轉關節安裝在手指底座上，所述手指根部連桿的一端與手指根部旋轉關節轉動連接，另一端通過所述手指末端橡膠關節與手指末端連桿相連，所述手指根部旋轉關節上安裝有使手指根部連桿及手指末端連桿復位的扭簧；每側手指中的所述手指根部連桿均通過鋼絲繩及滑輪組與驅動器相連，由該驅動器驅動實現抓取；

其中：所述滑輪組包括上定滑輪、下定滑輪及浮動輪，所述鋼絲繩分為鋼絲繩A及鋼絲繩B，該驅動器上方的兩側對稱設有安裝在手腕底座上的下定滑輪，所述浮動輪位于兩側的下定滑輪之間，所述驅動器下方設有安裝在手指底座上的上定滑輪，該驅動器的輸出端連接鋼絲繩A的一端，鋼絲繩A的另一端繞過所述上定滑輪后與所述浮動輪相連，該浮動輪的兩側均連接鋼絲繩B的一端，兩側的鋼絲繩B的另一端繞過同側的所述下定滑輪、與所述手指根部連桿相連；

每側的所述手指均為兩個，所述驅動器上方的手腕底座的每側均設有兩個下定滑輪，所述鋼絲繩A的另一端繞過上定滑輪后連接于浮動輪的下端，所述浮動輪的每側均連接兩根鋼絲繩B，每側的兩根鋼絲繩B繞過每側的兩個所述下定滑輪后與每側的兩個手指中的手指根部連桿相連；

所述旋翼飛行機器人為具備垂直起降和懸停能力的單旋翼飛行機器人或多旋翼飛行機器人；所述機械臂為多自由度串聯機械臂。

本發明的優點與積極效果為：

1.空中抓取。本發明的旋翼飛行機器人、機械臂和欠驅動柔順手爪相結合，能夠實現對高空或其他復雜環境中目標物的抓取。

2.重量輕。本發明的旋翼飛行機器人構架采用碳纖維材料，欠驅動柔順手爪采用輕質數字舵機和輕質材料3D打印而成，整體質量輕。

3.全方位抓取。本發明的機械臂采用七自由度，這種冗余自由度的機械臂能夠保證手爪能以任意方位接近抓取目標物。