[發明專利]一種多旋翼無人機、抓取目標物體的方法、裝置及設備

有效

• 申請號: 201810507670.0
• 申請日: 2018-05-24
• 公開（公告）號: CN108563235B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 郝祁;張志建
• 申請（專利權）人: 南方科技大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;B64D1/22;G05D1/10
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 潘登

1.一種多旋翼無人機，其特征在于，包括：無人機機體和設置于所述無人機機體下方的至少兩個機械臂，且每個機械臂遠離所述無人機機體的一端配置有仿生機械手；

所述機械臂以及仿生機械手用于在控制模塊的控制下抓取目標物體或者支撐所述無人機機體在特定平面行走或者支撐所述無人機機體降落在桿形物上；

其中，抓取目標物體的方法包括：

實時獲取目標物體與無人機之間的相對位置信息；

根據所述相對位置信息確定無人機追蹤目標物體的規劃路徑；

控制所述無人機基于所述規劃路徑追蹤所述目標物體；

當無人機與所述目標物體之間的相對距離達到設定閾值時，控制無人機機體、機械臂以及仿生機械手動作以抓取所述目標物體；

所述控制所述無人機基于所述規劃路徑追蹤所述目標物體，包括：

若所述規劃路徑中包含飛行空間受阻的路徑，則控制無人機降落并通過機械臂以及仿生機械手在陸地上行走，以通過所述飛行空間受阻的路徑；或者

若所述規劃路徑中包含陸地行走受阻的路徑，則控制無人機起飛以通過所述陸地行走受阻的路徑；

其中，所述當無人機與所述目標物體之間的相對距離達到設定閾值時，控制無人機機體、機械臂以及仿生機械手動作以抓取所述目標物體，包括：

基于自適應滑膜控制算法控制無人機機體、機械臂以及仿生機械手抓取所述目標物體，其中，控制無人機機體、機械臂以及仿生機械手抓取所述目標物體的控制量包括：

q_k′＝q_d′+λe

其中，F表示無人機的升力，τ_x、τ_y和τ_z分別表示無人機機體在無人機機體坐標系下關于x、y、z三軸的三個扭矩，τ_n×1為無人機機械臂以及仿生機械手的n個電機的轉動角度的控制量、R、Q、I分別為系統的轉換矩陣,θ_d、為無人機機體的橫滾角和俯仰角，Ψ為無人機機體的偏航角，為系統矩陣的預測估計，A，K為系統的正定增益矩陣，s表示滑膜面，q_d為無人機機械臂以及仿生機械手復合系統的預期狀態矩陣，λ為正定矩陣，e為無人機機械臂以及仿生機械手復合系統的實際狀態與預期狀態之間的誤差矩陣。

2.根據權利要求1所述的多旋翼無人機，其特征在于，所述機械臂為至少三自由度機械臂，所述仿生機械手包括至少三根手指，每根手指包括至少三個關節，各關節之間通過彈簧和彈性線連接；

所述至少三根手指在控制模塊的控制下進行縮放以抓取目標物體或者支撐所述無人機機體在特定平面行走或者支撐所述無人機機體降落在桿形物上。

3.根據權利要求1所述的多旋翼無人機，其特征在于，還包括：攝像模塊和檢測模塊，其中，

所述攝像模塊包括雙目相機，與所述控制模塊相連，用于在無人機抓取目標物體時實時獲取目標物體與無人機之間的相對位置信息，并將所述相對位置信息反饋給控制模塊，以使控制模塊根據所述相對位置信息確定無人機追蹤目標物體的規劃路徑；

所述檢測模塊包括配置在無人機機體上的光流傳感器、全球定位系統GPS、慣性測量單元IMU以及分別配置在所述機械臂以及仿生機械手上的編碼器；所述光流傳感器、GPS、IMU以及編碼器分別與所述控制模塊相連；

所述光流傳感器用于在無人機抓取目標物體的過程中實時計算得到目標物體在x、y、z方向上的移動速度，并將所述移動速度反饋給控制模塊，以使控制模塊根據所述移動速度確定無人機追蹤目標物體的規劃路徑；

所述GPS以及IMU用于實時檢測無人機機體的狀態信息，并將所述狀態信息反饋給控制模塊，所述編碼器用于向控制模塊實時反饋無人機機械臂以及仿生機械手的實際狀態，以使控制模塊根據所述狀態信息、實際狀態控制無人機機體、機械臂以及仿生機械手動作，實現對目標物體的抓取或者實現無人機在特定平面行走或者降落在桿形物上。