[發明專利]作業型飛行機器人的四自由度機械臂遙操作系統及方法

在審

• 申請號: 202010000903.5
• 申請日: 2020-01-02
• 公開（公告）號: CN111015673A
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 陳彥杰;梁嘉誠;賴寧斌;何炳蔚;林立雄
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J17/02;B25J19/02
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 陳明鑫;蔡學俊

本發明涉及一種作業型飛行機器人的四自由度機械臂遙操作系統及方法，包括飛行機器人和控制終端；所述飛行機器人包括四旋翼無人機、從端控制單元、RealSense深度相機和四自由度機械臂；所述四自由度機械臂接于四旋翼無人機底部；所RealSense深度相機設置于四旋翼無人機底部前端。本發明通過傳輸雙向信息反饋實現功能，可對于某些復雜且人不能或者不易到達的環境實時遠距離作業，同時，機械臂可離線工作實時完成指令任務。

技術領域

本發明涉及作業型飛行機器人動態抓取領域，涉及一種作業型飛 行機器人的四自由度機械臂遙操作系統及方法。

背景技術

對于很多復雜且人無法到達且不易到達的環境，如海洋環境、高 空環境、火災環境等，人需要借助一定的工具手段才能到達或者人靠 近就可能會有危險。在這些復雜環境作業時，人可以通過圖像系統， 結合機械自動化與人主觀能動性，實時遠距離遙操作作業，可大大節 省成本，提高作業效率，保障人身安全。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種作業型飛行機器人的四自 由度機械臂遙操作系統及方法。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種作業型飛行機器人的四自由度機械臂遙操作系統，包括飛行 機器人和控制終端；所述飛行機器人包括四旋翼無人機、從端控制單 元、RealSense深度相機和四自由度機械臂；所述四自由度機械臂接 于四旋翼無人機底部；所RealSense深度相機設置于四旋翼無人機底 部前端。

進一步的，所述四自由度機械臂以關節1的Z軸豎直向下方向建 立空間基坐標系，由MX-64R舵機組成，包括繞Z軸旋轉的關節1、 繞X軸旋轉的關節2與關節3和可實行抓緊釋放工作的末端執行器， 實現末端執行器抓取釋放為第四自由度。

進一步的，所述關節1、關節2、關節3和末端執行器處連接架 采用特殊輕質材料3D打印，標準連接件采用鋁合金連接件。

進一步的，所述從端控制單元采用ArduinomegaADK從端控制 器，所述四自由度機械臂利用MAX485模塊與ArduinomegaADK從 端控制器實現半雙工異步串口通信。

進一步的，所述控制終端通過zigbee模塊與從端控制單元無線連 接。

一種飛行機器人的四自由度機械臂遙操作系統的控制方法，包括 以下步驟：

步驟S1:控制終端通過RealSense深度相機實時檢測遠端作業環境；

步驟S2:實時點擊圖像系統上待抓取點，主端窗體控制系統對該點 所表示的物體進行輪廓提取，將輪廓作為識別特征提取特征點，得到 三維位姿估計點；

步驟S3:利用雅可比偽逆和牛頓迭代法改進后的逆解算法，基于四 自由度機械臂的當前空間位姿，計算出末端執行器能夠連續平穩不跳 變運動到達目標點的最優解；

步驟S4:通過zigbee將每個轉角信息傳輸至從端控制單元，同時從 端控制單元反饋信號給控制終端；

驟S5:從端控制單元控制末端執行器實現抓取或釋放目標物作業。

進一步的，所述步驟S2具體為：

步驟S21:通過RealSense深度相機提取目標物輪廓；

步驟S22:以目標物的輪廓作為目標物的識別特征，提取輪廓中心 點；

步驟S23:對RealSense深度相機和四自由度機械臂立體標定，并 對目標物進行三維重建，實現對目標物空間定位，得到三維位姿估計 點。

進一步的，對所述四自由度機械臂(3)D-H建模具體如下：