[發明專利]轉動式并聯型飛行機械臂系統及期望轉角解算方法

有效

• 申請號: 202010589808.3
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111687821B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 李湛;劉金輝;楊學博;高會軍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/16;B64C1/00;B64C27/08;B64F5/00
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 岳昕

一種轉動式并聯型飛行機械臂系統及期望轉角解算方法，屬于機器人空中操作手領域。本發明為解決現有串聯型飛行機械臂載荷能力低，精度較低并且運行速度較慢的問題。系統包括：四旋翼飛行器、并聯機械臂機構、集控模塊和執行機構，所述四旋翼飛行器下表面中心位置安裝集控模塊；并聯機械臂機構的首端連接四旋翼飛行器，末端與執行機構可拆卸連接；所述并聯機械臂機構具有六自由度可轉動結構，可帶動執行機構以期望的位姿到達任務點。本發明可實現復雜作業的空中操作。

技術領域

本發明涉及轉動式并聯型飛行機械臂系統及期望轉角解算方法，屬于機器人空中操作手領域。

背景技術

隨著科學技術的不斷發展，無人機已被廣泛應用于航拍偵查、電力巡檢、農藥噴灑等非接觸式的應用場合。然而，單純的無人機難以勝任諸如飛行抓取類復雜的、需要主動操作的任務。近年來，科研人員嘗試將機械臂安裝在飛行器上，構成飛行機械臂系統。此舉措極大地拓展了機器人的工作范圍和靈活性，豐富了作業類型，因而具有廣泛的應用前景。

按照機械臂結構的不同，飛行機械臂可分為串聯型飛行機械臂和并聯型飛行機械臂。現有飛行機械臂基本都是串聯型的，其具有成本低廉、結構簡單、工作范圍大等優點，相關研究較為豐富。例如，現有帶有柔性抓取器的飛行機械臂中，將多旋翼飛行器、多自由度串聯型機械臂、柔性抓取器依次相連，使之能夠適應目標物體的外形，提高了抓取任務的成功率。另外，現有面向抓取作業型旋翼飛行機械臂系統中，將七自由度冗余機械臂掛載在六旋翼飛行器上，并在其末端安裝欠驅動柔順手爪，進一步增加了作業的靈活性，有助于完成物體的快速捕捉和搬運任務。

然而，上述串聯型飛行機械臂系統僅能執行一些諸如飛行抓取、移動輕質量物體之類簡單的任務，且存在載荷能力低、精度較低、運行速度慢等缺點，因而限制了其在需要向外界提供較大的力或力矩的場合中的應用，例如高壓輸電線路上替代人工去抓取錘子敲擊待加固的部件。

飛行機械臂系統還有另外一個潛在的應用場景：近距離拍攝。云臺的出現解決了機載攝像頭需要實時調整姿態角的問題。但由于云臺自由度較低，當無人機位置由于環境影響而產生小幅擾動時，攝像頭也會發生偏移，從而影響近距離拍攝的效果。這就需要一種既能夠調整攝像頭姿態角，也能夠根據擾動實時調整攝像頭位置的機器人機構。

發明內容

針對現有串聯型飛行機械臂載荷能力低，精度較低并且運行速度較慢的問題，本發明提供一種轉動式并聯型飛行機械臂系統及期望轉角解算方法。

本發明提供了一種轉動式并聯型飛行機械臂系統，包括四旋翼飛行器、并聯機械臂機構、集控模塊3和執行機構15，

所述四旋翼飛行器下表面中心位置安裝集控模塊3；并聯機械臂機構的首端連接四旋翼飛行器，末端與執行機構15可拆卸連接；

所述并聯機械臂機構具有六自由度可轉動結構，可帶動執行機構15以期望的位姿到達任務點。

根據本發明的轉動式并聯型飛行機械臂系統，所述四旋翼飛行器包括螺旋槳1、無刷電機2、機臂4和旋翼機底盤5，

所述機臂4為四根，連接成十字結構；每個機臂4的末端上表面固定一個無刷電機2，每個無刷電機2的輸出軸上安裝一個螺旋槳1；十字結構連接的四根機臂4居中固定在旋翼機底盤5的上表面；旋翼機底盤5的下表面中心位置安裝集控模塊3；所述旋翼機底盤5呈正六邊形結構。

根據本發明的轉動式并聯型飛行機械臂系統，所述并聯機械臂機構包括支撐柱6、并聯機械臂定平臺7、直流伺服電機8、兩自由度連接機構9、電機搖臂10、連桿11、三自由度連接機構12和并聯機械臂動平臺13，

所述并聯機械臂定平臺7呈正六邊形結構，與旋翼機底盤5大小相同，并且同軸配置；并聯機械臂定平臺7與旋翼機底盤5之間通過均勻分布的六個支撐柱6連接；