本發(fā)明涉及飛行機(jī)械臂，尤其涉及一種帶有柔性抓取器的飛行機(jī)械臂。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，多旋翼無(wú)人機(jī)與各類攝像頭相結(jié)合應(yīng)用于航空拍攝領(lǐng)域，主要對(duì)環(huán)境甚至是災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控與勘察。但是可以發(fā)現(xiàn)，無(wú)人機(jī)的應(yīng)用如果僅僅停留在感知環(huán)境而不能與環(huán)境發(fā)生主動(dòng)接觸和交互將大大限制其應(yīng)用領(lǐng)域。因此，多旋翼無(wú)人機(jī)與多自由度機(jī)械臂相結(jié)合，將使其具備與環(huán)境交互的能力從而大大提高其應(yīng)用價(jià)值。

中國(guó)發(fā)明專利《一種裝備機(jī)械臂的無(wú)人機(jī)》（公開(kāi)號(hào)：cn105314102a）。該發(fā)明公開(kāi)了一種裝備超冗余機(jī)械臂的無(wú)人機(jī)，該機(jī)械臂包括上臂、中臂、下臂、電控模塊和機(jī)械爪，并且可以更換末端機(jī)械爪，滿足不同行業(yè)對(duì)于無(wú)人機(jī)搭載不同功能機(jī)械臂的需求。但是該發(fā)明所述機(jī)械臂自由度少，工作空間范圍有限，并且通過(guò)更換機(jī)械爪來(lái)適應(yīng)不同的任務(wù)需求說(shuō)明機(jī)械爪結(jié)構(gòu)對(duì)于環(huán)境適應(yīng)性差。

中國(guó)發(fā)明專利《一種帶有多旋翼無(wú)人機(jī)的機(jī)械臂》（公開(kāi)號(hào)：cn105014687a）。該發(fā)明公開(kāi)了一種帶有多旋翼無(wú)人機(jī)的機(jī)械臂，機(jī)械臂連接在多旋翼無(wú)人機(jī)下方，機(jī)械臂由大臂、小臂和夾持器組成，大臂的上方與主框架相連，大臂的下方通過(guò)水平軸與小臂的上端連接，小臂的下端與夾持器連接，多旋翼無(wú)人機(jī)的結(jié)構(gòu)包括八個(gè)螺旋槳、十字架轉(zhuǎn)軸、八個(gè)無(wú)刷電機(jī)和無(wú)人機(jī)基座。該發(fā)明所述的無(wú)人機(jī)平臺(tái)雖然提供了足夠的負(fù)載能力，但是機(jī)械臂本身由于其自由度的限制并不能達(dá)到其操作空間的任意位置和姿態(tài)，從而限制了其靈活地躲避障礙物的能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種帶有柔性抓取器的飛行機(jī)械臂。

本發(fā)明提供了一種帶有柔性抓取器的飛行機(jī)械臂，包括多旋翼飛行器、多自由度機(jī)械臂和柔性抓取器，所述多旋翼飛行器與所述多自由度機(jī)械臂連接，所述多自由度機(jī)械臂與所述柔性抓取器連接。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述多旋翼飛行器包括螺旋槳、電池、飛行控制器及板載傳感器、支撐架、無(wú)刷電機(jī)和與所述無(wú)刷電機(jī)對(duì)應(yīng)連接的電子調(diào)速器，其中，所述電池、飛行控制器及板載傳感器分別固定在所述支撐架上，所述飛行控制器連接各個(gè)無(wú)刷電機(jī)對(duì)應(yīng)的電子調(diào)整器，所述無(wú)刷電機(jī)與所述螺旋槳連接。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述多自由度機(jī)械臂包括延長(zhǎng)臂桿、第一電機(jī)、第二電機(jī)、第三電機(jī)、第四電機(jī)、第五電機(jī)和第六電機(jī)，其中，所述第一電機(jī)的副舵盤與所述多旋翼飛行器連接，所述第一電機(jī)的主舵盤與所述第二電機(jī)的無(wú)舵盤側(cè)連接，所述第二電機(jī)的主舵盤與所述延長(zhǎng)臂桿的一邊固定側(cè)連接，所述延長(zhǎng)臂桿的另一邊固定側(cè)與所述第三電機(jī)的底座連接，所述第三電機(jī)的主舵盤、副舵盤分別連接有第一連桿，二個(gè)所述第一連桿相平行，二個(gè)所述第一連桿分別固定在所述第四電機(jī)的無(wú)舵盤側(cè)，所述第三電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸與所述第四電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸相交，所述第四電機(jī)的主舵盤與所述第五電機(jī)的底座連接，所述第五電機(jī)的主舵盤、副舵盤分別連接有第二連桿，二個(gè)所述第二連桿相平行，二個(gè)所述第二連桿分別與所述第六電機(jī)的無(wú)舵盤側(cè)連接，所述第六電機(jī)的主舵盤與所述柔性抓取器連接。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第二電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸與所述第三電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸之間的直線距離不小于所述第四電機(jī)、第五電機(jī)、第六電機(jī)、柔性抓取器伸展的最大長(zhǎng)度。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第二電機(jī)的底座、第三電機(jī)的底座之間通過(guò)四根相平行的碳纖維桿連接，四根相平行的所述碳纖維桿的中間設(shè)有u形加強(qiáng)筋。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第三電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸、第四電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸相交并互相垂直。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第四電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸、第六電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸共線且都與所述第五電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸相交。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述柔性抓取器包括電路印刷版、五邊形基座，所述五邊形基座的每一個(gè)邊均連接有柔軟模塊，所述柔軟模塊與所述電路印刷版連接。

本發(fā)明的有益效果是：通過(guò)在多旋翼飛行器下掛載多自由度機(jī)械臂，利用多旋翼飛行器能夠快速移動(dòng)的特性，提高了多自由度機(jī)械臂的實(shí)用能力。同時(shí)，利用柔性抓取器作為多自由度機(jī)械臂的末端，能夠很好的適應(yīng)抓取物外形，從而大大提高了抓取任務(wù)的成功率。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種帶有柔性抓取器的飛行機(jī)械臂的多旋翼飛行器的示意圖。

圖2是本發(fā)明一種帶有柔性抓取器的飛行機(jī)械臂的多自由度機(jī)械臂的示意圖。

圖3是本發(fā)明一種帶有柔性抓取器的飛行機(jī)械臂的柔性抓取器的示意圖。

圖4是本發(fā)明一種帶有柔性抓取器的飛行機(jī)械臂的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖說(shuō)明及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1至圖4所示，一種帶有柔性抓取器的飛行機(jī)械臂，包括多旋翼飛行器1、多自由度機(jī)械臂2和柔性抓取器3，所述多旋翼飛行器1與所述多自由度機(jī)械臂2連接，所述多自由度機(jī)械臂2與所述柔性抓取器3連接。

如圖1所示，所述多旋翼飛行器1包括螺旋槳11、電池15、飛行控制器及板載傳感器14、支撐架16、無(wú)刷電機(jī)12和電子調(diào)速器13，其中，所述電池15、飛行控制器及板載傳感器14分別固定在所述支撐架16上，所述飛行控制器連接各個(gè)無(wú)刷電機(jī)12對(duì)應(yīng)的電子調(diào)速器13，無(wú)刷電機(jī)12與螺旋漿11連接，板載傳感器主要有氣壓計(jì)、gps、慣性傳感元件，慣性傳感元件包括三軸加速度計(jì)、三軸陀螺儀、三軸磁力計(jì)，其中三軸加速度計(jì)用于獲得相對(duì)機(jī)體軸的速度變化量，三軸陀螺儀用于采集相對(duì)于機(jī)體軸的角度隨時(shí)間的變化量，三軸磁力計(jì)得到無(wú)人機(jī)當(dāng)前相對(duì)于地磁的航向偏角，這些傳感器主要用于確定多旋翼飛行器1的姿態(tài)和位置。

雖然本實(shí)施例是采用四旋翼無(wú)人機(jī)，但是考慮到抓取物體的重量，所述多旋翼飛行器1的螺旋槳的數(shù)目需要根據(jù)實(shí)際升力需要進(jìn)行增加，因此多旋翼飛行器1也可以六旋翼、八旋翼或者上下共軸八旋翼結(jié)構(gòu)。

如圖2所示，所述多自由度機(jī)械臂2包括延長(zhǎng)臂桿、第一電機(jī)21、第二電機(jī)22、第三電機(jī)25、第四電機(jī)26、第五電機(jī)27和第六電機(jī)28，所述多自由度機(jī)械臂2具有六自由度，每個(gè)自由度都由電機(jī)、減速齒輪組和編碼器構(gòu)成旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，能夠到達(dá)其工作空間中指定的任意位置和姿態(tài)，其中，所述第一電機(jī)21的副舵盤與所述多旋翼飛行器1連接，所述第一電機(jī)21的主舵盤與所述第二電機(jī)22的無(wú)舵盤側(cè)連接，所述第二電機(jī)22的主舵盤與所述延長(zhǎng)臂桿的一邊固定側(cè)連接，所述延長(zhǎng)臂桿的另一邊固定側(cè)與所述第三電機(jī)25的底座連接，所述第三電機(jī)25的主舵盤、副舵盤分別連接有第一連桿，二個(gè)所述第一連桿相平行，二個(gè)所述第一連桿分別固定在所述第四電機(jī)26的無(wú)舵盤側(cè)，所述第三電機(jī)25的旋轉(zhuǎn)軸與所述第四電機(jī)26的旋轉(zhuǎn)軸相交，所述第四電機(jī)26的主舵盤與所述第五電機(jī)27的底座連接，所述第五電機(jī)27的主舵盤、副舵盤分別連接有第二連桿，二個(gè)所述第二連桿相平行，二個(gè)所述第二連桿分別與所述第六電機(jī)28的無(wú)舵盤側(cè)連接，所述第六電機(jī)28的主舵盤與所述柔性抓取器3連接。

如圖2所示，所述第二電機(jī)22的旋轉(zhuǎn)軸與所述第三電機(jī)25的旋轉(zhuǎn)軸之間的直線距離不小于所述第四電機(jī)26、第五電機(jī)27、第六電機(jī)28、柔性抓取器3伸展的最大長(zhǎng)度，以便在不進(jìn)行抓取作業(yè)時(shí)能夠?qū)⒈凼沼诙嘈盹w行器1下方，減小重心偏移引起震蕩。

如圖2所示，所述第二電機(jī)22的底座、第三電機(jī)25的底座之間通過(guò)四根相平行的碳纖維桿23連接，四根相平行的所述碳纖維桿23的中間設(shè)有u形加強(qiáng)筋24。

如圖2所示，所述第三電機(jī)25的旋轉(zhuǎn)軸、第四電機(jī)26的旋轉(zhuǎn)軸相交并互相垂直。

如圖2所示，所述第四電機(jī)26的旋轉(zhuǎn)軸、第六電機(jī)28的旋轉(zhuǎn)軸共線且都與所述第五電機(jī)27的旋轉(zhuǎn)軸相交，從而由第四電機(jī)26、第五電機(jī)27、第六電機(jī)28構(gòu)成了球形腕的結(jié)構(gòu)。

如圖2所示，所述第一電機(jī)21、第二電機(jī)22、第三電機(jī)25、第四電機(jī)26、第五電機(jī)27和第六電機(jī)28均通過(guò)電機(jī)控制器輸出pwm波進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，控制器調(diào)節(jié)pwm波的占空比調(diào)節(jié)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，并且每個(gè)電機(jī)都有編碼器讀取角速度值，從而能夠?qū)崿F(xiàn)每個(gè)關(guān)節(jié)的反饋控制。

如圖3所示，所述柔性抓取器3包括形狀記憶合金線、聚二甲基硅氧烷有機(jī)硅、聚氯乙烯塑料、電路印刷版31、五邊形基座33，所述五邊形基座33的每一個(gè)邊均連接有柔軟模塊32，五個(gè)獨(dú)立的所述柔軟模塊32均連接有所述電路印刷版31。每個(gè)柔軟模塊32采用層鑄造技術(shù)制作而成。形狀記憶合金通過(guò)電流加熱發(fā)生熱彈性馬氏體相變從而引起形變彎曲，而為了提高柔軟模塊的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)頻率，需要在制作過(guò)程中在形變恢復(fù)側(cè)添加聚氯乙烯層來(lái)提高回復(fù)力。由于柔軟抓取器本身由輕質(zhì)柔軟材料構(gòu)成，對(duì)于形狀復(fù)雜的物體具有更好的適應(yīng)性，能夠大大提高抓取的成功率。

如圖4所示，多旋翼飛行器1采用x型結(jié)構(gòu)，多自由度機(jī)械臂2安裝在多旋翼飛行器1上，并且在機(jī)頭正方向上有偏移，其偏移量為第二電機(jī)225的旋轉(zhuǎn)軸與第三電機(jī)25的旋轉(zhuǎn)軸之間的直線距離的一半。從而保證多旋翼飛行器1在沒(méi)有進(jìn)行抓取操作時(shí)，多自由度機(jī)械臂2能夠收回并且保證重心的偏移對(duì)飛行器的飛行造成的影響最小。

本發(fā)明提供的一種帶有柔性抓取器的飛行機(jī)械臂，采用六自由度結(jié)構(gòu)，可以達(dá)到其操作空間的任意位置和姿態(tài)，多自由度機(jī)械臂的末端的柔性抓取器主要由柔性材料和形狀記憶合金構(gòu)成，其柔軟的特性能夠很好的適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境，提高抓取和搬運(yùn)任務(wù)的成功率。

本發(fā)明提供的一種帶有柔性抓取器的飛行機(jī)械臂，可以應(yīng)用于遠(yuǎn)距離運(yùn)輸任務(wù)，尤其可以應(yīng)用在災(zāi)難救援現(xiàn)場(chǎng)或復(fù)雜地形環(huán)境等人們很難到達(dá)的地方，因此其具有很大的應(yīng)用價(jià)值。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。