一种陆空两用作业型飞行机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种陆空两用作业型飞行机器人，包括飞行机器人、机械臂、运动平台；其中，所述的飞行机器人的机身包含旋翼和动力装置；所述的飞行机器人机身安装在运动平台上面；所述的机械臂包含夹持器和3个关节，1号关节上方与作业型飞行机器人连接，1号关节下方与2号关节上方连接，2号关节下方与3号关节上方连接，3号关节下方与夹持器连接；所述的机械臂后端安装于飞行机器人机身下方；所述的旋翼数量为多个；所述的旋翼数量与动力装置数量一一对应；所述的旋翼沿飞行机器人机身周围均匀分布；所述的陆空两用作业型飞行机器人通过地面站设置任务。通过动力装置、运动平台和机械臂，本发明专利技术具有空中快速运动，陆地精确移动的特点，并且通过机载的机械臂实现作业任务。

【技术实现步骤摘要】
一种陆空两用作业型飞行机器人
本专利技术涉及一种飞行器，具体涉及带有机械臂和运动平台的作业型飞行器。
技术介绍
多旋翼无人机是一种不搭载操作人员、通过桨叶驱动可以多次使用的飞行器。随着微电子技术、微机电技术、导航定位技术以及通信技术的不断发展，多旋翼无人机的作用逐渐获得人们的重视，在执行危险任务等特殊环境下发挥了越来越重要的作用。目前市场上的多旋翼无人机主要应用在拍摄和监控方面。即控制飞行器在空中对特定区域进行被动式侦测，但无法对所侦测的目标进行主动操作。传统多旋翼无人机只能在空中飞行，降落后无法在地面行进，降低了多旋翼无人机的应用范围，所以开发和研究具有作业能力的主动操作型飞行机器人具有重要意义。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种陆空两用的作业型飞行机器人。解决了飞行机器人不仅可以在空中快速机动，还能在陆地上灵活行动，通过搭载的机械手臂，还能对被侦测的环境实施主动的影响。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为:包括飞行机器人、机械臂、运动平台三大部分。所述的飞行机器人包括机身结构和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种陆空两用作业型飞行机器人，包括飞行机器人机身、旋翼、动力装置、机械臂、机械爪、运动平台；其中，所述的飞行机器人安装在运动平台上面；所述的机械臂安装于飞行机器人机身下方；所述的旋翼一端与飞行机器人机身连接，另一端与动力装置连接；飞行机器人机身搭载计算控制单元；所述的旋翼数量为6个；所述的机械臂为3自由度；所述的旋翼数量与动力装置数量一一对应；所述的旋翼沿飞行机器人机身周围呈均匀分布。/n

【技术特征摘要】
1.一种陆空两用作业型飞行机器人，包括飞行机器人机身、旋翼、动力装置、机械臂、机械爪、运动平台；其中，所述的飞行机器人安装在运动平台上面；所述的机械臂安装于飞行机器人机身下方；所述的旋翼一端与飞行机器人机身连接，另一端与动力装置连接；飞行机器人机身搭载计算控制单元；所述的旋翼数量为6个；所述的机械臂为3自由度；所述的旋翼数量与动力装置数量一一对应；所述的旋翼沿飞行机器人机身周围呈均匀分布。


2.根据权利要求1所述的陆空两用作业型飞行机器人，其特征在于所述的机械臂由连杆和末端执行机构组成。机械臂的连杆由1号、2号、3号连杆依此连接构成，1号连杆的上方与飞行机器人底部固定连接，1号连杆的末端连接双输出步进电机，通过该双输出步进电机与2号连杆的上部连接，2号电机的末端连接一个单输出的步进电机，然后通过该电机与3号连杆的顶部连接。1、2、3号连杆的旋转角度为0-90°，三号连杆的末端通过一个舵机与末端执行机构连接。


3.据权利要求2中所述的陆空两用作业型飞行机器人的机械臂控制方法，其特征在于，具体步骤为：
A1、由旋转角度和机械臂连杆长度来定义机械臂执行机构在三维空间中的坐标系：



式中，为机械臂末端执行机构的三维空间坐标系，为机械臂连杆的长度，为机械臂关节的旋转角度。
A2、通过建立机械臂的逆运动学模型，首先给出期望机械臂末端执行机构期望的位置，该位置可以由摄像头识别的待抓取物坐标来引导，最终求得各关节应该旋转的角度，即可控制机械臂末端执行机构在空间中的位置。



A3、建立了三轴机械臂的运动学模型之后，就可得到其拉格朗日动力学模型。该模型能够分析机械臂各连杆的动力分配，以来平滑控制其抓取物体。



式中，,和分别表示系统的总动能和总势能，表示控制力矩。
A4、通过A2和A3中给出的机械臂运动学模型和动力学模型，通过摄像头识别的待抓取目标，并给出坐标，即可引导机械臂进行抓取。


4.根据权利要求1所述的陆空两用作业型飞行机器人，其特征在于，所述的飞行机器人结构包含：飞行控制系统、电源控制系统、电源、无刷电机、电子调速器以及用于位姿解算的AHRS模块和视觉捕获系统。AHRS模块包括：三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁力计、全球定位模块和气压计和超声波单元。AHRS模块与飞行控制系统连接，计算出飞行机器人的空间位姿，反馈给飞行控制系统，飞行控制系统输出PWM波到电子调速器，电子调速器将实时控制电机的转速来控制陆空两用作业型飞行机器人的位姿，电源控制系统将电池电量合理的分配给飞行机器人、机械臂和运动平台。视觉捕获系统可以识别并追踪待抓取的物体，引导机械臂进行抓取作业。


5.根据权利要求1所述的陆空两用作业型飞行机器人，其特征在于，所述的末端执行机构由仿真手指气缸组成，仿真手指由三个软管构成，通过末端执行机构内部的气缸，可以驱动三个软管进行抓取和释放，与末端执行机构连接的舵机可以控制该机构进行旋转操作。


6.根据权利要求1所述的陆空两用作业型飞行机器人，其特征在于，所述的运动平台包括两个闭环直流电机和两个驱动轮、电机驱动器、一个万向轮和一个方形平台。两个驱动轮分别与两个直流电机装配组成动力部分，然后连接到方形平台下方，万向轮安装在方形平台下方。两个电机与万向轮呈三角形排布，电机驱动器驱动端与闭环电机连接，供电端由电源控制系统提供电源。多旋翼无人机的脚架固定在方形平台的上方，电机控制信号由飞行控制系统发布。


7.根据权利要求6中所述的陆空两用作业型飞行机器人的运动平台，其控制方法在于，包括如下步骤：
B1、电机驱动器驱动电机运动，电机上的编码盘实时记录电机切割编码盘上光栅的次数。并将该次数通过串口发送。
B2、运动底盘控制系统通过串口获取光栅次数，并通过环形对立存储该光栅次数。
B3、为了更好的控制运动底盘精确的行进，建立其运动学模型，并将该模型转换为C代码，并固化到运动底盘控制系统。
B4、当陆空两用作业型飞行机器人着陆之后，通过位置控制算法，控制运动底盘行进到期望的地方。


8.根据权利要求7中步骤B3和B4所述的运动平台运动学模型和位置控制方法，其特征在于，具体步骤为：
C1、通过地面站设置运动底盘的行进方向及位置，假设运动底盘的运动中转向角度为,其运动距离为,干扰力（运动...

【专利技术属性】
技术研发人员：楚红雨，倪俊超，常志远，邵延华，张晓强，郭玉英，冉莉莉，梅艳莹，荆琦，张得沛，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51