一种面向修补任务的空中作业系统技术方案

本发明专利技术公开一种面向修补任务的空中作业系统，其包括无人机机体、位姿机构、修补机构和控制单元；位姿机构包括机械臂单元和三轴云台，机械臂单元顶端与无人机机体连接，底端与三轴云台连接；机械臂单元中带有驱动单元；修补机构包括装有物料的加压装置、输料导管、开关和喷嘴，加压装置固连在无人机机体上，且通过输料导管连接喷嘴，开关设置在输料导管上，喷嘴安装在三轴云台的末端；控制单元包括单片机、通讯模块和电源，单片机与驱动单元、开关和三轴云台电连接，其接收上位机的指令，从而控制位姿机构中的舵机转动，调整末端的三轴云台的位置，以及开闭开关使物料喷出。本发明专利技术能够完成高危害环境作业，且保证了修补作业的实时性和智能化。性和智能化。性和智能化。

【技术实现步骤摘要】
一种面向修补任务的空中作业系统


[0001]本专利技术涉及无人机领域，具体涉及一种面向修补任务的空中作业系统。

技术介绍

[0002]随着无人机技术的发展，当前的应用开始从“看”到“做”转变，出现了水质采集、播撒农业和物流运输等应用场景，但无人机技术在建筑行业的应用较为空缺，使用以无人机作为载体，搭载机械臂修补作业机构的建筑机器人代替建筑工人完成一些高温高危害环境的工作，可以大大降低事故的发生率，减少施工成本，提高作业效率。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种面向修补任务的空中作业系统，该系统由无人机搭载Delta机械臂、三轴云台和修补装置，完成高自由度的空中修补作业任务。
[0004]本专利技术的目的通过如下的技术方案来实现：
[0005]一种面向修补任务的空中作业系统，其特征在于，该系统包括无人机机体、位姿机构、修补机构和控制单元四个部分；
[0006]所述位姿机构包括机械臂单元和三轴云台，所述机械臂单元的顶端与所述无人机机体连接，底端与所述三轴云台连接；所述机械臂单元中带有驱动其运动的驱动单元；
[0007]所述修补机构包括装有喷涂物料的加压装置、输料导管、开关和物料喷嘴，所述加压装置固连在所述无人机机体上，且通过所述输料导管连接所述物料喷嘴，所述开关设置在所述输料导管上，所述物料喷嘴安装在所述三轴云台的末端；
[0008]所述控制单元包括单片机、通讯模块和电源，所述单片机与所述驱动单元、开关和三轴云台电连接；所述单片机通过所述通讯模块接收无人机机体的上位机的指令，从而控制所述位姿机构中的舵机转动，调整末端的三轴云台的位置，以及开闭开关使物料喷出。
[0009]进一步地，所述机械臂单元为Delta机械臂，其包括顶板、舵机、上臂、下臂、环形底盘，所述顶板固连在所述无人机机体上，所述舵机固定在所述顶板上，所述舵机的输出轴驱动所述上臂，所述上臂与所述下臂可转动连接，所述下臂与所述环形底盘可转动连接；所述三轴云台固连在所述环形底盘的底面。
[0010]进一步地，所述机械臂单元为六自由度串联机械臂，其包括依次连接的顶板、多个串联轴以及环形底盘，所述顶板固连在所述无人机机体上，每个串联轴均由一个电机控制，所述三轴云台固连在所述环形底盘的底面。
[0011]进一步地，所述加压装置为压力储料瓶。
[0012]进一步地，所述加压装置包括加压泵和储料瓶，通过加压泵为储料瓶加压，从而使物料喷出。
[0013]进一步地，所述物料喷嘴的末端设置漏斗防风罩。
[0014]本专利技术的有益效果如下：
[0015]1.本专利技术通过无人机搭载高自由度的修补装置，能够代替工人完成高危害环境作
业，可以避免高空事故的发生，同时提高了作业效率。
[0016]2、通过微处理器对储料瓶的材料进行开关控制，保证了修补作业的实时性和智能化。
[0017]3、使用机械臂搭载云台的设计，使物料喷嘴装置实现六自由度的控制，保证了空中修补作业的精准性和稳定性。
附图说明
[0018]图1为本专利技术实施例的面向修补任务的空中作业系统的整体轴测图；
[0019]图2为位姿机构轴测图；
[0020]图3为修补机构轴测图；
[0021]图4为本专利技术的控制框图。
[0022]图中，无人机机体1、位姿机构2、修补机构3、控制单元4、Delta机械臂5、三轴云台6、底板7、舵机外壳8、上臂9、下臂10、环形底盘11、舵机12、铝合金轴柱13、舵机输出轴14、球铰链15、压力储料瓶16、连接件17、继电器18、电磁阀19、输料导管20、物料喷嘴21、防风罩22、微处理器23、电源模块24、舵机模块25、三轴云台模块26、电磁阀模块27、上位机28。
具体实施方式
[0023]下面根据附图和优选实施例详细描述本专利技术，本专利技术的目的和效果将变得更加明白，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0024]如图1所示，本专利技术的面向修补任务的空中作业系统，包括无人机机体1、位姿机构2、修补机构3和控制单元4。
[0025]位姿机构2包括机械臂单元和三轴云台，机械臂单元的顶端与无人机机体1连接，底端与三轴云台连接；机械臂单元中带有驱动其运动的驱动单元。如图2所示，作为其中一种实施方式，位姿机构2由Delta机械臂5和三轴云台6组成，其中Delta机械臂包括底板7、舵机外壳8、舵机12、上臂9、下臂10、环形底盘11，底板7开孔通过尼龙螺柱与三个舵机外壳8顶部连接固定，舵机外壳8里面安装Dynamixel公司的XM
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430舵机12，使用舵机固定件固定，上臂9上端通过铝合金轴柱13与舵机输出轴14相连，下端通过球铰链15与下臂10相连，下臂10由两根长杆构成，机械臂末端使用环形底盘11，下臂10下端与环形底盘11通过球铰链15相连接，三轴云台6采用一体化集成云台，通过螺栓与环形底盘11相连。其中上臂9和下臂10均为三个，且三个上臂9的长度相等，三个下臂10的长度相等。
[0026]其中底板7和下臂10的长杆使用碳纤维加工材料，舵机外壳8、机械臂上臂9、环形底盘11、球铰链15采用3D打印材料，固定件、连接件、圆柱使用机加工的铝合金材料。
[0027]作为另外一种实施方式，位姿机构2也可采用六自由度串联机械臂，作用效果与所述三自由度Delta机械臂加上三自由云台方案类似。六自由度串联机械臂由六根轴组成，每根轴通过一个电机连接控制，第一根轴是连接底座的部分，与底板7通过尼龙螺柱连接固定，其作用为绕自身轴线旋转和承担上轴的重量。第二根轴为摆动轴，控制机器人主臂的前后摆动和整个手臂的上下运动。第三轴的作用根第二根轴类似，但摆动臂的范围小。第四轴为旋转轴，是机器人上可以自由旋转的圆管部分。第五根轴为摆动轴，控制和上下微调机械手手臂的转动。第六根轴为旋转轴，末端搭载执行作业机构，物料喷嘴21和防风罩22均搭载
固定在第六根轴上方。
[0028]如图3所示，修补机构3由压力储料瓶16、连接件17、继电器18、电磁阀19、输料导管20、物料喷嘴21和防风罩22组成，压力储料瓶16倒扣固定在无人机机体1侧面，中部采用一个3D打印固定圈固定，底部旋拧在连接件17上面，连接件17一端根据储料瓶瓶口的螺纹设计内丝直通管，与储料瓶拧紧固定，内丝直通管采用漏斗状设计，挤压储料瓶的气阀，释放物料。连接件17和固定圈18均通过螺栓安装在无人机机体上。电磁阀19采用微型电磁阀，其通过底座与碳纤维底板7相连，电磁阀底座与碳纤维板7之间开孔用螺栓固定，继电器18与电磁阀19均安装在空中作业机器人机体底座上方。物料喷嘴21通过底座安装在云台末端，喷嘴底座21和云台6末端使用螺栓固定，储料瓶连接件与电磁阀进料口、电磁阀出料口与物料喷嘴之间均通过输料导管20相连，漏斗防风罩22从物料喷嘴21喷头向外伸出的部分反向套至喷头底部，采用强力胶固定使其不漏风。输料导管20采本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向修补任务的空中作业系统，其特征在于，该系统包括无人机机体、位姿机构、修补机构和控制单元四个部分；所述位姿机构包括机械臂单元和三轴云台，所述机械臂单元的顶端与所述无人机机体连接，底端与所述三轴云台连接；所述机械臂单元中带有驱动其运动的驱动单元；所述修补机构包括装有喷涂物料的加压装置、输料导管、开关和物料喷嘴，所述加压装置固连在所述无人机机体上，且通过所述输料导管连接所述物料喷嘴，所述开关设置在所述输料导管上，所述物料喷嘴安装在所述三轴云台的末端。所述控制单元包括单片机、通讯模块和电源，所述单片机与所述驱动单元、开关和三轴云台电连接；所述单片机通过所述通讯模块接收无人机机体的上位机的指令，从而控制所述位姿机构中的舵机转动，调整末端的三轴云台的位置，以及开闭开关使物料喷出。2.根据权利要求1所述的面向修补任务的空中作业系统，其特征在于，所述机械臂单元为Delta机械臂，其包括顶板、...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇奇，赵世钰，曹华姿，
申请(专利权)人：西湖大学，
类型：发明
国别省市：