一种双臂型空中作业无人机及其操作方法技术

本发明专利技术属于无人机技术领域，公开了一种双臂型空中作业无人机及其操作方法，在本发明专利技术中的无人机机体采用六轴单旋翼的布局结构，六轴相较于四轴虽然增加了旋翼之间的限位空间与保护难度，但是能够给无人机提供了更大的升力，同时在面对电机突然断电或者损坏的情况，六轴能更好的稳定机身，防止损坏，为了能有更大的载重量，全机采用3K碳纤维材料，兼顾了硬度与轻量化；同时根据升力计算公式选择尽量大且适配电机的桨叶，这样能使桨叶被驱动后提供的升力尽可能的大、机械能转化效率高。以上所述方案使得本机能够拥有大负载的情况下能够长时间且稳定的进行工作，大大提升了无人机的自身的性能优势。自身的性能优势。自身的性能优势。

【技术实现步骤摘要】
一种双臂型空中作业无人机及其操作方法


[0001]本专利技术属于无人机
，具体涉及一种双臂型空中作业无人机及其操作方法。

技术介绍

[0002]随着无人飞行器相关研究的快速发展，无人机应用领域不断拓宽。旋翼型无人机价格相对便宜，机械结构简单、尺寸多样、机动性强，成为了研究人员测试和评估新的控制理论，导航理论以及实时系统的理想空中作业无人机平台。研究者们在无人机上搭载主动作业装置组成复合系统。鉴于在过去几十年研究和实践中，将地面移动机器人与机械臂等主动作业机构相结合所组成的作业型地面移动机器人系统在抗灾搜救，反恐防暴等多种场合取得了良好的效果，充分验证了将机械臂与移动机器人结合的应用意义，研究人员在飞行机器人上加装主动作业装置，使其也具有对环境的主动影响能力，并将这类复合系统称为旋翼机械臂或作业型飞行机器人系统。作业型飞行机器人系统大大地丰富了无人机可完成的作业种类，将作业拓展到三维空间，不受地形和交通的影响，可迅速到达作业任务地点，在特殊环境，极端条件下辅助或代替人完成危险任务。在抓取与搬运，高空检测，清理排爆，空中协作，自动巡检等方面有着广阔的应用前景。空中作业无人机可以看做是下一代的无人机，由于它兼具无人机和作业机构的二重特性，使得其相较于传统无人机拥有更强的交互能力、更高的操纵精度、更高的可扩展性。
[0003]现有技术中存在的缺陷如下：市面上空中作业无人机多为四旋翼，续航不足、载重量轻、抗干扰能力不强、对不同工作环境适应力较低。市面上空中作业无人机多是单轴机械臂，低自由度的空中作业无人机，不能完成操作难度较高的任务，功能较为单一。市面上空中作业无人机缺乏保护措施，遇突发情况易损毁。而且，市面上空中作业无人机图像采集方案较传统，不能有效识别。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种双臂型空中作业无人机及其操作方法，以解决上述
技术介绍
中提出现有技术中不仅工作效率低下，而且浪费大量人力的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0006]一种双臂型空中作业无人机，包括无人机机体，所述无人机机体采用六轴单旋翼的布局结构；
[0007]以及位于所述无人机机体上的控制终端、观测系统、图像采集系统、数据传输系统、监测与报警系统、动力系统及电源与保护系统；
[0008]所述无人机机体的底部设有机械手载体，所述机械手载体包括电池盒和机械手，所述电池盒的边部两侧预留有孔位，所述机械手连接在所述孔位上；
[0009]所述机械手的尖端为可更换的多功能工作平台，可以根据不同的工作要求进行工具的更换，并设置为双机械臂也可以通过调整自己的姿态来稳定机身，在机械臂上设置连
杆机构作为桥梁；所述工作平台的内部用于放置电池、驱动板的硬件，也为各模块之间的连接留够了充裕的走线空间，同时用合页设计了一个便于开关的门，方便操作和更换电池；所述电池盒用于机械手载体和机身的中间层，增大了中间的受力面，使得下层可以有更大的负重；
[0010]所述机械臂上设有旋转底座，所述旋转底座包括固定底座、舵机、舵盘、轴承压板及轴承；所述轴承采用单边带法兰盘的深沟球轴承，所述固定底座的中部在轴承法兰盘与上部轴承压板的一个固定槽，采用以轴承为准的轴配合，形式是过盈配合，并且靠近法兰盘的一端还有阶梯轴设计，下端还存在一个外部轴承压板，所述舵盘连接在舵机上。
[0011]优选的，所述控制终端包括STM32H743VIT6作为整个空中作业无人机的控制大脑进行数据处理、姿态解算、监测系统状态。
[0012]优选的，所述观测系统包括陀螺仪、气压计、GPS及电流计，所述陀螺仪、气压计、GPS及电流计均与所述STM32H743VIT6相连接。
[0013]优选的，所述图像采集系统包括摄像头，用于采集图像数据；所述摄像头与所述STM32H743VIT6相连接。
[0014]优选的，所述数据传输系统包括WiFi数传模块，用于将陀螺仪的观测角度数据、气压计的气压信息、GPS的定位信息、传输整个系统的工作状态、传输报警装置信息发送至所述STM32H743VIT6。
[0015]优选的，所述监测与报警系统通过蜂鸣器进行报警，并通过所述WiFi数传模块传输故障信息给操作员。
[0016]优选的，所述动力系统包括电机与电机驱动、机械手与机械手驱动，所述电机与电机驱动、机械手与机械手驱动与所述STM32H743VIT6相连接。
[0017]优选的，所述电源与保护系统包括多点智能稳定DC
‑
DC降压大功率电路，采用芯洲SCT2650的DC
‑
DC芯片作为整个系统的5V供电，该芯片有宽输入范围：4.5V
‑
60V，高达5A的连续输出电流，以及0.8V
±
1％反馈参考电压，可调频率100KHz至1.2MHz，可编程的精度启用阈值，输入电压欠压闭锁保护，可派生逆变电压调节器，过压和过热保护，可以满足我们系统电压输入需求，可以提供最大5A电流的输出，供给机械手、5V模块是非常足够的，采用LDO 芯片XC6210来将5V电压降压到3.3V给系统供电，该芯片支持最大0.9A的电流输出。
[0018]优选的，一种双臂型空中作业无人机的操作方法，包括如下步骤：
[0019]上电进行自检启动，检测系统电源以及各模块状态是否正常，全部正常才会进入到工作模式，接收工作指令，进入数据检测，数据分析阶段；
[0020]接收各模块数据并进行处理，通过陀螺仪检测到的机体角度信息来姿态解算，驱动电机来使空中作业无人机可以升上天空，进行高空作业；
[0021]接收气压计检测到的大气压强来换算出无人机海拔高度，接收GPS信息来获得当前位置信息；
[0022]通过摄像头检测工作环境信息；
[0023]自动或者人工操作机械手进行动作。
[0024]本专利技术的技术效果和优点：本专利技术提出的一种双臂型空中作业无人机，与现有技术相比，具有以下优点：
[0025]1、在本专利技术中的无人机机体采用六轴单旋翼的布局结构，六轴相较于四轴虽然增
加了旋翼之间的限位空间与保护难度，但是能够给无人机提供了更大的升力，同时在面对电机突然断电或者损坏的情况，六轴能更好的稳定机身，防止损坏，为了能有更大的载重量，全机采用3K碳纤维材料，兼顾了硬度与轻量化；同时根据升力计算公式选择尽量大且适配电机的桨叶，这样能使桨叶被驱动后提供的升力尽可能的大、机械能转化效率高。以上所述方案使得本机能够拥有大负载的情况下能够长时间且稳定的进行工作，大大提升了无人机的自身的性能优势。
[0026]2、通过搭载双机械手作业平台，比之市面上的单轴机械手，或者低自由度作业平台，双机械手作业平台不像它们只局限于某个工作领域，可以支持更多的工作方式，完成更加精细化的操作，无论是空中协作、救火救援、搬运重物它都可以通过两只机械手的协作完成；
[0027]3、双臂型空中作业无人机工作平台功能丰富多样，不仅兼具小本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双臂型空中作业无人机，其特征在于：包括无人机机体，所述无人机机体采用六轴单旋翼的布局结构；以及位于所述无人机机体上的控制终端、观测系统、图像采集系统、数据传输系统、监测与报警系统、动力系统及电源与保护系统；所述无人机机体的底部设有机械手载体，所述机械手载体包括电池盒和机械手，所述电池盒的边部两侧预留有孔位，所述机械手连接在所述孔位上；所述机械手的尖端为可更换的多功能工作平台，可以根据不同的工作要求进行工具的更换，并设置为双机械臂也可以通过调整自己的姿态来稳定机身，在机械臂上设置连杆机构作为桥梁；所述工作平台的内部用于放置电池、驱动板的硬件，也为各模块之间的连接留够了充裕的走线空间，同时用合页设计了一个便于开关的门，方便操作和更换电池；所述电池盒用于机械手载体和机身的中间层，增大了中间的受力面，使得下层可以有更大的负重；所述机械臂上设有旋转底座，所述旋转底座包括固定底座、舵机、舵盘、轴承压板及轴承；所述轴承采用单边带法兰盘的深沟球轴承，所述固定底座的中部在轴承法兰盘与上部轴承压板的一个固定槽，采用以轴承为准的轴配合，形式是过盈配合，并且靠近法兰盘的一端还有阶梯轴设计，下端还存在一个外部轴承压板，所述舵盘连接在舵机上。2.根据权利要求1所述的一种双臂型空中作业无人机，其特征在于：所述控制终端包括STM32H743VIT6作为整个空中作业无人机的控制大脑进行数据处理、姿态解算、监测系统状态。3.根据权利要求2所述的一种双臂型空中作业无人机，其特征在于：所述观测系统包括陀螺仪、气压计、GPS及电流计，所述陀螺仪、气压计、GPS及电流计均与所述STM32H743VIT6相连接。4.根据权利要求3所述的一种双臂型空中作业无人机，其特征在于：所述图像采集系统包括摄像头，用于采集图像数据；所述摄像头与所述STM32H743VIT6相连接。5.根据权利要求4所述的一种双臂型空中作业无人机，其特征在于：所述数据传输系统包括WiFi数传模块，用于将陀螺仪的观测角度数据、气压计的气压信息、...

【专利技术属性】
技术研发人员：李钦林，苏尚宇，潘嘉凡，周荣俊，田利荣，王志炜，
申请(专利权)人：电子科技大学成都学院，
类型：发明
国别省市：