缆索悬挂式空中机械臂系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种缆索悬挂式空中机械臂系统，包括若干钢丝绳和固定架，所述固定架上设有若干用以控制各钢丝绳长度的绞盘装置，所述固定架周部连接有若干向外伸出的旋翼臂，所述旋翼臂上安装有伺服电机A，所述伺服电机A的转轴上连接有旋翼；所述固定架底部安装有机械臂。本实用新型专利技术缆索悬挂式空中机械臂系统设计合理，使用方便，可以悬挂在直升机或大旋翼无人机上使用，自身只需要与环境进行交互而不需要考虑自身重力，通过控制钢丝绳的长度可以完成翻转、俯仰和停留在不同高度，稳定性好，安全性高。全性高。全性高。

【技术实现步骤摘要】
缆索悬挂式空中机械臂系统


[0001]本技术涉及无人机空中操作领域，特别是一种缆索悬挂式空中机械臂系统。

技术介绍

[0002]空中操作是无人机(UAV)在接触应用中最有前景方向之一。空中操作应用于很多场景中，主要包括：各种结构的检查，例如桥梁、电线和管道，高位置建筑物的装修，以及代替人类在危险的场数进行操作，如损坏的核电站的拆除。空中操作领域主要有两个分支：一种是使用特定的卡具(如夹持器)与环境进行特定类型的空中交互。另一个重要的分支是将机械臂(或者多个机械臂)集成到无人机中，通过远程控制机械臂与环境交互。
[0003]一般来说，当机械臂集成到无人机中时，机械臂自由度越多在实际应用范围越大，但同时会导致重量过重而大幅度减少了无人机的续航能力和增加无人机的旋翼半径，这种情况对在复杂狭窄的环境中接近任务目标和长时间执行任务比较困难并且不安全。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本技术的目的是提供一种稳定性好，安全性高的缆索悬挂式空中机械臂系统，可以悬挂在直升机或大旋翼无人机上使用，有助于保证自身安全的情况下通过机械臂在狭窄复杂的环境中完成操作，进而提高与环境的交互能力。
[0005]本技术采用以下方案实现：一种缆索悬挂式空中机械臂系统，包括若干钢丝绳和固定架，所述固定架上设有若干用以控制各钢丝绳长度的绞盘装置，所述固定架周部连接有若干向外伸出的旋翼臂，所述旋翼臂上安装有伺服电机A，所述伺服电机A的转轴上连接有旋翼；所述固定架底部安装有机械臂。
[0006]进一步的，其中三个呈三角形分布的旋翼臂为能上下摆动的活动旋翼臂，活动旋翼臂铰接于固定架上，每个活动旋翼臂在靠近铰接端位置设有限位机构。
[0007]进一步的，所述限位机构包括由伺服电机B控制摆动的限位卡片，所述伺服电机B固定连接于活动旋翼臂上，活动旋翼臂旁侧设有限位板上，所述限位板上设有一上一下的两个在活动旋翼臂上摆和下摆时分别与限位卡片卡接配合的限位槽扣。
[0008]进一步的，所述绞盘装置包括钢丝绳导向架和用以缠绕钢丝绳下端并由直流电机驱动转动的绞盘，所述钢丝绳导向架上开设有供钢丝绳穿过的导向孔，钢丝绳导向架上设有用以感应钢丝绳的光纤传感器。
[0009]进一步的，所述固定架包括通过肋板连接在一起的顶板和底板，所述机械臂安装于底板下侧并偏离底板中心一定距离；所述限位机构和绞盘装置均位于顶板和底板之间，所有钢丝绳上端向下穿过顶板后连接在一起。
[0010]与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：本技术缆索悬挂式空中机械臂系统采用悬挂式设计，可以悬挂在直升机或大旋翼无人机上使用，自身只需要与环境进行交互而不需要考虑自身重力，稳定性好，安全性高；通过控制钢丝绳的长度可以完成翻转、俯仰和停留在不同高度，有助于保证自身安全的情况下通过机械臂在狭窄复杂的环境
中完成操作，进而提高与环境的交互能力。
[0011]为使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本技术作进一步详细说明。
附图说明
[0012]图1是本技术实施例使用状态结构简图；
[0013]图2是本技术实施例中缆索悬挂式空中机械臂系统结构示意图；
[0014]图3是本技术实施例中机械臂操作状态示意图；
[0015]图4是本技术实施例中机械臂停车状态结构示意图；
[0016]图5是本技术实施例中推进单元的简化模型(1、3、5、7正桨，2、4、6、8、反桨)；
[0017]图6是本技术实施例缆索悬挂式空中机械臂系统的结构框图；
[0018]图7是本技术实施例缆索悬挂式空中机械臂系统的原理图；
[0019]图8是本技术实施例缆索悬挂式空中机械臂系统力矩示意图；
[0020]图9是本技术实施例缆索悬挂式空中机械臂系统的级联控制方案图；
[0021]图中标号说明：1、钢丝绳；2、顶板；3、伺服电机A；4、旋翼臂；41、活动旋翼臂；5、旋翼；6、底板；7、机械臂；8、肋板；9、连接点；10、质心；11、绞盘；12、直流电机；13、光纤传感器；14、钢丝绳导向架；15、限位槽扣；16、限位卡片；17、伺服电机B。
具体实施方式
[0022]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0023]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0024]如图1～9所示，一种缆索悬挂式空中机械臂系统，包括若干钢丝绳1和固定架，所述固定架上设有若干用以控制各钢丝绳1长度的绞盘装置，所述固定架周部连接有若干向外伸出的旋翼臂4，所述旋翼臂4上安装有伺服电机A3，所述伺服电机A3的转轴上连接有旋翼5；所述固定架底部安装有机械臂7；该空中机械臂系统通过其搭载的机械臂进行空中操作，使机械臂在狭窄和复杂的环境中执行操纵，同时保持缆索悬挂式空中机械臂系统与障碍物的安全距离。整个空中操作平台为两个部分：承重部分和操作部分，本技术缆索悬挂式空中机械臂系统即为操作部分，承重部分给整个空中机械臂系统提供升力来抵消重力，使空中机械臂系统悬停在空中，空中机械臂系统由可控制长度的钢丝绳悬挂在承重部分上并与环境交互；所述承重部分可以是直升机也可以是大旋翼无人机，可以提供稳定的升力和增加续航时间。在工作时，承重部分主要用于将操作部分移动到目标位置，之后它的作用主要是悬停在空中。
[0025]该机械臂7为七轴机械臂，机械臂为现有技术，在此不对其结构和原理做具体阐述；此机械臂有两种主要状态：操作和停车。在运输和降落过程时机械臂处于停车配置，在
开始任何操作任务时，如拾取和放置钉入孔，机械臂应处于操作配置中；机械臂得末端可以装备合适的卡具适应不同的工作条件。
[0026]在本实施例中，其中三个呈三角形分布的旋翼臂4为能上下摆动的活动旋翼臂41，三个活动旋翼臂的位置呈等腰三角形分布，活动旋翼臂41铰接于固定架上，每个活动旋翼臂41在靠近铰接端位置设有限位机构；三个活动旋翼臂可以旋转60
°
作为起落架使用，活动旋翼臂上摆时处于水平状态，作为旋翼臂使用，下摆时与水平方向夹角为60
°
，作为起落架使用。
[0027]在本实施例中，所述限位机构包括由伺服电机B17控制摆动的限位卡片16，所述伺服电机B17固定连接于活动旋翼臂41上，活动旋翼臂41旁侧设有限位板上，所述限位板上设有一上一下的两个在活动旋翼臂上摆和下摆时分别与限位卡片卡接配合的限位槽扣15。限位槽扣15为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种缆索悬挂式空中机械臂系统，其特征在于：包括若干钢丝绳和固定架，所述固定架上设有若干用以控制各钢丝绳长度的绞盘装置，所述固定架周部连接有若干向外伸出的旋翼臂，所述旋翼臂上安装有伺服电机A，所述伺服电机A的转轴上连接有旋翼；所述固定架底部安装有机械臂。2.根据权利要求1所述的缆索悬挂式空中机械臂系统，其特征在于：其中三个呈三角形分布的旋翼臂为能上下摆动的活动旋翼臂，活动旋翼臂铰接于固定架上，每个活动旋翼臂在靠近铰接端位置设有限位机构。3.根据权利要求2所述的缆索悬挂式空中机械臂系统，其特征在于：所述限位机构包括由伺服电机B控制摆动的限位卡片，所述伺服电机B固定连接于活动旋翼臂上，活动...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷瑶，李亚洲，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：新型
国别省市：