【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于飞行机器人，具体涉及一种用于绿篱切割的飞行机器人、控制系统及其控制方法。
技术介绍
1、绿篱是我们身边较为常见的植物，它们使得我们的环境变得美丽和舒适，绿篱的修剪切割是我们维护绿篱美观的必要手段，实际应用中，在对于绿篱的修剪切割时，为满足较高绿篱的切割，有部分厂家推出将用于绿篱切割的切割装置直接安装在飞行机器人的下端面，通过控制飞行机器人的移动进行较高、面积较大的绿篱切割，但是目前用于绿篱切割的飞行机器人存在以下缺点：
2、(1)绿篱切割装置直接固定在飞行机器人的下端面，完全跟随飞行机器人的位姿变化而变化，当飞行机器人飞行过生中因外界因素不处于水平状态时，绿篱切割装置也会倾斜某个角度，使得绿篱切割不均匀，易出现切割错位、割伤过深的情况。
3、(2)受到飞行机器人自身结构的影响，使得绿篱切割装置只能在飞行机器人结构范围内对绿篱切割，易留死角，且绿篱切割宽度固定，无法根据不同的应用场景对绿篱切割宽度进行调整。
4、(3)因飞行机器人一直处于运动状态，使得绿篱切割的平整度和一致性难以保证。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是克服现有技术中存在的绿篱切割不均匀、切割易错位、割伤过深的缺陷，提供了一种能够时刻保证对绿篱水平切割、稳定性较高的用于绿篱切割的飞行机器人、控制系统及控制方法。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于绿篱切割的飞行机器人，包括飞行器本体、安装在所述飞行器本体上的自适应调节机械臂以及用以对
3、所述自适应调节机械臂根据控制指令带动所述绿篱切割模块做适应待修剪的绿篱位置的调整，其中，
4、所述绿篱切割机构包括：
5、支撑架，安装在所述自适应调节机械臂的输出端；
6、定刀片，与所述支撑架固定连接；
7、两组动刀片，通过滑动机构移动安装在所述定刀片上；
8、曲柄连杆单元，安装在所述支撑架的下端面上，利用动力机构的动力带动两组所述动刀片在所述定刀片上做扩展和/或收缩运动。
9、进一步地，所述曲柄连杆单元包括与所述动力机构的输出端同轴设置的第一连杆、与所述第一连杆转动安装的连接板、分别与两所述动刀片转动连接的第二连杆和第三连杆；
10、当启动所述动力机构后，所述第一连杆以所述动力机构的输出轴为旋转轴线转动。
11、进一步地，所述动力机构包括安装在所述飞行器本体上的第一电机、与所述第一电机的输出轴同轴设置的液压传动杆，所述液压传动杆的一端与所述第一电机的输出轴通过第一万向联轴器转动连接；所述液压传动杆的另一端通过穿设在所述支撑架的中间孔内的第二万向联轴器与所述第一连杆连接。
12、进一步地，所述滑动机构包括开设在所述定刀片延伸轴线上的滑动槽和固定在所述动刀片上的若干个可滑动定位销；其中，
13、所述可滑动定位销穿设在所述滑动槽内且沿所述滑动槽滑动设置。
14、更进一步地，所述自适应调节机械臂与所述飞行器本体的重心重叠，任何角度状态下的自适应调节机械臂均保持所述支撑架处于水平状态，所述自适应调节机械臂包括圆周阵列在所述飞行器本体下端面上的三组转换驱动臂；其中，
15、所述转换驱动臂包括：
16、安装架，固定设置在所述飞行器本体的下端面上；
17、调节电机，安装在所述安装架上；
18、旋转板，与所述调节电机的输出轴同轴设置；
19、主动转换连杆，通过销轴与所述旋转板远离所述安装架的一端转动连接；
20、从动转换连杆，一端与所述主动转换连杆转动连接，另一端与所述支撑架转动连接。
21、一种用于绿篱切割的飞行机器人的控制系统，包括：
22、遥控终端，操作人员利用遥控终端控制飞行器本体的飞行；
23、pid控制模块，用以根据绿篱的位置，调整所述曲柄连杆组件的切割姿态，并控制所述曲柄连杆组件的运动幅度、运动速度、运动轨迹；调整所述转换驱动臂的转动姿态；
24、h∞鲁棒控制模块，用来补偿转换驱动臂的扰动对旋翼无人机性能的影响；其中，
25、所述pid控制模块通过逆运动学结算法设定转换驱动臂的期望值，将转换驱动臂的实时速度、实时加速度与所述期望值匹配，分离出由所述转换驱动臂对飞行器本体的扰动参数；
26、采用所述h∞鲁棒控制模块消除所述扰动参数对所述飞行器本体的影响；所述扰动参数包括飞行器本体与机械臂之间的耦合力。
27、具体的，所述pid控制模块调整所述转换驱动臂的转动姿态包括：通过对所述转换驱动臂的转动速度和加速度分析，采用逆运动学方程，将期望的末端执行器的速度和加速度转化为关节角速度和关节加速度，比较当前的关节角度、关节角速度和关节加速度，计算出相应的控制力形成控制三个所述转换驱动臂运动的控制指令，完成所述转换驱动臂的转动姿态确定；
28、所述pid控制模块调整所述曲柄连杆组件的切割姿态包括：根据所述曲柄连杆组件中各连杆的长度数据和期望数据计算所述动力机构的转动数据，控制所述曲柄连杆组件的运动幅度、运动速度、运动轨迹，完成所述曲柄连杆组件的切割姿态确定。
29、一种用于绿篱切割的飞行机器人的控制方法，包括以下步骤：
30、s1：初始化，即对飞行机器人进行初始化操作；
31、s2：设定飞行机器人的基础参数；
32、s3：操作人员通过遥控终端控制飞行机器人飞至特定位置；
33、s4：根据对应的绿篱位置实时自适应调整绿篱切割机构的位置和宽度，即通过调整飞行机器人的位置和姿态，同时改变所述自适应调节机械臂来控制所述绿篱切割机构的纵向通道；
34、通过改变飞行机器人的偏航角，以控制所述绿篱切割机构的横向通道；
35、s5：根据待切割的绿篱宽度，实时调整绿篱切割机构的切割宽度，即根据待切割的绿篱宽度，利用曲柄连杆单元实现两组所述动刀片在所述定刀片上做扩展和/或收缩运动；
36、s6：完成切割。
37、如图12所示，本实施例中步骤s4中的根据对应的绿篱位置实时自适应调整绿篱切割机构的位置包括以下算法步骤：
38、步骤a1.建立飞行机器人的系统动力学模型；
39、步骤a2.设定所述自适应调节机械臂的飞行动力学模型：
40、
41、其中，fdis为在惯性坐标系中自适应调节机械臂(2)与无人机本体(即旋翼无人机)二者间的耦合力，bτdis为在机体坐标系中机械臂与旋翼无人机二者间的耦合力矩，为旋翼无人机姿态角加速度，bωb为旋翼无人机在机体坐标系中的姿态角速度为旋翼无人机的旋翼所产生的总升力，τ为旋翼无人机的旋翼产生的总力矩，ib为机体坐标系中的转动惯量，irb为从机体坐标系变化到惯性坐标系的旋转矩阵，m0为飞行机器人总重量，g重力加速度，e1,e2,e3为三维单位向量，ge3表示重力本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于绿篱切割的飞行机器人，其特征在于，包括飞行器本体(1)、安装在所述飞行器本体(1)上的自适应调节机械臂(2)以及用以对绿篱进行切割的绿篱切割机构(3)；
2.根据权利要求1所述的一种用于绿篱切割的飞行机器人，其特征在于，所述曲柄连杆单元(35)包括与所述动力机构(36)的输出端同轴设置的第一连杆(351)、与所述第一连杆(351)转动安装的连接板(352)、分别与两所述动刀片(33)转动连接的第二连杆(353)和第三连杆(354)；所述第二连杆(353)的长度与所述第三连杆(354)的长度相同；
3.根据权利要求2所述的一种用于绿篱切割的飞行机器人，其特征在于，所述动力机构(36)包括安装在所述飞行器本体(1)上的第一电机(361)、与所述第一电机(361)的输出轴同轴设置的液压传动杆(362)，所述液压传动杆(362)的一端与所述第一电机(361)的输出轴通过第一万向联轴器(363)转动连接；所述液压传动杆(362)的另一端通过穿设在所述支撑架(31)的中间孔内的第二万向联轴器(364)与所述第一连杆(351)连接。
4.根据权利
5.根据权利要求1所述的一种用于绿篱切割的飞行机器人，其特征在于，所述自适应调节机械臂(2)与所述飞行器本体(1)的重心重叠，任何姿态下的自适应调节机械臂(2)均保持所述支撑架(31)处于水平状态，所述自适应调节机械臂(2)包括圆周阵列在所述飞行器本体(1)下端面上的三组转换驱动臂(21)；其中，
6.根据权利要求5所述的一种用于绿篱切割的飞行机器人的控制系统，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的一种用于绿篱切割的飞行机器人的控制系统，其特征在于，所述PID控制模块调整所述转换驱动臂(21)的转动姿态包括：通过对所述转换驱动臂(21)的转动速度和加速度分析，采用逆运动学方程，将期望的末端执行器的速度和加速度转化为关节角速度和关节加速度，比较当前的关节角度、关节角速度和关节加速度，计算出相应的控制力形成控制三个所述转换驱动臂(21)运动的控制指令，完成所述转换驱动臂(21)的转动姿态确定；
8.根据权利要求5所述的一种用于绿篱切割的飞行机器人的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种用于绿篱切割的飞行机器人的控制方法，其特征在于，步骤S5中的根据对应的绿篱位置实时自适应调整绿篱切割机构(3)的位置包括以下算法步骤：
10.根据权利要求8所述的一种用于绿篱切割的飞行机器人的控制方法，其特征在于，步骤S5中所述绿篱切割机构(3)的所述动刀片(33)相对于所述定刀片(32)的位移x计算公式为：
...【技术特征摘要】
1.一种用于绿篱切割的飞行机器人，其特征在于，包括飞行器本体(1)、安装在所述飞行器本体(1)上的自适应调节机械臂(2)以及用以对绿篱进行切割的绿篱切割机构(3)；
2.根据权利要求1所述的一种用于绿篱切割的飞行机器人，其特征在于，所述曲柄连杆单元(35)包括与所述动力机构(36)的输出端同轴设置的第一连杆(351)、与所述第一连杆(351)转动安装的连接板(352)、分别与两所述动刀片(33)转动连接的第二连杆(353)和第三连杆(354)；所述第二连杆(353)的长度与所述第三连杆(354)的长度相同；
3.根据权利要求2所述的一种用于绿篱切割的飞行机器人，其特征在于，所述动力机构(36)包括安装在所述飞行器本体(1)上的第一电机(361)、与所述第一电机(361)的输出轴同轴设置的液压传动杆(362)，所述液压传动杆(362)的一端与所述第一电机(361)的输出轴通过第一万向联轴器(363)转动连接；所述液压传动杆(362)的另一端通过穿设在所述支撑架(31)的中间孔内的第二万向联轴器(364)与所述第一连杆(351)连接。
4.根据权利要求1所述的一种用于绿篱切割的飞行机器人、控制系统及其控制方法，其特征在于，所述滑动机构(34)包括开设在所述定刀片(32)延伸轴线上的滑动槽(341)和固定在所述动刀片(33)上的若干个可滑动定位销(342)；其中，
5.根据权利要求1所述的一种用于绿篱...
【专利技术属性】
技术研发人员：马瑞，孙振秋，廉欣芸，康雪，黄明，丁力，韩锦锦，钱嘉阳，韩之恒，顾强，周闻静，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：
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