一种基于四旋翼飞行器的运载机械手的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于四旋翼飞行器的运载机械手，包括四旋翼机体、动力系统、飞控系统、电源和机械手控制装置。四旋翼机体包括机架、起落架和四个旋翼。飞控系统设在机架的中心上方，飞控系统包括微控制器和9轴组合传感器；9轴组合传感器，用于感知四旋翼飞行器的飞行姿态，并将飞行姿态数据传送给微控制器。每个旋翼上均设置有一个动力系统，每个动力系统均包括螺旋桨、无刷电机和电调。机械手控制装置设在机架的底部中心，机械手控制装置包括舵机和机械手，通过舵机的转动，能实现机械手的对称抓取和投放。采用上述结构后，能实现四旋翼飞行器的空中飞行任务，又能达到机械手在空中抓取和空中投放的功能。
【专利说明】
一种基于四旋翼飞行器的运载机械手
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种航空飞行器，特别是一种基于四旋翼飞行器的运载机械手。 【背景技术】
[0002]四旋翼飞行器是一种利用四个旋翼作为飞行引擎来进行空中飞行的飞行器。进入 20世纪以来，电子技术飞速发展四轴飞行器开始走向小型化，并融入了人工智能，使其发展趋于无人机，智能机器人。四轴飞行器不但实现了直升机的垂直升降的飞行性能，同时也在一定程度上降低了飞行器机械结构的设计难度。在制作过程中，对整体机身的中心、对称性以及电机性能要求较低，这也正是制作四轴飞行器的优势所在，而且相较于固定翼飞机，四轴也有着可垂直起降，机动性好，易维护等优点。
[0003]机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术领域内，迅速发展起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。
[0004]在实际应用方面，四旋翼飞行器可以在复杂、危险的环境下可以完成特定的飞行任务，也可以用于监控交通，环境等。比如，在四轴飞行器上安装甲烷等有害气体的检测装置，则可以在高空定点地检测有害气体;进入辐射区检查核设施;做军事侦察;甚至搬运材料，搭建房屋等。[〇〇〇5]现在的无人机，尤其是以多旋翼飞行器为代表的无人机，其外挂云台航拍最普遍。 但是，实际上对于无人机的搭载功能，存在很大的改进空间。本方案提出了一种基于四旋翼飞行器的运载机械手设计，尤其适用于多旋翼的搭载，多旋翼飞行器在操控和稳定性上都比较好，在其稳定的基础上可实现对机械手的操作，不仅可实现四旋翼飞行器在复杂环境下的飞行任务，还可以在飞行过程中控制机械手进行对特定任务的操作。【实用新型内容】
[0006]本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种基于四旋翼飞行器的运载机械手，该基于四旋翼飞行器的运载机械手既能实现四旋翼飞行器的空中飞行任务，又能达到机械手在空中抓取和空中投放的功能。
[0007]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:
[0008]—种基于四旋翼飞行器的运载机械手，包括四旋翼机体、动力系统、飞控系统、电源和机械手控制装置。[0009 ]四旋翼机体包括机架、起落架和四个旋翼。
[0010]飞控系统设置在机架的中心上方，飞控系统包括微控制器和9轴组合传感器;9轴组合传感器，用于感知四旋翼飞行器的飞行姿态，并将飞行姿态数据传送给微控制器。
[0011]每个旋翼上均设置有一个动力系统，每个动力系统均包括螺旋桨、无刷电机和电调；电调一端与飞控系统连接，另一端与无刷电机连接，螺旋桨安装在无刷电机上，通过电调输出信号控制无刷电机带动螺旋桨转动，给飞行器提供动力。
[0012]机械手控制装置设置在机架的底部中心，机械手控制装置包括能够转动的舵机和与舵机相连接的机械手，通过舵机的转动，能实现机械手的对称抓取和投放。
[0013]电源能为整个四旋翼飞行器进行供电。
[0014]所述飞控系统中的微控制器为STM32F1微控制器。
[0015]所述飞控系统中的9轴组合传感器为整合有9轴组合传感器的GY-86模块。
[0016]所述无刷电机的型号为2212型号的电机。
[0017]所述机架采用S500四轴机架。
[0018]所述电源采用3S锂电池，由三个电池片串联组成的11.1V的锂电池。
[0019]所述机械手控制装置与机架的连接处设置有减震片。
[0020]还包括遥控器，该遥控器与飞控系统和机械手控制装置无线连接。
[0021]本实用新型采用上述结构后，能适用于多旋翼的搭载，多旋翼飞行器在操控和稳定性上都比较好，在其稳定的基础上可实现对机械手的操作，不仅可实现四旋翼飞行器在复杂环境下的飞行任务，还可以在飞行过程中控制机械手进行对特定任务的操作。
【附图说明】
[0022]图1显示了本实用新型一种基于四旋翼飞行器的运载机械手的结构示意图。
[0023]图2显示了图1中基于四旋翼飞行器的运载机械手的左视图。
[0024]图3显示了图1中基于四旋翼飞行器的运载机械手的俯视图。
[0025]图4显示了机械手控制装置的结构示意图。
[0026]其中有:1.螺旋桨;2.无刷电机;3.机架;4.起落架;5.机械手控制装置;6.电源;7.飞控系统;8.电调。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和具体较佳实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
[0028]如图1、图2、图3和图4所示，一种基于四旋翼飞行器的运载机械手，包括四旋翼机体、动力系统、飞控系统7、电源6、机械手控制装置5和遥控器。
[0029 ]四旋翼机体包括机架3、起落架4和四个旋翼。
[0030]上述机架优选采用S500四轴机架，材料轻便硬实。起落架安装在机架的下方，四个旋翼安装在机架的四根机架轴上。
[0031]飞控系统设置在机架的中心上方，飞控系统包括微控制器和9轴组合传感器。
[0032]上述微控制器优选为STM32F1微控制器，STM32F1微控制器是基于ARM公司Cortex-M3内核的一款高性能、低功耗、资源丰富的微控制器，丰富的硬件资源使得它非常适合用作四旋翼飞行器的主控芯片。
[0033]9轴组合传感器，优选为整合有9轴组合传感器的GY-86模块。
[O O3 4 ]每个旋翼上均设置有一个动力系统，每个动力系统均包括螺旋桨1、无刷电机2和电调8。电调安装在机架的四根机架轴上，无刷电机和螺旋桨安装在四根机架轴的末端。
[0035]电调一端与飞控系统连接，另一端与无刷电机连接，螺旋桨安装在无刷电机上，通过电调输出信号控制无刷电机带动螺旋桨转动，给飞行器提供动力。
[0036]无刷电机优选采用2212型号的电机，电调优选采用40A的电调，螺旋桨优选采用 1045型号的桨。
[0037]上述9轴组合传感器用于感知四旋翼飞行器的飞行姿态，并将飞行姿态数据传送给微控制器。如何实时低噪声地获取飞行器的姿态信息是整个飞控系统的关键。然后，微控制器将获得的飞行姿态数据，经过PID处理后输出最终姿态角，控制无刷电机的转速，保持稳定飞行。
[0038]机械手控制装置设置在机架的底部中心，机械手控制装置与机架的连接处优选设置有减震片，从而能减小机械手在空中抓取和投放过程中对飞行器稳定性的干扰。
[0039]机械手控制装置包括能够转动的舵机和与舵机相连接的机械手，通过舵机的转动，能实现机械手的对称抓取和投放。
[0040]上述舵机优选采用15KG舵机，机械手优选采用金属材质制作。[〇〇41]电源能为整个四旋翼飞行器进行供电，电源优选采用3S锂电池，由三个电池片串联组成的11.1V的锂电池。
[0042]上述遥控器与飞控系统和机械手控制装置无线连接。遥控器选择至少8个通道， 遥控器接收机与飞控系统连接，机械手控制装置与遥控器接收机的一个通道连接，飞控系统分别与四旋翼的四个电调连接，每个电调与每一个对应的无刷电机连接；电池与四个电调共同连接，为飞控系统、遥控器接收机、机械手控制装置和无刷电机供电，通过操作遥控器控制四旋翼飞行器的飞行，通过控制遥控器上的通道开关实现机械手的抓取和投放功能；四旋翼飞行器在空中飞行时，飞行模式切换到定高飞行模式，保持四旋翼飞行器稳定的停留在一个三维空间点上，在此基础上，通过遥控器操作机械手控制装置来完成对目标的抓取和投放功能。本实用新型方案既可以实现四旋翼飞行器在复杂环境下的飞行任务，还可以在飞行过程中控制机械手进行对特定任务的操作。
[0043]以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种基于四旋翼飞行器的运载机械手，其特征在于:包括四旋翼机体、动力系统、飞控系统、电源和机械手控制装置； 四旋翼机体包括机架、起落架和四个旋翼； 飞控系统设置在机架的中心上方，飞控系统包括微控制器和9轴组合传感器;9轴组合传感器，用于感知四旋翼飞行器的飞行姿态，并将飞行姿态数据传送给微控制器； 每个旋翼上均设置有一个动力系统，每个动力系统均包括螺旋桨、无刷电机和电调；电调一端与飞控系统连接，另一端与无刷电机连接，螺旋桨安装在无刷电机上，通过电调输出信号控制无刷电机带动螺旋桨转动，给飞行器提供动力； 机械手控制装置设置在机架的底部中心，机械手控制装置包括能够转动的舵机和与舵机相连接的机械手，通过舵机的转动，能实现机械手的对称抓取和投放； 电源能为整个四旋翼飞行器进行供电。2.根据权利要求1所述的基于四旋翼飞行器的运载机械手，其特征在于:所述飞控系统中的微控制器为STM32F1微控制器。3.根据权利要求1所述的基于四旋翼飞行器的运载机械手，其特征在于:所述飞控系统中的9轴组合传感器为整合有9轴组合传感器的GY-86模块。4.根据权利要求1所述的基于四旋翼飞行器的运载机械手，其特征在于:所述无刷电机的型号为2212型号的电机。5.根据权利要求1所述的基于四旋翼飞行器的运载机械手，其特征在于:所述机架采用S500四轴机架。6.根据权利要求1所述的基于四旋翼飞行器的运载机械手，其特征在于:所述电源采用3S锂电池，由三个电池片串联组成的11.1V的锂电池。7.根据权利要求1所述的基于四旋翼飞行器的运载机械手，其特征在于:所述机械手控制装置与机架的连接处设置有减震片。8.根据权利要求1所述的基于四旋翼飞行器的运载机械手，其特征在于:还包括遥控器，该遥控器与飞控系统和机械手控制装置无线连接。
【文档编号】B64C27/08GK205574270SQ201620372577
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年4月28日
【发明人】刘云平, 董天天, 张永宏, 王立鹏
【申请人】南京信息工程大学