一种带有柔性抓取器的飞行机械臂的制作方法

本发明涉及飞行机械臂，尤其涉及一种带有柔性抓取器的飞行机械臂。

背景技术：

近年来，多旋翼无人机与各类摄像头相结合应用于航空拍摄领域，主要对环境甚至是灾难现场进行监控与勘察。但是可以发现，无人机的应用如果仅仅停留在感知环境而不能与环境发生主动接触和交互将大大限制其应用领域。因此，多旋翼无人机与多自由度机械臂相结合，将使其具备与环境交互的能力从而大大提高其应用价值。

中国发明专利《一种装备机械臂的无人机》（公开号：cn105314102a）。该发明公开了一种装备超冗余机械臂的无人机，该机械臂包括上臂、中臂、下臂、电控模块和机械爪，并且可以更换末端机械爪，满足不同行业对于无人机搭载不同功能机械臂的需求。但是该发明所述机械臂自由度少，工作空间范围有限，并且通过更换机械爪来适应不同的任务需求说明机械爪结构对于环境适应性差。

中国发明专利《一种带有多旋翼无人机的机械臂》（公开号：cn105014687a）。该发明公开了一种带有多旋翼无人机的机械臂，机械臂连接在多旋翼无人机下方，机械臂由大臂、小臂和夹持器组成，大臂的上方与主框架相连，大臂的下方通过水平轴与小臂的上端连接，小臂的下端与夹持器连接，多旋翼无人机的结构包括八个螺旋桨、十字架转轴、八个无刷电机和无人机基座。该发明所述的无人机平台虽然提供了足够的负载能力，但是机械臂本身由于其自由度的限制并不能达到其操作空间的任意位置和姿态，从而限制了其灵活地躲避障碍物的能力。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种带有柔性抓取器的飞行机械臂。

本发明提供了一种带有柔性抓取器的飞行机械臂，包括多旋翼飞行器、多自由度机械臂和柔性抓取器，所述多旋翼飞行器与所述多自由度机械臂连接，所述多自由度机械臂与所述柔性抓取器连接。

作为本发明的进一步改进，所述多旋翼飞行器包括螺旋桨、电池、飞行控制器及板载传感器、支撑架、无刷电机和与所述无刷电机对应连接的电子调速器，其中，所述电池、飞行控制器及板载传感器分别固定在所述支撑架上，所述飞行控制器连接各个无刷电机对应的电子调整器，所述无刷电机与所述螺旋桨连接。

作为本发明的进一步改进，所述多自由度机械臂包括延长臂杆、第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、第五电机和第六电机，其中，所述第一电机的副舵盘与所述多旋翼飞行器连接，所述第一电机的主舵盘与所述第二电机的无舵盘侧连接，所述第二电机的主舵盘与所述延长臂杆的一边固定侧连接，所述延长臂杆的另一边固定侧与所述第三电机的底座连接，所述第三电机的主舵盘、副舵盘分别连接有第一连杆，二个所述第一连杆相平行，二个所述第一连杆分别固定在所述第四电机的无舵盘侧，所述第三电机的旋转轴与所述第四电机的旋转轴相交，所述第四电机的主舵盘与所述第五电机的底座连接，所述第五电机的主舵盘、副舵盘分别连接有第二连杆，二个所述第二连杆相平行，二个所述第二连杆分别与所述第六电机的无舵盘侧连接，所述第六电机的主舵盘与所述柔性抓取器连接。

作为本发明的进一步改进，所述第二电机的旋转轴与所述第三电机的旋转轴之间的直线距离不小于所述第四电机、第五电机、第六电机、柔性抓取器伸展的最大长度。

作为本发明的进一步改进，所述第二电机的底座、第三电机的底座之间通过四根相平行的碳纤维杆连接，四根相平行的所述碳纤维杆的中间设有u形加强筋。

作为本发明的进一步改进，所述第三电机的旋转轴、第四电机的旋转轴相交并互相垂直。

作为本发明的进一步改进，所述第四电机的旋转轴、第六电机的旋转轴共线且都与所述第五电机的旋转轴相交。

作为本发明的进一步改进，所述柔性抓取器包括电路印刷版、五边形基座，所述五边形基座的每一个边均连接有柔软模块，所述柔软模块与所述电路印刷版连接。

本发明的有益效果是：通过在多旋翼飞行器下挂载多自由度机械臂，利用多旋翼飞行器能够快速移动的特性，提高了多自由度机械臂的实用能力。同时，利用柔性抓取器作为多自由度机械臂的末端，能够很好的适应抓取物外形，从而大大提高了抓取任务的成功率。

附图说明

图1是本发明一种带有柔性抓取器的飞行机械臂的多旋翼飞行器的示意图。

图2是本发明一种带有柔性抓取器的飞行机械臂的多自由度机械臂的示意图。

图3是本发明一种带有柔性抓取器的飞行机械臂的柔性抓取器的示意图。

图4是本发明一种带有柔性抓取器的飞行机械臂的示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1至图4所示，一种带有柔性抓取器的飞行机械臂，包括多旋翼飞行器1、多自由度机械臂2和柔性抓取器3，所述多旋翼飞行器1与所述多自由度机械臂2连接，所述多自由度机械臂2与所述柔性抓取器3连接。

如图1所示，所述多旋翼飞行器1包括螺旋桨11、电池15、飞行控制器及板载传感器14、支撑架16、无刷电机12和电子调速器13，其中，所述电池15、飞行控制器及板载传感器14分别固定在所述支撑架16上，所述飞行控制器连接各个无刷电机12对应的电子调速器13，无刷电机12与螺旋浆11连接，板载传感器主要有气压计、gps、惯性传感元件，惯性传感元件包括三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁力计，其中三轴加速度计用于获得相对机体轴的速度变化量，三轴陀螺仪用于采集相对于机体轴的角度随时间的变化量，三轴磁力计得到无人机当前相对于地磁的航向偏角，这些传感器主要用于确定多旋翼飞行器1的姿态和位置。

虽然本实施例是采用四旋翼无人机，但是考虑到抓取物体的重量，所述多旋翼飞行器1的螺旋桨的数目需要根据实际升力需要进行增加，因此多旋翼飞行器1也可以六旋翼、八旋翼或者上下共轴八旋翼结构。

如图2所示，所述多自由度机械臂2包括延长臂杆、第一电机21、第二电机22、第三电机25、第四电机26、第五电机27和第六电机28，所述多自由度机械臂2具有六自由度，每个自由度都由电机、减速齿轮组和编码器构成旋转关节，能够到达其工作空间中指定的任意位置和姿态，其中，所述第一电机21的副舵盘与所述多旋翼飞行器1连接，所述第一电机21的主舵盘与所述第二电机22的无舵盘侧连接，所述第二电机22的主舵盘与所述延长臂杆的一边固定侧连接，所述延长臂杆的另一边固定侧与所述第三电机25的底座连接，所述第三电机25的主舵盘、副舵盘分别连接有第一连杆，二个所述第一连杆相平行，二个所述第一连杆分别固定在所述第四电机26的无舵盘侧，所述第三电机25的旋转轴与所述第四电机26的旋转轴相交，所述第四电机26的主舵盘与所述第五电机27的底座连接，所述第五电机27的主舵盘、副舵盘分别连接有第二连杆，二个所述第二连杆相平行，二个所述第二连杆分别与所述第六电机28的无舵盘侧连接，所述第六电机28的主舵盘与所述柔性抓取器3连接。

如图2所示，所述第二电机22的旋转轴与所述第三电机25的旋转轴之间的直线距离不小于所述第四电机26、第五电机27、第六电机28、柔性抓取器3伸展的最大长度，以便在不进行抓取作业时能够将臂收于多旋翼飞行器1下方，减小重心偏移引起震荡。

如图2所示，所述第二电机22的底座、第三电机25的底座之间通过四根相平行的碳纤维杆23连接，四根相平行的所述碳纤维杆23的中间设有u形加强筋24。

如图2所示，所述第三电机25的旋转轴、第四电机26的旋转轴相交并互相垂直。

如图2所示，所述第四电机26的旋转轴、第六电机28的旋转轴共线且都与所述第五电机27的旋转轴相交，从而由第四电机26、第五电机27、第六电机28构成了球形腕的结构。

如图2所示，所述第一电机21、第二电机22、第三电机25、第四电机26、第五电机27和第六电机28均通过电机控制器输出pwm波进行驱动，控制器调节pwm波的占空比调节电机的旋转角度，并且每个电机都有编码器读取角速度值，从而能够实现每个关节的反馈控制。

如图3所示，所述柔性抓取器3包括形状记忆合金线、聚二甲基硅氧烷有机硅、聚氯乙烯塑料、电路印刷版31、五边形基座33，所述五边形基座33的每一个边均连接有柔软模块32，五个独立的所述柔软模块32均连接有所述电路印刷版31。每个柔软模块32采用层铸造技术制作而成。形状记忆合金通过电流加热发生热弹性马氏体相变从而引起形变弯曲，而为了提高柔软模块的运动响应频率，需要在制作过程中在形变恢复侧添加聚氯乙烯层来提高回复力。由于柔软抓取器本身由轻质柔软材料构成，对于形状复杂的物体具有更好的适应性，能够大大提高抓取的成功率。

如图4所示，多旋翼飞行器1采用x型结构，多自由度机械臂2安装在多旋翼飞行器1上，并且在机头正方向上有偏移，其偏移量为第二电机225的旋转轴与第三电机25的旋转轴之间的直线距离的一半。从而保证多旋翼飞行器1在没有进行抓取操作时，多自由度机械臂2能够收回并且保证重心的偏移对飞行器的飞行造成的影响最小。

本发明提供的一种带有柔性抓取器的飞行机械臂，采用六自由度结构，可以达到其操作空间的任意位置和姿态，多自由度机械臂的末端的柔性抓取器主要由柔性材料和形状记忆合金构成，其柔软的特性能够很好的适应复杂环境，提高抓取和搬运任务的成功率。

本发明提供的一种带有柔性抓取器的飞行机械臂，可以应用于远距离运输任务，尤其可以应用在灾难救援现场或复杂地形环境等人们很难到达的地方，因此其具有很大的应用价值。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。