[发明专利]空中机器人

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人，尤其是空中机器人。

背景技术

空中机器人有广阔的应用前景，在军事与民用上有着广泛的应用，在军事上，它可用于战场勘察、禁飞巡逻、电子对抗、情报获取等任务；在民用上，它可用于环境监测、电力检测、高压巡线、森林防火、农林喷雾等作业，甚至还能进行一些救援工作，例如它能够迅速到达地面机器人无法进入的特殊环境(如火灾、水灾、地震灾害现场)执行安装或回收作业设备等精细任务。

目前国、内外利用空中机器人执行高空作业，效果均不理想。

发明内容

为了解决现有空中机器人执行高空作业效果不理想的问题，本发明提供一种空中机器人，来解决上述问题。

一种空中机器人，包括飞行器、多自由度机械臂和载有控制系统的控制板，所述的多自由度机械臂安装在飞行器的机身底部，所述的多自由度机械臂依次包括基座、连杆组和夹持器，所述连杆组内的若干连杆依次通过第一转动关节串连接，所述的连杆组的一端与基座通过第二转动关节连接，另一端与夹持器通过第三转动关节连接，所述控制系统包括飞行控制系统和机械臂控制系统。

所述的多自由度机械臂为六自由度机械臂，所述的连杆组包括五根连杆，所述的第一转动关节和第二转动关节均是纵向转动关节，所述的第三转动关节是横向转动关节，第一转动关节、第二转动关节和第三转动关节均采用伺服电机控制，且转动角度为0°-360°。

所述的夹持器是拟人机械手爪，包括连接轴、连接大臂、两对支臂和两个抓取端，所述的连接大臂包括套设在连接轴上的环部和两个连接部，两个连接部对称设置在环部外侧，每个连接部均铰接一对支臂，每对支臂的另一端铰接一个抓取端。

所述的抓取端的内侧设有便于抓取不规则物体的圆弧面。

所述的飞行控制系统包括ATHENA嵌入式模块和与ATHENA嵌入式模块电连接的惯性测量单元、高度计、磁力计、GPS模块，所述的ATHENA嵌入式模块的输出端还连接有第一电子调速器；所述的机械臂控制系统包括中央处理器和与中央处理器电连接的加速度计、角速度计和线速度计，所述的中央处理器的输出端还连接有第二电子调速器。

所述的夹持器采用第一舵机控制，所述的伺服电机和第一舵机均与第二电子调速器电连接。

所述的六自由度机械臂的运动是由所述的机械臂控制系统按照关节最佳柔顺性准则来控制的，该准则根据下式计算机械臂运动学逆解：

其中，F(L)为求解机械臂逆解的目标函数，L为当前描述的机械臂，n为第一转动关节、第二转动关节和第三转动关节的数目总和，q_i(L)为第i个转动关节的目标位置，q_id为第i个转动关节的当前位置。

所述机械臂的五根连杆与夹持器的长度比为1:1:1:1:1:0.75。

所述的飞行器为单旋翼无人直升机，包括碳纤维制成的机身、玻璃钢制成的主旋翼、主旋翼轴、尾桨、副翼、平尾、垂尾、尾梁、起落架、十字盘、齿轮盘、无刷电机和四个第二舵机，所述的机身顶部通过主旋翼轴安装主旋翼，所述机身的尾部设有尾浆，所述的副翼安装在主旋翼轴上，所述的尾梁上安装有平尾和垂尾，所述的机身底部安装起落架，所述的起落架上设有用于安装机载控制系统的连接板，其中三个第二舵机与十字盘连接，一个第二舵机安装在机身的正后方，所述无刷电机的输出端通过齿轮盘与主旋翼轴传动连接，所述四个第二舵机和无刷电机均分别电连接第一电子调速器。机身采用碳纤维材质，密度小、质量轻、硬度大的优点起到结构框架的作用，也避免了传统机身采用金属材料，易产生金属疲劳、不耐腐蚀的缺点，主旋翼采用玻璃钢材质，具有轻、耐腐蚀的优点，被安装在无人直升机的顶部，提供飞机向上运动的升力和提供飞行运动的操纵力与力矩；尾桨被安装无人直升机的尾部，产生偏航力矩来抵消主旋翼对机身产生的力矩；副翼被安装在主旋翼轴上，用来改善无人直升机的操纵质量，增强其动态稳定性，同时减少紊流与阵风的影响；平尾和垂尾被安装在无人直升机的尾梁上，起到增强飞机俯仰运动与偏航运动稳定性的作用；起落架被安装在无人直升机的底部，便于飞机起飞或着陆；三个第二舵机与十字盘连接，用来控制飞机的俯仰运动与滚转运动，一个第二舵机被安装无人直升机的正后方，用来控制飞机的偏航运动。在无人直升机机身中部挂有油箱，便于为空中机器人提供动力来源；在无人直升机起落架上安装有U型的连接板，用于安装载有控制系统的控制板。