[发明专利]空中机器人多功能机械臂装置

说明书

本发明公开了一种空中机器人多功能机械臂装置，属于无人机多自由度机械臂装置技术领域，包括两条机械臂、四个舵机、两个电机、两对机械爪、两个减震机构和两个间歇机构。本发明克服了传统机械臂功能单一的缺点，既能实现传统的抓取功能，又能实现支撑无人机站立的功能，使无人机在地面停留时不再需要专门的支撑机构，同时机械臂的手臂能够与地面直接接触，能够使得无人机稳定站立；本发明利用不完全齿轮和槽轮机构的组合，既能实现机械爪的开合，又能实现机械爪的向上旋转，使机械爪在无人机站立时不影响机械臂的整个手臂与地面的贴合，保证了机械臂站立功能的稳定性。另外，本发明还为机械臂增加了减震机构，能减小冲击载荷对无人机的影响。

技术领域

本发明属于无人机多自由度机械臂装置。

背景技术

目前无人机的应用大多数停留在拍摄、监测层面，人们不满足于“看”，于是就有研究人员设想出无人机搭载机械臂，组合成了空中机器人，实现无人机“做”事情的功能。

2016年，日本制造商PRODRONE发布了搭载双臂的大型无人机—PD6B-AW-ARM，它的机身由该公司现有无人机PD6B-AW模型制成，配备了两个可灵活操作的5轴机械臂，能抓取并搬运各种形状的物品，能在高达5000米高空、距离较远或较危险的环境中执行任务，如切断电缆、收取危险物品、投掷救生圈等，其总负载高达10kg，续航时间约30分钟，这款无人机虽然可以利用机械臂对机身进行固定，但是只能在树枝或栏杆上进行一个间歇的停留，主要还是依靠起落架站立。

2018年，韩国首尔大学的科学家研究员也研究出了一款无人机与机械臂的组合，这款无人机的机械臂采用“折纸”的原理，将能变形的盒子串联在一起，并在无人机顶部安装可控制的电动机来拉动他的线来控制机械臂的收缩与伸长，闲时可以收缩，完全不占用空间，用时可以拉伸成70厘米长的机械臂，然后搭载相机和机械抓手等不同的设备，以完成相应的任务，如收集样本或检查烟囱、管道和其他狭窄空间，清理沟渠抓取垃圾，但是他的不足之处在于机械臂只能朝正下方延伸，机械臂的工作范围有限。

2019年，国内的南京理工大学设计出一种排爆无人机，在其机身安装机械臂云台来抓取雷管，然后投放到安全的位置，但是考虑到真实环境，例如土丘、沟壑、弹坑等复杂的地形上，无人机没办法顺利降落或者在降落点保持稳定，即使能够降落，抓手距离地面的高度比在平地低的多，会导致机械臂抓取的雷管不能有效、准确地投放在目标点，由此可知，面对复杂工况，排爆无人机实现自主站立的功能尤为重要。

发明内容

目前已经有公司通过无人机来送外卖和快递包裹，但是实践效果并不好，其中的一个原因就是无人机不能很好的搭载物品，无人机与机械臂的结合，突破了传统机械臂固定位置作业的局限性；机械臂的多自由度与无人机的高机动性结合在一起，提高了无人机的功能性，增加了机械臂的工作范围，使无人机能够实现三维空间中快速目标抓取等任务。

开发机械臂的支撑功能，使得无人机不再需要功能单一的起落架，利用机械臂就能实现长时间的自主站立，并且由于机械臂本身的长度，使无人机在降落后，机身相对于地面保持一定的高度，能够保护无人机。

添加减震机构，提供缓冲功能，减少降落时地面对机身的冲击，增加无人机在复杂地形降落和运送物品的安全稳定性。

为了克服现有技术的不足，实现上述的目的，本发明提供了一种空中机器人多功能机械臂装置，其具体方案如下。

1、总体方案

（1）组成：一条完整的机械臂是由1个减震机构、3个机械臂、2个舵机、1个电机、间歇机构和2个机械爪组成。

（2）无人机机械臂实现抓取功能所需关节数：由于无人机可以自主转体，故机械臂只需满足前后方向的转动即可。但若只使用一个关节，则不仅会导致无人机的整体尺寸过大，不易收纳，而且也会导致机械臂不够灵活，因此采用两个关节来控制机械臂，即需要两个舵机。

2、无人机机械臂构型