[发明专利]转动式并联型飞行机械臂系统及期望转角解算方法

权利要求书

1.一种转动式并联型飞行机械臂系统的期望转角解算方法，基于转动式并联型飞行机械臂系统实现，所述飞行机械臂系统包括四旋翼飞行器、并联机械臂机构、集控模块(3)和执行机构(15)，

所述四旋翼飞行器下表面中心位置安装集控模块(3)；并联机械臂机构的首端连接四旋翼飞行器，末端与执行机构(15)可拆卸连接；

所述并联机械臂机构具有六自由度可转动结构，带动执行机构(15)以期望的位姿到达任务点；

所述四旋翼飞行器包括螺旋桨(1)、无刷电机(2)、机臂(4)和旋翼机底盘(5)，

所述机臂(4)为四根，连接成十字结构；每个机臂(4)的末端上表面固定一个无刷电机(2)，每个无刷电机(2)的输出轴上安装一个螺旋桨(1)；十字结构连接的四根机臂(4)居中固定在旋翼机底盘(5)的上表面；旋翼机底盘(5)的下表面中心位置安装集控模块(3)；所述旋翼机底盘(5)呈正六边形结构；

所述并联机械臂机构包括支撑柱(6)、并联机械臂定平台(7)、直流伺服电机(8)、两自由度连接机构(9)、电机摇臂(10)、连杆(11)、三自由度连接机构(12)和并联机械臂动平台(13)，

所述并联机械臂定平台(7)呈正六边形结构，与旋翼机底盘(5)大小相同，并且同轴配置；并联机械臂定平台(7)与旋翼机底盘(5)之间通过均匀分布的六个支撑柱(6)连接；

所述并联机械臂定平台(7)对应于每条边的位置各设置一台直流伺服电机(8)，每台直流伺服电机(8)的转动平面垂直于并联机械臂定平台(7)的对应边；每台直流伺服电机(8)的输出轴套接在一个电机摇臂(10)的凸起端内，电机摇臂(10)的末端通过两自由度连接机构(9)连接一根连杆(11)的首端，每个连杆(11)的末端通过一个三自由度连接机构(12)与并联机械臂动平台(13)连接；六个三自由度连接机构(12)与并联机械臂动平台(13)的连接点共圆；

所述并联机械臂定平台(7)对应于每条边的位置设置一个缺口，在直流伺服电机(8)的带动下，每个所述电机摇臂(10)带动对应的两自由度连接机构(9)从一个所述缺口穿过，从而带动执行机构(15)改变位姿；

所述缺口包括矩形缺口；每个矩形缺口与并联机械臂定平台(7)的相应边垂直；

所述直流伺服电机(8)处于并联机械臂定平台(7)对应边与矩形缺口长边的夹角之内，并靠近并联机械臂定平台(7)对应边的边缘；

相邻矩形缺口在并联机械臂定平台(7)旋转60度后相互重合；

所述两自由度连接机构(9)和三自由度连接机构(12)的结构相同，均包括公铰链(16)、十字轴(17)和母铰链(18)；十字轴(17)的一个轴与公铰链(16)转动连接，十字轴(17)的另一个轴与母铰链(18)转动连接；

所述两自由度连接机构(9)中，公铰链(16)固定于电机摇臂(10)末端凹陷孔内，使公铰链(16)不可旋转；母铰链(18)连接连杆(11)的首端；

所述三自由度连接机构(12)中，母铰链(18)与连杆(11)的末端连接，公铰链(16)设置在并联机械臂动平台(13)上对应设置的贯穿孔内，与并联机械臂动平台(13)转动连接；

所述集控模块(3)包括旋翼机集成模块和并联机械臂控制模块；

所述旋翼机集成模块包括电源模块、传感器模块和飞行控制器模块，电源模块用于为四旋翼飞行器提供工作电源，传感器模块用于实时获取四旋翼飞行器的运动状态，飞行控制器模块用于根据飞行器控制信号或飞行器期望轨迹控制四旋翼飞行器的运行；

所述并联机械臂控制模块包括电源、主控板和信号收发装置，其中电源用于为并联机械臂机构提供工作电源，主控板用于根据机械臂控制信号或机械臂末端期望轨迹控制并联机械臂机构末端的位姿，并通过信号收发装置与地面站交互；

所述并联机械臂机构还包括末端传感器模块，所述末端传感器模块固定于并联机械臂动平台(13)的中心，用于实时获取并联机械臂机构末端当前运动状态；

所述执行机构(15)包括执行手爪或航拍相机；

当所述执行机构(15)为执行手爪时，执行手爪通过舵机(14)驱动；

其特征在于，所述解算方法包括：

步骤一：获取四旋翼飞行器的运动状态及并联机械臂机构末端当前运动状态，并计算获得四旋翼飞行器的旋转矩阵；

步骤二：飞行控制器模块结合所述当前运动状态控制四旋翼飞行器到达任务点预定范围内；

步骤三：地面站根据作业要求，规划机械臂末端期望轨迹，并通过信号收发装置发送至主控板；

步骤四：根据向量关系，建立并联机械臂机构的逆运动学模型，将机械臂末端期望轨迹中当前任务点所需机械臂末端位姿转化为直流伺服电机(8)电机轴上等效旋转点与并联机械臂动平台(13)连接点之间的虚拟杆长；

步骤五：将所述虚拟杆长解算为直流伺服电机(8)的期望旋转角度；

步骤六：并联机械臂控制模块控制相应的直流伺服电机(8)转动至期望旋转角度，同时控制执行机构(15)动作。