[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

说明书

一种转动式并联型飞行机械臂系统及期望转角解算方法，属于机器人空中操作手领域。本发明为解决现有串联型飞行机械臂载荷能力低，精度较低并且运行速度较慢的问题。系统包括：四旋翼飞行器、并联机械臂机构、集控模块和执行机构，所述四旋翼飞行器下表面中心位置安装集控模块；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，可带动执行机构以期望的位姿到达任务点。本发明可实现复杂作业的空中操作。

技术领域

本发明涉及转动式并联型飞行机械臂系统及期望转角解算方法，属于机器人空中操作手领域。

背景技术

随着科学技术的不断发展，无人机已被广泛应用于航拍侦查、电力巡检、农药喷洒等非接触式的应用场合。然而，单纯的无人机难以胜任诸如飞行抓取类复杂的、需要主动操作的任务。近年来，科研人员尝试将机械臂安装在飞行器上，构成飞行机械臂系统。此举措极大地拓展了机器人的工作范围和灵活性，丰富了作业类型，因而具有广泛的应用前景。

按照机械臂结构的不同，飞行机械臂可分为串联型飞行机械臂和并联型飞行机械臂。现有飞行机械臂基本都是串联型的，其具有成本低廉、结构简单、工作范围大等优点，相关研究较为丰富。例如，现有带有柔性抓取器的飞行机械臂中，将多旋翼飞行器、多自由度串联型机械臂、柔性抓取器依次相连，使之能够适应目标物体的外形，提高了抓取任务的成功率。另外，现有面向抓取作业型旋翼飞行机械臂系统中，将七自由度冗余机械臂挂载在六旋翼飞行器上，并在其末端安装欠驱动柔顺手爪，进一步增加了作业的灵活性，有助于完成物体的快速捕捉和搬运任务。

然而，上述串联型飞行机械臂系统仅能执行一些诸如飞行抓取、移动轻质量物体之类简单的任务，且存在载荷能力低、精度较低、运行速度慢等缺点，因而限制了其在需要向外界提供较大的力或力矩的场合中的应用，例如高压输电线路上替代人工去抓取锤子敲击待加固的部件。

飞行机械臂系统还有另外一个潜在的应用场景：近距离拍摄。云台的出现解决了机载摄像头需要实时调整姿态角的问题。但由于云台自由度较低，当无人机位置由于环境影响而产生小幅扰动时，摄像头也会发生偏移，从而影响近距离拍摄的效果。这就需要一种既能够调整摄像头姿态角，也能够根据扰动实时调整摄像头位置的机器人机构。

发明内容

针对现有串联型飞行机械臂载荷能力低，精度较低并且运行速度较慢的问题，本发明提供一种转动式并联型飞行机械臂系统及期望转角解算方法。

本发明提供了一种转动式并联型飞行机械臂系统，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，可带动执行机构15以期望的位姿到达任务点。

根据本发明的转动式并联型飞行机械臂系统，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。

根据本发明的转动式并联型飞行机械臂系统，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；