CN109279022A - 一种融合起落架并具有自适应能力的无人机抓取装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机的抓取装置，包括无人机下部的起落架框架、设置于起落架框上的抓取模块，控制抓取模块并设置在起落架框上的驱动模块。所述抓取模块包括上轴承座、下轴承座，对称位置的下轴承座之间设有挡杆与挡板，连接上轴承座与下轴承座的轴承座固定板。驱动装置包括舵机，设置在舵机轴上的舵机舵盘，固连在舵机舵盘上的舵机臂，连接舵机臂两端的连杆，连杆连接轴承座固定板。本发明的有益效果在于：本发明将起落架与抓取装置结合，在满足抓取物体的同时不仅减轻了无人机自身质量，还加固了起落架强度；相比同类框式抓取装置，该模块具有能在一定弧形的地形上抓取物体的能力。

Description

一种融合起落架并具有自适应能力的无人机抓取装置

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体是融合起落架并具有自适应抓取能力的无人机抓取装置。

技术背景

近年来无人机业发展迅猛，在多个领域发挥出了其优异性能。在这过程中出现了具有抓取功能的无人机，这赋予了无人机能够独立完成空中运输的能力。无人机本身对重量控制有着要求严格，同时大部分无人机的抓取装置是单独配置且结构复杂，抓取时容易出现不稳的现象，因此在无人机本身重量增加较小的情况下能够更稳定地抓取更多的物体是现在无人机抓取装置的一个难题。

目前的无人机抓取方式共有两大类：

1.第一类为抓取单个物体的抓取装置，其中包括垂吊臂抓取与多自由度机械臂抓取等。

(1)其中垂吊臂抓取类似于工厂吊机，控制水平面的三个自由度以使机械手达到目标位置上方进行抓取，例如申请号为201810375594.2，名称为《基于视觉识别系统的无人机全自动抓取装置》的中国发明提出了一种垂臂装置，最上方利用舵机控制垂臂z轴(以竖直方向为z轴方向)的旋转，下连装置设置有滑轨道与滑车，由步进电机控制其在水平面上移动，垂直方向设有一舵机控制机械手上下方向移动以达到目标的夹取位置。

(2)多自由度机械臂抓取主要形式为多个舵机控制，与一般机器人的机械臂结构相近，例如申请号为201810010602.3，名称为《一种自主抓取物体的带臂无人机》的中国发明提出了一种由三个舵机控制的机械臂装置，最上方由一个机械臂控制z轴的旋转，下方两个舵机均控制垂直面的转动，通过三个关节的弯曲使机械手抵达抓取目标位置。

该类抓取装置具有一定的局限性。该类装置需要无人机或人为准确确定位置，如无人机自身识别功能不准确或物体在人视野较模糊区时便会存在夹取困难的情况。同时，该类型仅能抓取单个物体，在抓取多个物体时效率较低。另外，这类装置各机构配合大部分为多级串联的形式，在抓取较重物体时对最上级的控制结构的损耗较大。

2.第二类为可抓取多个物体的抓取装置，其具有多种类型，其中包括单臂多机械手、包覆式机械手、可抓取投放物体的起落架与机械臂控制的可开合舱机械手等。

(1)单臂多机械手与多自由度机械手相似，但其具有多个机械手，例如申请号为201810303498.7，名称为《一种空中飞行抓取无人机》的中国发明专利提出的一种多自由度的双机械手的抓取装置，最上方舵机控制上关节在z轴上进行旋转，下方两个舵机控制关节进行垂直面的转动，最下方具有两个不同机械手，在完成一个机械手的抓取后可更换另一机械手进行抓取，同时，两个机械手可满足两种不同类型的抓取需求。

单臂多机械手类型虽然能抓多个物体但每多抓取一个物体就要多设计一个机械手，抓取过程繁琐，同时也是串联机构，容易损坏。

(2)包覆式机械手利用八爪卡盘抓取物体，由一个驱动装置带动多个机械臂做包覆动作完成抓取。例如申请号为201610934866.9，名称为《一种抓取投送无人机》提出的八爪卡盘装置，由舵机同时控制八个机械臂做向内的包覆动作达到抓取物体的目的。

包覆式机械手在抓取时较为便捷，操作较为简单，但机械手张开所需要的范围较大，大小受到起落架限制，同时，抓取物体的力由控制机械手转动的电机提供，对电机要求较高。

(3)可抓取投放物体的起落架是将起落架设计为可抓取物体的机械手，例如申请号为201711428578.7，名称为《一种可投放抓取物体的无人机起落架及无人机》的中国发明专利中提出了一种由两个支撑臂组成的起落架，其支撑臂由控制机构连接，在打开时形态如三脚架起支撑作用，当需要抓取物体的可控制其闭合进行抓取。

起落架机械手对结构质量有较大的改善，但也存在抓取物体的同时无法完成降落的缺点，同时，抓取物体的数量还是受到限制。

(4)可开合舱机械手是利用舱口的打开与闭合来控制物体的抓取。例如申请号为201710174508.7，名称为《一种无人机抓取装置》的中国发明专利中提出的一种由多个舵机带动弹舱上下移动，当弹舱打开时，高尔夫球可以被机构罩住，随后关闭弹舱可将高尔夫球锁入弹舱内以达到抓取的目的。

可开合舱机械手能够同时抓取多个物体并不影响降落，但结构较复杂，且仅在弹舱的投球孔与球位置错位时可将球存入弹舱，当球在转盘下方中心时会出现无法抓取的情况，因此抓取可能会失败。

由此可见，当今无人机抓取装置迫切需要一种能够在抓取多个物体的同时具有结构简单，质量较轻，抓取稳定的无人机抓取装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种装置，其具有充当起落架功能的同时能够有在一般环境下快速稳定地抓取多个物体的功能，尤其是对多个相同的球状物体的抓取，如乒乓球、高尔夫球等。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种无人机抓取装置，包括无人机下部的起落架框架、设置于起落架框上的抓取模块，控制抓取模块并设置在起落架框上的驱动模块。所述抓取模块包括上轴承座、下轴承座，对称位置的下轴承座之间设有挡杆与挡板，连接上轴承座与下轴承座的轴承座固定板。驱动装置包括舵机，设置在舵机轴上的舵机舵盘，固连在舵机舵盘上的舵机臂，连接舵机臂与连接轴承座固定板的连杆。

所述起落架框架还包括上机身连接块，与上机身连接块配合的下机身连接块，固定在下机身连接块下方安装孔的立杆，固定在立杆上的中间连接件，立杆下方插入的下角件，连接各下角件与中间连接件的横杆。

所述抓取模块还包括，设置在上轴承座和下轴承座中并在横杆上可滑动的直线轴承，两端分别连接上轴承座和下轴承座的轴承座固定板，两端分别插入的下轴承座的档杆，两端分别装配在下轴承座上的挡板。

所述驱动模块还包括安装舵机的舵机板，安装舵机板并固定在横杆的舵机板固定件。

进一步的，四组机身连接块分别安装在无人机机身上用于安装电机的四个轴上。

进一步的，横杆与立杆均为空心碳杆，同时杆上在各装配位置均有开用于装配的螺纹孔。

进一步的，下机身连接块、上、下轴承座，舵机板固定件均开有固定杆位置的安装孔。

进一步的，舵机板上设有舵机的安装孔位，舵机轴朝向无人机外侧。

进一步的，舵机板固定件共四个，分别设置在一个方向上的四根横杆的正中位置。

进一步的，舵机板设置于舵机板固定件的相对于机身的内部侧，轴承座连接板设置于相对于机身的外部侧。

进一步的，舵机板两侧为轴承座的装配位置，分别有四个上轴承座和四个下轴承座。

进一步的，舵机板与舵机固定板，轴承座与轴承连接板通过螺钉连接。

进一步的，舵机臂上开有与舵机舵盘上孔位置大小均相同的用于装配的孔。

进一步的，舵机臂与连杆通过子母铆钉连接。

进一步的，连杆长度设置为中可使抓取装置在舵机旋转的过程从最大位置达到合并状态。

进一步的，对称位置的轴承座形状对称。

进一步的，各下轴承座下方各开有一个用于装配挡板的螺纹孔。

进一步的，挡板上的安装孔位于挡板两侧，为长度为两倍孔直径的滑槽孔。

进一步的，挡板的前缘为圆弧状，接触抓取物体的平面具有一定斜度。

进一步的，下轴承座下方设有放置挡板的开口，该开口最小间隙大于挡板厚度，其形状可令挡板在开口内发生45°的转动。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明将起落架于抓取装置结合，在满足抓取多个物体的同时不仅减轻了无人机自身质量，还加固了起落架强度。

2.相比同类框式抓取装置，该模块具有能在一定弧形的地形上抓取物体的能力。当该装置在平坦地面着陆时，抓取模块的挡板底部先接触地面，随后由于机身自身重力作用使其旋转至底部与下角件底部平面平行的状态。当降落至一定弧度的地形时，由于挡板自身重力作用，其底部会下垂至一定角度直到接触地面，具有能够抓取低于水平面一定高度的物体的特点。

3.挡板前缘为弧状，并具有一定斜度，在夹取多个相同物体的过程时，尤其是大小适宜的球状物体，物体会向两侧移动，达到使多个物体均匀分布在夹取装置所限定的空间内的作用，具有无人机在移动过程中物体不易掉落的特点。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例中起落架框架的结构示意图

图3为本发明实施例中抓取模块的结构示意图；

图4为本发明实施例中驱动模块的结构示意图；

图5为本发明实施例与将装置安装在无人机后的结构示意图；

图6为本发明实施例中挡板的主视图；

图7为本发明实施例中挡板的左视图；

图8为本发明实施例中下轴承座的结构示意图；

图9为本发明实施例中安装后的抓取装置附加上水平基线的结构示意图。

具体实施方式

实施例：

参照图1-图6，本实施例提供的一种无人机抓取装置，包括无人机下部的起落架框架1、设置于起落架框上的抓取模块2，控制抓取模块并设置在起落架框上的驱动模块3。所述抓取模块包括上轴承座21、下轴承座22，对称位置的下轴承座22之间设有挡杆25与挡板26，连接上轴承座21与下轴承座22的轴承座固定板24。驱动装置包括舵机31，设置在舵机轴上的舵机舵盘34，固连在舵机舵盘34上的舵机臂35，连接舵机臂与连接轴承座固定板的连杆36。

所述起落架框架1还包括上机身连接块11，与上机身连接块11配合的下机身连接块12，固定在下机身连接块12下方安装孔的立杆13，固定在立杆13上的中间连接件14，立杆13下方插入的下角件15，连接各下角件15与中间连接件14的横杆16。

所述抓取模块2还包括，设置在上轴承座21和下轴承座22中并在横杆16上可滑动的直线轴承23，两端分别连接上轴承座21和下轴承座22的轴承座固定板25。

所述驱动模块3还包括安装舵机31的舵机板32，安装舵机板32并固定在横杆16的舵机板固定件33。

四组机身连接块12、13分别抓在无人机机身4上用于安装的电机41的四个轴42上。

舵机板32设置于无人机内侧，轴承座固定板24设置于无人机外侧，舵机轴311朝向无人机外侧。

进一步的，舵机板固定件33共四个，分别设置在一个方向上的四根横杆16的正中位置。

进一步的，舵机板32设置于舵机板固定件33的相对于机身4的内部侧，轴承座固定板24设置于相对于机身4的外部侧。

进一步的，舵机板32两侧为上轴承座21、下轴承座22的装配位置，分别有四个上轴承座21和四个下轴承座22。

进一步的，连杆26长度设置为中可使抓取装置2在舵机31旋转的过程从最大位置达到合并状态。

进一步的，舵机板32与舵机板固定件33，上轴承座21、下轴承座22与轴承连接板24通过螺钉连接。

进一步的，舵机臂与连杆通过子母铆钉37连接。

本实施例的一种抓取装置对物体的抓取包括以下步骤：

1)驱动模块通过其连杆带动抓取模块张开至最大位置，

2)无人机降落至需抓取物体上方，

3)驱动模块通过其连杆控制抓取模块合拢以进行夹取。

4)无人机移动至投放点，驱动模块控制抓取模、块将物体投放至投放点。

对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，均在本发明所附权利要求及其等同物的限定之内。

Claims (7)

1.一种无人机抓取装置，包括无人机下部的起落架框架、设置于起落架框上的抓取模块，控制抓取模块并设置在起落架框上的驱动模块。所述抓取模块包括上轴承座、下轴承座，对称位置的下轴承座之间设有挡杆与挡板，连接上轴承座与下轴承座的轴承座固定板。驱动装置包括舵机，设置在舵机轴上的舵机舵盘，固连在舵机舵盘上的舵机臂，连接舵机臂与连接轴承座固定板的连杆。

2.根据权利要求1所述的无人机抓取装置，其特征在于：所述起落架框架还包括上机身连接块，与上机身连接块配合的下机身连接块，固定在下机身连接块下方安装孔的立杆，固定在立杆上的中间连接件，立杆下方插入的下角件，连接各下角件与中间连接件的横杆。

3.根据权利要求1所述的无人机抓取装置，其特征在于：抓取模块还包括，设置在上轴承座和下轴承座中并在横杆上可滑动的直线轴承，两端分别连接上轴承座和下轴承座的轴承座固定板，两端分别插入的下轴承座的档杆，两端分别装配在下轴承座上的挡板。

4.根据权利要求1所述的无人机抓取装置，其特征在于：驱动模块还包括安装舵机的舵机板，安装舵机板并固定在横杆的舵机板固定件。

5.根据权利要求2所述的无人机抓取装置，其特征在于：四组机身连接块分别安装在无人机机身上用于安装电机的四个轴上。

6.根据权利要求3所述的无人机抓取装置，其特征在于：挡板上的安装孔位于挡板两侧，为长度为两倍孔直径的滑槽孔，下轴承座下方设有放置挡板的开口，该开口最小间隙大于挡板厚度，其形状可令挡板在开口内发生45°的转动。

7.根据权利要求1所述的无人机抓取装置，其特征在于：所述挡板的前缘为圆弧状，接触抓取物体的平面具有一定斜度。