CN110027014A - 一种基于单电机驱动的飞行机械手快速连接与分离装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于单电机驱动的飞行机械手快速连接与分离装置，其包括过渡连接顶座和过渡连接底座，过渡连接顶座与无人机固定连接，过渡连接底座与机械手固定连接；所述过渡连接底座的顶面上具有与过渡连接顶座形状相适配的沉槽；所述过渡连接顶座的底面中心位置开有圆形槽，圆形槽内转动套接有圆盘，过渡连接顶座的顶部固定有电机，电机的输出轴与圆盘传动连接；所述过渡连接顶座的底面以圆盘为中心沿圆周方向均匀分布有三条以上的滑槽，各滑槽内均滑动连接有一滑块，各滑块的一端分别通过一连接杆件与圆盘铰接；所述沉槽的侧壁底部开有内环形槽。本发明可实现无人机与机械手快速安装与拆卸，结构简单，安装与拆卸方便快捷，体积小。
Description
技术领域
本发明涉及无人机领域，尤其涉及一种基于单电机驱动的飞行机械手快速连接与分离装置。
背景技术
无人机能够在广阔空域进行机动，因此，飞行机器人在森林防火监控，农作物大面积农药喷洒，会展空中中继监控，灾区灾情测控等民用领域正得到快速的应用。
随着对小型无人机潜在应用范围需求的拓展，最近几年，基于飞行机器人实现抓取特定目标物的目的，带机械手的小型旋翼飞行机器人正成为国际知名研究机构的研究前沿方向之一。飞行机械手是指旋翼无人机机身下方加装机械手以完成特殊目标抓取、移动的任务。
当前国际上主要有四家研究机构在此方面进行着较为突出的研究，其中美国宾夕法尼亚大学GRASP实验室的研究团队使用小型四旋翼飞行机器人携带机械钳子进行三维空间中小物件的抓取。该团队模拟鸟类俯冲瞬间捕食猎物的动作，设计了机械钳子的结构。
耶鲁大学的研究人员则是在T-Rex 600电动旋翼飞行机器人上安装紧凑的轻质自适应欠驱动机械钳来抓取并搬运目标物。此机械钳子的材料及安装结构特性使得飞行机器人夹持轻质物体时的动力学特性没有发生很大的变化。
德雷塞尔大学则是提出了加装两个机械臂的无人旋翼飞行系统的概念，前期主要进行简单机械勾手的试制及系统的仿真验证工作，目前正在对分系统工程样机进行单独研制中,主要包括双机械臂系统实物的操纵,并初步实现了四旋翼飞行机器人加装轻质三自由度机械手的原理样机的建模及控制。
国内主要是中科院沈阳自动化所开展了飞行机械手的研究工作，主要是针对六自由度的飞行机械手开展了复杂系统的控制研究。北京航空航天大学在四旋翼飞行机器人上加装两只机械手以完成仿鹰爪抓取物体的功能。
上述研究机构对飞行机械手安装装置主要是直接采用螺栓和螺母配合的形式。无人机底盘是螺帽，机械手底座的顶端是螺栓，然后直接拧紧螺栓，代表安装成功，再拧松螺栓，使无人机和机械手分离。这种方案有以下几点不足之处：
（1）由于旋翼无人机底部空间较为狭窄，采用螺栓直接连接时，拆装不易；
（2）因为虽然螺栓之前完全配合，但是由于机械手是要经常运动的，所以会导致螺栓的松懈；
（3）如果反复多次的拆装，螺栓螺母连接方式容易失效，所以可能引起频繁的更换；
（4）在运动的过程中，会受到较大的轴向拉力作用和截面的剪切力作用，使螺栓螺母失效的概率大大增加，一旦安全性得不到保证，会导致无人机和机械手连接的不可靠性大大增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于单电机驱动的飞行机械手快速连接与分离装置。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于单电机驱动的飞行机械手快速连接与分离装置，包括过渡连接顶座和过渡连接底座，过渡连接顶座与无人机固定连接，过渡连接底座与机械手固定连接；所述过渡连接底座的顶面上具有与过渡连接顶座形状相适配的沉槽，过渡连接顶座嵌套定位在该沉槽内；
所述过渡连接顶座的底面中心位置开有圆形槽，圆形槽内转动套接有圆盘，过渡连接顶座的顶部固定有电机，电机的输出轴与圆盘传动连接；
所述过渡连接顶座的底面以圆盘为中心沿圆周方向均匀分布有三条以上的滑槽，各滑槽内均滑动连接有一滑块，各滑块的一端分别通过一连接杆件与圆盘铰接；
所述沉槽的侧壁底部开有内环形槽；
所述电机驱动圆盘转动，各连接杆件带动对应的滑块伸入或退出内环形槽。
所述滑槽和滑块的横截面为相互适配的T形。
所述过渡连接顶座顶部具有用于固定电机的安装槽，所述电机的外壁上焊接固定有连接耳，连接耳通过螺栓固定在安装槽内。
所述连接杆件为C形。
所述连接杆件的一端通过销轴或螺栓与圆盘铰接，连接杆件的另一端具有耳片，耳片通过销轴或螺栓与滑块的一端铰接。
所述沉槽的内侧壁上均匀分布两个以上的定位凸块，所述过渡连接顶座的外侧壁上具有与各定位凸块配合的定位槽。
本发明可实现无人机与机械手快速安装与拆卸，适用于各类无人机，结构简单，安装与拆卸方便快捷，体积小，制作成本低，可大批量生产。打破传统的螺丝连接固定方法，实用性强。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；
图1为本发明的示意图；
图2为本发明省略过渡连接底座的示意图；
图3为过渡连接底座的剖视图。
具体实施方式
如图1-3之一所示，本发明包括过渡连接顶座1和过渡连接底座2，过渡连接顶座1与无人机固定连接，过渡连接底座2与机械手固定连接；所述过渡连接底座2的顶面上具有与过渡连接顶座1形状相适配的沉槽21，过渡连接顶座1嵌套定位在该沉槽21内；
所述过渡连接顶座1的底面中心位置开有圆形槽，圆形槽内转动套接有圆盘3，过渡连接顶座1的顶部固定有电机4，电机4的输出轴与圆盘3传动连接；
所述过渡连接顶座1的底面以圆盘3为中心沿圆周方向均匀分布有三条以上的滑槽11，各滑槽11内均滑动连接有一滑块6，各滑块6的一端分别通过一连接杆件5与圆盘3铰接；
所述沉槽21的侧壁底部开有内环形槽22；
所述电机4驱动圆盘3转动，各连接杆件5带动对应的滑块伸入或退出内环形槽22。
所述滑槽11和滑块的横截面为相互适配的T形。T形的滑槽11和T形的滑块6相配合，可以提高滑块6的平稳性。
所述过渡连接顶座1顶部具有用于固定电机4的安装槽12，所述电机4的外壁上焊接固定有连接耳41，连接耳41通过螺栓固定在安装槽12内。
所述连接杆件5为C形。C形连接杆件5的结构设计主要是考虑到电机4旋转运动时，滑块运动行程内，连接杆件5不会与过渡连接顶座1中的滑槽11发生干涉。
所述连接杆件5的一端通过销轴或螺栓与圆盘3铰接，连接杆件5的另一端具有耳片，耳片通过销轴或螺栓与滑块的一端铰接。
所述沉槽21的内侧壁上均匀分布两个以上的定位凸块23，所述过渡连接顶座1的外侧壁上具有与各定位凸块23配合的定位槽13。
本发明的工作原理：
当装置处于分离状态时，过渡连接顶座1与过渡连接底座2通定位槽13和定位凸块23进行定位配合后，电机4逆时针转动一定角度，四个滑块沿着四个滑槽11伸出去，并且滑块伸进内环形槽22中，这样过渡连接顶座1与过渡连接底座2就完成了连接，即实现了机械手与无人机的连接。
反之，当装置处于连接状态时，电机4顺时针转动一定角度，则四个滑块沿着四个滑槽11向着圆3的中心收缩，滑块将退出内环形槽22，这样过渡连接顶座1与过渡连接底座2就完成了分离，即实现了机械手与无人机的分离。
Claims (6)
1.一种基于单电机驱动的飞行机械手快速连接与分离装置，其特征在于：包括过渡连接顶座和过渡连接底座，过渡连接顶座与无人机固定连接，过渡连接底座与机械手固定连接；所述过渡连接底座的顶面上具有与过渡连接顶座形状相适配的沉槽，过渡连接顶座嵌套定位在该沉槽内；
所述过渡连接顶座的底面中心位置开有圆形槽，圆形槽内转动套接有圆盘，过渡连接顶座的顶部固定有电机，电机的输出轴与圆盘传动连接；
所述过渡连接顶座的底面以圆盘为中心沿圆周方向均匀分布有三条以上的滑槽，各滑槽内均滑动连接有一滑块，各滑块的一端分别通过一连接杆件与圆盘铰接；
所述沉槽的侧壁底部开有内环形槽；
所述电机驱动圆盘转动，各连接杆件带动对应的滑块伸入或退出内环形槽。
2.根据权利要求1所述的一种基于单电机驱动的飞行机械手快速连接与分离装置，其特征在于：所述滑槽和滑块的横截面为相互适配的T形。
3.根据权利要求1所述的一种基于单电机驱动的飞行机械手快速连接与分离装置，其特征在于：所述过渡连接顶座顶部具有用于固定电机的安装槽，所述电机的外壁上焊接固定有连接耳，连接耳通过螺栓固定在安装槽内。
4.根据权利要求1所述的一种基于单电机驱动的飞行机械手快速连接与分离装置，其特征在于：所述连接杆件为C形。
5.根据权利要求1或4所述的一种基于单电机驱动的飞行机械手快速连接与分离装置，其特征在于：所述连接杆件的一端通过销轴或螺栓与圆盘铰接，连接杆件的另一端具有耳片，耳片通过销轴或螺栓与滑块的一端铰接。
6.根据权利要求1所述的一种基于单电机驱动的飞行机械手快速连接与分离装置，其特征在于：所述沉槽的内侧壁上均匀分布两个以上的定位凸块，所述过渡连接顶座的外侧壁上具有与各定位凸块配合的定位槽。
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