CN111483605B - 一种适用于飞行栖附机器人的抓取装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于飞行栖附机器人的抓取装置，包括抓手驱动装置、变位驱动装置和围绕所述抓手驱动装置分布的多个手指组件；所述手指组件包括手指座和铰接于所述手指座的手指体；所述抓手驱动装置通过电动推杆输出往复直线运动，所述推杆通过滑块摇杆机构驱动所述手指体摆动实现抓手的张开与闭合；所述变位驱动装置采用齿轮相互啮合驱动所述手指组件绕推杆轴线转动；搭载本抓手的无人机能够抓附在具有不同形状，不同表面的物体上，同时本抓手功耗低、噪声小和可控性好，可克服现有无人机续航时间短、隐蔽性差、巡检效率低等问题。
Description
技术领域
本发明专利涉及无人机附属部件领域，具体涉及一种适用于飞行栖附机器人的抓取装置结构设计部分。
背景技术
在消防救援，搜索救援，环境检测等领域都需要收集环境信息，而采用人工进行巡检非常危险，而且效率低，实时性差，无人巡检具有成本低、效益高和隐蔽性强等诸多优势，更为适合担当起环境巡检这一重任。相较于地面移动机器人存在着机动性与作业范围受限的问题，空中无人巡检具有作业范围广、效率高、无时域限制、控制灵活等优势，但现有无人机巡检系统普遍存在续航能力低、易暴露，无法停靠等问题，极大地影响了效率。为此，研制便于携带、可吸附停靠(如树木、墙壁等)的微型无人巡检系统可以从根本上解决续航能力差、巡检效率低等问题，对提升巡检能力具有极其重要的实用价值和科学意义。
为提高无人机的续航能力和作业能力，目前公认比较可行的解决办法就是让无人机能够停附，以维持长时间有效作业的能力。因此设计一种能适应不同表面，不同形状且具有一定负载能力的抓手结构对于飞行抓附的成功具有重要意义。
本发明设计了一种无人机的仿生抓手结构，通过研究自然界不同鸟类的脚爪特点，设计了一款具有主动变形、柔顺贴合特点的抓手，该抓手能够较好适应自然环境中的复杂吸附对象(树干、崖壁等)。同时，具有功耗低、噪声小和可控性好等特点，可克服无人机巡检时续航时间短、隐蔽性差、效率低等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种可用于无人机巡检领域的，安装在无人机上部的抓取结构，使无人机能够抓附在具有不同形状，不同表面的物体上，同时该装置功耗低、噪声小和可控性好，可克服续航时间短、隐蔽性差、巡检效率低等问题。
本发明的用于无人机抓附的抓手，包括抓手驱动装置、变位驱动装置和围绕所述抓手驱动装置分布的多个手指组件；
所述手指组件包括手指座和铰接于所述手指座的手指体；
所述抓手驱动装置通过一推杆输出往复直线运动，所述推杆通过滑块摇杆机构驱动所述手指体摆动实现抓手的张开与闭合；
所述变位驱动装置用于驱动其中一个所述手指组件绕推杆轴线转动；
进一步，所述手指座包括外套于所述爪手驱动装置的座圈、固定于所述座圈的支撑臂以及设置于所述支撑臂上用于与所述手指体铰接的手指支架；
进一步，所述手指体包括高弹性金属制作的筋条、设置于所述筋条内侧面的柔性贴合条以及设置于所述筋条外端的棘刺；所述柔性贴合条为具有多孔结构的硅胶条；
进一步，所述手指体还包括固定于所述筋条内端并与手指支架铰接的铰接件、外套于所述推杆的驱动环以及铰接于所述驱动环与铰接件之间的连杆；所述驱动环、连杆和铰接件共同形成所述滑块摇杆机构；
进一步，所述变位驱动装置包括固定于抓手驱动装置侧部的电机，所述电机可通过齿轮副带动所述手指组件手指座绕推杆轴线转动；
进一步，所述齿轮副包括固定于所述电机输出轴的主动齿轮以及形成于所述手指座的座圈外侧壁的扇形齿部；
进一步，所述手指座的支撑臂外端形成有筒体，所述筒体内设有连接柱；所述手指支架固定于连接柱的上端，连接柱外套有压缩于其下端与筒体下端面之间的弹簧；
进一步，所述手指组件为三个；所述抓手驱动装置为电动推杆。
本发明的有益效果：
1.本发明的抓手的手指体内侧面设有多孔结构的硅胶条，该结构具有一定的柔性，能适应不同表面形状以达到缓冲与柔顺贴合的目的，而手指体的弹性筋条能够提供一定的抓持力，并根据不同形状的物体被动变形，在变形后能够自动复原。
2.本发明的抓手可通过变位驱动装置驱动手指组件的位置，实现“三指均布”状态与“对指分布”状态的转换以适应不同形状物体的抓附。
3.本发明的抓手的手指体尾部的棘刺可以增强抓持可靠性；其类似仿生结构，棘刺采用鱼钩制成，可以在抓附物体时提供一定的切向力，防止无人机下滑，同时可以钩在不规则物体表面的凸起上，必要时可以稍微嵌入被抓附物体，从而提高抓持的可靠性。
4.本发明的抓手的手指体与手指座可相对移动并通过弹簧进行复位，抓手抓住物体后会依靠抓手下无人机的自身重力自动抓紧物体以增强抓持力。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的主视图；
图2为本发明呈“三指均布”闭合状态的示意图；
图3为本发明中齿轮传动副的局部放大图；
图4为本发明的剖视图；
图5为本发明的俯视图；
图6为本发明搭载于无人机的示意图；
图7为本发明呈“三指均布”状态的示意图；
图8为本发明呈“对指分布”状态的示意图；
图9为为本发明呈“三指均布”张开状态的示意图；
图10为本发明呈“三指均布”闭合状态的示意图；
图11为本发明呈“对指分布”张开状态的示意图；
图12为本发明呈“对指分布”闭合状态的示意图；
图13为本发明搭载于无人机抓附球状物体的示意图；
图14为本发明搭载于无人机抓附柱状物体的示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例的一种用于无人机吸附的抓手，包括抓手驱动装置、变位驱动装置和围绕所述抓手驱动装置分布的三个手指组件；
所述抓手驱动装置为电动推杆16，其用于驱动三个手指组件的手指体摆动实现抓手的张开与闭合；
所述手指组件包括手指座、铰接于所述手指座的手指体、固定于手指体内端的铰接件8、外套于推杆6的驱动环(9、10、11)以及铰接于驱动环(9、10、11)与铰接件8之间的连杆；驱动环(9、10、11)通过铰链7与连杆铰接；所述手指座包括外套于所述电动推杆16缸体的座圈、固定于所述座圈的支撑臂以及设置于所述支撑臂上用于与所述手指体铰接的手指支架；
如图4所示，三个手指座的座圈均外套于电动推杆16的缸体外，并可绕推杆6轴线转动；支撑臂沿径向从座圈延伸出，其外端形成有筒体，所述筒体内设有连接柱；所述手指支架固定于连接柱的上端，连接柱下端固定外卡有弹簧座圈，该弹簧座圈与筒体下端面之间设有弹簧4；所述手指体包括弹簧4钢片制作的筋条2、设置于所述筋条2内侧面的柔性贴合条以及设置于所述筋条2外端的棘刺3；所述柔性贴合条为具有多孔结构的硅胶条1，棘刺3为鱼钩结构；所述筋条2的下端固定于铰接件8，手指支架为U型结构，该铰接件8铰接于手指支架中部；所述驱动环(9、10、11)、连杆和铰接件8共同形成所述滑块摇杆机构，因此电动推杆16通过带动驱动环(9、10、11)沿轴向移动时，可通过连杆带动手指体绕着手指支架的铰轴转动实现抓手的张开与闭合。
所述变位驱动装置用于驱动其中两个所述手指组件绕推杆6轴线转动，使二者相互靠近或远离，所述变位驱动装置包括固定于电动推杆16侧部的电机17、固定于所述电机17输出轴的主动齿轮13以及形成于所述手指座的座圈外侧壁的扇形齿部5；如图3所示，其中一个手指座固定的扇形齿部5为内部齿圈14，另一个手指座固定的扇形齿部5为外部齿圈15；主动齿轮13位于内部齿圈14与外部齿圈15之间，需要手指组价切换位置时，电机17带动主动齿轮13转动，从而带动两个手指座相互远离或相互靠近实现三指均布或对指分布状态。
本发明的工作原理为：当无人机需要附着在物体下方时，首先根据被附着物体的形态选择三个手指组件的姿态(三指均布或对指分布)，“三指均布”状态可以抓附在类似球形，正方体，不规则多面体等的结构上，“二指分布”状态可以抓附在类似圆柱等的结构上，切换时，切换电机17带动主动齿轮13转动，主动齿轮13与手指座的扇形齿部5相啮合，从而带动手指座以及整个手指组件绕推杆6轴线转动；手指姿态切换完毕后，电动推杆16带动三个驱动环(9、10、11)上移，通过连杆推动手指体向外张开，使被附着物体位于三个手指之间，然后电动推杆16向下缩回，同理带动三个手指将被附着物体抓紧；抓手抓紧被附着物体后，由于无人机的自重，手指座将压缩弹簧4并向下移动一定距离，使手指支架与筒体相互远离，此时，抓手的手指体将进一步合拢增强抓持力。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化；凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种适用于飞行栖附机器人的抓取装置，其特征在于：包括抓手驱动装置、变位驱动装置和围绕所述抓手驱动装置分布的多个手指组件；
所述手指组件包括手指座和铰接于所述手指座的手指体；
所述抓手驱动装置通过一推杆输出往复直线运动，所述推杆通过滑块摇杆机构驱动所述手指体摆动实现抓手的张开与闭合；所述手指体包括高弹性金属制作的筋条、设置于所述筋条内侧面的柔性贴合条以及设置于所述筋条外端的棘刺；所述柔性贴合条为具有多孔结构的硅胶条；所述手指体还包括固定于所述筋条内端并与手指支架铰接的铰接件、外套于所述推杆的驱动环以及铰接于所述驱动环与铰接件之间的连杆；所述驱动环、连杆和铰接件共同形成所述滑块摇杆机构；
所述变位驱动装置采用齿轮副驱动其中两个所述手指组件绕推杆轴线转动；所述变位驱动装置包括固定于抓手驱动装置侧部的电机，所述电机可通过齿轮副带动其中一个或多个所述手指组件手指座绕推杆轴线转动；所述齿轮副包括固定于所述电机输出轴的主动齿轮以及形成于所述手指座的座圈外侧壁的扇形齿部。
2.根据权利要求1所述的一种适用于飞行栖附机器人的抓取装置，其特征在于：所述手指座包括外套于所述抓手驱动装置的座圈、固定于所述座圈的支撑臂以及设置于所述支撑臂上用于与所述手指体铰接的手指支架。
3.根据权利要求1所述的一种适用于飞行栖附机器人的抓取装置，其特征在于：所述手指座的支撑臂外端形成有筒体，所述筒体内设有连接柱；所述手指支架固定于连接柱的上端，连接柱外套有压缩于其下端与筒体下端面之间的弹簧。
4.根据权利要求1所述的一种适用于飞行栖附机器人的抓取装置，其特征在于：所述手指组件为三个；所述抓手驱动装置为电动推杆。
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Non-Patent Citations (1)
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| 无人机栖息动态特性分析与同步控制;邹文露;中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技II辑(第9期);全文 * |
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