CN111515924A - 无人机出入库机械抓取装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机出入库机械抓取装置，包括x轴移动组件、y轴移动组件、主控支架、伸缩组件和抓取组件，所述x轴移动组件包括x轴轨道和x轴驱动，所述y轴移动组件包括y轴轨道和y轴驱动，所述抓取组件用于抓取无人机，所述抓取组件连接于伸缩组件下方，所述伸缩组件驱动抓取组件上下伸缩，所述伸缩组件与主控支架连接，所述y轴驱动用于驱动主控支架沿y轴轨道滑动，所述x轴驱动用于驱动y轴轨道沿x轴轨道滑动。本发明采用机械臂多个部件的动作配合，实现对多架无人机进行灵活控制，快速抓取和移动，无需要考虑机型和无人机数量。

Description

无人机出入库机械抓取装置

技术领域

本发明属于无人机技术领域，尤其涉及无人机出入库自动化技术。

背景技术

随着无人机应用的广泛普及，无人机的自动化作业也不断发展，无人机以已逐渐实现一键起降，远程控制等功能，随着技术的不断发展无人机作业领域将逐步摆脱人工参与遥控操作环节但是对于一些前期工作尚不能摆脱人力，如将无人机出入库，无人机电池更换，无人机开关机等作业。如何远程实现无人机快速出库作业以及如何远程将作业结束的无人机进行入库存放是无人机智能作业发展的重要环节。

目前的无人机出入库主要包括以下几种：

非智能出入库作业：单纯的人力搬运无人机，将无人机从存放区域搬到起降点区域，该方案以来传统人力操作，不能实现智能化作业。

无人机机巢方案：在起降点设置无人机机巢，无人机机巢用于平常存放无人机也用于无人机起降使用，该方案能实现无人机远程出入库，但是仅适用于单一机型，单一数量无人机。

综上，现有的非智能出入库作业依赖传统人力操作；而现有的无人机机巢方案虽然能实现远程操控无人机出入库作业，但是将无人机存储与起降均通过无人机机巢实现，每一个机巢只能进行单一机型、单一数量的无人机起降，存在成本投入大，通用性不强等缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种无人机出入库机械抓取装置，采用机械臂方式抓取和转移无人机，以实现多种机型和多个数量的无人机出入库作业。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

无人机出入库机械抓取装置，包括x轴移动组件、y轴移动组件、主控支架、伸缩组件和抓取组件，所述x轴移动组件包括x轴轨道和x轴驱动，所述y轴移动组件包括y轴轨道和y轴驱动，所述抓取组件用于抓取无人机，所述抓取组件连接于伸缩组件下方，所述伸缩组件驱动抓取组件上下伸缩，所述伸缩组件与主控支架连接，所述y轴驱动用于驱动主控支架沿y轴轨道滑动，所述x轴驱动用于驱动y轴轨道沿x轴轨道滑动。

优选的，所述x轴轨道包括两根并排设置的x轴导轨，所述x轴导轨由支撑导轨和运动导轨组成，所述支撑导轨的宽度两侧面设有支撑导轨槽，所述运动导轨设有沿长度方向延伸的运动导轨槽，所述运动导轨槽在底部的宽度两侧设有运动导轨面。

优选的，所述x轴驱动包括底座以及安装于底座的支撑滑轮、滚动轮、驱动电机、驱动齿轮和传动皮带机构，两排支撑滑轮滑动支撑在支撑导轨两侧的支撑导轨槽内，两排滚动轮位于运动导轨槽内并沿两侧的运动导轨面运动，驱动电机的输出轴连接驱动齿轮，并通过传动皮带机构来驱动支撑滑轮。

优选的，所述y轴轨道包括两根并排设置的支撑受力轨道，且支撑受力轨道的两端分别与两个x轴驱动连接。

优选的，所述y轴驱动包括底座以及安装于底座的支撑滚轮、驱动电机、驱动齿轮和传动皮带机构，支撑滚轮共设置四排，单侧上下各设置一排，同侧上下两排支撑滚轮夹持在支撑受力轨道上，驱动电机的输出轴连接驱动齿轮，并通过传动皮带机构来驱动支撑滚轮。

优选的，还包括x轴支撑轨道和支撑滑动组件，所述x轴支撑轨道设置在两根x轴导轨之间，所述支撑滑动组件与y轴轨道连接，并沿x轴支撑轨道滑动。

优选的，所述支撑滑动组件包括滚动轮、连接件、支撑件，所述支撑件连接固定在两条支撑受力轨道之间，所述连接件连接支撑件和滚动轮，所述x轴支撑轨道设有沿长度方向延伸的支撑轨道槽，所述支撑轨道槽在底部的宽度两侧设有支撑导轨面，两排滚动轮位于支撑轨道槽内并沿两侧的支撑导轨面运动。

优选的，所述抓取组件包括呈十字形分布的四条抓取滑轨、通过滑槽与抓取滑轨滑动配合的抓钩，以及360度舵机和连杆机构，360度舵机通过舵机轴的转动驱动连杆机构，并由连杆机构驱动四个抓钩同步移动，实现对无人机的抓取。

本发明采用的技术方案，采用机械臂多个部件的动作配合，实现对多架无人机进行灵活控制，快速抓取和移动，因而可以通过远程控制机械臂进行无人机出入库作业，且无需要考虑机型和无人机数量。

本发明的具体技术方案及其有益效果将会在下面的具体实施方式中结合附图进行详细的说明。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

图1为本发明无人机出入库机械抓取装置的整体结构示意图；

图2为x轴导轨的结构示意图；

图3为x轴驱动与x轴导轨的配合结构示意图一；

图4为x轴驱动与x轴导轨的配合结构示意图二；

图5为支撑滑动组件与x轴支撑轨道的配合结构示意图；

图6为y轴驱动与y轴轨道的配合结构示意图；

图7为主控组件的结构示意图；

图8为伸缩组件的结构示意图；

图9为抓取组件的结构示意图一；

图10为抓取组件的结构示意图二。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本领域技术人员可以理解的是，在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。例如下述的“上”、“下”、“x”、“y”等指示方位或位置关系的词语仅基于附图所示的方位或位置关系，仅为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置/元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参考图1至图8所示，无人机出入库机械抓取装置，包括x轴移动组件1、y轴移动组件2、主控组件3、伸缩组件4和抓取组件5。其中，所述x轴移动组件1包括x轴轨道和x轴驱动12，所述y轴移动组件2包括y轴轨道和y轴驱动22，所述主控组件3包括主控支架31和安装于主控支架的主控盒32，所述抓取组件5用于抓取无人机，所述抓取组件5连接于伸缩组件4下方，所述伸缩组件驱动抓取组件上下伸缩，所述伸缩组件与主控支架连接，所述y轴驱动用于驱动主控支架沿y轴轨道滑动，所述x轴驱动用于驱动y轴轨道沿x轴轨道滑动，所述主控盒用于控制x轴驱动、y轴驱动、伸缩组件以及抓取组件动作。

其中，所述x轴轨道包括两根并排设置的x轴导轨11。参考图2所示，所述x轴导轨11由支撑导轨111和运动导轨112组成，所述支撑导轨的宽度两侧面设有支撑导轨槽1111，所述运动导轨112设有沿长度方向延伸的运动导轨槽1121，所述运动导轨槽在底部的宽度两侧设有运动导轨面。支撑导轨111用于支撑x轴驱动，起到受力作用故称其为支撑导轨；运动导轨用于引导x轴驱动运动故称为运动导轨。

参考图3和图4所示，所述x轴驱动12包括底座121以及安装于底座的支撑滑轮122、滚动轮、驱动电机、驱动齿轮123和传动皮带124，两排支撑滑轮位于y向两侧，且滑动支撑在支撑导轨两侧的支撑导轨槽内，两排滚动轮位于运动导轨槽内并沿两侧的运动导轨面运动，两排滚动轮安装于滚动支撑块上，驱动电机的输出轴连接驱动齿轮，支撑滑轮连接皮带轮轴，然后驱动齿轮通过与其同轴连接的皮带轮驱动通过传动皮带，通过传动皮带来驱动支撑滑轮。

另外，所述x轴移动组件1还包括x轴支撑轨道13和支撑滑动组件14，所述x轴支撑轨道13设置在两根x轴导轨之间，与两根x轴导轨平行，用于引导支撑滑动组件14运动并承受一定的装置拉力。参考图5所示，所述支撑滑动组件与y轴轨道连接，并沿x轴支撑轨道滑动。所述支撑滑动组件包括滚动轮、连接件、支撑件，所述支撑件142连接固定在两条支撑受力轨道之间，所述连接件141连接支撑件和滚动轮，所述x轴支撑轨道设有沿长度方向延伸的支撑轨道槽，所述支撑轨道槽在底部的宽度两侧设有支撑导轨面，两排滚动轮安装于滚动支撑块上，连接件141连接滚动支撑块，两排滚动轮位于支撑轨道槽内并沿两侧的支撑导轨面运动。

参考图6所示，所述y轴轨道包括两根并排设置的支撑受力轨道21，且支撑受力轨道的两端分别与两个x轴驱动12连接。两支撑受力轨道21负责y轴驱动的运动以及受力故称其为支撑受力轨道，其随着x轴驱动12一起运动，同时作为y轴驱动的运动和受力轨道。所述y轴驱动包括底座以及安装于底座的支撑滚轮222、驱动电机221、驱动齿轮和传动皮带，支撑滚轮共设置四排，单侧上下各设置一排，同侧上下两排支撑滚轮夹持在支撑受力轨道上，驱动电机的输出轴连接驱动齿轮，并通过传动皮带来驱动支撑滚轮。

参考图7所示，主控盒32主要包含单片机、OLED显示屏、网络通讯模块、激光测距模块等，负责整个系统的控制部分，通过单片机以及激光测距等传感器，控制整个机械臂总成作业。

参考图8所示，所述伸缩组件4可以为电动伸缩杆，通过主控盒32对伸缩组件进行控制，利用伸缩功能实现抓取组件的高度调节。

参考图9和图10所示，所述抓取组件5包括呈十字形交叉分布的四条抓取滑轨52、通过滑槽55与抓取滑轨52滑动配合的抓钩56，以及360度舵机和连杆机构53，360°舵机通过舵机轴的转动驱动连杆机构53，并由连杆机构驱动四个抓钩56同步移动，实现对无人机的抓取。其中，连杆机构53包括十字连杆57和驱动连杆，十字连杆的中心部位与舵机轴固定，十字连杆的端部与驱动连杆的一端铰接，驱动连杆的另一端与抓钩56铰接。

具体的，所述360度舵机安装于连接件51，所述连接件51与伸缩组件4连接，所述连接件的下方在四条抓取滑轨52的中间位置连接有摄像头54。利用摄像头来采集无人机的图像，通过对图像的处理，确定无人机的位置，具体原理可以参考现有技术。

整个装置以主控盒为控制中心，利用单片机控制x、y轴驱动内部的驱动电机来实现整体运动抓取装置在x，y轴上的运动，通过激光测距模块作为距离反馈单元来确定无人机的大致范围，通过抓取组件上的摄像头模块对无人机进行精准定位，并通过伸缩杆调整抓取组件的高度，当高度合适时利用360°舵机控制抓钩完成无人机抓取。

整个出入库环节包括如下步骤：

S1：抓取存储区无人机；

S2：将无人机放置在起降区，等待无人机降落；

S3：抓取起降区无人机；

S4：将无人机抓回存储区。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (8)

1.无人机出入库机械抓取装置，其特征在于：包括x轴移动组件、y轴移动组件、主控支架、伸缩组件和抓取组件，所述x轴移动组件包括x轴轨道和x轴驱动，所述y轴移动组件包括y轴轨道和y轴驱动，所述抓取组件用于抓取无人机，所述抓取组件连接于伸缩组件下方，所述伸缩组件驱动抓取组件上下伸缩，所述伸缩组件与主控支架连接，所述y轴驱动用于驱动主控支架沿y轴轨道滑动，所述x轴驱动用于驱动y轴轨道沿x轴轨道滑动。

2.根据权利要求1所述的无人机出入库机械抓取装置，其特征在于：所述x轴轨道包括两根并排设置的x轴导轨，所述x轴导轨由支撑导轨和运动导轨组成，所述支撑导轨的宽度两侧面设有支撑导轨槽，所述运动导轨设有沿长度方向延伸的运动导轨槽，所述运动导轨槽在底部的宽度两侧设有运动导轨面。

3.根据权利要求2所述的无人机出入库机械抓取装置，其特征在于：所述x轴驱动包括底座以及安装于底座的支撑滑轮、滚动轮、驱动电机、驱动齿轮和传动皮带机构，两排支撑滑轮滑动支撑在支撑导轨两侧的支撑导轨槽内，两排滚动轮位于运动导轨槽内并沿两侧的运动导轨面运动，驱动电机的输出轴连接驱动齿轮，并通过传动皮带机构来驱动支撑滑轮。

4.根据权利要求3所述的无人机出入库机械抓取装置，其特征在于：所述y轴轨道包括两根并排设置的支撑受力轨道，且支撑受力轨道的两端分别与两个x轴驱动连接。

5.根据权利要求4所述的无人机出入库机械抓取装置，其特征在于：所述y轴驱动包括底座以及安装于底座的支撑滚轮、驱动电机、驱动齿轮和传动皮带机构，支撑滚轮共设置四排，单侧上下各设置一排，同侧上下两排支撑滚轮夹持在支撑受力轨道上，驱动电机的输出轴连接驱动齿轮，并通过传动皮带机构来驱动支撑滚轮。

6.根据权利要求4或5所述的无人机出入库机械抓取装置，其特征在于：还包括x轴支撑轨道和支撑滑动组件，所述x轴支撑轨道设置在两根x轴导轨之间，所述支撑滑动组件与y轴轨道连接，并沿x轴支撑轨道滑动。

7.根据权利要求6所述的无人机出入库机械抓取装置，其特征在于：所述支撑滑动组件包括滚动轮、连接件、支撑件，所述支撑件连接固定在两条支撑受力轨道之间，所述连接件连接支撑件和滚动轮，所述x轴支撑轨道设有沿长度方向延伸的支撑轨道槽，所述支撑轨道槽在底部的宽度两侧设有支撑导轨面，两排滚动轮位于支撑轨道槽内并沿两侧的支撑导轨面运动。

8.根据权利要求1所述的无人机出入库机械抓取装置，其特征在于：所述抓取组件包括呈十字形分布的四条抓取滑轨、通过滑槽与抓取滑轨滑动配合的抓钩，以及360度舵机和连杆机构，360度舵机通过舵机轴的转动驱动连杆机构，并由连杆机构驱动四个抓钩同步移动，实现对无人机的抓取。

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