CN210592435U - 一种包括数字定位系统的搜救抓取一体化无人机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种包括数字定位系统的搜救抓取一体化无人机，包括机体框架，机体框架由碳板、旋翼、转接木板夹和碳管组成，碳板为双层结构且中间形成有安装槽，旋翼分设有四组且均匀安装于碳板外围，四组旋翼的外侧均安装有转接木板夹，碳管垂直设置在转接木板夹的正下方且上端与转接木板夹相连接，碳板上装有角位移传感器a，角位移传感器的一侧设置有第一360度舵机。本实用新型新型通过高清摄像头可将包含目标的图像回传到操控者的图像显示系统，利用MATLAB进行数字图像处理可获得目标抓取点的二维平面坐标，再将其传入控制芯片上，通过图中的机械定位机构可使机械爪移动到对应目标正上方从而实现抓取。

Description

一种包括数字定位系统的搜救抓取一体化无人机

技术领域

本实用新型涉及无人机的搜救抓取技术领域，具体为一种包括数字定位系统的搜救抓取一体化无人机。

背景技术

无人机由于其小型化、快速起降和无机载人员等特点，特别适用于搜索和灾害救援，搜救抓取的一体化要求无人机通过机载设备在目标区域寻找，选定并抓取“目标物品”；然后携带“目标物品”放到指定区域。当下国内对于无人机搜救抓取方面的研究尚不成熟，在哈尔滨工业大学NRSL实验室的研究成果中，无人机无需第三方设备的辅助，仅依靠自身的传感器和相机，实现对目标的识别，轨迹规划和抓取控制。目标识别和定位还存在一些问题，其PID控制轨迹的效果并不是很好，在现实中单件应用起来成本高，还未具有成熟的使用价值。山西大同大学桥栋硕士的研究成果中谈及的铁丝网抓取方案虽然抓取面积大，但固定性不好，容易掉落。因此，需要设计一套折中的搜救抓取无人机方案，操作简单较实用，智能化程度不高。为此，需要设计相应的技术方案解决存在的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种包括数字定位系统的搜救抓取一体化无人机，解决了背景技术中所提出的问题，满足实际使用需求。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种包括数字定位系统的搜救抓取一体化无人机，包括机体框架，所述机体框架由碳板、旋翼、转接木板夹和碳管组成，所述碳板为双层结构且中间形成有安装槽，所述旋翼分设有四组且均匀安装于碳板外围，四组所述旋翼的外侧均安装有转接木板夹，所述碳管垂直设置在转接木板夹的正下方且上端与转接木板夹相连接，所述碳板上装有角位移传感器a，所述角位移传感器的一侧设置有第一360度舵机，所述第一360度舵机的动力输出端连接有转臂减速组，所述转臂减速组的正下方安装有一根垂直设置的铝制转轴，所述铝制转轴的末端安装有转臂，所述转臂一端装有木质框架盒，所述木质框架盒内设置有齿轮减速组，所述齿轮减速组上安装有滑轨，所述滑轨上装有齿轮同步带，所述齿轮同步带的下方连接有机械手，所述齿轮减速组的下方设置有第二360度舵机，所述第二360度舵机的动力输出端与齿轮减速组相连接，所述木质框架盒上还安装有角位移传感器b且外端横向设置有碳管导轨。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述机械手由伸缩杆、第三360金属舵机和控制机械手张合的小型电机组成，所述伸缩杆的上端活动设置在碳管导轨上，所述第三360金属舵机安装在伸缩杆中部伸缩部位，所述小型电机安装在伸缩杆的末端。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述碳管上还安装有红外辅助定位装置，所述红外辅助定位装置由固定木质框架、角位移传感器c、驱动电机、含有同步带的木质长盒和一字线激光器组成，所述角位移传感器c安装在固定木质框架上，所述驱动电机位于角位移传感器c的下方，所述驱动电机的动力输出端与含有同步带的木质长盒相连接，所述一字线激光器固定在同步带上。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述角位移传感器c与驱动电机的电机轴之间的连接方式为齿轮配合。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述碳板的一侧还安装有摄像头。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

1.本实用新型通过高清摄像头可将包含目标的图像回传到操控者的图像显示系统，利用MATLAB进行数字图像处理可获得目标抓取点的二维平面坐标，再将其传入控制芯片上，通过图中的机械定位机构可使机械手移动到对应目标正上方从而实现抓取。

2.采用一字线激光源可以辅助操作者确定目标物品的待抓取点在图像中的位置同时能够与相应高度的平面对应起来，采用可以在不同高度闭合抓取的机械手从而可实现不规则形状物体的抓取，更具人性化。

3.本实用新型可以实现较为精确的抓取，完全可以适用于解决日常的搜救抓取任务，对于清除景区垃圾也具有一定的适用价值。本实用新型虽然借助于第三方设备和手工控制，但是技术难度不高，成本低，当下实用性更高。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构图；

图2为本实用新型的侧视结构图；

图3为本实用新型的正视结构图。

图中:1-碳板，2-旋翼，3-转接木板夹，4-碳管，5-安装槽，6-角位移传感器a，7-第一360度舵机，8-转臂减速组，9-铝制转轴，10-转臂，11-木质框架盒，12-齿轮减速组，13-滑轨，14-齿轮同步带，15-机械手，16-第二360度舵机，17-角位移传感器b，18-碳管导轨，19-伸缩杆，20-第三360金属舵机，21- 小型电机，22-固定木质框架，23-角位移传感器c，24-驱动电机，25-含有同步带的木质长盒，26-一字线激光器，27-摄像头。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-3，本实用新型提供一种技术方案：一种包括数字定位系统的搜救抓取一体化无人机，包括机体框架，机体框架由碳板1、旋翼2、转接木板夹 3和碳管4组成，碳板1为双层结构且中间形成有安装槽5，旋翼2分设有四组且均匀安装于碳板1外围，四组旋翼2的外侧均安装有转接木板夹3，碳管4垂直设置在转接木板夹3的正下方且上端与转接木板夹3相连接，碳板1上装有角位移传感器a6，角位移传感器a6的一侧设置有第一360度舵机7，第一360 度舵机7的动力输出端连接有转臂减速组8，转臂减速组8的正下方安装有一根垂直设置的铝制转轴9，铝制转轴9的末端安装有转臂10，转臂10一端装有木质框架盒11，木质框架盒11内设置有齿轮减速组12，齿轮减速组12上安装有滑轨13，滑轨13上装有齿轮同步带14，齿轮同步带14的下方连接有机械手15，齿轮减速组12的下方设置有第二360度舵机16，第二360度舵机16的动力输出端与齿轮减速组12相连接，木质框架盒11上还安装有角位移传感器b17且外端横向设置有碳管导轨18，

该无人机通过机械定位系统，红外辅助定位系统，数字定位系统，主控系统和四旋翼系统五部分进行控制运作，机械定位系统包括转臂10，数组角位移传感器，数组360度舵机，同步带，机械手15及相关连接结构，通过舵机，传感器和控制板组成的闭环控制系统实现机械定位与抓取动作；红外辅助定位系统包括一字线激光器26、角位移传感器c23和驱动电机24及连接结构，可实现反馈抓取点高度的功能以及辅助操控者拾取目标点的功能；红外辅助定位系统包括固定木质框架22、角位移传感器c23、含有同步带的木质长盒25、一字线激光器26、驱动电机24以及长盒内的同步带轮和同步带，操控者调节与遥控对应的接收机相连接的红外定位装置的驱动电机24，驱动电机24带动含有同步带的木质长盒25内的同步带轮，同步带轮带动与之固接的一字线激光器26，一字线激光器26发出的一字线激光会照射出一条该激光器所在平面与目标物相交的直线，同时角位移传感c23会转化测出激光源所在高度，射出的一字线激光能够辅助操控者判断目标物适合抓取的点所在高度并进行拾取；数字定位系统和主控系统包括摄像头27，视频采集卡，arduino发射板和接收板，图传，电脑及必要电源组件，通过在四旋翼无人机的机架上搭载的高清摄像头27拍摄包含目标的图像由图传回传到操控者的图像显示系统，利用电脑上MATLAB软件进行图像处理，获得目标抓取点的二维平面坐标，再通过arduino发射板将坐标发给接收板；四旋翼系统包括四个电机及旋翼2、飞控和无人机框架，作为整个系统的载体，这些系统组件共同组成一个可实现搜救抓取功能的系统方案。

进一步改进地，如图1所示：机械手15由伸缩杆19、第三360金属舵机 20和控制机械手15张合的小型电机21组成，伸缩杆19的上端活动设置在碳管导轨18上，第三360金属舵机20安装在伸缩杆19中部伸缩部位，小型电机21 安装在伸缩杆19的末端。

进一步改进地，如图1所示：碳管4上还安装有红外辅助定位装置，红外辅助定位装置由固定木质框架22、角位移传感器c23、驱动电机24、含有同步带的木质长盒25和一字线激光器26组成，角位移传感器c23安装在固定木质框架22上，驱动电机24位于角位移传感器c23的下方，驱动电机24的动力输出端与含有同步带的木质长盒25相连接，一字线激光器26固定在同步带上。

进一步改进地，如图1所示：角位移传感器c23与驱动电机24的电机轴之间的连接方式为齿轮配合。

具体地，碳板1的一侧还安装有摄像头27。

在使用时：本实用新型无人机作业时，操纵者需要先通过自己的眼睛和摄像头27的协助操纵无人机飞行并降落到目标的正上方，使把目标物在框架内。通过高清摄像头27将包含目标的图像回传到操控者的图像显示系统(一般为计算机MATLAB界面)上，然后操控者调节与遥控对应的接收机相连接的红外定位装置的驱动电机24，驱动电机24带动固定木质框架22内的同步带轮，同步带轮带动与之固接的一字线激光器26,一字激光器26发出的一字线激光会照射出一条该激光器所在平面与目标物相交的直线，同时角位移传感器c23会转化测出激光源所在高度。射出的一字线激光能够辅助操控者判断目标物适合抓取的点所在高度并进行拾取，利用MATLAB进行数字图像处理获得目标抓取点的二维平面坐标，再将其传入arduino控制板上，控制板将处理过的信号分别传送给数组360度舵机，第一360度舵机7的转动带动整个转臂10实现转动，从而实现角度的定位，同时第二360度舵机16的转动带动滑轨13的齿轮减速组12转动，其中一个齿轮与能带动同步带的同步带轮同轴，从而实现同步带移动，并且带动与之固联的机械手15移动，同时角位移传感器b17通过其上的齿轮与齿轮减速组12末端齿轮啮合测得机械手15的位移量并反馈给控制板，实现闭环控制，第三360舵机20与操控者遥控器对应的接收机相连，借助于摄像头27 拍摄图像和一字线激光，操控者控制驱动电机24转动，实现对目标物的抓取。

本方案所保护的产品目前已经投入实际生产和应用，尤其是在无人机的搜救抓取技术领域上的应用取得了一定的成功，很显然印证了该产品的技术方案是有益的，是符合社会需要的，也适宜批量生产及推广使用。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种包括数字定位系统的搜救抓取一体化无人机，包括机体框架，其特征在于：所述机体框架由碳板(1)、旋翼(2)、转接木板夹(3)和碳管(4)组成，所述碳板(1)为双层结构且中间形成有安装槽(5)，所述旋翼(2)分设有四组且均匀安装于碳板(1)外围，四组所述旋翼(2)的外侧均安装有转接木板夹(3)，所述碳管(4)垂直设置在转接木板夹(3)的正下方且上端与转接木板夹(3)相连接，所述碳板(1)上装有角位移传感器a(6)，所述角位移传感器a(6)的一侧设置有第一360度舵机(7)，所述第一360度舵机(7)的动力输出端连接有转臂减速组(8)，所述转臂减速组(8)的正下方安装有一根垂直设置的铝制转轴(9)，所述铝制转轴(9)的末端安装有转臂(10)，所述转臂(10)一端装有木质框架盒(11)，所述木质框架盒(11)内设置有齿轮减速组(12)，所述齿轮减速组(12)上安装有滑轨(13)，所述滑轨(13)上装有齿轮同步带(14)，所述齿轮同步带(14)的下方连接有机械手(15)，所述齿轮减速组(12)的下方设置有第二360度舵机(16)，所述第二360度舵机(16)的动力输出端与齿轮减速组(12)相连接，所述木质框架盒(11)上还安装有角位移传感器b(17)且外端横向设置有碳管导轨(18)。

2.根据权利要求1所述的一种包括数字定位系统的搜救抓取一体化无人机，其特征在于：所述机械手(15)由伸缩杆(19)、第三360金属舵机(20)和控制机械手(15)张合的小型电机(21)组成，所述伸缩杆(19)的上端活动设置在碳管导轨(18)上，所述第三360金属舵机(20)安装在伸缩杆(19)中部伸缩部位，所述小型电机(21)安装在伸缩杆(19)的末端。

3.根据权利要求1所述的一种包括数字定位系统的搜救抓取一体化无人机，其特征在于：所述碳管(4)上还安装有红外辅助定位装置，所述红外辅助定位装置由固定木质框架(22)、角位移传感器c(23)、驱动电机(24)、含有同步带的木质长盒(25)和一字线激光器(26)组成，所述角位移传感器c(23)安装在固定木质框架(22)上，所述驱动电机(24)位于角位移传感器c(23)的下方，所述驱动电机(24)的动力输出端与含有同步带的木质长盒(25)相连接，所述一字线激光器(26)固定在同步带上。

4.根据权利要求3所述的一种包括数字定位系统的搜救抓取一体化无人机，其特征在于：所述角位移传感器c(23)与驱动电机(24)的电机轴之间的连接方式为齿轮配合。

5.根据权利要求3所述的一种包括数字定位系统的搜救抓取一体化无人机，其特征在于：所述碳板(1)的一侧还安装有摄像头(27)。

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