CN212635746U

CN212635746U - 一种三摄像头的无人机抓取机械手

Info

Publication number: CN212635746U
Application number: CN202021229377.1U
Authority: CN
Inventors: 刘云平; 朱帅晖; 朱涵智; 苏东彦; 朱慧如
Original assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Priority date: 2020-06-29
Filing date: 2020-06-29
Publication date: 2021-03-02
Anticipated expiration: 2030-06-29

Abstract

本实用新型涉及一种三摄像头的无人机抓取机械手，包括机械手本体，机械手本体包括进行抓取的两机械爪、对机械手本体进行支撑的支架、识别和定位物体的主摄像头以及对物体进行测量和识别对齐的两侧向摄像头，支架包括控制所述支架带动两所述机械爪俯仰的俯仰自由度调节轴、控制所述支架带动两所述机械爪横滚的横滚自由度调节轴以及控制所述支架带动两所述机械爪偏航的偏航自由度调节轴，两侧向摄像头设置于俯仰自由度调节轴两端，两侧向摄像头识别方向始终与主摄像头识别方向和两机械爪延伸方向一致；本实用新型通过三摄像头对抓取目标识别定位，以及三自由度调节轴满足多自由度的调整，来达到从最优角度对齐并抓取和投放目标物体的目的。

Description

一种三摄像头的无人机抓取机械手

技术领域

本实用新型属于无人机技术领域，具体涉及一种三摄像头的无人机抓取机械手。

背景技术

无人机即无人驾驶飞机，目前应用于军事、民用等众多领域。无人机的使用节省了大量的人力物力，并使得一些复杂、危险的任务变的安全可行。无人机在日常生活中扮演了极其重要的角色，在各项任务中，无论是快递物流还是外卖配送，无人机的准确抓取都十分必要。

无人机的夹持类机械手往往由钳爪、传动机构、驱动装置和支架组成，整体上不具备自由度，无法根据抓取的目标物体进行调整；并且现有设计的无人机机械手仅仅与无人机建立了控制连接，抓取的位置需要人为设置，除人眼的识别不够精确外，人为控制无人机抓取和投递也使得任务的执行更加繁琐；即使存在设置了摄像头的自主无人机，也因为摄像头和机械手之间存在一定的位置差异，使得无人机的自主抓取和投递存在不可忽视的误差。

实用新型内容

本实用新型提供一种三摄像头的无人机抓取机械手，基于上述问题，本申请设置了多自由度的机械手并安装上嵌入式摄像头，使得无人机机械手能够对齐目标物体，并根据物体调整角度实现准确的抓取和投递。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种三摄像头的无人机抓取机械手，包括无人机，所述无人机上设置有机械爪控制单元，还包括机械手本体，所述机械手本体包括进行抓取的两机械爪、对所述机械手本体进行支撑的支架、识别和定位物体的主摄像头以及对物体进行测量和识别对齐的两侧向摄像头，其中：

所述机械爪包括两机械爪板和若干固定铜柱，两所述机械爪板平行对称设置，并通过若干所述固定铜柱固定连接，两所述机械爪相对设置且底部均固定在所述支架上；

所述主摄像头安装在两所述机械爪底部与所述支架连接处；

所述支架包括控制所述支架带动两所述机械爪俯仰的俯仰自由度调节轴、控制所述支架带动两所述机械爪横滚的横滚自由度调节轴以及控制所述支架带动两所述机械爪偏航的偏航自由度调节轴；

两所述侧向摄像头设置于所述俯仰自由度调节轴两端，两所述侧向摄像头识别方向始终与所述主摄像头识别方向和两所述机械爪延伸方向一致。

作为本实用新型的进一步优选，还包括按顺序设置的拆卸式连接轴、电池保护模块、a固定连接件、机械爪供电模块以及摄像头供电模块，所述拆卸式连接轴设置于两所述机械爪底部与所述支架连接处，且其上安装有所述主摄像头；所述a固定连接件与所述电池保护模块固定连接处开设有通孔，所述俯仰自由度调节轴贯穿所述通孔, 所述俯仰自由度调节轴延伸出所述电池保护模块的两端为两所述侧向摄像头安装位置。

作为本实用新型的进一步优选，还包括b固定连接件和控制单元接口，所述支架尾端设置所述b固定连接件，所述b固定连接件与所述无人机固定连接，所述控制单元接口设置于所述b固定连接件靠近无人机的一侧，所述控制单元接口与所述机械爪控制单元连接。

作为本实用新型的进一步优选，所述横滚自由度调节轴一端固定在所述a固定连接件靠近所述机械爪供电模块的一侧，其另一端延伸至所述机械爪供电模块内部。

作为本实用新型的进一步优选，所述偏航自由度调节轴一端延伸至所述机械爪供电模块内部，其另一端延伸至所述摄像头供电模块内部。

作为本实用新型的进一步优选，所述俯仰自由度调节轴延伸至外部的两端为可伸缩，且其延伸至外部的两端朝向所述主摄像头的一侧均开设凹槽，所述凹槽内安装所述侧向摄像头。

作为本实用新型的进一步优选，还包括两横杆，两所述横杆平行设置于所述a固定连接件上。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型解决了现有携带机械爪的抓取无人机无法自行对齐物体，或对齐时受到位置差异影响，抓取时无法调整机械爪角度，抓取不便等问题；

2、本实用新型能够多自由度调整，并精准对齐物体调整角度进行抓取的无人机机械爪；

3、本实用新型主摄像头进行目标的识别和定位，控制机械爪对齐目标，两个侧向摄像头辅助对目标边缘进行识别，使得钳爪能够对齐目标边缘，更加贴合的实现目标抓取；

4、本实用新型两个侧向摄像头还可以起到检测距离的作用，能够判断机械爪张开幅度是否能满足目标的长或宽，判断是否能够抓取，提高了任务的效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的机械手本体结构示意图；

图2是本实用新型的机械手本体侧面结构示意图；

图3是本实用新型的主摄像头安装位置示意图；

图4是本实用新型的机械手本体的主视图；

图5是本实用新型的自由度调节轴的安装方向和旋转方向示意图，5a俯仰自由度调节轴安装方向和旋转方向示意图，5b横滚自由度调节轴安装方向和旋转方向示意图，5c偏航自由度调节轴安装方向和旋转方向示意图；

图6是本实用新型的操作流程图。

图中：1、固定铜柱；2、机械爪板；3、拆卸式连接轴；4、电池保护模块；5、俯仰自由度调节轴；6、横滚自由度调节轴；7、摄像头供电模块；8、b固定连接件；9、a固定连接件；10、横杆；11、机械爪供电模块；12、控制单元接口；13、主摄像头；14、机械手本体；15、偏航自由度调节轴。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

实施例1

本实用新型提供了一种最优实施方案，一种三摄像头的无人机抓取机械手，包括机械手本体14，所述机械手本体14安装固定在设置有机械爪控制单元的无人机上，所述机械手本体14用于抓取物体。

如图1和图2所示，所述机械手本体14包括两机械爪和支架，两所述机械爪相对设置且底部与所述支架一端连接，所述支架另一端与所述无人机连接，两所述机械爪可对物体进行抓取，所述支架给所述机械手本体14提供整体支撑。

其中所述机械爪包括平行对称设置的两机械爪板2和三个固定铜柱1，平行对称设置的两所述机械爪板2之间通过三个所述固定铜柱1将两所述机械爪板2固定组成所述机械爪；三个所述固定铜柱1上开设有固定槽，插至平行对称设置的两所述机械爪板2之间，三个所述固定铜柱1起到连接、强化所述机械爪一致性的功能，同时能够在抓取物体时避免四个所述机械爪板晃动，使两所述机械爪能够更好的卡住物体。

本方案还包括主摄像头13、俯仰自由度调节轴5、横滚自由度调节轴6、偏航自由度调节轴15以及两侧向摄像头，两所述机械爪与所述支架连接处内部安装有所述主摄像头13，所述主摄像头13识别方向朝向两所述机械爪开合处；所述俯仰自由度调节轴5控制所述支架带动两所述机械爪俯仰，所述横滚自由度调节轴6控制所述支架带动两所述机械爪横滚，所述偏航自由度调节轴15控制所述支架带动两所述机械爪俯仰；两所述侧向摄像头设置于所述俯仰自由度调节轴5两端，两所述侧向摄像头识别方向与所述主摄像头13和两所述机械爪延伸方向一致。在如图4中，所述俯仰自由度调节轴5、所述横滚自由度调节轴6以及所述偏航自由度调节轴15的安装方向和旋转方向分别如图5中5a、5b以及5c所示。

所述支架包括按顺序设置的拆卸式连接轴3、电池保护模块4、a固定连接件9、机械爪供电模块11、摄像头供电模块7、b固定连接件8以及控制单元接口12，所述拆卸式连接轴3将两所述机械爪底部连接并与所述支架一端固定连接，两所述机械爪底部与所述拆卸式连接轴3连接处为分离式，可通过拨动卡扣对所述机械爪进行拆解，便于更换维护磨损的所述机械爪，在两所述机械爪与所述拆卸式连接轴3之间使用润滑油，延长使用寿命，所述主摄像头13安装于所述拆卸式连接轴3内部；所述俯仰自由度调节轴5贯穿所述电池保护模块4，所述横滚自由度调节轴6一端固定在所述a固定连接件9靠近所述机械爪供电模块11的一侧，其另一端延伸至所述机械爪供电模块11内部，所述偏航自由度调节轴15一端延伸至所述机械爪供电模块11内部，其另一端延伸至所述摄像头供电模块7内部；所述a固定连接件9呈C字型，其开口朝向所述电池保护模块4，两相对边开设有通孔，所述俯仰自由度调节轴5贯穿所述通孔，所述a固定连接件9设有通孔的两相对边套设在所述俯仰自由度调节轴5延伸出所述电池保护模块的两端；所述b固定连接件8呈C字型，其开口朝向所述摄像头供电模块7，其两相对边固定在所述摄像头供电模块7的两侧，所述b固定连接件8与所述无人机固定连接；所述控制单元接口12设置于所述b固定连接件8靠近所述无人机的一侧，所述控制单元接口12与所述机械爪控制单元连接。

其中，所述俯仰自由度调节轴5、所述横滚自由度调节轴6以及所述偏航自由度调节轴15分别连接一电机，与所述俯仰自由度调节轴5连接的电机安装在所述电池保护模块4内，与所述横滚自由度调节轴6连接的电机安装在所述机械爪供电模块内，与所述偏航自由度调节轴15连接的电机安装在所述摄像头供电模块内；所述摄像头供电模块7对所述主摄像头13和两所述侧向摄像头供电，所述机械爪供电模块11对所述俯仰自由度调节轴5、所述横滚自由度调节轴6以及所述偏航自由度调节轴15分别进行连接以及分别进行供电，同时所述机械爪供电模块11对所述机械手本体14进行供电，所述电池保护模块4监控所述摄像头供电模块7和所述机械爪供电模块11，所述电池保护模块4能够在执行任务时对所述机械手本体14的电路状态进行监控，必要时锁死机械爪；还包括两横杆10，两所述横杆10平行设置于所述a固定连接件9上两相对边上，两所述横杆10给所述a固定连接件9提供部分支撑；所述俯仰自由度调节轴5延伸至外部的两端为可伸缩，且其延伸至外部的两端朝向所述主摄像头13的一侧均开设凹槽，所述凹槽内安装有所述侧向摄像头，所述俯仰自由度调节轴5的伸缩通过无人机上的所述机械爪控制单元控制。

所述主摄像头13位于两所述机械爪底部所述拆卸式连接轴内部，保证了摄影位置准确的同时，减少了摄像头的裸露，所述主摄像头13可对物体进行识别定位；两所述侧向摄像头设置在所述俯仰自由度调节轴5延伸处，在目标抓取和投放时伸出进行位置的识别，运送过程中回收进所述俯仰自由度调节轴5内部，降低风阻的同时实现对摄像头的保护。三个摄像头嵌入的部分底部均设置有海绵垫，能够起到减震和稳定拍摄目的；所述侧向摄像头提供对物体的测量及横纵方向上的对齐功能，在所述主摄像头13定位物体后开始工作，首先通过视觉判断两所述机械爪张开大小是否满足抓取物体要求，满足后进行对齐。

所述机械手本体14前中后三段均设有自由度调节轴，能够实现对目标全方位的对齐，稳定抓取。每段的自由度调节轴均具有独立的控制单元，通过杜邦线连接至无人机控制单元进行独立控制，使得所述机械手本体14能够灵活抓取各种形状及摆放位置的物体。所述机械手本体14控制线路从所述机械手本体14内部走线，通过所述控制单元接口12统一接至无人机控制单元。

如图6所示，本方案具体操作流程如下：

步骤一：无人机中飞控系统接收目标坐标，控制无人机飞至指定区域；

步骤二：两所述机械爪底部的所述主摄像头13搜索抓取目标；

步骤三：判断所述主摄像头13是否识别到抓取目标，如识别到抓取目标则进行步骤五，如未识别到抓取目标进行步骤四；

步骤四：所述俯仰自由度调节轴5、所述横滚自由度调节轴6以及所述偏航自由度调节轴15由所述无人机上的所述机械爪控制单元控制其连接的电机进行运作，直至所述主摄像头13识别到抓取目标为止，然后重复步骤二；

步骤五：所述俯仰自由度调节轴5两端的所述侧向摄像头伸出，进行抓取目标宽度定位；

步骤六：对抓取目标进行抓取；

步骤七：两所述机械爪对抓取目标进行锁定，两所述侧向摄像头缩回，所述无人机飞向目标位置。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims

1.一种三摄像头的无人机抓取机械手，包括无人机，所述无人机上设置有机械爪控制单元，其特征在于：包括机械手本体，所述机械手本体包括进行抓取的两机械爪、对所述机械手本体进行支撑的支架、识别和定位物体的主摄像头以及对物体进行测量和识别对齐的两侧向摄像头，其中：

所述主摄像头安装在两所述机械爪底部与所述支架连接处；

2.根据权利要求1所述的一种三摄像头的无人机抓取机械手，其特征在于：还包括按顺序设置的拆卸式连接轴、电池保护模块、a固定连接件、机械爪供电模块以及摄像头供电模块，所述拆卸式连接轴设置于两所述机械爪底部与所述支架连接处，且其上安装有所述主摄像头；所述a固定连接件与所述电池保护模块固定连接处开设有通孔，所述俯仰自由度调节轴贯穿所述通孔, 所述俯仰自由度调节轴延伸出所述电池保护模块的两端为两所述侧向摄像头安装位置。

3.根据权利要求2所述的一种三摄像头的无人机抓取机械手，其特征在于：还包括b固定连接件和控制单元接口，所述支架尾端设置所述b固定连接件，所述b固定连接件与所述无人机固定连接，所述控制单元接口设置于所述b固定连接件靠近无人机的一侧，所述控制单元接口与所述机械爪控制单元连接。

4.根据权利要求3所述的一种三摄像头的无人机抓取机械手，其特征在于：所述横滚自由度调节轴一端固定在所述a固定连接件靠近所述机械爪供电模块的一侧，其另一端延伸至所述机械爪供电模块内部。

5.根据权利要求4所述的一种三摄像头的无人机抓取机械手，其特征在于：所述偏航自由度调节轴一端延伸至所述机械爪供电模块内部，其另一端延伸至所述摄像头供电模块内部。

6.根据权利要求1所述的一种三摄像头的无人机抓取机械手，其特征在于：所述俯仰自由度调节轴延伸至外部的两端为可伸缩，且其延伸至外部的两端朝向所述主摄像头的一侧均开设凹槽，所述凹槽内安装所述侧向摄像头。

7.根据权利要求4所述的一种三摄像头的无人机抓取机械手，其特征在于：还包括两横杆，两所述横杆平行设置于所述a固定连接件上。