[发明专利]一种带有多旋翼无人机的机械臂

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械臂，具体涉及一种带有多旋翼无人机的机械臂。

背景技术

机械臂广泛应用于半导体制造、工业、医疗、军事以及太空探索领域，机械臂能够接受指令，精确地定位到三维空间上的某一点进行作业；在现有技术中，多旋翼无人机是一种利用前飞时的相对气流吹动旋翼自转以产生升力的旋翼航空器，它的前进力由发动机带动螺旋桨直接提供；目前国内外机械臂的高空作业无法自由运作且操作繁琐，机械臂就只能在平板或某个特定范围内执行任务，不能在多个环境内进行作业，并且只能被动的接受任务，如果能够将旋翼机运用于机械臂的运行，则可以进一步的提高机械臂操控的自由度，极大限度的发挥机械臂的作用。

中国发明专利申请公开说明书CN201010538116公开了一种可以进一步增强旋翼机飞行稳定性的旋翼机旋翼头结构，该设计结构复杂，对机体性能要求很高；中国发明专利申请公开说明书CN201010264122公开了一种机器人技术领域的移动机械臂，虽然在一定程度上提高了机械臂运作的空间，但也仅仅实验在二维平面内的自由操控；中国发明专利申请公开说明书CN201210432637公开了一种智能机械臂，灵活性强，智能化程度高，能完成各种旋转或升高动作，操作简单，效率高，但它无法自由地到达空间内的任意一点，且受到场地的限制；中国发明专利说明书CN201020163658公开了一种属于自动控制领域的四旋翼飞行抓捕手，该发明通过四旋翼飞行与地面站控制之间的无线信号连接，以达到控制四旋翼飞行抓捕手在空中的飞行的目的，但其在使用的时候必须由地面控制系统进行操控；中国发明专利说明书CN201320135704公开了一种空中辅助智能救援系统，该救援系统同样采用了多旋翼飞行机与机械臂的方式，但是其机械臂只有一个自由度，只能抓取位于其正下方的物体。

为了解决上述问题，克服已有系统的缺陷，设计一种适用范围广泛、带有多旋翼无人机的机械臂是目前研究的重点。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种带有多旋翼无人机的机械臂，结构简单，设计合理，解决机械臂无法自由的在高空运作的问题，安全性高，稳定性强，精确度高，灵活性强，易于推广使用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：包括机械臂和多旋翼无人机两大部分，上述多旋翼无人机又可以分为外部结构和内部结构两大部分：多旋翼无人机的外部结构包括八个螺旋桨、十字架转轴、八个无刷电机和无人机基座，无人机基座上交叉安装有十字架转轴，十字架转轴的轴末上、下端分别对称安有第一无刷电机，十字架转轴中的间部分放置飞行控制计算机和外部设备；第一无刷电机与对应的螺旋桨直连，螺旋桨为整个旋翼机械臂提供升力，保持平衡，每个电机都由飞行控制器的电调单独控制，十字形的布局允许飞行器通过改变电机的转速来改变旋转机身获得的力，从而调整自身姿态和各种动作；多旋翼无人机的机体采用碳纤维材质，避免了金属材料易产生金属疲劳、不耐腐蚀的缺点，且密度小、质量轻、硬度大。

上述多旋翼无人机的内部结构包括飞控系统、电调和电源：飞控系统包括AHRS模块、空压计、AD芯片、处理器、GPS以及用于监视电调输出PWM信号的ppm解码器芯片，AHRS模块由三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁力计组成，AHRS模块通过AD芯片与处理器连接，AHRS模块通过三轴陀螺仪可以得到旋翼机当前偏转角度，通过三轴加速度计可以得到旋翼机当前速度变化量，通过三轴磁力计可以得到多旋翼无人机当前飞行方向，从而计算出飞行器目前相对地面的姿态以及加速度、角速度，然后输出俯仰，滚转，旋转角度给飞行控制器；空压计接AD芯片，AD芯片、GPS均与处理器连接，通过GPS和空压计可以得到旋翼机当前的所处的经纬度以及当前飞行高度，处理器接电调，电调接第一无刷电机，AD芯片将AHRS模块、空压计和GPS输出的模拟电压转换成数字量，再经由处理器进行集中处理，处理器通过算法计算出保持运动状态时所需的旋转力和升力并传送给电调，可接收处理器控制的控制信号，并输出数据给第一无刷电机。

电调接收来自处理器的信号，向第一无刷电机传送不同的电压，达到控速的目的，保持飞行器的稳定飞行。第一无刷电机接受来自电调的pwm信号和电源驱动螺旋桨转动，提供整个飞行器的升力。所述的三轴陀螺仪采用陀螺仪L3G4200D，三轴磁力计采用磁力计HMC5883，空压计采用空压计BMP085，AD芯片采用型号为ADS7844的芯片，处理器采用型号为Atmega2560的处理器，ppm解码器芯片采用解码器Atmega328。