[发明专利]一种基于动态重心补偿的旋翼飞行机械臂系统及算法

权利要求书

1.一种基于动态重心补偿的旋翼飞行机械臂系统，包括旋翼飞行平台、图像传感器、连接架、机械臂系统、系统控制器和地面站控制装置，其特征在于：所述旋翼飞行平台包括旋翼飞行器和飞行控制器；所述图像传感器安装在所述旋翼飞行平台的前下方；所述连接架是一块机械板，用于固定连接所述旋翼飞行平台、图像传感器和机械臂系统；所述机械臂系统安装在旋翼飞行平台的正下方；所述系统控制器安装在旋翼飞行平台的正上方；所述地面站控制装置与所述系统控制器之间采用无线方式进行通讯。

2.根据权利要求1所述的一种基于动态重心补偿的旋翼飞行机械臂系统，其特征在于：所述旋翼飞行器包括机架、机臂、动力设备及驱动装置、电源模块、定位模块、遥控与接收器；所述机架是飞行器平台的机身，也是其他组成系统模块的基本载体；所述机臂连接在机身上；所述动力设备及驱动装置包括无刷电机、无刷电调和螺旋桨，所述无刷电调与无刷电机相连，所述螺旋桨安装在无刷电机上；所述电源模块包括航模电池、稳压电路以及电池低压报警装置；所述定位模块用于确定旋翼飞行器相对地面的位置。

3.根据权利要求2所述的一种基于动态重心补偿的旋翼飞行机械臂系统，其特征在于：所述机臂为4个，相邻机臂相互垂直；所述动力设备及驱动装置为4组，每组对应一个机臂；所述机架为550轴距的碳纤维铝合金机架；所述飞行控制器采用内核32位处理器，包括能实时测量飞行器姿态信息的9轴惯性测量单元，对一切飞行控制信号集中处理，同时接收并处理系统控制器的信号。

4.根据权利要求1所述的一种基于动态重心补偿的旋翼飞行机械臂系统，其特征在于：所述图像传感器用于实时获取目标信息并传送至系统控制器。

5.根据权利要求1所述的一种基于动态重心补偿的旋翼飞行机械臂系统，其特征在于：所述机械臂系统是一个五自由度机械臂系统，包括五个机器人舵机和抓取手；所述机械臂系统的执行机构包括第一转向机构、第一收放机构、第二收放机构、第二转向机构和夹持机构；第一舵机分别与连接架和第一连杆相连组成第一转向结构，第二舵机和第三舵机分别与第一连杆、第二连杆和第三连杆串接组成第一收放机构和第二收放机构，第四舵机和第三连杆组成第二转向机构，第五舵机与抓取手组成夹持机构；夹持机构是直接与抓取目标接触的部件，收放机构带动夹持机构接触目标，转向机构通过自身旋转调整夹持机构的动作方向，使夹持机构以正确的方向打开抓取手。

6.根据权利要求1所述的一种基于动态重心补偿的旋翼飞行机械臂系统，其特征在于：所述地面站控制装置包括机械臂系统控制模块、旋翼飞行器控制模块、图像信息显示模块；所述机械臂系统控制模块用于实现机械臂的运动模式选择，包括仿真模式和实际模式、串口设置、机械臂角度变化速度调节、机械臂运动控制，所述机械臂运动控制包括在笛卡尔空间的线运动控制和关节角运动控制；旋翼飞行器控制模块包括飞行器在笛卡尔空间的上下左右运动步长调节设置和位置坐标和姿态角信息的显示；图像信息显示模块包括相机串口设置、目标的图像显示和像素坐标显示。

7.根据权利要求1所述的一种基于动态重心补偿的旋翼飞行机械臂系统，其特征在于：所述地面站控制装置、系统控制器与飞行控制器之间保持实时通讯；所述飞行控制器通过融合惯性测量单元和GPS等传感器测量数据获取实时位姿信息，并通过动态重心补偿算法实现飞行器的位置控制、姿态控制，实现旋翼飞行机械臂系统的稳定飞行；所述系统控制器通过视觉伺服控制方法来控制机械臂各关节的协调运动，实现目标的自主定位和抓取。

8.根据权利要求1至7任一项所述的一种动态重心补偿算法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一，数据读取；

步骤二，系统重心估算；

步骤三，基于重心补偿设计旋翼飞行器的位置和姿态控制器。