[发明专利]一种带双机械手的系留式旋翼飞行机器人

权利要求书

1.一种带双机械手的系留式旋翼飞行机器人，包括旋翼飞行器、绳驱动机械手、系留电缆、系泊单元、地面控制系统和无线数传设备，其特征在于：所述的旋翼飞行器为六旋翼飞行器，其六副桨叶倒装，并采用碳纤维材料；所述的绳驱动机械手为一对具有三个关节的平面机械手，每个关节均通过绳索-滑轮装置提供驱动力与力矩；所述的系留电缆与系泊单元、六旋翼飞行器相连接；所述的系泊单元由发电机、直流高压电源及系缆绞盘组成；所述的无线数传设备与地面控制系统、六旋翼飞行器连接。

2.根据权利要求1所述的带双机械手的系留式旋翼飞行机器人，其特征在于：所述的绳驱动机械手共两套，分别安装在六旋翼飞行器的两个对称机臂上。每套绳驱动机械手包括由三个转动关节和一个末端夹持器组成的机械臂、三套绳索-滑轮机构以及柔绳绞盘，具有低惯量、高负载的特性；机械臂由三根连杆组成，每根连杆之间均通过转动关节连接，并由绳索-滑轮机构驱动，可进行大范围角度的运动，实现机械手位姿的控制。

3.根据权利要求1所述的带双机械手的系留式旋翼飞行机器人，其特征在于：所述的飞行控制系统由一组传感器单元、一个微控制器板、一个无线摄像头组成，被安装在六旋翼飞行器的上部。其中，传感器单元包括速度传感器、角速度传感器、高度计、磁力计和动压传感器，用于采集旋翼飞行机器人的姿态角、角速度、角加速度、高度及空速信息；微控制器板包括无线电控制伺服控制硬件和无线电控制接收机脉冲位置调制接口，可为用户提供导航及伺服控制板的伺服；无线摄像头被嵌入在飞行控制系统中，可与地面控制系统实时传输图像信息。

4.根据权利要求2所述的带双机械手的系留式旋翼飞行机器人，其特征在于：所述的绳驱动机械手的运动是由遥控器按照关节最佳柔顺性准则来控制的，该准则根据下式计算机械手运动学逆解：

其中，F(L)为求解机械手逆解的目标函数，L为当前描述的机械臂，n为关节数目，q_i(L)为第i个关节的目标位置，q_id为第i个关节的当前位置。

5.根据权利要求1所述的带双机械手的系留式旋翼飞行机器人，其特征在于：所述的系泊单元由发电机、直流高压电源及系缆绞盘组成，可被放置于地面或移动车辆上，并通过系留电缆给旋翼飞行机器人供电，可增长其续航时间，也可保证当机器人失联后飞走。

6.根据权利要求1所述的带双机械手的系留式旋翼飞行机器人，其特征在于：所述的地面控制系统包括串口通信、用户界面、飞行监控、航迹操作四大模块。其中串口通信用于与无线数传设备通信，接受和传送旋翼飞行机器人的数据；用户界面提供一系列可供用户选择的菜单栏和工具栏；飞行监控是通过读取串口通信接受的旋翼飞行机器人状态数据包，并加以解析显示在仪表控件上，辅助操作人员了解飞行器的飞行状况；航迹操作可用来存储规划好的航线和航点信息，在数据中建立航线表和航点表。

7.根据权利要4所述的带双机械手的系留式旋翼飞行机器人，其特征在于：所述的机械手运动逆解可通过混沌人工蜂群算法来实现。