基于飛行器傳統(tǒng)抓取采樣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

劉杰 何景峰 陳剛

摘要：本文針對(duì)傳統(tǒng)飛行器抓取或采樣結(jié)構(gòu)類型分析，對(duì)飛行器的三種戶外環(huán)境抓取結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)思路優(yōu)化改良，分別設(shè)計(jì)為：“柱筒型”、“圓球型”、“多抓手型”。并給出相關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖，與簡(jiǎn)單的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)比。目的在于：基于改造后的結(jié)構(gòu)，將飛行器傳統(tǒng)的“抓取”功能向更多功能擴(kuò)展，使之適用于水、陸、空多種環(huán)境作業(yè)范圍，增大適應(yīng)操作范圍。

關(guān)鍵詞：抓取結(jié)構(gòu);飛行器;多環(huán)境

引言

適合不同環(huán)境的目標(biāo)采樣抓取結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)抓取主要結(jié)構(gòu)組成：臂桿、驅(qū)動(dòng)、控制。具有一定實(shí)現(xiàn)，的作業(yè)型飛行器對(duì)目標(biāo)物體的自主抓取操作。針對(duì)環(huán)境惡劣、人類無(wú)法親身到達(dá)的區(qū)域，通過(guò)對(duì)飛行器的抓取結(jié)構(gòu)的開(kāi)合控制，實(shí)行抓取工作，有效改進(jìn)傳統(tǒng)的進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。

一、柱筒型

柱筒型采樣結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用在戶外的江河湖海等環(huán)境的液體采樣，主要采用不銹鋼金屬材質(zhì)，飛行器承載柱筒型采樣結(jié)構(gòu)擺脫環(huán)境的桎梏，能夠適合不同地方的采取液操作，以視覺(jué)影像為基礎(chǔ)人為遠(yuǎn)程確定采樣地點(diǎn)，惡劣的環(huán)境中操作人員無(wú)需親自到達(dá)即可采取水樣、油樣等。旋轉(zhuǎn)移動(dòng)結(jié)構(gòu)包括電機(jī)與減速機(jī)、軸承、氣缸、同步帶和輪，通過(guò)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)打開(kāi)蓋子從A角度B角度，蓋子打開(kāi)水/油進(jìn)入柱筒內(nèi)，蓋子從B角度到到A角度則關(guān)閉采樣結(jié)構(gòu)。

二、球型

球型抓取承載器主要應(yīng)用于無(wú)人飛行器基于視覺(jué)的災(zāi)害救援工作當(dāng)中，比如在火災(zāi)或者地震大區(qū)域搜索救人的工作環(huán)境下，救援人員無(wú)法親自達(dá)到這些惡劣的環(huán)境之中。

球型承載器屬于飛行器的一種需要驅(qū)動(dòng)與控制球型模塊，其上端端連接飛行的控制端，球型抓取承載器本身是可打開(kāi)的結(jié)構(gòu)，可供救援搭載。安裝在連接飛行器的連接桿上，球型抓取承載器結(jié)構(gòu)分為：上翻蓋和下載蓋。飛行器的驅(qū)動(dòng)控制部分位于飛行器上，主要完成上翻蓋的上升打開(kāi)動(dòng)作，使被救援人才能平穩(wěn)進(jìn)入艙內(nèi);連接桿的伸縮動(dòng)作使飛行器運(yùn)送更加靈活多變，改變飛行器與地面的距離。

首先其具有較大空間的特點(diǎn)，在被救援人員無(wú)傷的環(huán)境下，可平穩(wěn)進(jìn)入球型抓取救援艙中，其次其適應(yīng)性強(qiáng)，摒棄了傳統(tǒng)的飛行器救援設(shè)備，如“長(zhǎng)梯式”由于其機(jī)動(dòng)性等方面的局限性，在很多時(shí)候不能及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)救援的弊端。

長(zhǎng)梯式救援

三、多抓手型

本文的多抓取結(jié)構(gòu)，思路來(lái)源于仿“鷹”抓取。不同點(diǎn)在于傳統(tǒng)仿鷹抓取一般仿照鷹的兩爪進(jìn)行兩條抓取臂的操作，穩(wěn)定性可能有待提高。

故下面設(shè)計(jì)可用于野外小型物體抓取，多抓手型結(jié)構(gòu)以較少的關(guān)節(jié)操作來(lái)增強(qiáng)抓取操作效率，左右雙爪多趾、四周分布型結(jié)構(gòu)起到防脫滑作用，使之平穩(wěn)且穩(wěn)固、不容易掉落，在一定程度上提高靈活性。

四、結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)飛行器抓取結(jié)構(gòu)進(jìn)行了三種包括“柱筒型”、“”和“”三種結(jié)構(gòu)的暢想改進(jìn)，提出預(yù)期應(yīng)用于水油采樣、物體抓取、人員救援等多環(huán)境的具體操作，簡(jiǎn)化傳統(tǒng)的抓取或采樣結(jié)構(gòu)，對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)與設(shè)計(jì)，并通過(guò)與傳統(tǒng)抓取采樣結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)與功能對(duì)比，解釋說(shuō)明了新暢想的優(yōu)勢(shì)。關(guān)于飛行器抓取或采樣方面需要研究的方向有很多，后期預(yù)計(jì)對(duì)多爪位姿、球型上翻蓋具體控制方案以及采油或采水過(guò)程中的深度定位進(jìn)行一定程度的研究，對(duì)本文暢想進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，付諸實(shí)際并拓展飛行器采樣、抓取等工作。

參考文獻(xiàn)：

[1]周遠(yuǎn)清，張自興，許萬(wàn)雍，等。智能機(jī)器人系統(tǒng)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1988.

[2]喻群超，尚偉偉，張馳.基于三級(jí)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的物體抓取檢測(cè)[J].機(jī)器人，2018，40（05）：762-768.

[3]嚴(yán)永福.機(jī)床防漏措施及結(jié)構(gòu)分析[J].機(jī)床與液壓，1991（4）

[4]大疆創(chuàng)新.https：//www.dji.com/cn.

[5]葉暉，管小清.工業(yè)機(jī)器人實(shí)操與應(yīng)用技巧[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[6]王帥，周洋.用于危險(xiǎn)區(qū)域物品清理的四旋翼飛行抓捕手[J].兵工自動(dòng)化，2011，3（3）：78-80.

作者簡(jiǎn)介：何景峰（1966-），男，副教授，研究領(lǐng)域：飛行器、智能視覺(jué);劉杰（1993-），女，碩士，研究領(lǐng)域：感知與控制、模式識(shí)別;陳剛（1995-），男，碩士，研究領(lǐng)域：移動(dòng)機(jī)器人感知，導(dǎo)航與控制。

（西京學(xué)院 陜西西安 710123）