發(fā)布時(shí)間：2021-02-23 21:04

　　隨著無人飛行器相關(guān)研究的快速發(fā)展,無人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬。研究者們在四旋翼飛行器上搭載主動(dòng)作業(yè)裝置組成復(fù)合系統(tǒng),極大的豐富了四旋翼飛行器可完成的作業(yè)種類,在抓取與搬運(yùn)、高空檢測、清理排爆等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。本文設(shè)計(jì)了一種具有主動(dòng)作業(yè)能力的四旋翼飛行器系統(tǒng),該系統(tǒng)由四旋翼飛行器和作業(yè)裝置兩個(gè)子系統(tǒng)組成。四旋翼飛行器設(shè)計(jì)為X型可拆分結(jié)構(gòu),安裝4個(gè)無刷電機(jī),搭配兩組12英寸正反螺旋槳提供動(dòng)力。機(jī)上搭載開源飛行控制器Pixhawk和傳感器模塊。作業(yè)裝置由3自由度機(jī)械臂和1自由度重心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成,對稱安裝于機(jī)體下方前部與后部,使用RX-28舵機(jī)作為關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)。機(jī)械臂末端安裝手爪狀執(zhí)行器用于操作物體。機(jī)載無線數(shù)傳模塊和Zig Bee通信模塊分別對四旋翼飛行器和作業(yè)裝置進(jìn)行控制。復(fù)合系統(tǒng)平臺各部分根據(jù)強(qiáng)度需求的不同,使用碳纖維板和合成樹脂加工制成,具有重量輕,強(qiáng)度大的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)作業(yè)型四旋翼飛行器運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)建模,完成了復(fù)合系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制和作業(yè)控制設(shè)計(jì)。利用蒙特卡洛法分析機(jī)械臂的工作空間,并針對作業(yè)型空中機(jī)器人完成抓取、搬運(yùn)等任務(wù)中所產(chǎn)生的重心偏移問題,設(shè)計(jì)了一種重心調(diào)節(jié)控制策略。該策略通過對作... 

【文章來源】：東南大學(xué)江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

早期飛行機(jī)器人作業(yè)機(jī)構(gòu)[2][3]

如利用多飛行機(jī)器人編隊(duì)搬運(yùn)柔性負(fù)載，合作搭建方形立體結(jié)構(gòu)等任務(wù)如圖1-3 所示。另一方面，研究者通過安裝不同特殊設(shè)計(jì)的機(jī)械臂來完成抓取搬運(yùn)任務(wù)[13-18]。文[19]提出了一種 6 自由度并聯(lián)機(jī)械臂，可精確控制執(zhí)行器位置。為減小機(jī)械臂在不工作時(shí)對復(fù)合系統(tǒng)靜態(tài)平衡的影響，文[20]題出一種輕型可折疊 5 自由度機(jī)械臂，折疊時(shí)可將復(fù)合系統(tǒng)重心調(diào)節(jié)至機(jī)體中心附近，相似地，文[21]也提出了一種可折疊機(jī)械臂，該機(jī)械臂具有快速響應(yīng)，大工作空間以及低擾動(dòng)等特點(diǎn)。如圖 1-4 所示，德雷克塞爾大

文[33]中，將電池作為調(diào)節(jié)重心的元件，在飛行器機(jī)器人機(jī)身中間安裝了一單的機(jī)構(gòu)，使電池能夠平行于飛行器前進(jìn)方向前后移動(dòng)，從而調(diào)節(jié)該方向上重心的位這種方法增加了可以水平移動(dòng)的配重，但需要在機(jī)身下方占用較大空間，且移動(dòng)距限，移動(dòng)緩慢，調(diào)節(jié)不及時(shí)。文[34]中，提出了全狀態(tài)線性二次調(diào)節(jié)器（LQR）控略，仿真結(jié)果表明，LQR 控制器在系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)且機(jī)械臂小范圍運(yùn)動(dòng)時(shí)，有較穩(wěn)定效果，但機(jī)械臂擺動(dòng)幅度較大時(shí)，控制器無法使系統(tǒng)穩(wěn)定。文[35]中將作業(yè)裝圖 1-4 管道插入飛行機(jī)器人[22]圖 1-5 開門飛行機(jī)器人[24]圖 1-6 開閥門飛行機(jī)器人[23]圖 1-7 接觸檢測飛行機(jī)器人[25]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]旋翼飛行機(jī)械臂建模及動(dòng)態(tài)重心補(bǔ)償控制[J]. 鐘杭,王耀南,李玲,劉洪劍,李力.  控制理論與應(yīng)用. 2016(03)
[2]作業(yè)型飛行機(jī)器人研究現(xiàn)狀與展望[J]. 楊斌,何玉慶,韓建達(dá),劉光軍,張廣玉,王爭.  機(jī)器人. 2015(05)
[3]3自由度旋翼飛行機(jī)械臂系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模與預(yù)測控制方法[J]. 宋大雷,孟祥冬,齊俊桐,韓建達(dá).  機(jī)器人. 2015(02)
[4]機(jī)器人工作空間求解的蒙特卡洛法改進(jìn)[J]. 劉志忠,柳洪義,羅忠,張秀珩.  農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào). 2013(01)
[5]基于蒙特卡洛法的空間機(jī)器人工作空間計(jì)算[J]. 李保豐,孫漢旭,賈慶軒,陳鋼.  航天器工程. 2011(04)
[6]多節(jié)臂舉升機(jī)器人重心推算的研究[J]. 趙強(qiáng),吳洪濤,朱劍英.  機(jī)器人. 2006(01)

碩士論文
[1]作業(yè)型四旋翼飛行器平臺軌跡跟隨控制研究[D]. 王宏達(dá).浙江大學(xué) 2017
[2]多旋翼無人機(jī)的機(jī)械臂抓取動(dòng)力學(xué)分析和控制研究[D]. 李選聰.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016



本文編號：3048228