一种作业型四旋翼飞行器系统设计

发布时间：2021-02-23 21:04

　　随着无人飞行器相关研究的快速发展,无人机应用领域不断拓宽。研究者们在四旋翼飞行器上搭载主动作业装置组成复合系统,极大的丰富了四旋翼飞行器可完成的作业种类,在抓取与搬运、高空检测、清理排爆等方面有着广阔的应用前景。本文设计了一种具有主动作业能力的四旋翼飞行器系统,该系统由四旋翼飞行器和作业装置两个子系统组成。四旋翼飞行器设计为X型可拆分结构,安装4个无刷电机,搭配两组12英寸正反螺旋桨提供动力。机上搭载开源飞行控制器Pixhawk和传感器模块。作业装置由3自由度机械臂和1自由度重心调节机构组成,对称安装于机体下方前部与后部,使用RX-28舵机作为关节驱动。机械臂末端安装手爪状执行器用于操作物体。机载无线数传模块和Zig Bee通信模块分别对四旋翼飞行器和作业装置进行控制。复合系统平台各部分根据强度需求的不同,使用碳纤维板和合成树脂加工制成,具有重量轻,强度大的优点。根据作业型四旋翼飞行器运动学、动力学建模,完成了复合系统的运动控制和作业控制设计。利用蒙特卡洛法分析机械臂的工作空间,并针对作业型空中机器人完成抓取、搬运等任务中所产生的重心偏移问题,设计了一种重心调节控制策略。该策略通过对作... 

【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

早期飞行机器人作业机构[2][3]

如利用多飞行机器人编队搬运柔性负载，合作搭建方形立体结构等任务如图1-3 所示。另一方面，研究者通过安装不同特殊设计的机械臂来完成抓取搬运任务[13-18]。文[19]提出了一种 6 自由度并联机械臂，可精确控制执行器位置。为减小机械臂在不工作时对复合系统静态平衡的影响，文[20]题出一种轻型可折叠 5 自由度机械臂，折叠时可将复合系统重心调节至机体中心附近，相似地，文[21]也提出了一种可折叠机械臂，该机械臂具有快速响应，大工作空间以及低扰动等特点。如图 1-4 所示，德雷克塞尔大

文[33]中，将电池作为调节重心的元件，在飞行器机器人机身中间安装了一单的机构，使电池能够平行于飞行器前进方向前后移动，从而调节该方向上重心的位这种方法增加了可以水平移动的配重，但需要在机身下方占用较大空间，且移动距限，移动缓慢，调节不及时。文[34]中，提出了全状态线性二次调节器（LQR）控略，仿真结果表明，LQR 控制器在系统处于平衡状态且机械臂小范围运动时，有较稳定效果，但机械臂摆动幅度较大时，控制器无法使系统稳定。文[35]中将作业装图 1-4 管道插入飞行机器人[22]图 1-5 开门飞行机器人[24]图 1-6 开阀门飞行机器人[23]图 1-7 接触检测飞行机器人[25]

【参考文献】：
期刊论文
[1]旋翼飞行机械臂建模及动态重心补偿控制[J]. 钟杭,王耀南,李玲,刘洪剑,李力.  控制理论与应用. 2016(03)
[2]作业型飞行机器人研究现状与展望[J]. 杨斌,何玉庆,韩建达,刘光军,张广玉,王争.  机器人. 2015(05)
[3]3自由度旋翼飞行机械臂系统动力学建模与预测控制方法[J]. 宋大雷,孟祥冬,齐俊桐,韩建达.  机器人. 2015(02)
[4]机器人工作空间求解的蒙特卡洛法改进[J]. 刘志忠,柳洪义,罗忠,张秀珩.  农业机械学报. 2013(01)
[5]基于蒙特卡洛法的空间机器人工作空间计算[J]. 李保丰,孙汉旭,贾庆轩,陈钢.  航天器工程. 2011(04)
[6]多节臂举升机器人重心推算的研究[J]. 赵强,吴洪涛,朱剑英.  机器人. 2006(01)

硕士论文
[1]作业型四旋翼飞行器平台轨迹跟随控制研究[D]. 王宏达.浙江大学 2017
[2]多旋翼无人机的机械臂抓取动力学分析和控制研究[D]. 李选聪.哈尔滨工业大学 2016



本文编号：3048228