技术领域
[0001] 本实用新型涉及飞行
机器人技术领域，具体而言，涉及一种多旋翼无人机。
背景技术
[0002] 无人机(也称为飞行机器人)能够在广阔
空域进行机动，因此，无人机在森林防火监控，
农作物大面积
农药喷洒，会展空中中继监控，灾区灾情测控等民用领域正得到快速的应用。
[0003] 随着对小型无人机潜在应用范围需求的拓展，最近几年，基于飞行机器人实现抓取特定目标物的目的，带机械手的小型旋翼飞行机器人正成为国际知名研究机构的研究前沿方向之一。飞行机械手是指旋翼无人机
机身下方加装机械手以完成特殊目标抓取、移动的任务。
[0004] 当前国际上主要有四家研究机构在此方面进行着较为突出的研究：
[0005] 其一，使用小型四旋翼飞行机器人携带机械
钳子进行三维空间中小物件的抓取；其模拟
鸟类俯冲瞬间捕食猎物的动作，设计了机械钳子的结构。
[0006] 其二，在电动旋翼飞行机器人上安装紧凑的轻质自适应欠驱动机械钳来抓取并搬运目标物；此机械钳子的材料及安装结构特性使得飞行机器人夹持轻质物体时的动
力学特性没有发生很大的变化。
[0007] 其三，提出了加装两个
机械臂的无人旋翼飞行系统的概念，前期主要进行简单机械勾手的试制及系统的仿真验证工作，目前正在对分系统工程样机进行单独研制中，主要包括双机械臂系统实物的操纵，并初步实现了四旋翼飞行机器人加装轻质三
自由度机械手的原理样机的建模及控制。
[0008] 其四，是针对六自由度的飞行机械手开展了复杂系统的控制研究在四旋翼飞行机器人上加装两只机械手以完成仿鹰爪抓取物体的功能。
[0009] 上述飞行机械手中的机械手大都是采用多关节
电机驱动的形式，这种类型的机械手有以下几点不足之处：
[0010] (1)多关节机械手每个关节都需要电机驱动、导致机械手重量大，限制住了抓持物体的大小；
[0011] (2)多关节机械手自身重量的限制导致其结构设计上最大伸长长度有限，也就限制住了飞行机械手抓取目标物体的距离；
[0012] (3)多关节机械手在空间运动时，一是
重心在空间三个方向的变化，二是在三个方向产生了干扰力矩；这两个变化对无人机的稳定飞行控制带来了挑战。
[0013] 综上所述，如何提供一款轻便、能够在离目标物距离较远情况下抓取较重的目标物，同时对无人机带来的干扰小的机械手并将其安装于多旋翼无人机上，构成飞行机械手是本领域技术人员亟需解决的技术问题。实用新型内容
[0014] 本实用新型的目的在于提供一种多旋翼无人机，其能够在离目标物距离较远情况下抓取较重的目标物，同时对无人机的飞行带来较小的干扰。
[0016] 一种多旋翼无人机，其包括：本体
飞行器，以及安装在所述本体飞行器上的
控制器、
图像处理器和单电机线驱动的可伸缩式机械手；所述可伸缩式机械手包括：第一套筒，所述第一套筒与所述本体飞行器连接，且所述第一套筒的内部安装有电机，所述第一套筒的
侧壁安装有第一
开关传感器；第二套筒，所述第二套筒与所述第一套筒连接，且所述第二套筒能够在所述第一套筒的内部仅做轴向滑动，所述第二套筒的侧壁安装有第一磁
块；第三套筒，所述第三套筒与所述第二套筒连接，且所述第三套筒能够在所述第二套筒的内部仅做轴向滑动，所述第三套筒的侧壁安装有第二磁块；机械爪组件，所述机械爪组件具有结构件、且所述机械爪组件通过所述结构件与所述第三套筒连接，所述结构件能够在所述第三套筒的内部仅做轴向滑动，所述结构件的侧壁安装有第二开关传感器；所述机械爪组件还包括：第一杆件组，第二杆件组和第三杆件组；所述第一杆件组与所述第三套筒活动连接，所述第二杆件组与所述结构件活动连接，所述第三杆件组与所述第一杆件组和所述第二杆件组活动连接。
[0017] 在本实用新型较佳的实施例中，上述第一套筒具有第一安装座，且所述第一套筒通过所述第一安装座与所述本体飞行器的
机架连接；所述第一套筒的内部设有第二安装座，所述第二安装座用于安装所述电机。
[0018] 在本实用新型较佳的实施例中，上述第一套筒的内部具有第一滑槽，所述第二套筒的外表面具有第一凸条，所述第一凸条用于与所述第一滑槽间隙配合，使得所述第二套筒在所述第一套筒的内部仅做轴向滑动。
[0019] 在本实用新型较佳的实施例中，上述第一套筒的内部两端分别具有第一凸座和第二凸座，所述第一凸座用于防止所述第二套筒由所述第一套筒的上方滑出，所述第二凸座用于防止所述第二套筒由所述第一套筒的下方滑出。
[0020] 在本实用新型较佳的实施例中，上述第二套筒临近所述第一套筒的一端具有第一内凸沿和第一外凸沿，所述第一内凸沿用于防止所述第三套筒由所述第二套筒的上方滑出，所述第一外凸沿用于防止所述第二套筒由所述第一套筒的下方滑出；所述第二套筒远离所述第一套筒的一端具有第三凸座，所述第三凸座用于防止所述第三套筒由所述第二套筒的下方滑出；所述第三套筒临近所述第二套筒的一端具有第二内凸沿和第二外凸沿，所述第二内凸沿用于防止所述结构件由所述第三套筒的上方滑出，所述第二外凸沿用于防止所述第三套筒由所述第二套筒的下方滑出。
[0021] 在本实用新型较佳的实施例中，上述第二套筒的内部具有第二滑槽，所述第三套筒的外表面具有第二凸条，所述第二凸条用于与所述第二滑槽间隙配合，使得所述第三套筒在所述第二套筒的内部仅做轴向滑动。
[0022] 在本实用新型较佳的实施例中，上述第三套筒的内表面具有第三凸条，所述结构件的外表面具有第三滑槽，所述第三凸条用于与所述第三滑槽间隙配合，使得所述结构件在所述第三套筒的内部仅做轴向滑动。
[0023] 在本实用新型较佳的实施例中，上述第三套筒远离所述第二套筒的一端具有第四凸座，所述第四凸座用于防止所述结构件由所述第三套筒的下方滑出；所述结构件临近所述第三套筒的一端具有第三外凸沿，所述第三外凸沿用于防止所述结构件由所述第三套筒的下方滑出。
[0024] 在本实用新型较佳的实施例中，上述结构件具有凹槽安装座，所述凹槽安装座用于安装所述第二开关传感器。
[0025] 在本实用新型较佳的实施例中，上述第一开关传感器和所述第二开关传感器均采用霍尔开关传感器；所述图像处理器采用
双目视觉图像处理模块。
[0026] 当多旋翼无人机的机械手处于收缩状态时，第二套筒上方的第一磁块中心与第一套筒上方的第一开关传感器的有效接收面的中心处于套筒同一径向上，此时二者处于最短距离；当多旋翼无人机的机械手处于最大伸长状态时，第三套筒下方的第二磁块中心与结构件上安装的第二开关传感器的有效接收面的中心处于套筒同一径向上，此时二者处于最短距离。
[0027] 本实用新型实施例的有益效果是：
[0028] 一、单电机线驱动的机械手，结构紧凑，重心单向变化，相对于传统的飞行器机械手来说，本实用新型的机械手没有中间电机，故重量得到了极大的减少，这样飞行器的承载能力更强，由此可以带动更重的物体，同时重心仅在垂直方向变化，利于无人机的稳定控制；
[0029] 二、伸缩式机械手能够抓取物体的距离更远，本实用新型可拓展到4个、5个甚至更多的套筒；
[0030] 三、
图像识别模块与机械手在
水平方向上的距离固定，利于识别目标物与机械手在水平面的相对
位置，进而控制机械手动作。
附图说明
[0031] 为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0032] 图1为本实用新型实施例提供的多旋翼无人机的爆炸结构示意图；
[0033] 图2为本实用新型实施例提供的多旋翼无人机中第一套筒的结构示意图；
[0034] 图3为本实用新型实施例提供的多旋翼无人机中第二套筒的结构示意图；
[0035] 图4为本实用新型实施例提供的多旋翼无人机中第三套筒的第一视
角结构示意图；
[0036] 图5为本实用新型实施例提供的多旋翼无人机中第三套筒的第二视角结构示意图；
[0037] 图6为本实用新型实施例提供的多旋翼无人机中结构件的第一视角结构示意图；
[0038] 图7为本实用新型实施例提供的多旋翼无人机中结构件的第二视角结构示意图。
[0039] 图中：
[0040] 1－本体飞行器；2－控制器；3－图像处理器；4－电机；5－第一套筒；6－第二套筒；7－第三套筒；8－机械爪组件；9－尼龙线；10－第一开关传感器；11－第一磁块；12－第二磁块；13－第二开关传感器；8－0－结构件；8－1－第一杆件组；8－2－第二杆件组；8－3－第三杆件组；5－1－第一安装座；5－2－第二安装座；5－3－第一滑槽；5－4－第一凸座；5－5－第二凸座；6－1－第一凸条；6－2－第一内凸沿；6－3－第一外凸沿；6－4－第三凸座；6－5－第二滑槽；7－1－第二内凸沿；7－2－第二外凸沿；7－3－第二凸条；7－4－第三凸条；7－5－第四凸座；7－6－第一
耳片；8－0－1－第三滑槽；8－0－2－第三外凸沿；
8－0－3－凹槽安装座；8－0－4－第二耳片。
具体实施方式
[0041] 为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0042] 因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的
选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0043] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0044] 在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0045] 此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
[0046] 在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0047] 下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0048] 请参照图1，本实施例提供一种多旋翼无人机，包括：本体飞行器1，以及安装在本体飞行器1上的控制器2、图像处理器3和单电机线驱动的可伸缩式机械手；可伸缩式机械手包括：第一套筒5，第一套筒5与本体飞行器1连接，且第一套筒5的内部安装有电机4，第一套筒5的侧壁安装有第一开关传感器10；第二套筒6，第二套筒6与第一套筒5连接，且第二套筒6能够在第一套筒5的内部仅做沿第一套筒5的轴线方向滑动(而不转动)，第二套筒6的侧壁安装有第一磁块11；第三套筒7，第三套筒7与第二套筒6连接，且第三套筒7能够在第二套筒
6的内部仅做沿第二套筒6的轴线方向滑动(而不转动)，第三套筒7的侧壁安装有第二磁块
12；机械爪组件8，机械爪组件8具有结构件8－0、且机械爪组件8通过结构件8－0与第三套筒7连接，结构件8－0能够在第三套筒7的内部仅做沿第三套筒7的轴线方向滑动(而不转动)，结构件8－0的侧壁安装有第二开关传感器13；机械爪组件8还包括：第一杆件组8－1，第二杆件组8－2和第三杆件组8－3；第一杆件组8－1与第三套筒7活动连接，第二杆件组
8－2与结构件8－0活动连接，第三杆件组8－3与第一杆件组8－1和第二杆件组8－2活动连接。
[0049] 在本实用新型较佳的实施例中，上述第一开关传感器10和第二开关传感器13均可以采用霍尔开关传感器；上述图像处理器3可以采用双目视觉图像处理模块。
[0050] 请参照图2，本实施例提供一种多旋翼无人机中，第一套筒5的上部设有带四孔的第一安装座5－1，主要用于通过螺钉与本体飞行器1的机架进行固定连接；第一套筒5的内部包含电机4的第二安装座5－2，主要用于安装电机4使用；第一套筒5的内部有两个第一滑槽5－3，主要用于与第二套筒6的间隙配合，同时使得第二套筒6在第一套筒5内部仅做轴向滑动，而不会转动；第一套筒5内部的第一凸座5－4主要用于防止第二套筒6从第一套筒5上方滑出；第一套筒5内部的第二凸座5－5主要是用于防止第二套筒6从第一套筒5下方滑出；第一套筒5上部有一个孔，主要用于安装第一开关传感器10。
[0051] 请参照图3，本实施例提供一种多旋翼无人机中，第二套筒6上方有内外两个凸沿，也即第一内凸沿6－2和第一外凸沿6－3，第一内凸沿6－2主要是用于防止第三套筒7从第二套筒6上方滑出，第一外凸沿6－3主要是用于防止第二套筒6从第一套筒5下方滑出；第二套筒6的外表面有两个方形
凸块，也即第一凸条6－1，是用于与第一套筒5内部第一滑槽5－3的间隙配合；第二套筒6内部有两个滑槽，也即第二滑槽6－5，主要用于与第三套筒7之间的间隙配合，同时使得第三套筒7在第二套筒6内部仅做轴向滑动，而不会转动；第二套筒6内部的第三凸座6－4主要是防止第三套筒7从第二套筒6下方滑出；第二套筒6上部有一个圆孔，主要用于安装第一磁块11。
[0052] 请参照图4和图5，本实施例提供一种多旋翼无人机中，第三套筒7上方有内外两个凸沿，也即第二内凸沿7－1和第二外凸沿7－2，第二内凸沿7－1主要是防止结构件8－0从第三套筒7上方滑出，第二外凸沿7－2主要是防止第三套筒7从第二套筒6下方滑出；第三套筒7外表面有两个方形凸块，也即第二凸条7－3，是用于与第二套筒6内部第二滑槽6－5的间隙配合；第三套筒7内部有方形凸块，也即第三凸条7－4，主要用于与机械爪组件8的结构件8－0的外表面的第三滑槽8－0－1之间的间隙配合，同时使得结构件8－0在第三套筒7内部仅做轴向滑动，而不会转动，亦即使得整个机械爪组件8不会转动；第三套筒7下方有4个带单孔的第一耳片7－6，主要用于机械爪组件8的第一杆件组8－1与第三套筒7之间的
铆接固定；第三套筒7内部下方有第四凸座7－5，主要用于防止机械爪组件8的结构件8－0从第三套筒7下方滑出；第三套筒7下方有一个孔，主要用于安装第二磁块12。
[0053] 请参照图6和图7，本实施例提供一种多旋翼无人机中，机械爪组件8的结构件8－0上方有第三外凸沿8－0－2，其中第三外凸沿8－0－2主要用于防止机械爪组件8的结构件8－0从第三套筒7下方滑出；结构件8－0两侧有第三滑槽8－0－1，主要用于与第三套筒7内部第三凸条7－4的间隙配合；结构件8－0上方有凹槽安装座8－0－3，主要用于安装第二开关传感器13使用；结构件8－0下方有两个各带两个孔的第二耳片8－0－4，主要用于机械爪组件8的第二杆件组8－2与结构件8－0之间的铆接固定。
[0054] 当多旋翼无人机的机械手处于收缩状态时，第二套筒6上方的第一磁块11中心与第一套筒5上方的第一开关传感器10的有效接收面的中心处于套筒同一径向上，此时二者处于最短距离；当多旋翼无人机的机械手处于最大伸长状态时，第三套筒7下方的第二磁块12中心与结构件8－0上安装的第二开关传感器13的有效接收面的中心处于套筒同一径向上，此时二者处于最短距离。
[0055] 下面对本实施例提供的一种多旋翼无人机的作业流程进行详细说明：
[0056] 首先，由其中的双目视觉模块的图像处理器3检测到目标物，而后控制器2自动控制空中飞行机械手飞到目标物上方，当目标物在
图像空间中的位置与设
定位置之间的距离在设定
阈值范围内时，空中飞行机械手在目标物上方一定高度处
悬停，此时机械手处于收缩状态。
[0057] 接着，控制器2控制电机4转动释放尼龙线9，此时第二套筒6、第三套筒7、机械爪组件8在自身重力作用下同时降落，当第二套筒6的外部凸沿与第一套筒5的内部凸座相
接触，此时第二套筒6降落到位；第三套筒7与机械爪组件8在重力作用下则继续下降，当第三套筒7的外部凸沿与第二套筒6的内部凸座相接触，此时第三套筒7降落到位；机械爪组件8在自身重力作用下继续下降，同时机械爪组件8在重力结构件8－0的作用下从抓紧状态开始张开，当重力结构件8－0的上方凸沿与第三套筒7的内部凸座相接触，此时机械爪组件8降落到位，同时爪子张开到最大程度，此时第二磁块12中心与第二开关传感器13有效接收面的中心处于套筒同一径向上，第二开关传感器13感受到第二磁块12的
磁场信号，并将其反馈给控制器2，控制器2控制电机4停止转动。
[0058] 在上述
基础上，控制器2通过双目视觉模块的图像处理器3控制无人机在垂直方向缓慢运动至机械手接触到物体后，控制器2在控制电机4反转，此时机械爪组件8、第三套筒7、第二套筒6依次上升，首先是机械爪组件8上升到一定位置后，由于抓持物体，机械爪组件
8卡住第三套筒7，此时机械爪组件8和第三套筒7一起上升；当上升到一定位置后，机械爪组件8再卡住第二套筒6，此时机械爪组件8、第三套筒7以及第二套筒6一起上升；当第二套筒6上升到第一磁块11中心与第一开关传感器10有效接收面的中心处于套筒同一径向上时，第一开关传感器10感受到第一磁块11的磁场信号，并将其反馈给控制器2，控制器2控制电机4停止转动。此时目标物体抓取完毕。
[0059] 如果机械手不抓取物体从伸长状态收缩时，则首先是机械爪组件8边上升边收缩，当上升到结构件8－0的上端面接触到第三套筒7的上方内凸沿时，第三套筒7和机械爪组件8一起继续上升；当机械爪组件8和第三套筒7上升到第三套筒7上端面接触到第二套筒6的上方内凸沿时，第二套筒6则与机械爪组件8及第三套筒7一起上升；当第二套筒6上升到第一磁块11中心与第一开关传感器10有效接收面的中心处于套筒同一径向上时，第一开关传感器10感受到第一磁块11的磁场信号，并将其反馈给控制器2，控制器2控制电机4停止转动。
[0060] 综上所述，本实用新型提供的多旋翼无人机主要具有以下几点优势：
[0061] 一、单电机线驱动的机械手，结构紧凑，重心单向变化，相对于传统的飞行器机械手来说，本实用新型的机械手没有中间电机，故重量得到了极大的减少，这样飞行器的承载能力更强，由此可以带动更重的物体，同时重心仅在垂直方向变化，利于无人机的稳定控制；
[0062] 二、伸缩式机械手能够抓取物体的距离更远，本实用新型可拓展到4个、5个甚至更多的套筒；
[0063] 三、图像识别模块与机械手在水平方向上的距离固定，利于识别目标物与机械手在水平面的相对位置，进而控制机械手动作。
[0064] 以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
