技术领域
[0001] 本
发明涉及无人应用技术领域，具体公开了一种无人艇艇载水面自平衡的抓取装置及其抓取方法。
背景技术
[0002] 随着
机器人研究的普及，无人化设备越来越受欢迎，无人船作为水面智能化平台，无论是在水质监测、水文监测、地形测绘，还是在海关缉私、海面搜救、军事打击等领域都将有极大的应用前景。无人机作为一种有动
力、可控制、能携带多种任务设备、执行多种任务并能重复使用的
飞行器，可广泛应用于监测，侦查等领域。无人船和无人机结合的趋势也越来越明显，典型做法之一是利用无人机降落在无人船上充电，增加无人机续航时间与工作范围。但无人机
定位精度较低，在定点降落时始终存在漂移问题且越靠近地面漂移程度越大，难以精准降落在无人船
指定位置，且无人船晃动较大，对无人机精准降落也会造成很大的干扰。
[0003] 因此，需要一种能解决上述问题的装置及方法。
发明内容
[0004] 为了克服
现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种无人艇艇载水面自平衡的抓取装置及其抓取方法。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下方案。
[0006] 一种无人艇艇载水面自平衡的抓取装置,包括：手抓结构，手抓
控制器和自平衡台底座；所述自平衡台底座上设有垂直安装的
导轨机构；所述导轨机构包括
直线导轨，步进
电机，凸台，从动光轴导轨和两个第一光轴导轨，所述第一光轴导轨和从动光轴导轨分别设于凸台两侧，所述直线导轨设于两第一光轴导轨间，所述步进电机设于直线导轨上端，并与手抓控制器电性连接；所述自平衡台底座包括
云台，驱动控制器，多个无刷电机和多个
姿态传感器；所述多个姿态传感器分别设于云台的顶端和底端；所述驱动控制器分别与无刷电机机姿态传感器电性连接。
[0007] 进一步地，所述手抓结构包括第一
扭矩舵机，第二扭矩舵机和多个光轴滑
块，光轴滑块滑动连接于凸台两侧端，第一扭矩舵机和第二扭矩舵机均与手抓控制器电性连接；所述第一扭矩舵机和第二扭矩舵机还分别通过
曲柄连杆与同侧端的光轴滑块相连；所述光轴滑块设有手抓倒钩。
[0008] 进一步地，还包括多源传感器，所述多源传感器包括距离传感器和多个
位置传感器，多个位置传感器分别设于直线导轨的上端和下端，距离传感器设于凸台上。
[0009] 一种无人艇艇载水面自平衡的抓取方法，包括：
[0010] 手抓控制器检测抓取对象是否在抓取范围内；
[0011] 启动手抓结构紧抓抓取对象；
[0012] 手抓控制器控制步进电机带动手抓结构沿着直线导轨下降至一定高度；
[0013] 当需要放开抓取对象时，则手抓控制器控制步进电机带动手抓结构沿着直线导轨上升至一定高度，并使手抓结构放开抓取对象；
[0014] 在抓取抓取对象的同时，不同位置的姿态传感器分别检测无人艇面倾斜
角度和抓取倾斜角度；驱动控制器根据无人艇面倾斜角度和抓取倾斜角度的情况，调节自平衡台底座的无刷电机进行无人艇面倾斜角度和抓取倾斜角度的补偿。
[0015] 进一步地，所述启动手抓结构紧抓抓取对象包括：手抓控制器驱动第一扭矩舵机和第二扭矩舵机；第一扭矩舵机和第二扭矩舵机工作并通过曲柄连杆带动光轴滑块运动，使得光轴滑块上的倒钩靠近以紧抓抓取对象。
[0016] 进一步地，通过位置传感器检测手抓结构运动的高度，通过距离传感器检测抓取对象的距离。
[0017] 本发明的有益效果：提供一种无人艇艇载水面自平衡的抓取装置及其抓取方法，通过在抓取装置上设有自平衡台底座，利用自平衡台底座的姿态传感器分别检测无人艇面倾斜角度和抓取倾斜角度，并调节无刷电机对人艇面倾斜角度和抓取倾斜角度进行补偿，从而既能有效解决抓取对象漂移问题，提高了漂移容忍程度，还能有效解决无人艇艇面晃动的问题，有利于更好地抓取。
附图说明
具体实施方式
[0019] 为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例及附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
[0020] 一种无人艇艇载水面自平衡的抓取装置，如图1所示，包括：手抓结构，手抓控制器和自平衡台底座217；所述自平衡台底座上设有垂直安装的导轨机构；所述导轨机构包括直线导轨204，步进电机203，凸台209，从动光轴导轨215和两个第一光轴导轨201，所述第一光轴导轨201和从动光轴导轨215分别位于凸台209两侧，所述直线导轨204设于两第一光轴导轨201间，所述步进电机203设于直线导轨204上端，并与手抓控制器208电性连接；所述自平衡台底座217包括云台，驱动控制器，多个无刷电机和多个姿态传感器；所述多个姿态传感器分别设于云台的顶端和底端；所述驱动控制器分别与无刷电机机姿态传感器电性连接。
[0021] 以抓取无人机为例，首先检测无人机是否在抓取范围内，若在无人机抓取范围内则启动手抓结构紧抓抓取对象；手抓控制器208控制步进电机203带动手抓结构沿着直线导轨204下降至一定高度。第一光轴导轨201与直线导轨204并列，辅助步进电机上升与降落，增强手抓抓取装置的
稳定性。在抓取无人机的同时，自平衡台底座217的不同位置的姿态传感器分别检测无人艇面倾斜角度和抓取倾斜角度，驱动控制器根据无人艇面倾斜角度和抓取倾斜角度的情况，调节自平衡台底座217的无刷电机进行无人艇面倾斜角度和抓取倾斜角度的补偿。当需要完成任务后需要放开无人机时，则手抓控制器208控制步进电机带动手抓结构沿着直线导轨204上升至一定高度，并使手抓结构放开无人机。以此能有效解决抓取对象漂移问题，提高了漂移容忍程度，还能有效解决无人艇艇面晃动的问题，有利于更好地抓取。
[0022] 本实施例中，所述手抓结构包括第一扭矩舵机206，第二扭矩舵机214和多个光轴滑块212，光轴滑块212滑动连接于凸台209两侧端，第一扭矩舵机206和第二扭矩舵机214均与手抓控制器208电性连接；所述第一扭矩舵机206和第二扭矩舵机214还分别通过曲柄连杆213与同侧端的光轴滑块212相连；所述光轴滑块212设有手抓倒钩207。抓取时，手抓控制器208驱动第一扭矩舵机206和第二扭矩舵机214；第一扭矩舵机206和第二扭矩舵机214工作并通过曲柄连杆213带动光轴滑块212运动，使得光轴滑块212上的倒钩207靠近以紧抓无人机，以此通过调节倒钩207的距离，能更牢固地抓住无人机。
[0023] 本实施例中，还包括多源传感器，所述多源传感器包括距离传感器210和多个位置传感器202，多个位置传感器202分别设于直线导轨204的上端和下端，距离传感器210设于凸台上。以此通过位置传感器202检测手抓结构运动的高度，通过距离传感器210检测无人机的距离，能更精准地掌握手抓结构运动的高度和检测无人机是否在抓取范围内。
[0024] 一种无人艇艇载水面自平衡的抓取方法，包括检测无人机是否位于抓取范围内，利用距离传感器210测量无人机距离手抓结构的距离,将检测到的距离传输至手抓控制器208进行判断。
[0025] 当手抓控制器208判断出无人机位于抓取范围内，则调动舵机驱动函数，输出对应PWM
电压，驱动第一扭矩舵机206和第二扭矩舵机214旋转合适的角度，带动曲柄连杆213以及对应的光轴滑块212不断靠近，最终使两组手抓倒钩207不断靠近，最终夹住无人机[0026] 手抓控制器208检测到倒钩207已夹住无人机；手抓控制器208调用步进电机203控制函数，输出电机转速
信号PWM电压、电机使能信号、以及电机转向信号；步进电机203
驱动器接收信号，转动步进电机203带动整个直线导轨204，使手抓结构不断下降；位置传感器202检测到手抓装置已靠近直线导轨204底部，传送信号给手抓控制器208；手抓控制器208发送步进电机203停止信号，步进电机203停止转动，完成无人机精准降落在无人艇艇面。
[0027] 无人机完成艇面指定任务，手抓控制器208调用步进电机203控制函数，输出步进电机203转速信号PWM电压、电机使能信号、以及电机转向信号；步进电机203驱动器接收信号，转动步进电机203带动整个直线导轨204使手抓结构不断上升；位置传感器202检测到手抓装置已靠近直线导轨204顶部，传送信号给手抓控制器208；手抓控制器208发送步进电机203停止信号，步进电机203停止转动，无人机完成自主
起飞。
[0028] 与此同时，自平衡台底座217获取安装在首端的MPU6050(包含
加速度计和
陀螺仪)等姿态传感器信息以计算当前手抓的倾角，并判断手抓是否处于水平状态。若发现此时无人艇左横摇导致手抓左倾，自平衡台底座217通过驱动三轴无刷电机对安装在云台末端的手抓姿态进行补偿，通过检测安装在云台末端的姿态传感器（MPU6050）姿态信息，判断手抓是否已经补偿至水平状态。当艇面发生右横摇，左纵摇，右纵摇，自平衡云台同样对处于末端的云台进行补偿，使整个手抓机构在水面
波动的情况下始终保持平衡，可有效克服无人艇晃动带来的影响。
[0029] 本实施例中，直线导轨204垂直设置在无人艇艇面，用于调节手抓结构的高度；所述手抓结构利用大功率舵机调节手抓倒钩207的距离，方便自主夹取多旋翼无人机等装置；多源传感器检测是否无人机等装置位于手抓抓取范围内，包括单目摄像头、双目摄像头、
超声波等；检测直线导轨上下运动距离，包括位置传感器、距离传感器、接近
开关等；自平衡台底座217用于保持直线导轨204和手抓机构在晃动的水面艇的平衡，包括多个三轴或多轴自平衡云台以及其他形式可维持平衡的云台机构；步进电机203包括各类步进电机，如8线电机、4线电机等。
[0030] 本实施例中，整个装置功能均自主完成，自平衡手抓自主检测无人机是否位于手抓抓取范围内；若在抓取范围内，手抓控制器驱动第一扭矩舵机206和第二扭矩舵机214，使倒钩207不断靠近直至夹住无人机；启动安装在直线导轨204上的步进电机203，使手抓装置下降带动无人机下降，直至位置传感器202检测到手抓结构已降至底部，则停止直线导轨204运动；自平衡台底座217始终保持整个手抓机构在晃动无人艇的平衡。这可以保证无人机定位精度和充电位置的准确性，有效克服无人机定点降落存在的漂移问题，提高了对漂移的容忍程度，由于无人艇工作在晃动较大的水域环境，自平衡云台底座217可有效解决了无人艇艇面晃动的问题，提高抓取无人机
支架的成功率。
[0031] 本实施例中，所述手抓控制器208包括微型控制器、工控机、PLC等，包括数字、模拟输入/输出，外部中断、多个
定时器以及定时器中断等多种资源；可接受多源传感器传回的数据，并根据情况做出对应决策；
[0032] 本实施例中，所述无人机为带
支撑架的多旋翼无人机；所述无人艇为双螺旋桨无人艇或带尾舵的单螺旋浆无人艇或带侧推装置的全驱动无人艇。
[0033] 以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本
说明书内容不应理解为对本发明的限制。
