C243-带机械抓的无人机设计与控制-四翼 下载积分：150　资料编号： C243

作品包括:

Word版说明书1份，共38页，约18000字

CAD版本图纸，共18张

摘 要

从90年代第一架微型无人机问世以来，微型无人机经历了20几年的快速发展，微型无人机在航拍、农业植保、测绘、运输、军事侦查等领域的得到了广泛的应用，大大的拓展了无人机本身的用途。近年来无人机快递更是在新闻媒体上屡屡现身，微型无人机的负载从开始的几十克发展到现在的几千克，其运输能力获得了几十倍的增长。得益于无人机的快速发展，本文设计了一种带机械爪的四旋翼无人机，其机械爪具有两个自由度（张夹和摆动），通过无人机的偏航运动，实现机械爪的第三个自由度（旋转）。本文设计的机械手爪由单电机驱动具有两根手指和6个指节。该手爪由电机驱动一根拉杆支架，其端部分别连接第一指节的动力杆；每个手指有3个指节，第一指节与第二指节与平行四边形连杆连接，确保第三指节做平移运动；每个手指第二指节具有延伸的圆弧滑槽，当第指节支点随第一指节运动时，经过特别设计的圆弧滑槽在固定支点滑动，可使第三指节的运动速度与电机转速程线性比例关系运动。该机械爪能够对液体和泥沙进行取样，并且能抓取方形，圆柱形，球体及不规则形状的物体。最大抓取重量为500g，抓取物体最大尺寸100mm左右。第三指节的夹紧力在夹紧过程中逐渐减小，有利于夹持易碎易变形的物体。机械爪通过减震柔性机构与无人机连接，保证机械爪在夹持物体时无人机能够自主悬停，稳定的夹持重物。无人机配备导航模块，可在夹持任务完成时自主返回，大大减少操控者的工作强度。本文设计的无人机可用于危险环境中的样品采集、侦查和小件物品的递送，大大扩展了无人机本身的用途。

关键词：机械爪；无人机；自主悬停

目  录

引  言1

1  机械爪的设计方案2

1.1 机械爪的设计要求和功能2

1.1.1设计要求2

1.1.2功能2

1.2 常见机械臂末端执行器结构：2

1.3 方案对比分析和确定3

1.3.1单电机驱动二指平动手爪方案3

1.3.2单电机驱动多指关节机械手爪方案4

1.3.3方案分析4

2  机械爪的结构设计5

2.1 机械爪的结构分析5

2.2 机械爪的尺寸参数分析6

2.2.1滑槽参数计算8

2.3 机械爪的受力分析9

2.3.1指节末端吸盘的受力分析12

3  机械爪夹紧驱动机构的选型12

3.1 滚珠丝杠螺母副的选型12

3.1.1滚珠丝杠副的型号参数12

3.1.2滚珠丝杠副的质量估算13

3.2 电机扭矩和转速的计算13

3.2.1电机扭矩的计算13

3.2.2电机转速的计算14

3.3 驱动电机的选型14

3.3.1驱动电机的对比分析14

3.3.2确定驱动电机型号15

3.4 丝杠电机连接结构的方式16

3.5 驱动机构的校核16

4  机械爪的材料选型和强度计算17

4.1 机械爪的材料选型17

4.2 机械爪主要零件的强度校核19

5  机械臂的设计21

5.1 机械臂的设计方案21

5.2 机械爪的重量计算21

5.3 机械臂驱动电机的选型22

5.4 机械臂的强度校核23

5.5机械臂与无人机连接结构设计24

6  无人机的设计24

6.1 无人机的设计方案与工作原理24

6.2 无人机结构设计26

6.3 无人机材料选型26

6.4 四旋翼无人机驱动电机和螺旋桨选型26

6.5 无人飞行参数计算27

7  带机械爪的无人机的控制设计28

7.1 无人机和机械手控制方案设计28

7.2 控制系统硬件选型29

7.4 四旋翼无人机程序设计31

8  结论32

谢  辞33

参考文献34

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