RU2712972C1 - Антропоморфный манипулятор для использования на беспилотном летательном аппарате - Google Patents
Антропоморфный манипулятор для использования на беспилотном летательном аппарате Download PDFInfo
- Publication number
- RU2712972C1 RU2712972C1 RU2019105231A RU2019105231A RU2712972C1 RU 2712972 C1 RU2712972 C1 RU 2712972C1 RU 2019105231 A RU2019105231 A RU 2019105231A RU 2019105231 A RU2019105231 A RU 2019105231A RU 2712972 C1 RU2712972 C1 RU 2712972C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- manipulator
- shaft
- shaped bracket
- fixed
- forearm
- Prior art date
Links
- 210000000245 forearm Anatomy 0.000 claims abstract description 19
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 10
- 210000002310 elbow joint Anatomy 0.000 claims abstract description 8
- 210000000707 wrist Anatomy 0.000 claims abstract description 5
- 210000003857 wrist joint Anatomy 0.000 claims description 6
- 239000003351 stiffener Substances 0.000 claims description 2
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 abstract description 2
- 210000003797 carpal joint Anatomy 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 description 2
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 210000002832 shoulder Anatomy 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
- B25J15/02—Gripping heads and other end effectors servo-actuated
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
- B25J15/02—Gripping heads and other end effectors servo-actuated
- B25J15/0206—Gripping heads and other end effectors servo-actuated comprising articulated grippers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J18/00—Arms
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D9/00—Equipment for handling freight; Equipment for facilitating passenger embarkation or the like
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
Изобретение относится к антропоморфному манипулятору, используемому в качестве механизма захвата на беспилотном летательном аппарате БПЛА. Манипулятор содержит блок управления, первый П-образный кронштейн, на котором закреплен первый сервопривод, на валу которого первым концом установлен Х-образный кронштейн, на втором конце которого закреплен второй сервопривод, на валу которого установлены плечо манипулятора, локтевой сустав, предплечье, кистевой сустав, запястье и кисть. Локтевой сустав выполнен заодно с плечом и представляет собой второй П-образный кронштейн с закрепленным в нем третьим сервоприводом, на валу которого установлено предплечье. Кистевой сустав выполнен в виде планки, на одном конце которой закреплен третий П-образный кронштейн с закрепленным в нем четвертым сервоприводом, вал которого установлен в четвертом П-образном кронштейне, установленном на валу пятого сервопривода, закрепленного на предплечье, а на втором конце упомянутой планки закреплен шестой сервопривод, на валу которого шарнирно закреплена кисть с пятью подвижными пальцами, выполненная с возможностью захвата предметов. Изобретение обеспечивает возможность его использования совместно с БПЛА для транспортирования небольших грузов, а также для выполнения манипуляций в опасных для человека зонах. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к робототехнике, а именно к захватным головкам, приводимым действие сервомеханизмами, и может быть использовано в качестве механизма захвата высокой степени точности для переноса объектов беспилотными летательными аппаратами.
Из уровня техники известен манипулятор (SU 1546248 A1, МПК B25J 3/04, опубл. 28.02.1990), содержащий основание, ложемент под локоть оператора и рукоятку для кисти, при этом ложемент и рукоятка между собой и основанием кинематически связаны рычажно-шарнирным механизмом с возвратными пружинами, а каждый механизм представляет собой рычаг с двумя взаимно перпендикулярными шарнирами. Ложемент, кроме того, дополнительно соединен с основанием шарнирным параллелограммом.
Недостатком известного технического решения является сложность конструкции в силу избыточного количества звеньев-элементов шарнирно-рычажных механизмов и кинематических пар.
Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению и выбранным в качестве прототипа признан антропоморфный манипулятор (RU 146552 U1, МПК B25J 3/00, опубл. 10.10.2014). Механизм содержит исполнительное и задающее устройства, выполненные с возможностью закрепления, соответственно, на основании и корпусе оператора, и приборы для замера относительного движения звеньев задающего устройства. Задающее устройство выполнено по схеме, включающей плечо, предплечье и кисть, причем на предплечье размещен ложемент для соединения его с предплечьем оператора, а плечо образовано двумя звеньями с возможностью соединения первого из них с корпусом оператора через универсальный шарнир, а второго - с предплечьем.
Недостатком манипулятора является его низкая технологичность, обусловленная сложностью конструкции механизма, что дополнительно увеличивает вес и стоимость устройства.
Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является разработка антропоморфного манипулятора, предназначенного для использования в качестве механизма захвата на беспилотном летательном аппарате.
Указанная задача решена тем, что антропоморфный манипулятор содержит первый П-образный кронштейн, выполненный с возможностью закрепления на корпусе беспилотного летательного аппарата (БПЛА), на котором закреплен первый сервопривод, обеспечивающий вращение манипулятора вокруг оси X. На валу первого сервопривода первым концом установлен Х-образный кронштейн, на втором конце которого закреплен второй сервопривод, обеспечивающий вращение манипулятора вокруг оси Y. На валу второго сервопривода установлены подвижные звенья, включающие в себя плечо манипулятора, локтевой сустав, предплечье, кистевой сустав, запястье и кисть. При этом локтевой сустав выполнен заодно с плечом и представляет собой второй П-образный кронштейн с закрепленным в нем третьим сервоприводом, на валу которого установлено предплечье. Кистевой сустав выполнен в виде планки, на одном конце которой закреплен третий П-образный кронштейн с закрепленным в нем четвертым сервоприводом, вал которого установлен в четвертом П-образном кронштейне, установленном на валу пятого сервопривода, закрепленного на предплечье, а на втором конце упомянутой планки закреплен шестой сервопривод, на валу которого шарнирно закреплена кисть, содержащая пять подвижных пальцев, управляемых микросервоприводами, выполненная с возможностью захвата предметов. Дополнительно манипулятор снабжен блоком управления, выполненным на основе микроконтроллера, силовые выходы которого подключены к сервоприводам и микросервоприводам манипулятора.
Положительным техническим результатом, обеспечиваемым раскрытой выше совокупностью признаков антропоморфного манипулятора, является возможность его установки на беспилотные летательные аппараты для транспортирования небольших грузов. Это достигается за счет большого числа степеней свободы подвижных звеньев и пальцев кисти манипулятора. Дополнительным техническим результатом является возможность использования устройства совместно с БПЛА для выполнения манипуляций в опасных для человека зонах.
Конструкция антропоморфного манипулятора поясняется чертежом, где на фигуре показан его внешний вид в изометрии.
Антропоморфный манипулятор устроен следующим образом. Его основой является первый П-образный кронштейн 1, выполненный с возможностью закрепления на корпусе беспилотного летательного аппарата (БПЛА), на котором закреплен первый сервопривод 2, обеспечивающий вращение манипулятора вокруг оси X. На валу первого сервопривода 2 первым концом установлен Х-образный кронштейн 3, на втором конце которого закреплен второй сервопривод 4, обеспечивающий вращение манипулятора вокруг оси Y. На валу второго сервопривода 4 установлены подвижные звенья, включающие в себя плечо манипулятора 5, локтевой сустав 6, предплечье 7, кистевой сустав 8, запястье 9 и кисть 10. При этом локтевой сустав 6 выполнен заодно с плечом 5 и представляет собой второй П-образный кронштейн с закрепленным в нем третьим сервоприводом 11, на валу которого установлено предплечье 7. Кистевой сустав 8 выполнен в виде планки, на одном конце которой закреплен третий П-образный кронштейн 12 с закрепленным в нем четвертым сервоприводом 13, вал которого установлен в четвертом П-образном кронштейне 14, установленном на валу пятого сервопривода 15, закрепленного на предплечье 7, а на втором конце упомянутой планки закреплен шестой сервопривод 16, на валу которого шарнирно закреплена кисть 10, содержащая пять подвижных пальцев 17, управляемых микросервоприводами (на фигурах условно не показаны), выполненная с возможностью захвата предметов.
Плечо 5 и предплечье 7 выполнены в виде пустотелых продуваемых бочкообразных каркасов с использованием ребер жесткости с отверстиями, что обеспечивает нахождение центра тяжести в середине звеньев, кроме того позволяет реализовать конструкцию достаточно легкой с удовлетворительными аэродинамическими характеристиками. Звенья манипулятора могут быть изготовлены, например, из пластика с помощью 3D-печати.
В качестве сервоприводов в сочленениях целесообразно применять двуосные сервоприводы с механизмом саморегуляции для достижения стабильности позиционирования манипулятора под нужным углом (таблица 1).
Микроконтроллер блока управления (на фигуре условно не показан) может быть выполнен на основе микросхемы STM8L152, построенной на высокопроизводительном ядре STM8, и содержит микропроцессорное ядро, соединенное с помощью системной шины с FLASH-памятью программ, SRAM-памятью данных, энергонезависимой электрически перепрограммируемой памятью EEPROM, универсальными восьмиразрядными двунаправленными портами ввода-вывода, подключенными к силовым выходам блока управления, и универсальным синхронно-асинхронным приемопередатчиком USART, к которому подключен радиомодуль, в качестве которого целесообразно использовать микросхему НС-12.
Антропоморфный манипулятор работает следующим образом. Первоначально манипулятор закрепляют на корпусе беспилотного летательного аппарата с помощью первого П-образного кронштейна 1. Далее подключают блок управления к бортовой электрической сети летательного аппарата, а силовые выходы блока управления соединяют с сервоприводами плеча, предплечья и суставов, а также к микросервоприводам, управляющим пальцами кисти. Рабочую частоту радиомодуля блока управления выбирают в диапазоне от 433,4 до 473,0 МГц, настраивая аналогичным образом командный передатчик беспилотного летательного аппарата.
При выполнении полетного задания, связанного с транспортировкой груза, с помощью радиоканала с наземной станции управления беспилотным летательным аппаратом беспилотному летательному аппарату передают последовательность команд на выполнение маневра снижения над грузом и выполнения его захвата и подъема манипулятором. Командный передатчик ретранслирует полученные команды блоку управления антропоморфного манипулятора, а последний преобразует их в последовательность управляющих импульсов и передает через силовые выходы на сервоприводы и микросервоприводы манипулятора, обеспечивая тем самым надежный захват груза и его подъем.
При достижении беспилотным летательным аппаратом пункта назначения ему передают последовательность команд на выполнение маневра снижения. Аналогично описанному выше командный передатчик ретранслирует полученные команды блоку управления антропоморфного манипулятора, а последний преобразует их в последовательность управляющих импульсов и передает через силовые выходы на сервоприводы и микросервоприводы манипулятора, обеспечивая разжим его звеньев и опускание груза на погрузочно-разгрузочную площадку.
Claims (4)
1. Антропоморфный манипулятор для использования на беспилотном летательном аппарате, содержащий первый П-образный кронштейн, выполненный с возможностью закрепления на корпусе беспилотного летательного аппарата, на котором закреплен первый сервопривод, обеспечивающий вращение манипулятора вокруг оси X, на валу первого сервопривода первым концом установлен Х-образный кронштейн, на втором конце которого закреплен второй сервопривод, обеспечивающий вращение манипулятора вокруг оси Y, на валу второго сервопривода установлены подвижные звенья, включающие в себя плечо манипулятора, локтевой сустав, предплечье, кистевой сустав, запястье и кисть, отличающийся тем, что локтевой сустав выполнен заодно с плечом и представляет собой второй П-образный кронштейн с закрепленным в нем третьим сервоприводом, на валу которого установлено предплечье, кистевой сустав выполнен в виде планки, на одном конце которой закреплен третий П-образный кронштейн с закрепленным в нем четвертым сервоприводом, вал которого установлен в четвертом П-образном кронштейне, установленном на валу пятого сервопривода, закрепленного на предплечье, а на втором конце упомянутой планки закреплен шестой сервопривод, на валу которого шарнирно закреплена кисть, содержащая пять подвижных пальцев, управляемых микросервоприводами, выполненная с возможностью захвата предметов, при этом дополнительно манипулятор снабжен блоком управления, выполненным на основе микроконтроллера, силовые выходы которого подключены к сервоприводам и микросервоприводам манипулятора.
2. Антропоморфный манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что плечо и предплечье выполнены в виде пустотелых продуваемых бочкообразных каркасов с использованием ребер жесткости с отверстиями.
3. Антропоморфный манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве сервоприводов применены двуосные сервоприводы с механизмом саморегуляции для достижения стабильности позиционирования манипулятора под нужным углом работы.
4. Антропоморфный манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что микроконтроллер блока управления содержит микропроцессорное ядро, соединенное с помощью системной шины с FLASH-памятью программ, SRAM-памятью данных, энергонезависимой электрически перепрограммируемой памятью EEPROM, универсальными восьмиразрядными двунаправленными портами ввода-вывода, подключенными к силовым выходам блока управления, и универсальным синхронно-асинхронным приемопередатчиком USART, к которому подключен радиомодуль.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019105231A RU2712972C1 (ru) | 2019-02-25 | 2019-02-25 | Антропоморфный манипулятор для использования на беспилотном летательном аппарате |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019105231A RU2712972C1 (ru) | 2019-02-25 | 2019-02-25 | Антропоморфный манипулятор для использования на беспилотном летательном аппарате |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2712972C1 true RU2712972C1 (ru) | 2020-02-04 |
Family
ID=69624771
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019105231A RU2712972C1 (ru) | 2019-02-25 | 2019-02-25 | Антропоморфный манипулятор для использования на беспилотном летательном аппарате |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2712972C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2803482C1 (ru) * | 2022-10-20 | 2023-09-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Осетинская государственная медицинская академия" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Механический антропоморфный манипулятор |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1646850A1 (ru) * | 1989-07-11 | 1991-05-07 | Донецкий Филиал Государственного Проектно-Конструкторского И Научно-Исследовательского Института По Автоматизации Угольной Промышленности "Гипроуглеавтоматизация" | Антропоморфный манипул тор |
US6244644B1 (en) * | 1999-01-25 | 2001-06-12 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Compact dexterous robotic hand |
CN1557268A (zh) * | 2004-02-11 | 2004-12-29 | 哈尔滨工业大学 | 欠驱动自适应假手装置 |
RU146552U1 (ru) * | 2014-02-06 | 2014-10-10 | Александр Фаритович Пермяков | Антропоморфный манипулятор |
-
2019
- 2019-02-25 RU RU2019105231A patent/RU2712972C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1646850A1 (ru) * | 1989-07-11 | 1991-05-07 | Донецкий Филиал Государственного Проектно-Конструкторского И Научно-Исследовательского Института По Автоматизации Угольной Промышленности "Гипроуглеавтоматизация" | Антропоморфный манипул тор |
US6244644B1 (en) * | 1999-01-25 | 2001-06-12 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Compact dexterous robotic hand |
CN1557268A (zh) * | 2004-02-11 | 2004-12-29 | 哈尔滨工业大学 | 欠驱动自适应假手装置 |
RU146552U1 (ru) * | 2014-02-06 | 2014-10-10 | Александр Фаритович Пермяков | Антропоморфный манипулятор |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2803482C1 (ru) * | 2022-10-20 | 2023-09-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Осетинская государственная медицинская академия" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Механический антропоморфный манипулятор |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10427790B2 (en) | Adaptive aerial vehicle | |
JP6640930B2 (ja) | 変形可能な航空機 | |
CN105314102B (zh) | 一种装备机械臂的无人机 | |
WO2018072654A1 (zh) | 自动卸货载具及无人机 | |
US10967960B2 (en) | Ground movement system plugin for VTOL UAVs | |
EP3604124B1 (en) | Combination flight and ground apparatus for a vehicle | |
WO2019007133A1 (zh) | 一种起落架及具有此起落架的无人机 | |
EP3632793B1 (en) | Unmanned aerial vehicle and landing gear thereof | |
CN102556336A (zh) | 一种折叠翼无人机机翼快速展开装置 | |
US10472095B1 (en) | Mobile fixture apparatuses and methods | |
Park et al. | Developing a 3-DOF compliant perching arm for a free-flying robot on the International Space Station | |
CA3047782C (en) | Scissor arm for unmanned robotic system | |
WO2019024541A1 (zh) | 一种机臂及无人机 | |
US11767110B2 (en) | System for storing, autonomously launching and landing unmanned aerial vehicles | |
CN107128479A (zh) | 无人机起落架及其控制*** | |
WO2019007130A1 (zh) | 一种起落架及具有此起落架的无人机 | |
Ahlstrom et al. | Robonaut 2 on the International Space Station: Status update and preparations for IVA mobility | |
RU2712972C1 (ru) | Антропоморфный манипулятор для использования на беспилотном летательном аппарате | |
CN114509251A (zh) | 一种针对飞行器可动翼面的随动加载装置 | |
Wei-hong et al. | Review of aerial manipulator and its control | |
US7996112B1 (en) | Robot and robot system | |
KR101444386B1 (ko) | 로봇 핸드의 다중 링크 핑거 모듈 | |
JP2585382B2 (ja) | 宇宙用船外活動ロボットのモジュール化方式 | |
CN109911196B (zh) | 一种减阻可折叠扑翼微飞行器 | |
Daadi et al. | A New Design of a Multi-Link Quadrotor |