基于无人机的两移一转的三自由度派件机器人.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911253235.0 (22)申请日 2019.12.09 (71)申请人 北京大学 地址 100080 北京市海淀区颐和园路5号 (72)发明人 周鑫陈博取姜峰李敬 段志生 (74)专利代理机构 杭州君度专利代理事务所 (特殊普通合伙) 33240 代理人 朱亚冠 (51)Int.Cl. B25J 11/00(2006.01) B25J 15/00(2006.01) B25J 18/02(2006.01) (54)发明名称 基于无人机的两移一转的三自由度派件机 器人 (。

2、57)摘要 本发明包括公开了一种基于无人机的两移 一转的三自由度派件机器人,本发明由碳钎维机 架与无人机通过连接器连接固定， 碳钎维机架与 碳钎维回转架通过中心轴连接； 碳钎维回转架与 中心轴固定连接， 同步转动。 第二减速电机固定 在碳钎维机架顶面， 第二减速电机的输出轴与中 心轴通过皮带连接； 第一减速电机与第三减速电 机与传扭轴连接， 传扭轴与碳钎维机械臂连接， 带动机械手爪运动； 具有两维平动和一维转动的 三自由度， 实现在空间行程内任意物品的传送。 应用于无人机派送件、 自动化生产等工作环节， 具有结构简单、 可重复性好、 操控简便、 成本低廉 等优点。 有效降低工作/生产成本， 提。

3、高效益。 权利要求书1页 说明书3页 附图3页 CN 111070216 A 2020.04.28 CN 111070216 A 1.基于无人机的两移一转的三自由度派件机器人， 其特征在于： 包括第一减速电机、 第 二减速电机、 第三减速电机、 碳钎维机械臂、 碳钎维机架、 碳钎维回转架、 机械手爪、 中心轴 和连接器； 碳钎维机架与无人机通过连接器连接固定； 碳钎维机架、 碳钎维回转架中心开有 中心轴安装孔， 中心轴穿过中心轴安装孔， 通过两个深沟球轴承与碳钎维机架、 碳钎维回转 架连接； 碳钎维回转架中心开孔与中心轴固定连接， 同步转动； 第二减速电机固定在碳钎维 机架顶面， 第二减速电机。

4、的输出轴与中心轴通过皮带连接； 第一减速电机、 第三减速电机固定在碳钎维回转架底部； 第一减速电机与第三减速电 机的输出轴分别与两根传扭轴通过联轴器连接； 两根传扭轴固定在碳钎维回转架的底部； 碳钎维机械臂为呈平行四边形排布的四根杆件， 两两通过钢轴连接后的一端分别与两根传 扭轴固定， 随传扭轴转动而转动； 两两通过钢轴连接后的另一端安装有机械手爪； 碳钎维机架上安装第二减速电机位置开有腰圆孔， 通过腰圆孔调整第二减速电机与中 心轴的距离， 从而调整皮带的松紧。 2.如权利要求1所述的基于无人机的两移一转的三自由度派件机器人， 其特征在于： 所 述的连接器由铝合金铣削制成， 与碳钎维机架通过螺。

5、栓连接， 与无人机机架通过无头螺栓 紧定。 3.如权利要求1所述的基于无人机的两移一转的三自由度派件机器人， 其特征在于： 所 述的碳钎维回转架与中心轴通过螺栓连接。 4.如权利要求1所述的基于无人机的两移一转的三自由度派件机器人， 其特征在于： 所 述的第一减速电机、 第三减速电机通过减速机支架固定在碳钎维回转架底部。 5.如权利要求1所述的基于无人机的两移一转的三自由度派件机器人， 其特征在于： 所 述的碳钎维回转架与中心轴通过键连接， 两者同步转动。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111070216 A 2 基于无人机的两移一转的三自由度派件机器人 技术领域 0001 本发明属于机器。

6、人技术领域， 涉及一种基于无人机的两移一转的三自由度派件机 器人。 背景技术 0002 在物流运输中利用机械手实现抓取运输是一种较为新颖、 实用的方案， 该方案可 以应用到多种平台上， 譬如搭载到无人机下实现全自动物流运输和分拣。 目前我国物流行 业的 “最后一公里” 主要由人工配送， 由于物流配送的特殊性， 需要大量的物流配送人员， 而 随着我国人口红利的降低， 用人成本也在快速提升。 通过利用无人机实现物流运输可以有 效改善目前物流行业需要大量人工的现实， 提高运输效率， 缓解我国交通压力， 并可以实现 在物流运输中 “最后一公里” 的高效、 稳定的运输。 相较于目前的人工配送， 无人机可。

7、以避开 路面交通的堵塞， 在合理规划航点后可以实现更快的速度， 因此采用无人机结合机械臂的 方式， 不仅降低了人工成本， 还有效提高了运输效率。 0003 在自动化装配中利用机械手装配是较为常见的自动装配方案， 主要用于机械电子 产品的生产， 例如： 电子元件在电路板上的插入、 产品的码放等。 目前我国已有的串联式机 械臂构型单一， 且刚度有限； 而并联式机械臂的工作空间有限， 且整体质量较大看， 因此难 以直接将现有机械臂应用到无人机下。 通过综合考虑无人机负载、 机械臂刚度质量比、 运动 空间以及其动力学特性等方面， 提出一种具有两维平动和一维转动的三自由度机械手， 该 机械手有三个自由度。

8、； 通过将机械臂的工作空间结合无人机的远程运动， 可以实现行程内 空间坐标任意某点的精确定位； 二只结合的控制模型简单易用， 易于大规模生产， 可以有效 提高派件效率， 降低生产成本， 实现大规模的自动化无人派件功能。 发明内容 0004 本发明的目的是提供一种基于无人机的两移一转的三自由度派件机器人。 0005 本发明包括第一减速电机、 第二减速电机、 第三减速电机、 碳钎维机械臂、 碳钎维 机架、 碳钎维回转架、 机械手爪、 中心轴和连接器； 碳钎维机架与无人机通过连接器连接固 定； 碳钎维机架、 碳钎维回转架中心开有中心轴安装孔， 中心轴穿过中心轴安装孔， 通过两 个深沟球轴承与碳钎维机。

9、架、 碳钎维回转架连接； 碳钎维回转架中心开孔与中心轴固定连 接， 同步转动。 第二减速电机固定在碳钎维机架顶面， 第二减速电机的输出轴与中心轴通过 皮带连接； 0006 第一减速电机、 第三减速电机固定在碳钎维回转架底部； 第一减速电机与第三减 速电机的输出轴分别与两根传扭轴通过联轴器连接； 两根传扭轴固定在碳钎维回转架的底 部； 碳钎维机械臂为呈平行四边形排布的四根杆件， 两两通过钢轴连接后的一端分别与两 根传扭轴固定， 随传扭轴转动而转动； 两两通过钢轴连接后的另一端安装有机械手爪； 0007 碳钎维机架上安装第二减速电机位置开有腰圆孔， 通过腰圆孔调整第二减速电机 与中心轴的距离， 从。

10、而调整皮带的松紧。 说明书 1/3 页 3 CN 111070216 A 3 0008 进一步的， 所述的连接器由铝合金铣削制成， 与碳钎维机架通过螺栓连接， 与无人 机机架通过无头螺栓紧定。 0009 进一步的， 所述的碳钎维回转架与中心轴通过螺栓连接。 0010 进一步的， 所述的第一减速电机、 第三减速电机通过减速机支架固定在碳钎维回 转架底部。 0011 进一步的， 所述的碳钎维回转架与中心轴通过键连接， 两者同步转动。 0012 本发明在物流运输中， 可以结合无人机实现全自动物流运输， 可以自动实现目标 件的抓取， 有效的代替物流派送人员实现快速运输。 操作人员仅需要将包裹放在指定起。

11、降 平台上， 无人机携带机械手自动在相应的位置抓取目标件， 并由无人机飞往目的地。 在到达 指定目标点后， 利用机械手放下包裹， 客户取件。 本发明可以实现短距离、 高楼层的物流快 速运输。 在整个抓取、 派送过程中， 操作人员仅需要将目标件放在工作台上， 无需其他操作， 即可实现对目标件的快速输运。 附图说明 0013 图1为本发明的整体结构示意图； 0014 图2为图1中碳钎维回转架与中心轴的安装结构示意图； 0015 图3为图1中第二减速电机的结构示意图； 0016 图4为腰圆孔的开孔结构示意图； 0017 图5为图1中第二减速电机的安装结构示意图； 0018 图6为图1中第一减速电机、。

12、 第三减速电机的结构示意图； 0019 图7为图1中碳钎维机械臂的结构示意图。 0020 图8为无人机与碳钎维机械臂装配后整体的结构示意图。 具体实施方式 0021 如图1和2所示,一种基于无人机的两移一转的三自由度派件机器人， 包括第一减 速电机1、 第二减速电机2、 第三减速电机3、 联轴器4、 钢轴5、 碳钎维机械臂6、 传扭轴7、 碳钎 维机架8、 碳钎维回转架9、 深沟球轴承10、 中心轴11、 减速机支架12、 带轮13、 挂钩14、 皮带15 和连接器16； 0022 如图8所示， 碳钎维机架8与无人机通过连接器16连接固定， 连接器16由铝合金铣 削制成， 与碳钎维机架8通过螺。

13、栓连接， 与无人机机架通过无头螺栓紧定。 碳钎维机架8、 碳 钎维回转架9中心开有中心轴安装孔， 中心轴11穿过中心轴安装孔并用两个深沟球轴承固 定在碳钎维机架8、 碳钎维回转架9上， 中心轴11通过螺栓与碳钎维机架8、 碳钎维回转架9连 接， 碳钎维回转架9中心开孔与中心轴11通过键连接； 中心轴11相对碳钎维机架8转动， 碳钎 维回转架9与中心轴同步转动。 0023 如图3、 4和5所示， 第二减速电机2设置在碳钎维机架8顶面， 第二减速电机2输出轴 上设置有带轮13与中心轴11通过皮带15连接； 碳钎维机架8设置第二减速电机2位置开有腰 圆孔， 通过腰圆孔调节第二减速电机2与中心轴11的。

14、距离， 从而调整皮带15的松紧。 0024 如图6所示， 第一减速电机1、 第三减速电机3通过减速机支架12固定在碳钎维回转 架底部； 第一减速电机1与第三减速电机3的输出轴分别与两根传扭轴7通过联轴器4连接； 说明书 2/3 页 4 CN 111070216 A 4 两根传扭轴7固定在碳钎维回转架9的底部； 0025 如图7所示， 碳钎维机械臂6为呈平行四边形排布的四根杆件， 两两通过钢轴连接 后的一端分别与两根传扭轴7固定， 随传扭轴转动而转动； 两两通过钢轴连接后的另一端安 装有挂钩14； 两根传扭轴7与碳钎维机械臂6固定连接， 钢轴5起到连接碳钎维机械臂6的作 用。 随两根传扭轴7的转。

15、动， 带动整个碳钎维机械臂6平行四边形机构的伸缩与角度的变化。 0026 工作原理及过程如下： 第一减速电机、 第二减速电机、 第三减速电机均为步进电 机， 固定在碳钎维回转架的底部， 通过联轴器同传扭轴连接。 第一减速电机、 第三减速电机 带动传扭轴旋转。 传扭轴上有花键穿过碳钎维机械臂上的键孔通过强力胶水固定， 四个碳 钎维机械臂呈四边形排布， 下端由第一减速电机与第三减速电机控制四边形机架的伸缩及 在垂直平面内的旋转实现平面内任意一点的运动， 下端连接挂钩可以移动工件。 第二减速 电机固定在减速机支架上， 通过带轮带动中心轴旋转从而带动碳钎维回转架旋转。 第二减 速电机只作转旋运动， 带。

16、动碳钎维回转架作任意角度的运动。 止推轴承固定在碳钎维机架 上， 可以在水平方向做回转运动。 止推轴承套装在中心轴上， 碳钎维回转架的中心孔和中心 轴连接且均有键槽。 故带轮带动中心轴转动碳钎维回转架； 机械臂便转动。 减速机支架的固 定板上开有圆孔， 以供调节所述减速电机与中心轴的距离， 从而调整皮带的松紧。 挂钩根据 实际需要采用机械力、 磁力或真空吸力拾取物件。 碳钎维机架内孔两端装有轴承， 中心轴由 这两轴承支承， 基座固定在夹具上， 确保中心轴的垂直状态。 0027 以中心轴为中心， 安装碳钎维机架， 工件被放置在碳钎维机架下方， 碳钎维回转架 带工件相对于碳钎维机架作旋转运动。 本发明的手爪(不局限于手爪， 也可是挂钩等)可以 安装在四个碳钎维机械臂连接处的下端。 通过无人机带动机械臂运动到指定目标点， 通过 机械臂自由度灵活调整， 通过末端执行元件实现对目标件的抓取和释放。 说明书 3/3 页 5 CN 111070216 A 5 图1 图2 图3 说明书附图 1/3 页 6 CN 111070216 A 6 图4 图5 图6 说明书附图 2/3 页 7 CN 111070216 A 7 图7 图8 说明书附图 3/3 页 8 CN 111070216 A 8 。