[发明专利]作业型飞行机器人的四自由度机械臂遥操作系统及方法

说明书

本发明涉及一种作业型飞行机器人的四自由度机械臂遥操作系统及方法，包括飞行机器人和控制终端；所述飞行机器人包括四旋翼无人机、从端控制单元、RealSense深度相机和四自由度机械臂；所述四自由度机械臂接于四旋翼无人机底部；所RealSense深度相机设置于四旋翼无人机底部前端。本发明通过传输双向信息反馈实现功能，可对于某些复杂且人不能或者不易到达的环境实时远距离作业，同时，机械臂可离线工作实时完成指令任务。

技术领域

本发明涉及作业型飞行机器人动态抓取领域，涉及一种作业型飞 行机器人的四自由度机械臂遥操作系统及方法。

背景技术

对于很多复杂且人无法到达且不易到达的环境，如海洋环境、高 空环境、火灾环境等，人需要借助一定的工具手段才能到达或者人靠 近就可能会有危险。在这些复杂环境作业时，人可以通过图像系统， 结合机械自动化与人主观能动性，实时远距离遥操作作业，可大大节 省成本，提高作业效率，保障人身安全。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种作业型飞行机器人的四自 由度机械臂遥操作系统及方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种作业型飞行机器人的四自由度机械臂遥操作系统，包括飞行 机器人和控制终端；所述飞行机器人包括四旋翼无人机、从端控制单 元、RealSense深度相机和四自由度机械臂；所述四自由度机械臂接 于四旋翼无人机底部；所RealSense深度相机设置于四旋翼无人机底 部前端。

进一步的，所述四自由度机械臂以关节1的Z轴竖直向下方向建 立空间基坐标系，由MX-64R舵机组成，包括绕Z轴旋转的关节1、 绕X轴旋转的关节2与关节3和可实行抓紧释放工作的末端执行器， 实现末端执行器抓取释放为第四自由度。

进一步的，所述关节1、关节2、关节3和末端执行器处连接架 采用特殊轻质材料3D打印，标准连接件采用铝合金连接件。

进一步的，所述从端控制单元采用ArduinomegaADK从端控制 器，所述四自由度机械臂利用MAX485模块与ArduinomegaADK从 端控制器实现半双工异步串口通信。

进一步的，所述控制终端通过zigbee模块与从端控制单元无线连 接。

一种飞行机器人的四自由度机械臂遥操作系统的控制方法，包括 以下步骤：

步骤S1:控制终端通过RealSense深度相机实时检测远端作业环境；

步骤S2:实时点击图像系统上待抓取点，主端窗体控制系统对该点 所表示的物体进行轮廓提取，将轮廓作为识别特征提取特征点，得到 三维位姿估计点；

步骤S3:利用雅可比伪逆和牛顿迭代法改进后的逆解算法，基于四 自由度机械臂的当前空间位姿，计算出末端执行器能够连续平稳不跳 变运动到达目标点的最优解；

步骤S4:通过zigbee将每个转角信息传输至从端控制单元，同时从 端控制单元反馈信号给控制终端；

骤S5:从端控制单元控制末端执行器实现抓取或释放目标物作业。

进一步的，所述步骤S2具体为：

步骤S21:通过RealSense深度相机提取目标物轮廓；

步骤S22:以目标物的轮廓作为目标物的识别特征，提取轮廓中心 点；

步骤S23:对RealSense深度相机和四自由度机械臂立体标定，并 对目标物进行三维重建，实现对目标物空间定位，得到三维位姿估计 点。

进一步的，对所述四自由度机械臂(3)D-H建模具体如下：