具有柔性抓手的四旋翼飞行器设计与实现

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(中国科学技术大学工程科学学院精密机械与精密仪器系,安徽 合肥 230026)

0 引言

通过在四旋翼飞行器上搭载机械手，使飞行器能够对环境物体进行操作，将四旋翼飞行器的应用范围大大增加[1-2]。

将柔性抓手搭载在四旋翼飞行器上，使其与外界物体进行主动的交互。柔性抓手相比于传统的刚性机械手具有更高的柔顺性，自适应能力更强，控制更加简单，而且不容易对物体造成损坏；其次，柔性抓手相比于气动柔性机械手，结构简单，没有气泵等配件，因此减轻飞行器的负重，提高飞行器自身续航时间；除此之外，柔性抓手与飞行器的结合实现了空中的操作，从而使帮助人们捡取危险区域的垃圾以及采摘地里的草莓成为可能。

1 系统总体设计

系统包括两部分 ：一部分是四旋翼飞行器；另一部分是柔性抓手，如图1所示。飞行器主控制器为STM32,通过IIC总线采集姿态传感器的数据，从而进行姿态解算，通过串级PID控制PWM输出来控制电机，以达到改变飞行器自身姿态的目的。柔性抓手部分是通过柔性驱动器通电加热变形，断电冷却恢复原状态，来实现抓取和释放的效果，它主要由SMA丝、硅胶、基座和弹簧钢薄片组成。遥控器发出抓取和释放的指令，微控制器接收到后将通过柔性抓手驱动模块控制柔性抓手。

图1 系统框图

2 四旋翼飞行器设计

2.1 四旋翼飞行器原理

四旋翼飞行器是通过调节4个电机的转速来改变旋翼的转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。……