帶機(jī)械爪的無人機(jī)設(shè)計與控制【全套含CAD圖紙、說明書】,全套含CAD圖紙、說明書,機(jī)械,無人機(jī),設(shè)計,控制,全套,CAD,圖紙,說明書 編號： 　畢業(yè)設(shè)計開題報告 題 目： 帶機(jī)械抓的無人機(jī) 設(shè)計與控制 院 （系）： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師單位： 姓 名： 職 稱： 題目類型：¨理論研究 ¨實(shí)驗(yàn)研究 t工程設(shè)計 ¨工程技術(shù)研究 ¨軟件開發(fā) 年3月1日 1．畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容、重點(diǎn)和難點(diǎn)等 主要內(nèi)容： 無人駕駛飛機(jī)簡稱“無人機(jī)”，英文縮寫為“UAV”，是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)。從技術(shù)角度定義可以分為：無人直升機(jī)、無人固定翼機(jī)、無人多旋翼飛行器、無人飛艇、無人傘翼機(jī)等。 無人機(jī)按應(yīng)用領(lǐng)域，可分為軍用與民用。軍用方面，無人機(jī)分為偵察機(jī)和靶機(jī)。 無人機(jī)+行業(yè)應(yīng)用，是無人機(jī)真正的剛需；目前在航拍、農(nóng)業(yè)植保、測繪、運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域的應(yīng)用，大大的拓展了無人機(jī)本身的用途。 本次設(shè)計主要針對無人機(jī)在抓取、運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用和擴(kuò)展。 本課題設(shè)計的主要內(nèi)容包括： 1.設(shè)計無人機(jī)的機(jī)械爪； 2.設(shè)計無人機(jī)與機(jī)械抓的連接部分結(jié)構(gòu)； 3.給出帶機(jī)械爪無人機(jī)的控制方法。 二、畢業(yè)設(shè)計（論文）的要求與數(shù)據(jù): 1.要求設(shè)計的機(jī)械爪能夠在無人機(jī)懸停過程中抓取地面或是水面的物體； 2.要求給出適當(dāng)?shù)目刂品椒ūＷC無人機(jī)能順利抓取物體后返回指定地點(diǎn)； 3.成果中設(shè)計的專用件結(jié)構(gòu)、配合滿足標(biāo)準(zhǔn)化要求，選購的電氣件、通用件、標(biāo)準(zhǔn)件等皆符合相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求； 4.提交的所有圖紙應(yīng)表達(dá)方式簡潔，尺寸標(biāo)注完整、清晰、規(guī)范。 三、 本畢業(yè)設(shè)計重點(diǎn)和難點(diǎn) 重點(diǎn)： 1.制定機(jī)械手的抓取方式和連接部分結(jié)構(gòu)總體設(shè)計方案； 2.制定旋翼無人機(jī)的框架和機(jī)械抓固定座的設(shè)計方案； 3.設(shè)計可收放的起落架，防止飛行時起落架阻礙機(jī)械抓的抓取； 4.設(shè)計無人機(jī)重心自動平衡校正系統(tǒng)、防抓取過載保護(hù)系統(tǒng)和無人機(jī)自動導(dǎo)航識別系統(tǒng)。 難點(diǎn)： 1.旋翼無人機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu)、旋翼電機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)、起落架的收放結(jié)構(gòu)及機(jī)械手結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可靠性及壽命的計算。 2.機(jī)械手的的抓取力計算，由于動力源由微型電機(jī)提供，機(jī)械手的機(jī)構(gòu)必須有自鎖機(jī)構(gòu)，電機(jī)斷電后可持續(xù)抓取。 3.無人機(jī)承載力、續(xù)航能力的權(quán)衡和推重比的確定。 4.無人機(jī)懸停平衡和抓取重物過程保持平衡的位姿控制系統(tǒng)設(shè)計。 2．準(zhǔn)備情況（查閱過的文獻(xiàn)資料及調(diào)研情況、現(xiàn)有設(shè)備、實(shí)驗(yàn)條件等） （1）調(diào)研情況： 經(jīng)查閱相關(guān)書籍資料并結(jié)合所學(xué)過的機(jī)械等相關(guān)知識，了解了帶機(jī)械抓的無人機(jī)發(fā)展、設(shè)計方法及相關(guān)規(guī)定，為設(shè)計作好準(zhǔn)備。 在最近的一段視頻中，研究團(tuán)隊(duì)展示了一種四旋翼式蜂鳥無人機(jī)俯沖向一個圓柱并且使用一個機(jī)械抓抓取它飛走的情景。研究人員從老鷹獲得靈感，他們相信俯沖的無人機(jī)能夠促使重量更輕、能耗更少的無人機(jī)出現(xiàn)，而且能夠借助俯沖獲得的速度快速恢復(fù)高度。這種無人機(jī)非常輕，機(jī)身和抓爪總重量不足1公斤。 研究人員認(rèn)為飛撲式無人機(jī)能夠促使無人機(jī)在秘密行動中實(shí)現(xiàn)即刻靜默，并且通過減少盤旋時間來幫助提高執(zhí)行任務(wù)的持久性。這種無人機(jī)也能夠被用于速度和時間緊迫的救援行動。研究團(tuán)隊(duì)最初制作了一種雙叉形爪子，但是當(dāng)這種抓爪連接到無人機(jī)時的效果并不好，而且當(dāng)速度超過1米每秒時就無法抓起一個球。 因此研究團(tuán)隊(duì)重新設(shè)計了抓爪，他們使用熱塑性塑料創(chuàng)造了一個三指抓爪，外面包裹的橡膠殼能夠改善它的抓取能力。為了改善抓爪在更快速運(yùn)動時抓取物體的能力，研究人員將它連接到一個回旋臂上，它能夠模擬老鷹在俯沖時收回爪子的動作，來減少它與目標(biāo)之間的相對速度。雖然無人機(jī)并不能和老鷹一樣抓取，但是它已經(jīng)有所接近。通過進(jìn)行少許的變動，研究人員能夠使抓爪在提高三倍速度的情況下抓取物體。 （2）可攜載物體的無人機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展： 2013年6月，美國Matternet公司在海地和多米加共和國測試了無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)，無人機(jī)能夠攜載2公斤物體飛行9.7公里。該公司希望建立一個龐大的國際無人機(jī)運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)和無人機(jī)配件全球供應(yīng)系統(tǒng)，同時，還計劃建立充電基站，使無人機(jī)可以沿途降落進(jìn)行充電。[7] 2013年9月，順豐自主研發(fā)的用于派送快件的無人機(jī)完成了內(nèi)部測試，在局部地區(qū)試運(yùn)行。這種無人機(jī)采用八旋翼，下設(shè)載物區(qū)，飛行高度約100米，內(nèi)置導(dǎo)航系統(tǒng)，工作人員預(yù)先設(shè)置目的地和路線，無人機(jī)將自動到達(dá)目的地，誤差在2米以內(nèi)。[8]? 2013年12月，亞馬遜表示在測試一個叫作”Prime Air“的無人機(jī)快遞項(xiàng)目，通過使用8槳遙控?zé)o人機(jī)實(shí)現(xiàn)鞋盒包裝以下大小貨物的配送，所有訂單從發(fā)貨開始預(yù)計會在30分鐘內(nèi)送達(dá)1.6公里范圍內(nèi)的客戶手中。與此同時，UPS也在試驗(yàn)類似的無人機(jī)設(shè)備。[9] 2014年10月，DHL宣布將在德國實(shí)現(xiàn)無人機(jī)送貨。該公司的四旋翼無人機(jī)可運(yùn)載1.2公斤的貨物，飛行時間可達(dá)45分鐘，時速最高可達(dá)65千米，但該無人機(jī)并非完全脫離人力，依然受到地面工作人員的控制。[10]? 2015年2月，淘寶聯(lián)合圓通速遞，在北京、上海、廣州部分區(qū)域開展的無人機(jī)快遞實(shí)驗(yàn)。該螺旋槳驅(qū)動無人機(jī)的型號為黑白機(jī)身，占地約0.25平方米。[11] 參考文獻(xiàn)? [1]Rogelio Lozano著.陳自力.江濤等譯 .無人機(jī)——嵌入式控制[M].國防工業(yè)出版社.2014. [2]Loannis A.Raptis. Kimon P.Valavanis著.肖陽.吳勇等譯.小型無人直升機(jī)線性與非線性控制[M]國防工業(yè)出版社.2014. [3]《工業(yè)機(jī)械手》編寫組.工業(yè)機(jī)械手上下冊[M]上海科學(xué)技術(shù)出版社.1982. [4]王偉.宋延華.馬浩.旋翼無人機(jī)系統(tǒng)[J]控制工程.2015:（2）.205-212. [5]代君蘭.基于CAN總線控制系統(tǒng)的抓物機(jī)械手設(shè)計[J]機(jī)械設(shè)計與制造.2011:（10）.91-93. [6]張楠.何玉成.王南.操作機(jī)器人機(jī)械手爪的設(shè)計研究及應(yīng)用[J]機(jī)械設(shè)計.2013:(03).27-30. [7]無人機(jī)自動快遞[J]資訊_銳科技.2013:(14).32. [8]熊元.無人機(jī)新玩法[J]科技.2014:(7).64-65. [9]亞馬遜5年內(nèi)使用無人機(jī)送快遞:30min送達(dá)[J]可靠性與環(huán)境適應(yīng)性標(biāo)準(zhǔn)信息與行業(yè)動態(tài).2013:(S1).337. [10]DHL“搶跑”無人機(jī)送貨[J]商業(yè)視窗.201:(12).18. [11]黃澤滿.劉勇.周星.陳天偉.梁毅東.民用無人機(jī)應(yīng)用發(fā)展概述[J]學(xué)技術(shù)與設(shè)計.201:（24）.36-38. [12]譚建豪.王耀南.王媛媛.張藝巍.王楚.陳謝沅澧.旋翼飛行機(jī)器人研究進(jìn)展[J]綜述與評論.2015:(10).24-26 [13]S. Salazar‐Cruz. J. Escare?o. D. Lara. R. Lozano.Embedded control system for a four‐rotor UAV[J]Int. J. Adapt.Control Signal Process.2007:(21).2‐3. （5）試驗(yàn)、測試、試制加工所需主要儀器設(shè)備及條件 計算機(jī)一臺、CAD軟件以及相關(guān)三維繪圖軟件Solidworks2012等。 3、實(shí)施方案、進(jìn)度實(shí)施計劃及預(yù)期提交的畢業(yè)設(shè)計資料 實(shí)施方案： 查閱資料，選擇最優(yōu)方案。確定機(jī)械爪的材料，抓取力，驅(qū)動力矩，強(qiáng)度，大概尺寸等參數(shù)，根據(jù)設(shè)計方案、原理開始設(shè)計機(jī)械爪的機(jī)構(gòu)，固定方式，繪制草圖，校驗(yàn)后繪制正式圖紙。根據(jù)設(shè)計方案設(shè)計無人機(jī)的框架，其中包括：機(jī)械抓的固定座、旋翼電機(jī)固定座、起落架安裝結(jié)構(gòu)、傳感器和電路板的安裝座。確定無人機(jī)框架的材料，計算無人機(jī)框架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、抗摔力、壽命等參數(shù)，繪制草圖，校驗(yàn)后繪制正式圖紙。設(shè)計無人機(jī)的收放起落架。根據(jù)要求，確定無人機(jī)的推重比，速度，升力，續(xù)航時間，選擇旋翼電機(jī)和電池。設(shè)計無人機(jī)重心自動平衡校正系統(tǒng)、防抓取過載保護(hù)系統(tǒng)和無人機(jī)自動導(dǎo)航識別系統(tǒng)，繪制系統(tǒng)框圖和電路原理圖。繪制整機(jī)裝配圖，撰寫設(shè)計說明書，核查相應(yīng)的圖紙設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計論文格式。 進(jìn)度計劃： (1）2015.12—2015.01所選擇的課題進(jìn)行調(diào)研、查閱資料、方案設(shè)計。 (2）2015。01—2016.02查閱資料，明確設(shè)計目的，完成開題報告，收集與課題相關(guān)的資料及參考文獻(xiàn)，確定畢業(yè)設(shè)計的設(shè)計大致方案。 (3）2016.03—2016.04完善并確定最初方案，制定無人機(jī)框架和機(jī)械抓總體設(shè)計方案。 (4）2016.04—2016.05根據(jù)設(shè)計要求，設(shè)計好旋翼無人機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu)、旋翼電機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)、起落架的收放結(jié)構(gòu)及機(jī)械手結(jié)構(gòu)；完成各個結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度校驗(yàn)和壽命計算；完成機(jī)械抓的抓取力計算，選擇機(jī)械抓的驅(qū)動電機(jī)；估算整機(jī)重量，確定無人機(jī)的推重比，選擇無人機(jī)的驅(qū)動電機(jī)；根據(jù)續(xù)航要求，選擇無人機(jī)的配套電池。畫出其裝置的總裝配圖，及相關(guān)的零件，并表述裝置的工作原理過程。進(jìn)行畢業(yè)論文（設(shè)計）初稿。 (5）2016.05—2016.06確定無人機(jī)重心自動平衡校正系統(tǒng)、防抓取載保護(hù)系統(tǒng)和無人機(jī)自動導(dǎo)航識別系統(tǒng)方案；根據(jù)設(shè)計方案，選擇控芯片，無線傳輸芯片，傳感器和導(dǎo)航芯片等；連接電路，編寫控制程序，最后進(jìn)行調(diào)試和檢驗(yàn)。 (6）2016.06—2016.06根據(jù)指導(dǎo)教師意見進(jìn)行修改，并最后定稿，并且完成計算機(jī)繪制圖和外文翻譯。核查相應(yīng)的圖紙設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計論文格式。 (7）2016.06—2016.07完成畢業(yè)設(shè)計，提交論文。 預(yù)期提交： 1、帶機(jī)械抓的無人機(jī)設(shè)計說明書； 2、英文資料翻譯（附英文原文）； 3、CAD繪制二維帶機(jī)械手的無人機(jī)裝配圖、零件圖及控制系統(tǒng)原理圖。 指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師（簽字）： 2016年3月1日 開題小組意見 開題小組組長（簽字）： 2016年3月 1 日 院（系、部）意見 主管院長（系、部主任）簽字： 2016年3月 1 日