毕业设计(论文)开题报告-带机械抓的无人机设计与控制 .pdfVIP

开题报告

题目：带机械抓的无人机

设计与控制

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1．毕业设计的主要内容、重点和难点等

主要内容：

无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自

备的程序控制装置操纵的不载人飞机。从技术角度定义可以分为：无人直升机、无

人固定翼机、无人多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机等。

无人机按应用领域，可分为军用与民用。军用方面，无人机分为侦察机和靶机。

无人机+行业应用，是无人机真正的刚需；目前在航拍、农业植保、测绘、运输等领

域的应用，大大的拓展了无人机本身的用途。

本次设计主要针对无人机在抓取、运输领域的应用和扩展。

本课题设计的主要内容包括：

1.设计无人机的机械爪；

2.设计无人机与机械抓的连接部分结构；

3.给出带机械爪无人机的控制方法。

二、毕业设计（论文）的要求与数据:

1.要求设计的机械爪能够在无人机悬停过程中抓取地面或是水面的物体；

2.要求给出适当的控制方法保证无人机能顺利抓取物体后返回指定地点；

3.成果中设计的专用件结构、配合满足标准化要求，选购的电气件、通用件、

标准件等皆符合相关国家标准、行业标准要求；

4.提交的所有图纸应表达方式简洁，尺寸标注完整、清晰、规范。

三、本毕业设计重点和难点

重点：

1.制定机械手的抓取方式和连接部分结构总体设计方案；

2.制定旋翼无人机的框架和机械抓固定座的设计方案；

3.设计可收放的起落架，防止飞行时起落架阻碍机械抓的抓取；

4.设计无人机重心自动平衡校正系统、防抓取过载保护系统和无人机自动导航

识别系统。

难点：

1.旋翼无人机机架结构、旋翼电机的支撑结构、起落架的收放结构及机械手结

构强度可靠性及寿命的计算。

2.机械手的的抓取力计算，由于动力源由微型电机提供，机械手的机构必须有

自锁机构，电机断电后可持续抓取。

3.无人机承载力、续航能力的权衡和推重比的确定。

4.无人机悬停平衡和抓取重物过程保持平衡的位姿控制系统设计。

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2．准备情况（查阅过的文献资料及调研情况、现有设备、实验条件等）

（1）调研情况：

经查阅相关书籍资料并结合所学过的机械等相关知识，了解了带机械抓的无人

机发展、设计方法及相关规定，为设计作好准备。

在最近的一段视频中，研究团队展示了一种四旋翼式蜂鸟无人机俯冲向一个圆

柱并且使用一个机械抓抓取它飞走的情景。研究人员从老鹰获得灵感，他们相信俯

冲的无人机能够促使重量更轻、能耗更少的无人机出现，而且能够借助俯冲获得的

速度快速恢复高度。这种无人机非常轻，机身和抓爪总重量不足1公斤。

研究人员认为飞扑式无人机能够促使无人机在秘密行动中实现即刻静默，并且通

过减少盘旋时间来帮助提高执行任务的持久性。这种无人机也能够被用于速度和时

间紧迫的救援行动。研究团队最初制作了一种双叉形爪子，但是当这种抓爪连接到

无人机时的效果并不好，而且当速度超过1米每秒时就无法抓起一个球。

因此研究团队重新设计了抓爪，他们使用热塑性塑料创造了一个三指抓爪，外面

包裹的橡胶壳能够改善它的抓取能力。为了改善抓爪在更快速运动时抓取物体的能

力，研究人员将它连接到一个回旋臂上，它能够模拟老鹰在俯冲时收回爪子的动作，

来减少它与目标之间的相对速度。虽然无人机并不能和老鹰一样抓取，但是它已经

有所接近。通过进行少许的变动，研究人员能够使抓爪在提高三倍速度的情况下抓

取物体。

（2）可携载物体的无人机的现状与发展：

2013年6月，美国Matternet公司在海地和多米加共和国测试了无人机网络，

无人机能够携载2公斤物体飞行9.7公里。该公司希望建立一个庞大的国际无人机

运输网络和无人机配件全球供应系统，同时，还计划建立充电基站，使无人机可以

沿途降落进行充电。[7]

2013年9月，顺丰自主研发的用于派送快件的无人机完成了内部测试，在局部

地区试运行。这种无人机采用八旋翼，下设载物区，飞行高度约100米，内置导航

系统，工作人员预先