帶機械爪的無人機設計與控制【全套含CAD圖紙、說明書】,全套含CAD圖紙、說明書,機械,無人機,設計,控制,全套,CAD,圖紙,說明書 編號： 　畢業(yè)設計開題報告 題 目： 帶機械抓的無人機 設計與控制 院 （系）： 機電工程學院 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 學生姓名： 學 號： 指導教師單位： 姓 名： 職 稱： 題目類型：¨理論研究 ¨實驗研究 t工程設計 ¨工程技術(shù)研究 ¨軟件開發(fā) 年3月1日 1．畢業(yè)設計的主要內(nèi)容、重點和難點等 主要內(nèi)容： 無人駕駛飛機簡稱“無人機”，英文縮寫為“UAV”，是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機。從技術(shù)角度定義可以分為：無人直升機、無人固定翼機、無人多旋翼飛行器、無人飛艇、無人傘翼機等。 無人機按應用領域，可分為軍用與民用。軍用方面，無人機分為偵察機和靶機。 無人機+行業(yè)應用，是無人機真正的剛需；目前在航拍、農(nóng)業(yè)植保、測繪、運輸?shù)阮I域的應用，大大的拓展了無人機本身的用途。 本次設計主要針對無人機在抓取、運輸領域的應用和擴展。 本課題設計的主要內(nèi)容包括： 1.設計無人機的機械爪； 2.設計無人機與機械抓的連接部分結(jié)構(gòu)； 3.給出帶機械爪無人機的控制方法。 二、畢業(yè)設計（論文）的要求與數(shù)據(jù): 1.要求設計的機械爪能夠在無人機懸停過程中抓取地面或是水面的物體； 2.要求給出適當?shù)目刂品椒ūＷC無人機能順利抓取物體后返回指定地點； 3.成果中設計的專用件結(jié)構(gòu)、配合滿足標準化要求，選購的電氣件、通用件、標準件等皆符合相關國家標準、行業(yè)標準要求； 4.提交的所有圖紙應表達方式簡潔，尺寸標注完整、清晰、規(guī)范。 三、 本畢業(yè)設計重點和難點 重點： 1.制定機械手的抓取方式和連接部分結(jié)構(gòu)總體設計方案； 2.制定旋翼無人機的框架和機械抓固定座的設計方案； 3.設計可收放的起落架，防止飛行時起落架阻礙機械抓的抓??； 4.設計無人機重心自動平衡校正系統(tǒng)、防抓取過載保護系統(tǒng)和無人機自動導航識別系統(tǒng)。 難點： 1.旋翼無人機機架結(jié)構(gòu)、旋翼電機的支撐結(jié)構(gòu)、起落架的收放結(jié)構(gòu)及機械手結(jié)構(gòu)強度可靠性及壽命的計算。 2.機械手的的抓取力計算，由于動力源由微型電機提供，機械手的機構(gòu)必須有自鎖機構(gòu)，電機斷電后可持續(xù)抓取。 3.無人機承載力、續(xù)航能力的權(quán)衡和推重比的確定。 4.無人機懸停平衡和抓取重物過程保持平衡的位姿控制系統(tǒng)設計。 2．準備情況（查閱過的文獻資料及調(diào)研情況、現(xiàn)有設備、實驗條件等） （1）調(diào)研情況： 經(jīng)查閱相關書籍資料并結(jié)合所學過的機械等相關知識，了解了帶機械抓的無人機發(fā)展、設計方法及相關規(guī)定，為設計作好準備。 在最近的一段視頻中，研究團隊展示了一種四旋翼式蜂鳥無人機俯沖向一個圓柱并且使用一個機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能夠促使重量更輕、能耗更少的無人機出現(xiàn)，而且能夠借助俯沖獲得的速度快速恢復高度。這種無人機非常輕，機身和抓爪總重量不足1公斤。 研究人員認為飛撲式無人機能夠促使無人機在秘密行動中實現(xiàn)即刻靜默，并且通過減少盤旋時間來幫助提高執(zhí)行任務的持久性。這種無人機也能夠被用于速度和時間緊迫的救援行動。研究團隊最初制作了一種雙叉形爪子，但是當這種抓爪連接到無人機時的效果并不好，而且當速度超過1米每秒時就無法抓起一個球。 因此研究團隊重新設計了抓爪，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，來減少它與目標之間的相對速度。雖然無人機并不能和老鷹一樣抓取，但是它已經(jīng)有所接近。通過進行少許的變動，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網(wǎng)絡，無人機能夠攜載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運輸網(wǎng)絡和無人機配件全球供應系統(tǒng)，同時，還計劃建立充電基站，使無人機可以沿途降落進行充電。[7] 2013年9月，順豐自主研發(fā)的用于派送快件的無人機完成了內(nèi)部測試，在局部地區(qū)試運行。這種無人機采用八旋翼，下設載物區(qū)，飛行高度約100米，內(nèi)置導航系統(tǒng)，工作人員預先設置目的地和路線，無人機將自動到達目的地，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“的無人機快遞項目，通過使用8槳遙控無人機實現(xiàn)鞋盒包裝以下大小貨物的配送，所有訂單從發(fā)貨開始預計會在30分鐘內(nèi)送達1.6公里范圍內(nèi)的客戶手中。與此同時，UPS也在試驗類似的無人機設備。[9] 2014年10月，DHL宣布將在德國實現(xiàn)無人機送貨。該公司的四旋翼無人機可運載1.2公斤的貨物，飛行時間可達45分鐘，時速最高可達65千米，但該無人機并非完全脫離人力，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)域開展的無人機快遞實驗。該螺旋槳驅(qū)動無人機的型號為黑白機身，占地約0.25平方米。[11] 參考文獻? [1]Rogelio Lozano著.陳自力.江濤等譯 .無人機——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.小型無人直升機線性與非線性控制[M]國防工業(yè)出版社.2014. [3]《工業(yè)機械手》編寫組.工業(yè)機械手上下冊[M]上?？茖W技術(shù)出版社.1982. [4]王偉.宋延華.馬浩.旋翼無人機系統(tǒng)[J]控制工程.2015:（2）.205-212. [5]代君蘭.基于CAN總線控制系統(tǒng)的抓物機械手設計[J]機械設計與制造.2011:（10）.91-93. [6]張楠.何玉成.王南.操作機器人機械手爪的設計研究及應用[J]機械設計.2013:(03).27-30. [7]無人機自動快遞[J]資訊_銳科技.2013:(14).32. [8]熊元.無人機新玩法[J]科技.2014:(7).64-65. [9]亞馬遜5年內(nèi)使用無人機送快遞:30min送達[J]可靠性與環(huán)境適應性標準信息與行業(yè)動態(tài).2013:(S1).337. [10]DHL“搶跑”無人機送貨[J]商業(yè)視窗.201:(12).18. [11]黃澤滿.劉勇.周星.陳天偉.梁毅東.民用無人機應用發(fā)展概述[J]學技術(shù)與設計.201:（24）.36-38. [12]譚建豪.王耀南.王媛媛.張藝巍.王楚.陳謝沅澧.旋翼飛行機器人研究進展[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、測試、試制加工所需主要儀器設備及條件 計算機一臺、CAD軟件以及相關三維繪圖軟件Solidworks2012等。 3、實施方案、進度實施計劃及預期提交的畢業(yè)設計資料 實施方案： 查閱資料，選擇最優(yōu)方案。確定機械爪的材料，抓取力，驅(qū)動力矩，強度，大概尺寸等參數(shù)，根據(jù)設計方案、原理開始設計機械爪的機構(gòu)，固定方式，繪制草圖，校驗后繪制正式圖紙。根據(jù)設計方案設計無人機的框架，其中包括：機械抓的固定座、旋翼電機固定座、起落架安裝結(jié)構(gòu)、傳感器和電路板的安裝座。確定無人機框架的材料，計算無人機框架的結(jié)構(gòu)強度、抗摔力、壽命等參數(shù)，繪制草圖，校驗后繪制正式圖紙。設計無人機的收放起落架。根據(jù)要求，確定無人機的推重比，速度，升力，續(xù)航時間，選擇旋翼電機和電池。設計無人機重心自動平衡校正系統(tǒng)、防抓取過載保護系統(tǒng)和無人機自動導航識別系統(tǒng)，繪制系統(tǒng)框圖和電路原理圖。繪制整機裝配圖，撰寫設計說明書，核查相應的圖紙設計、畢業(yè)設計論文格式。 進度計劃： (1）2015.12—2015.01所選擇的課題進行調(diào)研、查閱資料、方案設計。 (2）2015。01—2016.02查閱資料，明確設計目的，完成開題報告，收集與課題相關的資料及參考文獻，確定畢業(yè)設計的設計大致方案。 (3）2016.03—2016.04完善并確定最初方案，制定無人機框架和機械抓總體設計方案。 (4）2016.04—2016.05根據(jù)設計要求，設計好旋翼無人機機架結(jié)構(gòu)、旋翼電機的支撐結(jié)構(gòu)、起落架的收放結(jié)構(gòu)及機械手結(jié)構(gòu)；完成各個結(jié)構(gòu)的強度校驗和壽命計算；完成機械抓的抓取力計算，選擇機械抓的驅(qū)動電機；估算整機重量，確定無人機的推重比，選擇無人機的驅(qū)動電機；根據(jù)續(xù)航要求，選擇無人機的配套電池。畫出其裝置的總裝配圖，及相關的零件，并表述裝置的工作原理過程。進行畢業(yè)論文（設計）初稿。 (5）2016.05—2016.06確定無人機重心自動平衡校正系統(tǒng)、防抓取載保護系統(tǒng)和無人機自動導航識別系統(tǒng)方案；根據(jù)設計方案，選擇控芯片，無線傳輸芯片，傳感器和導航芯片等；連接電路，編寫控制程序，最后進行調(diào)試和檢驗。 (6）2016.06—2016.06根據(jù)指導教師意見進行修改，并最后定稿，并且完成計算機繪制圖和外文翻譯。核查相應的圖紙設計、畢業(yè)設計論文格式。 (7）2016.06—2016.07完成畢業(yè)設計，提交論文。 預期提交： 1、帶機械抓的無人機設計說明書； 2、英文資料翻譯（附英文原文）； 3、CAD繪制二維帶機械手的無人機裝配圖、零件圖及控制系統(tǒng)原理圖。 指導教師意見 指導教師（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