一种仿鸟爪子的抓取系统

1.本实用新型属于无人机抓取控制领域，具体而言，涉及一种仿鸟爪子的抓取系统。


背景技术：

2.目前国内外无人机在民用、军事等各领域逐渐得到广泛使用，而如今与无人机系统使用指数增长密切相关的是无人机的空中操作能力及续航能力，对无人机具备抓取性能提出了新要求。具体而言，一是无人机可以进行空中紧急小件物品的传输，不但可以平稳抓取物品，抓取机构尽可能轻量化；二是无人机可以灵活的在地面或树枝进行栖息，执行监视、侦察任务，节省能源消耗。
3.因为无人机有重要的有效载荷限制，尤其是无人机中的扑翼机，未来应用前景广阔，使用传统的驱动方法来执行操纵几乎是不可能的。因此一种结构简单、高效、柔顺、自适应、轻型驱动的抓取系统是当前研究的热点。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的就是针对现有问题的不足，提供一种仿鸟爪子的抓取系统，结构简单，重量轻、平稳抓取，适应性强。
5.为实现上述目的，本实用新型提供的方案是：一种仿鸟爪子的抓取系统，该抓取系统结构自上而下包括固定支座、腿部驱动结构及爪部结构，所述固定支座上方可与机身固定连接，下方与腿部连接；所述腿部驱动结构下方与爪部结构连接。
6.所述腿部驱动结构包括腿部、两个单向形状记忆合金弹簧、凯夫拉纤维丝固定座，两个单向形状记忆合金弹簧分别位于凯夫拉纤维丝固定座的上下两侧，上方记忆合金弹簧的顶部与腿部固定连接，底部与凯夫拉纤维丝固定座连接，下方记忆合金弹簧的顶部与凯夫拉纤维丝固定座固定连接，底部与腿部固定座连接，凯夫拉纤维丝缠绕固定在凯夫拉纤维丝固定座上；
7.所述爪部结构包括爪座、四个爪趾，正前方和正后方为长爪趾，左前方和右前方为短爪趾，爪趾包括指骨、指骨连接和指尖，长爪趾包括3个指骨、4个指骨连接和1个指尖，短爪趾包括2个指骨、3个指骨连接和1个指尖，在设计爪趾结构时，采用了模块化设计的思路，将指骨、指骨连接作为整体作为一个模块单元，指骨和指骨连接进行同轴铰接，产生相对自由转动；
8.凯夫拉纤维丝经通孔贯穿于整个仿鸟爪子的抓取系统，主要经过爪趾、爪座及凯夫拉纤维丝固定座，每个爪子进行抓取时由一对差动单向形状记忆合金弹簧驱动，初始爪子处于张开状态，凯夫拉纤维丝绷紧，上侧弹簧被拉伸，下侧弹簧处于压缩原状，根据记忆合金其特殊的记忆效应原理，将上侧弹簧通电加热温度升高到达马氏体相变温度55℃后，上侧弹簧逐渐收缩，而下侧弹簧在不通电状态下受力被拉伸，由此同步带动凯夫拉纤维丝产生相应的位移变形量，从而完成爪子的抓取动作。
9.优选地，记忆合金弹簧单侧末端钩住腿部固定连接，整体套在圆柱腿部，且记忆合
金弹簧直径与所设计腿部直径的偏差量考虑了弹簧拉伸直径会变小因素。
10.优选地，在记忆合金弹簧上设置了温度传感器，凯夫拉纤维丝固定座上设置了位移传感器，在爪座底部设置了压力传感器。
11.优选地，凯夫拉纤维丝耐高温，韧性大；腿部结构为木质材料，避免导电。
12.优选地，指骨连接为弹性元件，受力后产生变形，不受力后恢复形变。
13.优选地，两个单向记忆合金弹簧原长18mm，达到最大变形后长110mm,丝径为0.6mm，直径为4mm，重0.6g,相变温度为55℃。
14.本实用新型的有益效果主要表现在：整体结构设计简单，仿鸟爪设计为“前三后一”形状，利于抓取，爪趾采取模块化处理，加工制作容易；由形状记忆合金弹簧驱动，抓取时柔顺性好，驱动装置重量轻，减少负荷量；在整个抓取系统中由温度、位移、压力传感器检测的数据融合处理后对通电参数进行反馈控制，对于抓取不同物体具有一定的自适应性，以防物件的损坏，保持抓取系统的稳定性；此抓取系统可以安装于不同类型的无人机机体上，有效解决无人机的空中操作能力及续航能力，提高综合性能。
附图说明
15.图1是本实用新型整体结构示意图。
16.图2是本实用新型腿部驱动结构示意图。
17.图3是本实用爪部结构示意图。
18.图4是本实用新型抓取结构示意图。
19.图中：1-固定支座，2-腿部驱动结构，3-爪部结构，4-上方形状记忆合金弹簧，5-腿部，6-凯夫拉纤维丝固定座，7-下方形状记忆合金弹簧，8-爪座，9-指骨，10-指骨连接，11-指尖。
具体实施方式
20.为使本实用新型的上述目的、特征能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。
21.本实用新型提供了一种仿鸟爪子的抓取系统，如图1所示，自上而下包括固定支座1、腿部驱动结构2及爪部结构3，所述固定支座1上方可与无人机机身通过螺丝固定连接，也可嵌套在无人机机身的支撑架上，固定支座1下方与腿部通孔连接；所述腿部驱动结构2下方与爪部结构3通孔连接。
22.如图2所示，腿部驱动结构自上而下包括上方形状记忆合金弹簧4、腿部5、凯夫拉纤维丝固定座6、下方形状记忆合金弹簧7，所述上方形状记忆合金弹簧 4整体套在腿部5上，上端钩住固定在腿部5，下端钩住固定在凯夫拉纤维丝固定座6上；所述下方形状记忆合金弹簧7整体也套在腿部5上，上端钩住固定在凯夫拉纤维丝固定座6上，下端钩住固定在腿部5上；四根凯夫拉纤维丝缠绕固定在凯夫拉纤维丝固定座6表面的四个凸起柱上。
23.如图3所示，爪部结构包括爪座8、四个爪趾，正前方和正后方为长爪趾，左前方和右前方为短爪趾，爪趾包括指骨9、指骨连接10和指尖11，长爪趾包括3个指骨、4个指骨连接和1个指尖，短爪趾包括2个指骨、3个指骨连接和 1个指尖，在设计爪趾结构时，采用了模块
化设计的思路，将指骨、指骨连接整体作为一个模块单元，长爪趾包括3个模块单元，短爪趾包括2个模块单元；爪座8与爪趾进行内部同轴铰接，指骨9和指骨连接10、指尖11进行内部同轴铰接，彼此产生相对自由转动；爪部结构部件内部均设有通孔，爪座8内部为圆弧状通孔，凯夫拉纤维丝贯穿整个爪部结构。
24.本实用新型的控制方式如下：
25.如图4所示，在进行爪子抓取工作时，由一对差动单向形状记忆合金弹簧4 和7驱动，初始爪子处于张开状态，凯夫拉纤维丝绷紧，上方形状记忆合金弹簧 4被拉伸，下方形状记忆合金弹簧7处于压缩原状，根据记忆合金其特殊的记忆效应原理，由电源将上方形状记忆合金弹簧4通电加热温度升高到达相变温度55℃后，弹簧逐渐收缩，带动凯夫拉纤维丝固定座6上移，而下方形状记忆合金弹簧7在不通电状态下受力被拉伸，由此同步带动凯夫拉纤维丝固定座6上缠绕固定的凯夫拉纤维丝收紧，产生相应的位移变形量，各爪趾产生弯曲，完成抓取动作。
26.参考图1、图4，在进行爪子伸开工作时，与抓取正好相反，由电源将下方形状记忆合金弹簧7通电加热温度升高到达相变温度55℃后，弹簧逐渐收缩，带动凯夫拉纤维丝固定座6下移，而上方形状记忆合金弹簧4经冷却后在不通电状态下受力被拉伸，由此同步放松凯夫拉纤维丝固定座6上缠绕固定的凯夫拉纤维丝，产生相应的位移变形量，因指骨连接10弹性大，自我恢复形变，各爪趾逐渐伸开，完成伸开动作。
27.在整个抓取、伸开工作中由温度、位移、压力传感器检测的数据融合处理后对通电的关闭及电流大小等参数进行反馈控制，提高响应速度，保持抓取系统的稳定性。
28.本实用新型整体结构设计简单，仿鸟爪设计为“前三后一”形状，由形状记忆合金弹簧驱动，抓取时柔顺性好，驱动装置重量轻，对于抓取不同大小物体具有一定的自适应性；此抓取系统可以安装于不同类型的无人机机体上，可有效提高无人机的空中操作能力及续航能力。
29.本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。