本發(fā)明涉及機(jī)電一體化技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是機(jī)器人及遙控技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，摘取高空中的椰子或者懸崖上的珍貴中草藥這些危險(xiǎn)而高難度的動(dòng)作主要是依靠人工的作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，而對(duì)于一些城市公園公路綠化帶中的高空樹(shù)枝的修剪也主要是依靠升降機(jī)和人工修剪機(jī)去完成，這樣，操作者不僅勞動(dòng)強(qiáng)度比較大，而且存在了一定的人身危險(xiǎn)，修剪質(zhì)量也難以保證。鑒于以上情況，近年來(lái)，人們對(duì)修剪機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了許多改進(jìn)，出現(xiàn)了一些車載式修剪機(jī)，很好地改善了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。然而，基于傳統(tǒng)式修剪機(jī)和車載式修剪機(jī)存在的不足之處，本發(fā)明將提供一種用于修剪植物的空中智能機(jī)器人。

我們常說(shuō)的“無(wú)人機(jī)”是旋翼飛行機(jī)器人(又稱無(wú)人旋翼飛行器或無(wú)人直升機(jī))的簡(jiǎn)稱，目前的民用消費(fèi)的無(wú)人機(jī)大多數(shù)是以航拍娛樂(lè)為主，通常都是應(yīng)用在監(jiān)測(cè)方面，僅限于對(duì)目標(biāo)的“看”和“搜尋”，都是盡量躲避障礙而不與環(huán)境“接觸”。機(jī)械手臂是用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置，它能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，而無(wú)人機(jī)具有三維空間中機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、具備懸停能力等特點(diǎn)，可以代替人完成高危環(huán)境信息獲取與作業(yè)等任務(wù)。隨著旋翼無(wú)人機(jī)性能的大幅提升和實(shí)際任務(wù)需要的變化，有些情況需要旋翼機(jī)與環(huán)境進(jìn)行作用來(lái)完成一些操作性的任務(wù)，當(dāng)無(wú)人機(jī)與機(jī)械手臂二者的優(yōu)點(diǎn)起來(lái)，就成為了空中智能機(jī)器人，再加上特殊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，便可實(shí)現(xiàn)高空摘取或修剪植物的高難度動(dòng)作。如此高端的設(shè)備可使農(nóng)業(yè)、藥業(yè)、綠化環(huán)保業(yè)等獲得很大的便利。例如：摘取15-30米高的椰子，摘取高山懸崖上的中草藥，修剪去除高空中的枯損樹(shù)枝等等。

遙控技術(shù)是對(duì)受控對(duì)象進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制和監(jiān)測(cè)的技術(shù)。隨著遙控制技術(shù)的發(fā)展，遙控器在人們的生產(chǎn)生活中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本空中智能機(jī)器人采用遙控技術(shù)，很方便地實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)與機(jī)械手臂的控制利用，具有自動(dòng)化程度高、使用方便、勞動(dòng)強(qiáng)度低、工作效率高的特點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于修剪高空植物的空中智能機(jī)器人，主要由電力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和運(yùn)行機(jī)構(gòu)三大部分組成，電力系統(tǒng)分別安裝在運(yùn)行機(jī)構(gòu)和遙控器內(nèi)，控制系統(tǒng)包含安裝在運(yùn)行機(jī)構(gòu)上的控制電路以及遙控器，運(yùn)行機(jī)構(gòu)包括飛行機(jī)構(gòu)和修剪機(jī)構(gòu)，修剪機(jī)構(gòu)安裝在飛行機(jī)構(gòu)的底部。飛行機(jī)構(gòu)即無(wú)人旋翼飛行器，主要包括旋翼片(1)、上機(jī)蓋(2)、旋翼驅(qū)動(dòng)電機(jī)(3)、馬達(dá)座(4)、接收器(5)、充電口(6)、蓄電池(7)、下機(jī)殼(8)、飛行機(jī)構(gòu)單片機(jī)控制單元(9)以及各種接收信號(hào)的傳感器；修剪機(jī)構(gòu)即機(jī)械修剪手總成，是本發(fā)明的關(guān)鍵部分，它主要包含基座(10)、修剪機(jī)構(gòu)單片機(jī)控制單元(11)、支柱(12)、肩部(13)、大臂(14)、肘部(15)、小臂(16)、腕部(17)、修剪刀(18)。遙控器控制平臺(tái)主要包括電源指示燈(19)、液晶顯示屏(20)、電源開(kāi)關(guān)(21)、油門及轉(zhuǎn)向操縱桿(22)、油門及轉(zhuǎn)向微調(diào)鍵盤(23)、前后/左右操縱桿(24)、前進(jìn)后退微調(diào)鍵盤(25)、支柱回轉(zhuǎn)按鈕(26)、緊停按鈕(27)、肩擺動(dòng)按鈕(28)、飛行機(jī)構(gòu)控制切換按鈕(29)、大臂伸縮按鈕(30)、修剪機(jī)構(gòu)控制切換按鈕(31)、肘擺動(dòng)按鈕(32)、修剪刀閉合確定按鈕(33)、小臂回轉(zhuǎn)按鈕(34)。

所述的電力系統(tǒng)，分別安裝在運(yùn)行機(jī)構(gòu)和遙控器內(nèi)，運(yùn)行機(jī)構(gòu)的電源采用高壓高能蓄電池(7)，遙控器電源用5號(hào)高能堿性電池；飛行機(jī)構(gòu)由單片機(jī)單元(9)控制，遙控器與單片機(jī)(9)通過(guò)無(wú)線通訊聯(lián)系。

所述的用于修剪植物的空中智能機(jī)器人，修剪機(jī)構(gòu)基座(10)與支柱(12)連接，支柱(12)與肩部(13)連接，肩部(13)與肘部(15)之間用大臂(14)連接，肘部(15)與腕部(17)之間連接小臂(16)，腕部的末端安裝修剪刀(18)。

所述的用于修剪植物的空中智能機(jī)器人，修剪機(jī)構(gòu)由安裝在基座內(nèi)部的單片機(jī)(11)控制，單片機(jī)(11)控制肩部(13)、肘部(15)、腕部(17)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，控制大臂(14)的伸縮、升降、擺動(dòng)和小臂(16)的回轉(zhuǎn)、擺動(dòng)，并控制修剪刀(18)的開(kāi)閉狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)修剪功能。

本發(fā)明的工作原理是：

本空中智能機(jī)器人主要由電力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和運(yùn)行機(jī)構(gòu)三大部分組成。所述的控制系統(tǒng)包括以單片機(jī)控制單元為控制核心的系統(tǒng)、遙控器發(fā)射器和接收器。以單片機(jī)控制單元為控制核心的系統(tǒng)包括CPU、電源管理芯片、光電隔離部件、存儲(chǔ)器、驅(qū)動(dòng)模塊、飛行機(jī)構(gòu)中的傳感器以及分布在修剪機(jī)構(gòu)各個(gè)部位的位置傳感器，其中電源管理芯片是保證控制系統(tǒng)和CPU有穩(wěn)定的電源；光電隔離部件可以屏蔽干擾信號(hào)，防止強(qiáng)電干擾控制信號(hào)；飛行機(jī)構(gòu)中的傳感器以及分布在修剪機(jī)構(gòu)各個(gè)部位的傳感器是將各種運(yùn)行信號(hào)輸入到CPU；驅(qū)動(dòng)模塊是將CPU輸出的控制信號(hào)控制修剪機(jī)構(gòu)的修剪動(dòng)作，主要包括驅(qū)動(dòng)修剪刀(18)閉合的伺服電動(dòng)機(jī)；CPU是指揮中心，可以采用微處理器或單片機(jī)。遙控器的發(fā)射器安裝在遙控器內(nèi)，而接收器安裝在飛行機(jī)構(gòu)上，發(fā)射器是通過(guò)人手操作遙控器上的按鈕把指令發(fā)送給遙控器內(nèi)的單片機(jī)控制單元，遙控器內(nèi)的單片機(jī)控制單元再把信號(hào)輸送到無(wú)線發(fā)射器，無(wú)線發(fā)射器通過(guò)發(fā)射天線發(fā)送信號(hào)給無(wú)線接收器，接收器再把信號(hào)發(fā)給飛行機(jī)構(gòu)上的單片機(jī)控制單元(9)，飛行機(jī)構(gòu)單片機(jī)控制單元(9)將信號(hào)處理并進(jìn)一步發(fā)送給飛行機(jī)構(gòu)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)或者修剪機(jī)構(gòu)中的單片機(jī)控制單元(11)作下一步的運(yùn)算處理，直至修剪機(jī)構(gòu)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成動(dòng)作。

所述的運(yùn)行機(jī)構(gòu)的組成如圖1所示，由飛行機(jī)構(gòu)和修剪機(jī)構(gòu)兩大部分組成，飛行機(jī)構(gòu)與修剪機(jī)構(gòu)通過(guò)下機(jī)殼(8)與基座(10)相連，修剪機(jī)構(gòu)中的單片機(jī)控制單元(11)安裝在基座(10)內(nèi)部，基座(10)與支柱(12)連接，支柱(12)與肩部(13)連接，肩部(13)與肘部(15)之間連接大臂(14)，肘部(15)與腕部(17)之間連接小臂(16)，腕部(17)與末端的修剪刀(18)相連。修剪機(jī)構(gòu)單片機(jī)控制單元(11)控制肩部(13)、肘部(15)和腕部(17)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，控制臂部大臂(14)的伸縮、升降、擺動(dòng)和小臂(16)的回轉(zhuǎn)、擺動(dòng)，并控制修剪刀(18)的開(kāi)閉狀態(tài)，從而控制整個(gè)機(jī)械修剪手總成，用于完成最終的修剪任務(wù)。運(yùn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)機(jī)能符號(hào)圖如圖3所示，由遙控器控制飛行機(jī)構(gòu)的水平進(jìn)退(35)和豎直升降(36)，并由遙控器控制修剪機(jī)構(gòu)的支柱回轉(zhuǎn)(37)、肩擺動(dòng)(38)、大臂伸縮(39)、肘擺動(dòng)(40)、小臂回轉(zhuǎn)(41)、修剪刀閉合(42)。

附圖說(shuō)明

圖1為本空中智能機(jī)器人的組成圖，包括無(wú)人旋翼飛行器部分的旋翼片(1)、上機(jī)蓋(2)、旋翼驅(qū)動(dòng)電機(jī)(3)、馬達(dá)座(4)、接收器(5)、充電口(6)、蓄電池(7)、下機(jī)殼(8)、飛行機(jī)構(gòu)單片機(jī)控制單元(9)，以及修剪機(jī)構(gòu)部分的基座(10)、修剪機(jī)構(gòu)單片機(jī)控制單元(11)、支柱(12)、肩部(13)、大臂(14)、肘部(15)、小臂(16)、腕部(17)、修剪刀(18)。

圖2為本空中智能機(jī)器人的遙控器控制平面示意圖，包括電源指示燈(19)、顯示屏(20)、電源開(kāi)關(guān)(21)、油門及轉(zhuǎn)向操縱桿(22)、油門及轉(zhuǎn)向微調(diào)鍵盤(23)、前后/左右操縱桿(24)、前進(jìn)后退微調(diào)鍵盤(25)、支柱回轉(zhuǎn)按鈕(26)、緊停按鈕(27)、肩擺動(dòng)按鈕(28)、飛行機(jī)構(gòu)控制切換按鈕(29)、大臂伸縮按鈕(30)、修剪機(jī)構(gòu)控制切換按鈕(31)、肘擺動(dòng)按鈕(32)、修剪刀閉合確定按鈕(33)、小臂回轉(zhuǎn)按鈕(34)。

圖3為本空中智能機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)機(jī)能符號(hào)圖，包括水平進(jìn)退(35)、豎直升降(36)、支柱回轉(zhuǎn)(37)、肩擺動(dòng)(38)、大臂伸縮(39)、肘擺動(dòng)(40)、小臂回轉(zhuǎn)(41)、修剪刀閉合(42)。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例：

本發(fā)明裝置自動(dòng)化程度高，使用方便、靈活。本實(shí)施例主要由電力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和運(yùn)行機(jī)構(gòu)組成。圖1所示的蓄電池(7)采用我國(guó)深圳自行研制的無(wú)人機(jī)專用電池22.8V、22000mAh高電壓無(wú)人機(jī)電池，充電口(6)可用USB充電線連接后直接對(duì)飛行機(jī)構(gòu)充電。遙控器電源采用1.5V普通7號(hào)堿性電池。

圖2所示飛行機(jī)構(gòu)上的主控單片機(jī)控制單元(9)采用AT89C5的主控電路，修剪機(jī)構(gòu)中的單片機(jī)控制單元(11)選用C51系列芯片，遙控器中的單片機(jī)選用C51系列芯片。飛行機(jī)構(gòu)主體為圓形盤狀結(jié)構(gòu)，四個(gè)馬達(dá)座(4)和旋翼驅(qū)動(dòng)電機(jī)(3)對(duì)稱分布，旋翼驅(qū)動(dòng)電機(jī)(3)用螺釘固定于馬達(dá)座(4)上，旋翼片(1)依次固定在旋翼驅(qū)動(dòng)電機(jī)(3)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上。飛行機(jī)構(gòu)的下機(jī)殼(8)與修剪機(jī)構(gòu)的基座(10)相連從而使飛行機(jī)構(gòu)和修剪機(jī)構(gòu)連接起來(lái)，不使用時(shí)二者可以拆除分離放置。修剪機(jī)構(gòu)單片機(jī)控制單元(11)安裝在基座(10)內(nèi)部，基座(10)與支柱(12)連接，支柱(12)與肩部(13)連接，肩部(13)與肘部(15)之間連接大臂(14)，肘部(15)與腕部(17)之間連接小臂(16)，腕部(17)與末端的修剪刀(18)相連。飛行機(jī)構(gòu)上的接收器(5)接收遙控器的信號(hào)傳送給主控單片機(jī)控制單元(9)經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算處理，再發(fā)送指令給修剪機(jī)構(gòu)中的單片機(jī)控制單元(11)經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算處理，從而控制肩部(13)、肘部(15)和腕部(17)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，控制臂部大臂(14)的伸縮、升降、擺動(dòng)和小臂(16)的回轉(zhuǎn)、擺動(dòng)，并控制修剪刀(18)的開(kāi)閉狀態(tài)，從而用于完成最終的修剪任務(wù)。

圖2所示，按下圖2中的無(wú)人機(jī)控制切換按鈕(29)，遙控器中的油門及轉(zhuǎn)向操縱桿(22)、油門及轉(zhuǎn)向微調(diào)鍵盤(23)、前后/左右操縱桿(24)、前進(jìn)后退微調(diào)鍵盤(25)控制飛行機(jī)構(gòu)的水平進(jìn)退(35)和豎直升降(36)運(yùn)動(dòng)；按下修剪機(jī)構(gòu)控制切換按鈕(31)，再選擇按下支柱回轉(zhuǎn)按鈕(26)、肩擺動(dòng)按鈕(28)、大臂伸縮按鈕(30)、肘擺動(dòng)按鈕(32)、小臂回轉(zhuǎn)按鈕(34)，則油門及轉(zhuǎn)向操縱桿(22)、油門及轉(zhuǎn)向微調(diào)鍵盤(23)、前后/左右操縱桿(24)、前進(jìn)后退微調(diào)鍵盤(25)可以分別控制修剪機(jī)構(gòu)的支柱回轉(zhuǎn)(37)、肩擺動(dòng)(38)、大臂伸縮(39)、肘擺動(dòng)(40)、小臂回轉(zhuǎn)(41)；按下修剪刀閉合確定按鈕(33)，則修剪刀閉合(42)，完成一次修剪動(dòng)作。