一種多用途超長柔性空中機械臂作業系統的製作方法
2023-09-22 03:45:35 1
本發明涉及機械臂應用領域，尤其涉及一種可應用於戶外環境，當需要在半徑50米以上的較大區域和空間範圍進行作業，可以自由柔性伸縮，進行長時間不間斷作業的空中機械臂作業系統。
背景技術：
目前，在涉及園林、農業植保、監測環保、消防巡檢、維護維修等應用領域需要一種超大臂展，柔性伸縮的機械臂來替代人工完成困難繁重、有害危險的作業任務。現有的機械臂作業半徑較小，尤其是在戶外環境作業，當作業半徑範圍需要50米以上的時候，現有各類機械臂技術途徑中，尚無可行的解決方案。因此需要一種新的技術方案，來解決當作業半徑範圍超過50米時的工程作業問題。
技術實現要素：
為了克服現有技術方案中存在的不足，本發明提供了一種通過單元組合、便捷靈活、可擴展性好、機動性強、操控方便、能夠長時間工作，同時實現伸縮和各向彎曲運動的多用途超長柔性空中機械臂作業系統。
本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種多用途超長柔性空中機械臂作業系統，它由以下三個主要部分組成：節點單元、工作載荷和地面支持單元。節點單元帶有旋翼，可按指令運動飛行。一個或多個帶旋翼的節點單元作為基本單元，通過柔性工作線纜互相串聯構成機械臂主體結構，機械臂的首端通過柔性工作線纜與地面支持單元相連接，末端的節點單元掛載工作載荷成為終端作業單元。
進一步地，所述節點單元既可以是單旋翼結構，也可以是多旋翼結構。
進一步地，所述節點單元包括機體、旋翼、飛行電機模塊、柔性工作線纜接口模塊、飛行控制器、電源模塊、線纜收放器模塊；所述線纜收放器模塊內部裝有可以自由收放伸縮的柔性工作線纜，柔性工作線纜一端與柔性工作線纜接口模塊相連，另一端通過線纜接頭與另一節點單元的柔性工作線纜接口模塊或地面支持單元相連；所述飛行電機模塊與飛行控制器相連；所述柔性工作線纜接口模塊與飛行控制器及電源模塊相連；所述飛行控制器與電源模塊相連。
進一步地，終端作業單元以外的任意節點單元均可掛載工作載荷成為輔助作業單元。
進一步地，所述工作載荷選自各類機械手、塗布設備、噴灑設備、遙感測繪設備、光學傳感設備、切割設備、各類管線。
進一步地，所述地面支持單元包括電源或發電機。
進一步地，所述地面支持單元還包括輔助的管道收放器模塊、氣罐、汽罐、液罐、高壓泵，通過柔性管道連接工作載荷。
進一步地，所述地面支持單元為機械臂和工作載荷供電，並提供汽、氣、液、粉末等作業原料的支持和作業動力支持，並可與機械臂、工作載荷之間發送、接收數據信號。
本發明的有益效果是：本發明提供的一種多用途超長柔性空中機械臂作業系統，由一個或多個帶旋翼的節點單元作為基本單元，通過柔性工作線纜互相串聯構成機械臂主體結構，機械臂的首端通過柔性工作線纜與地面支持單元相連接，末端的節點單元掛載工作載荷成為終端作業單元。本發明系統既可以自由組合使系統具有良好的可擴展性，又可以使系統具有超大作業半徑，尤其適合在大空間範圍的戶外環境進行長時間作業。
附圖說明
圖1是一種多用途超長柔性空中機械臂作業系統側視示意圖；
圖2是一種多用途超長柔性空中機械臂作業系統俯視示意圖；
圖3是一種多旋翼結構的節點單元示意圖；
圖4是一種單旋翼結構的節點單元示意圖；
圖5是一種多用途超長柔性空中機械臂作業系統應用側視示意圖；
圖6是一種多用途超長柔性空中機械臂作業系統應用俯視示意圖；
圖中，節點單元1、工作載荷2、地面支持單元3、終端作業單元4、柔性工作線纜5、線纜收放器模塊6、電源模塊7、柔性工作線纜接口模塊8、萬向滑輪9、柔性管道10、管道收放器模塊11、地面動力及數據單元模塊12、作業液罐13、飛行電機模塊14、線纜接頭15。
具體實施方式
下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步詳細說明，但本發明的實施方式不限於此。
如圖1、2所示，本發明提供的一種多用途超長柔性空中機械臂作業系統，它由以下三個主要部分組成：節點單元1、工作載荷2和地面支持單元3。節點單元1帶有旋翼，可按指令運動飛行。一個或多個帶旋翼的節點單元1作為基本單元，通過柔性工作線纜5互相串聯構成機械臂主體結構，機械臂的首端通過柔性工作線纜5與地面支持單元3相連接，末端的節點單元掛載工作載荷2成為終端作業單元4，終端作業單元4負責完成具體的作業任務。
如圖3、4所示，所述節點單元1既可以是單旋翼結構，也可以是多旋翼結構。
如圖3、4所示，所述節點單元1可採用以下結構：包括機體、旋翼、飛行電機模塊14、柔性工作線纜接口模塊8、飛行控制器、電源模塊7、線纜收放器模塊6；所述線纜收放器模塊6內部裝有可以自由收放伸縮的柔性工作線纜5，柔性工作線纜5一端與柔性工作線纜接口模塊8相連，另一端通過線纜接頭15與另一節點單元1的柔性工作線纜接口模塊8或地面支持單元3相連；所述飛行電機模塊14與飛行控制器相連；所述柔性工作線纜接口模塊8與飛行控制器及電源模塊7相連；所述飛行控制器與電源模塊7相連。其中，柔性工作線纜5中可以包含動力電纜、加強筋、保護層，還可以包含有數據電纜、光纖等，保護層在柔性工作線纜5最外層，柔性工作線纜5通過線纜收放器模塊6收放伸縮。
進一步地，終端作業單元以外的任意節點單元均可掛載工作載荷成為輔助作業單元。
所述工作載荷可根據作業任務的需要加以選擇，作為終端作業單元時，常採用各類機械手、塗布設備、噴灑設備、遙感測繪設備、光學傳感設備、切割設備等，所述工作載荷作為輔助作業單元時，常採用遙感測繪設備、光學傳感設備、各類管線等。
所述地面支持單元包括電源或發電機，通過柔性工作線纜連接工作載荷，還可以包括輔助的管道收放器模塊、氣罐、汽罐、液罐、高壓泵，通過柔性管道連接工作載荷。所述地面支持單元為機械臂和工作載荷供電，並提供汽、氣、液、粉末等作業原料的支持和作業動力支持，並可與機械臂、工作載荷之間發送、接收數據信號。
如圖5、6所示，為本發明的一種具體實施方式，用於農藥噴灑，通過以下技術方案予以實現：一種多用途超長柔性空中機械臂作業系統，包括兩個節點單元1，兩個節點單元1通過柔性工作線纜5互相串聯構成機械臂主體結構，機械臂首端的節點單元1下設萬向滑輪9掛載柔性管道10，機械臂末端的節點單元1搭載的工作載荷為農藥噴杆，機械臂末端的節點單元1與工作載荷共同構成終端作業單元4，以完成農藥噴灑作業任務。節點單元1均為多旋翼結構。機械臂首端的節點單元1通過柔性工作線纜5和柔性管道10與地面支持單元3相連接。作業液罐13中的農藥，通過管道收放器模塊11經柔性管道10送到農藥噴杆上，實施噴灑作業。地面動力及數據單元模塊12通過柔性工作線纜5向機械臂各節點單元1供電。
本發明提供的一種多用途超長柔性空中機械臂作業系統，具體實施該發明的技術方案很多，以上所述實施例僅是本發明的優選實施方式之一。應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術方案的前提下，還可以做出若干改進和修飾，這些改進和修飾也應視為本發明的保護範圍，本實施例中未明確的各組成部分均可用現有技術加以實現。