摘 要从90年代第一架微型无人机问世以来，微型无人机经历了20几年的快速开展，微型无人机在航拍、农业植保、测绘、运输、军事侦查等领域的得到了广泛的应用，大大的拓展了无人机本身的用途近年来无人机快递更是在新闻媒体上屡屡现身，微型无人机的负载从开始的几十克开展到现在的几千克，其运输能力获得了几十倍的增长得益于无人机的快速开展，本文设计了一种带机械爪的四旋翼无人机，其机械爪具有两个自由度〔张夹和摆动〕，通过无人机的偏航运动，实现机械爪的第三个自由度〔旋转〕本文设计的机械手爪由单电机驱动具有两根手指和6个指节该手爪由电机驱动一根拉杆支架，其端局部别连接第一指节的动力杆；每个手指有3个指节，第一指节与第二指节与平行四边形连杆连接，确保第三指节做平移运动；每个手指第二指节具有延伸的圆弧滑槽，当第指节支点随第一指节运动时，经过特别设计的圆弧滑槽在固定支点滑动，可使第三指节的运动速度与电机转速程线性比例关系运动该机械爪能够对液体和泥沙进行取样，并且能抓取方形，圆柱形，球体及不规那么形状的物体最大抓取重量为500g，抓取物体最大尺寸100mm左右第三指节的夹紧力在夹紧过程中逐渐减小，有利于夹持易碎易变形的物体。
机械爪通过减震柔性机构与无人机连接，保证机械爪在夹持物体时无人机能够自主悬停，稳定的夹持重物无人机配备导航模块，可在夹持任务完成时自主返回，大大减少操控者的工作强度本文设计的无人机可用于危险环境中的样品采集、侦查和小件物品的递送，大大扩展了无人机本身的用途关键词：机械爪；无人机；自主悬停全套图纸加153893706Abstract Since the 1990s, the advent of the first aircraft MAV, MAV has experienced 20 years of rapid development, MAV aerial, agricultural plant protection, mapping, transportation, military reconnaissance and other fields has been widely used greatly expanded the use of drone itself. In recent years, MAV Express is often appeared in the news media, MAV load of a few kilograms up to now, its transport capacity to obtain a few times increased from tens of grams development began. Thanks to the rapid development of MAVs, design one kind of quad-rotor UAV with a mechanical claw, mechanical claw having two degrees of freedom (open/clip and swing), via yaw movement UAV achieve the third degree of freedom mechanical claw (rotation). This design of the gripper driven by a single motor having two fingers and six knuckles. This gripper driven by a motor a rod holder, whose ends are respectively connected to the first knuckle of the power lever; each finger has three knuckles, knuckles and the first and second knuckle parallelogram linkage connected to ensure the third knuckle do translational motion; the second knuckle of each finger having a circular arc chute extending means savings when the first point with the first knuckle movement, through a specially designed arc chute slide in fixed fulcrum, can so that the moving speed of the third knuckle linearly proportional to the movement speed of the motor drive. The mechanical claw capable of liquid and sediment sampling, and can crawl square, cylindrical, spherical and irregular shaped objects.Crawl maximum weight of 500g, the maximum size of objects to crawl around 100mm. Third knuckle clamping force gradually decreases during clamping, gripping favor fragile and deformable objects. Mechanical claw connected by a flexible shock absorbing mechanism and MAV to ensure mechanical clamping jaws when the object hovering drone capable of autonomous, stable holding weights. UAV is equipped with navigation module, autonomously return when gripping task is completed, greatly reducing the intensity of the work of the manipulators. This design can be used in hazardous environments UAV sample collection, detection and delivery of small items, and greatly expanded the use of unmanned aircraft itself.Key words：Manipulator;UVA;Autonomous hover目 录引 言 11 机械爪的设计方案 21.1 机械爪的设计要求和功能 2设计要求 2功能 21.2 常见机械臂末端执行器结构： 21.3 方案比照分析和确定 3单电机驱动二指平动手爪方案 3单电机驱动多指关节机械手爪方案 4方案分析 42 机械爪的结构设计 52.1 机械爪的结构分析 52.2 机械爪的尺寸参数分析 6滑槽参数计算 82.3 机械爪的受力分析 9指节末端吸盘的受力分析 123 机械爪夹紧驱动机构的选型 123.1 滚珠丝杠螺母副的选型 12滚珠丝杠副的型号参数 12滚珠丝杠副的质量估算 133.2 电机扭矩和转速的计算 13电机扭矩的计算 13电机转速的计算 143.3 驱动电机的选型 14驱动电机的比照分析 14确定驱动电机型号 153.4 丝杠电机连接结构的方式 163.5 驱动机构的校核 164 机械爪的材料选型和强度计算 174.1 机械爪的材料选型 174.2 机械爪主要零件的强度校核 195 机械臂的设计 215.1 机械臂的设计方案 215.2 机械爪的重量计算 215.3 机械臂驱动电机的选型 225.4 机械臂的强度校核 23 246 无人机的设计 246.1 无人机的设计方案与工作原理 246.2 无人机结构设计 266.3 无人机材料选型 266.4 四旋翼无人机驱动电机和螺旋桨选型 266.5 无人飞行参数计算 277 带机械爪的无人机的控制设计 287.1 无人机和机械手控制方案设计 287.2 控制系统硬件选型 297.4 四旋翼无人机程序设计 318 结论 32谢 辞 33参考文献 34引言 无人驾驶飞机简称“无人机〞，英文缩写为“UAV〞，是利用无线电遥控和无线通讯设备进行操控或自控飞行的无人驾驶飞行器。
从无人机的结构形式和飞行原理可分为：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 无人机按使用领域，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在民用方面，目前主要应用在在航拍、农业植保、测绘、运输等领域的使用，大大的拓展了无人机本身的用途2021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[[] 无人机自动快递[J]资讯锐科技．2021:(14)．32．]〞“2021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[[] 熊元．无人机新玩法[J]科技．2021(7)．64-65．]〞“ 2021年10月，DHL宣布将在德国实现无人机送货该公司的四旋翼无人机可负载大约1.2公斤的货物[[] DHL“抢跑〞无人机送货[J]商业视窗.2021.(12).．8．]〞在最近的一段视频中，某研究团队研发了一种向老鹰一样装有机械爪的四旋翼无人机，该无人机从空中俯冲到与地面成一定距离的时候，快速抓取地面上的物体研究人员从老鹰身上获得灵感，他们相信通过改进无人机和机械手爪的材料和增强无人机的结构强度，可使该无人机变得更轻巧更快速，而且能够借助俯冲获得的速度快速恢复高度。
随着无人机的开展，无人机变的越来越智能化，重量轻负载大，可实现自动控制，由此引申出了各种功能的无人机本文介绍了一种多功能带机械爪的无人机的，实际上它相当于一个飞行器人，是一种能在恶劣环境中代替人类工作的一种新方法它不仅能提高无人机的抓取能力，还能巧妙实现与无人机的协同工作，充分利用无人机工作的原理和方法来实现复杂设计该无人机通过于机械手的相互协调工作，可完成各种物体的抓取任务，并自动返航本文包括了机械爪的建模与工作原理，还包括力学分析和控制设计过程，以及无人机框架的设计和无人机控制系统的设计 1 机械爪的设计方案1.1 机械爪的设计要求和功能1.1.1设计要求： 机械爪能巧妙的与无人机协同完成抓取工作，充分利用无人机飞行能力，在各种难以到达的环境中完成抓取任务，并能在无人机飞行时的不稳定环境中牢牢抓住物体，顺利返航机械爪的结构必须简单轻型化，防止较大的质量和复杂的结构，减少机械爪惯性力对无人机的影响机械爪控制电路简单可靠，在不影响功能的情况下尽量减少驱动电机的数量，并在无动力的情况下能够自锁，做到到低功耗，高效率，为无人机的续航创造条件1.1.2功能： 。