一种用于小型无人机的快速软抓取装置

1.本发明属于无人机快速抓取技术领域，涉及一种适用于小型无人机的快速、柔顺抓取目标的被动触发软抓手。

背景技术：

2.无人机在执行小型物体抓取、转运方面已显现出独特优势。目前常见的适用于旋翼无人机的抓取装置多为机械抓手，需采用电机、齿轮等零部件，体积、重量较大，抓持力较大，在被抓物体相对柔软、脆弱时易造成损坏。若机械手作动缓慢，则要求无人机在机械手操作期间保持悬停，作业时间长，且对无人机操控水平提出了严苛要求。
3.针对上述问题，可采用软抓手执行对轻小目标抓取任务。软抓手属于软体机器人领域，主要由硅胶等软体材料制成，具有灵活、柔顺、安全、人机交互性能好等特点，在抓取柔软对象方面具有优势，软体材料复杂而丰富的力学特性也为软抓手的设计和控制提供了多种可能。但目前的软抓手存在驱动设备复杂、抓取响应慢等不足。
4.利用软材料可发生大变形的特点，可制成具有双稳态性质的软抓手，以实现无主动力驱动下的被动抓取，并兼顾缓冲、保护的功能。双稳态结构是一种在其运动空间中具有两个静力学平衡状态的结构(打开和闭合状态下都不需要外界能量输入保持构型稳定)，它具有两个系统势能极小值点，对应于结构的两个稳定位置，此时无需外部能量输入，结构即可保持稳定状态。当双稳态结构受到外界能量输入，超过某一能量势垒后，可从一个势能极小点跃变到另一势能极小点，发生稳态跳跃现象。双稳态结构的稳态跳跃过程是在外界能量输入下发生的，具有被动触发的特点，且这一跳跃过程非常迅速。由于一般的双稳态结构的触发能量势垒都不能调整，很难同时满足对动能差异较大的不同目标的抓取要求，难以兼顾实现被动抓取和碰撞缓冲这两方面性能。
5.基于这种思想，发明专利202110632583.x申请了一种能量势垒可调的双稳态被动触发软抓手，但该发明没有解决软抓手抓取物体后如何自动释放物体，以便重复进行抓取作业的问题，其能量势垒的调节也依赖于人的手动操作，自动化程度低，不能连续作业。为了将其应用于无人机平台上，更加自动化地执行连续多次目标抓取、转运任务，应设计新的作动机构。

技术实现要素：

6.本发明主要目的是提供一种用于小型无人机的快速软抓取装置，基于被动触发双稳态软抓手实现无人机快速目标抓取、自动释放和性能调节。本发明具有能耗低、快速抓取的优点，能够根据无人机飞行速度、目标物体质量和运动速度调节软抓手的触发能量势垒，避免因碰撞造成损伤，兼顾目标保护和碰撞缓冲性能；同时，本发明还兼有重量轻、操纵简单等优点。
7.本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
8.本发明公开的一种用于小型无人机的快速软抓取装置，主要由无人机平台搭载软
抓取装置组成。软抓取装置的部件包括：软抓持器、安装底座、连杆、a1操纵舵机、a2操纵舵机、a3操纵舵机、a4操纵舵机、b操纵舵机、c操纵舵机、电源和控制器。所述软抓持器边缘搭接在安装底座的上端端部、中心与连杆的上端固连；所述安装底座吊挂固定于无人机平台下方；所述连杆顶端竖直插在安装底座顶端设置的通道内，且连杆底端设有凸缘；b操纵舵机安装在安装底座内侧顶端，摇臂对连杆向下移动限位，起到对软抓持器的预位移调节功能；软抓持器在无人机平台与目标物体的相对运动冲击作用下能够推动连杆向上滑动并完成目标物体的抓持；c操纵舵机安装在安装底座内侧底端，摇臂对连杆向上移动限位，在操纵软抓持器重复打开、释放被抓去物体的过程中推动连杆向下运动；a1操纵舵机、a2操纵舵机、a3操纵舵机、a4操纵舵机安装在安装底座外侧顶端，摇臂通过系绳与软抓持器爪部末端连接，在操纵软抓持器重复打开、释放被抓去物体的过程中牵拉软抓持器爪部末端向上运动。
9.作为优选，所述无人机平台下方搭载以软抓持器为核心的软抓取装置。该软抓取装置具有打开与闭合两个稳定构型，在所述安装底座和连杆的约束、限位下，软抓取装置由打开构型发生特定变形后，达到失稳临界构型，随后能够自动地发生稳态跳跃变形至闭合构型。在无人机平台飞临目标物体上方后垂直下降，使软抓持器与目标物体接触，由于软抓持器材质较目标物体而言十分柔软，因此软抓持器将适应物体的外形而发生变形，变形达到失稳临界后由打开状态迅速自动闭合，实现对目标物体的快速抓取，无人机平台无需在目标物体上方长时间悬停，能够快速飞离。软抓持器由打开构型变形至失稳临界构型，需要外界输入能量eb，同时软抓持器的中心区域沿轴向发生位移xc，随后能够自动跳跃至闭合构型，该部分能量eb称为软抓持器的能量势垒，位移xc称为需用位移。能量势垒和需用位移越大，软抓持器实现被动抓取的灵敏度越低，而缓冲效果越好。在所述安装底座和连杆的约束、限位下，对打开状态下的软抓持器施加预定变形，使其中心区域沿轴向发生位移x0，软抓持器仍能保持打开状态，且此时变形到失稳临界构型、发生稳态跳跃的能量势垒eb和需用位移均xc有所减小。称位移x0为预位移，对同一软抓持器，在设定调节范围内，eb＝eb(x0),xc＝xc(x0)。改变预位移，即能够调节软抓持器的灵敏度。不同型号的无人机平台执行不同类型的任务，与目标物体相对靠近的速度和位置精度不同。在无人机与目标物体相对运动速度快、位置精度较低时，采用较大的xc和较小的x0，提高能量势垒，增加抓取过程中的缓冲、保护效果；在无人机与目标物体相对运动速度慢、位置精度较高时，采用较小的xc和较大的x0，降低能量势垒，提高抓取过程灵敏度，缩短抓取过程时间。
10.作为优选，所述无人机平台在软抓持器成功抓取目标物体后，在携带目标物体飞行至预定区域的过程中，软抓持器无需额外输入能量即能够保持自身的闭合状态；在飞行至预定区域后，通过遥控控制器发出操纵指令，控制a1操纵舵机、a2操纵舵机、a3操纵舵机、a4操纵舵机和c操纵舵机作动，使软抓持器自动打开，释放目标物体，完成目标物体的转运操作。
11.作为优选，通过遥控控制器发出操纵指令，控制b操纵舵机作动，使软抓持器在打开状态下自动调节预位移状态，从而调节软抓持器的能量势垒，以适应无人机平台的飞行控制精度。
12.作为优选，所述软抓持器包括环部和爪部；所述环部为圆环结构，爪部为两个以上软体材料形成的软条块交叉布置而成的结构，每个软条块的长度大于环部的直径，从而将
爪部的端部固定在环部上后，爪部的中心拱起。所述软抓持器在由闭合状态向打开状态转换时，爪部中心从向上拱起变为向下拱起，带动环部随之内外翻转，连杆向顶部移动设定距离后被b操纵舵机限位，从而储存设定的触发能量势垒。
13.作为优选，所述爪部由两个软条块垂直交叉布置而成。
14.作为优选，所述爪部与环部粘接。
15.作为优选，所述软抓持器的环部和爪部由硅胶浇筑制成。
16.作为优选，所述安装底座和连杆由abs塑料经熔融沉积成型后3d打印制备而成。
17.作为优选，所述安装底座的外侧顶端设计为台阶状的支撑环，所述软抓持器在打开状态下，环部搭接在所述支撑环上。
18.作为优选，所述安装底座外侧留有a1操纵舵机、a2操纵舵机、a3操纵舵机、a4操纵舵机的安装槽，内侧留有b操纵舵机和c操纵舵机的安装槽，侧面留有通孔，以供安装在内侧的b操纵舵机和c操纵舵机的控制线从内部穿出。
19.作为优选，所述电源和控制器安装在无人机平台上，a1操纵舵机、a2操纵舵机、a3操纵舵机、a4操纵舵机、b操纵舵机和c操纵舵机通过控制线与它们连接。
20.作为优选，所述a1操纵舵机、a2操纵舵机、a3操纵舵机、a4操纵舵机的摇臂末端通过线绳与爪部末端相连，当软抓持器处于打开状态时，a1操纵舵机、a2操纵舵机、a3操纵舵机、a4操纵舵机处于零位，线绳松弛；当软抓持器抓取目标后处于闭合状态时，a1操纵舵机、a2操纵舵机、a3操纵舵机、a4操纵舵机处于零位，线绳张紧，但不足以使软抓持器打开；当软抓持器由闭合状态转向打开状态时，分两个阶段：在第一阶段中，a1操纵舵机、a2操纵舵机、a3操纵舵机、a4操纵舵机受控制器控制，摇臂由零位摆动到工作位，通过始终张紧的线绳牵拉爪部末端向上移动；同时c操纵舵机受控制器控制，摇臂由零位摆动到工作位，推动连杆向下运动，进而推动爪部中心从向上拱起变为向下拱起，带动环部随之内外翻转，释放被抓取的目标物体。在第二阶段中，c操纵舵机受控制器控制，摇臂由工作位摆动到零位，并与连杆脱离接触；a1操纵舵机、a2操纵舵机、a3操纵舵机、a4操纵舵机受控制器控制，摇臂由工作位摆动到零位，线绳恢复松弛；软抓持器由于其双稳态特性，在打开的稳定状态保持稳定构型。
21.作为优选，当软抓持器处于打开状态时，b操纵舵机受控制器控制，摇臂能够由零位开始在预定角度范围内连续摆动，推动连杆向上运动预定距离，从而带动爪部的中心向上拱起，能够调节软抓持器打开状态下的预位移值，改变其被动触发抓取的灵敏度。当无人机平台的飞行速度较慢、位置精度较高时，使软抓持器采用较大的预位移值，以提高软抓持器被动抓取的灵敏度，节省抓取过程的时间；当无人机平台的飞行速度较快、位置精度较低时，能够使软抓持器采用较小的预位移值，或不设置预位移值，以提高软抓持器的缓冲、保护效果，以防止接触碰撞过程对目标物体造成损坏。
22.有益效果：
23.1、本发明公开的一种用于小型无人机的快速软抓取装置，安装在多旋翼小型无人机平台下，由软抓持器、安装底座、机械操纵装置、电源和控制器等部分组成。其中软抓持器利用其双稳态性质，在随无人机平台向下运动过程中，与目标物体发生接触、变形，发生稳态跳跃，自动抓取目标物体。在抓取过程中不需额外提供能量，在设定的目标物体尺寸和重量范围内，软抓持器捕获目标物体前后均无需外界能量输入即可保持构型稳定，节省能源。
24.2、本发明公开的一种用于小型无人机的快速软抓取装置，软抓持器和机械控制装置的具体设置，根据无人机与目标物体相对运动速度和位置精度调节软抓取装置的被动触发灵敏度，在无人机与目标物体相对运动速度快、位置精度较低时提高能量势垒，使软抓取装置缓冲、保护能力增强；在无人机与目标物体相对运动速度慢、位置精度较高时降低能量势垒，使软抓取装置更灵敏，抓取过程更快。在抓取过程中无需令无人机平台保持长时间悬停即能够完成抓取。相比于灵敏度不可调节的被动触发装置，能够根据无人机平台飞行状态在被动抓取灵敏度与缓冲、保护能力之间实现动态调节，在不同的相对运动速度下，既能确保抓取成功，又能获得更好的缓冲、保护效果。
25.3、本发明公开的一种用于小型无人机的快速软抓取装置，机械控制装置的具体设置，通过连杆、操纵舵机等装置实现对软抓持器的自动打开，可在完成抓取后自动释放被抓取物体，相比于需要手动打开的软抓持器，自动化程度更高，使无人机可实施多次目标抓取、转运任务。
26.4、本发明公开的一种用于小型无人机的快速软抓取装置，抓持器选用的软材料成本低廉、化学性质稳定、对人体无毒害作用；软抓持器制备条件简单，能耗小，成本低，加工方法和设备简单易操作；搭载软抓手的无人机平台可选用市售产品，通用性好。
附图说明
27.图1为本发明提供的一种应用于小型无人机的快速软抓取装置处于软抓持器打开状态的组合体示意图。其中，1-无人机平台，2-软抓取装置。
28.图2为本发明提供的软抓持器闭合状态下的快速软抓取装置的立体结构示意图。其中，3-软抓持器，4-安装底座，5-连杆，6-操纵舵机a1，7-操纵舵机a2，8-操纵舵机a3，12-电源，13-控制器。
29.图3为本发明中软抓持器打开状态下的快速软抓取装置立体结构剖视图。其中，3-软抓持器，4-安装底座，5-连杆，7-操纵舵机a2，9-操纵舵机a4，10-b操纵舵机，11-c操纵舵机，12-电源，13-控制器。
30.图4为本发明中软抓持器闭合状态的立体结构示意图。其中，14-环部，15-爪部。
31.图5为本发明中安装底座的立体结构示意图。
32.图6为本发明中连杆的立体结构示意图。
具体实施方式
33.下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
34.本实施例公开一种用于小型无人机的快速软抓取装置，能够应用于体积、载重小的无人机平台，兼顾被动触发性能和碰撞缓冲性能，可根据无人机运动速度调节软抓持器的触发能量势垒，在实现被动抓取的同时提高对无人机与物体的相对运动的缓冲能力，避免因碰撞造成损伤，对目标物体起保护作用，同时兼有作动迅速等优点。
35.如图1所示，本实施例公开一种用于小型无人机的快速软抓取装置，指安装于无人机平台1下方的软抓取装置2。
36.如图2所示，所述软抓取装置2包括：软抓持器3，安装底座4，连杆5，a1操纵舵机6、a2操纵舵机7、a3操纵舵机8，电源12，控制器13。如图3所示，该软抓取装置2还包括：a4操纵
舵机9，b操纵舵机10，c操纵舵机11。
37.如图4所示，所述软抓持器3由环部14和爪部15两部分组成。环部14为圆环结构，爪部15为两个以上软体材料硅橡胶形成的软条块交叉优选两个软条块垂直交叉布置而成的结构，每个软条块的长度大于环部14的直径，从而将爪部15的端部固定优选粘接在环部14上后，爪部15的中心拱起，使整个爪部15能够位于球面或椭球面上；其中，所述爪部15用于保证抓持器3具有双稳态性能，并直接接触被抓物体即为目标物体，提供抓持力；
38.如图5所示，所述安装底座4顶端设置有圆柱形通道，以供连杆5穿过；底端安装在无人机平台1机腹下方，外侧四周各设有一个舵机安装槽，以固定安装a1操纵舵机6、a2操纵舵机7、a3操纵舵机8、a4操纵舵机9；内侧顶端和底端各设有一个舵机安装槽，以固定安操纵舵机10和c操纵舵机11；侧面留有通孔，以供安装在内侧的b操纵舵机10和c操纵舵机11的控制线从内部穿出。
39.所述软抓持器3的环部14搭接在安装底座4顶端端部，爪部15中心拱起的部分位于安装底座4的中心线上、且与连杆5的顶端固定连接，连杆5穿过安装底座4的圆柱形通道，且底端端部设有凸缘如图5所示；a1操纵舵机6、a2操纵舵机7、a3操纵舵机8、a4操纵舵机9的摇臂末端与爪部15末端通过系绳相连；b操纵舵机10和c操纵舵机11的摇臂位于连杆5活动路径旁，可通过与连杆5底端端部的凸缘接触推动连杆5沿轴向平移。各操纵舵机可在控制器13的控制下驱动各自的摇臂转动。电源12为各操纵舵机和控制器13提供能源。
40.所述软抓持器3具有打开和闭合两种状态。打开状态为准备抓取目标物体时的状态，在与目标物体接触引起稳态跳跃后，自动转变为闭合状态，并抓持住目标物体。此后，当需要释放被抓物体、准备重新抓取新目标物体时，软抓持器3由闭合状态转换为打开状态的过程通过控制器13控制a1操纵舵机6、a2操纵舵机7、a3操纵舵机8、a4操纵舵机9、b操纵舵机10和c操纵舵机11按遥控信号和设定程序完成。
41.控制器13可存储预先设置好的两个工作程序，并在接收到操作者发出的遥控信号后执行相应程序。这两个工作程序分别为驱动软抓持器3由闭合状态重新打开的程序，和调节软抓持器3预位移值的程序。这两个程序分别对应一定的操纵舵机驱动指令。在驱动软抓持器3由闭合状态重新打开的程序中，当控制器13接收到操作者发出的遥控信号后，a1操纵舵机6、a2操纵舵机7、a3操纵舵机8、a4操纵舵机9的摇臂由零位摆动到工作位，通过张紧的线绳牵拉爪部15末端向上移动；同时c操纵舵机11的摇臂由零位摆动到工作位，通过推动连杆5底端凸缘使爪部15中心向下移动，从而使处于闭合状态的软抓持器3打开，并将被抓物体释放。随后，a1操纵舵机6、a2操纵舵机7、a3操纵舵机8、a4操纵舵机9和c操纵舵机11的摇臂由工作位摆动到零位，爪部15末端张紧的线绳恢复松弛，连杆5底端凸缘与c操纵舵机11的摇臂脱离接触。由于软抓持器3的双稳态特性，此时它在打开状态保持稳定。在调节软抓持器3预位移值的程序中，控制器13接收操作者发出的遥控信号，按给定信号控制b操纵舵机10的摇臂转动相应角度，通过推动连杆5底端凸缘使爪部15中心向上移动。在一定的范围内，软抓持器3仍能保持打开状态，但存储了更大的弹性应变能，使其被动抓取的灵敏度得以提升。完成上述操作控制后，各个操纵舵机不再消耗电能。
42.本实施例中，如图5所示，所述安装底座4的顶端设计为台阶状的支撑环，用于在软抓持器3打开状态下通过对环部14的支撑保持软抓持器3的稳定。
43.本实施例中，所述安装底座4、连杆5由abs塑料经熔融沉积成型后3d打印制备而
成。
44.本实施例中，所述软抓持器3的环部14和爪部15由硅胶浇筑制成。
45.本实例中，所述a1操纵舵机6、a2操纵舵机7、a3操纵舵机8、a4操纵舵机9、b操纵舵机10和c操纵舵机11为银燕es08型航模舵机，所述控制器13为含蓝牙接收模块的舵机驱动板，所述电源12为一5v锂电池。
46.采用小型无人机抓取目标物体时，首先根据任务需要操纵无人机平台1飞临目标物体上方，使机腹下方吊挂的软抓取装置2位于目标物体上方。然后操纵无人机平台1下降，保持软抓持器3对准目标物体。待目标物体与软抓持器3发生一定程度的接触，即可触发软抓持器3中心向内翻转此时连杆5向上移动、发生稳态跳跃从而实现对目标物体的被动抓取；而后，无人机平台1可立即飞离，转运被抓物体至预定区域。需要投放被抓物体时，通过地面遥控设备向搭载在无人机平台1上的控制器13发出信号，执行驱动软抓持器3重新打开的程序，释放被抓物体，同时完成软抓持器3的重复打开。该操作执行完毕后，可通过地面遥控设备向控制器13发出信号，执行调节软抓持器3预位移值的程序，根据无人机平台1的飞行速度和位置精度发出遥控信号，调节软抓持器3的被动触发灵敏度，以适应不同任务环境下的快速抓取和缓冲需求。
47.所述软抓取装置2能够在设定的无人机位置精度、目标物体尺寸和重量范围内实现对目标物体的快速被动抓取，在捕获目标物体前后均无需外界能量输入即可保持构型稳定，且抓取过程完全由无人机与物体之间的相对运动触发，不需额外提供能量；通过对软抓持器3预位移的动态调节，可改变其被动触发灵敏度。当无人机平台1飞行速度较慢、位置精度较高时，可使软抓持器3采用较高灵敏度，节省抓取过程的时间；当无人机平台1的飞行速度较快、位置精度较低时，能够使软抓持器3采用较小的预位移值，或不设置预位移值，以提高软抓持器3的缓冲、保护效果，以防止接触碰撞过程对目标物体造成损坏；同时本实施例的软抓取装置2还具有成本低、制备简单等优点。
48.以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种用于小型无人机的快速软抓取装置，其特征在于：主要由无人机平台(1)搭载软抓取装置(2)组成；软抓取装置(2)的部件包括：软抓持器(3)、安装底座(4)、连杆(5)、a1操纵舵机(6)、a2操纵舵机(7)、a3操纵舵机(8)、a4操纵舵机(9)、b操纵舵机(10)、c操纵舵机(11)、电源(12)和控制器(13)；所述软抓持器(3)边缘搭接在安装底座(4)的上端端部、中心与连杆(5)的上端固连；所述安装底座(4)吊挂固定于无人机平台(1)下方；所述连杆(5)顶端竖直插在安装底座(4)顶端设置的通道内，且连杆(5)底端设有凸缘；b操纵舵机(10)安装在安装底座(4)内侧顶端，摇臂对连杆(5)向下移动限位，起到对软抓持器(3)的预位移调节功能；软抓持器(3)在无人机平台(1)与目标物体的相对运动冲击作用下能够推动连杆(5)向上滑动并完成目标物体的抓持；c操纵舵机(11)安装在安装底座(4)内侧底端，摇臂对连杆(5)向上移动限位，在操纵软抓持器(3)重复打开、释放被抓去物体的过程中推动连杆(5)向下运动；a1操纵舵机(6)、a2操纵舵机(7)、a3操纵舵机(8)、a4操纵舵机(9)安装在安装底座(4)外侧顶端，摇臂通过系绳与软抓持器(3)爪部末端连接，在操纵软抓持器(3)重复打开、释放被抓去物体的过程中牵拉软抓持器(3)爪部末端向上运动。2.如权利要求1所述的一种用于小型无人机的快速软抓取装置，其特征在于：所述无人机平台(1)下方搭载以软抓持器(3)为核心的软抓取装置(2)；该软抓取装置(2)具有打开与闭合两个稳定构型，在所述安装底座(4)和连杆(5)的约束、限位下，软抓取装置(2)由打开构型发生特定变形后，达到失稳临界构型，随后能够自动地发生稳态跳跃变形至闭合构型；在无人机平台(1)飞临目标物体上方后垂直下降，使软抓持器(3)与目标物体接触，由于软抓持器(3)材质较目标物体而言十分柔软，因此软抓持器(3)将适应物体的外形而发生变形，变形达到失稳临界后由打开状态迅速自动闭合，实现对目标物体的快速抓取，无人机平台(1)无需在目标物体上方长时间悬停，能够快速飞离；软抓持器(3)由打开构型变形至失稳临界构型，需要外界输入能量e
b
，同时软抓持器(3)的中心区域沿轴向发生位移x
c
，随后能够自动跳跃至闭合构型，该部分能量e
b
称为软抓持器(3)的能量势垒，位移x
c
称为需用位移；能量势垒和需用位移越大，软抓持器(3)实现被动抓取的灵敏度越低，而缓冲效果越好；在所述安装底座(4)和连杆(5)的约束、限位下，对打开状态下的软抓持器(3)施加预定变形，使其中心区域沿轴向发生位移x0，软抓持器(3)仍能保持打开状态，且此时变形到失稳临界构型、发生稳态跳跃的能量势垒e
b
和需用位移均x
c
有所减小；称位移x0为预位移，对同一软抓持器(3)，在设定调节范围内，e
b
＝e
b
(x0),x
c
＝x
c
(x0)；改变预位移，即能够调节软抓持器(3)的灵敏度；不同型号的无人机平台(1)执行不同类型的任务，与目标物体相对靠近的速度和位置精度不同；在无人机与目标物体相对运动速度快、位置精度较低时，采用较大的x
c
和较小的x0，提高能量势垒，增加抓取过程中的缓冲、保护效果；在无人机与目标物体相对运动速度慢、位置精度较高时，采用较小的x
c
和较大的x0，降低能量势垒，提高抓取过程灵敏度，缩短抓取过程时间。3.如权利要求1所述的一种用于小型无人机的快速软抓取装置，其特征在于：所述无人机平台(1)在软抓持器(3)成功抓取目标物体后，在携带目标物体飞行至预定区域的过程中，软抓持器(3)无需额外输入能量即能够保持自身的闭合状态；在飞行至预定区域后，通过遥控控制器(13)发出操纵指令，控制a1操纵舵机(6)、a2操纵舵机(7)、a3操纵舵机(8)、a4操纵舵机(9)和c操纵舵机(11)作动，使软抓持器(3)自动打开，释放目标物体，完成目标物体的转运操作。
4.如权利要求1所述的一种用于小型无人机的快速软抓取装置，其特征在于：通过遥控控制器(13)发出操纵指令，控制b操纵舵机(10)作动，使软抓持器(3)在打开状态下自动调节预位移状态，从而调节软抓持器(3)的能量势垒，以适应无人机平台(1)的飞行控制精度。5.如权利要求1所述的一种用于小型无人机的快速软抓取装置，其特征在于：所述软抓持器包括环部(14)和爪部(15)；所述环部(14)为圆环结构，爪部(15)为两个以上软体材料形成的软条块交叉布置而成的结构，每个软条块的长度大于环部(14)的直径，从而将爪部(15)的端部固定在环部(14)上后，爪部(15)的中心拱起；所述软抓持器在由闭合状态向打开状态转换时，爪部(15)中心从向上拱起变为向下拱起，带动环部随之内外翻转，连杆向顶部移动设定距离后被b操纵舵机限位，从而储存设定的触发能量势垒。6.如权利要求1所述的一种用于小型无人机的快速软抓取装置，其特征在于：所述爪部(15)由两个软条块垂直交叉布置而成；所述爪部(15)与环部(14)粘接；所述软抓持器的环部(14)和爪部(15)由硅胶浇筑制成。7.如权利要求1所述的一种用于小型无人机的快速软抓取装置，其特征在于：所述安装底座(4)和连杆(5)由abs塑料经熔融沉积成型后3d打印制备而成；所述安装底座(4)的外侧顶端设计为台阶状的支撑环，所述软抓持器(3)在打开状态下，环部(14)搭接在所述支撑环上；所述安装底座外侧留有a1操纵舵机(6)、a2操纵舵机(7)、a3操纵舵机(8)、a4操纵舵机(9)的安装槽，内侧留有b操纵舵机(10)和c操纵舵机(11)的安装槽，侧面留有通孔，以供安装在内侧的b操纵舵机(10)和c操纵舵机(11)的控制线从内部穿出。8.如权利要求1所述的一种用于小型无人机的快速软抓取装置，其特征在于：所述电源和控制器(13)安装在无人机平台上，a1操纵舵机(6)、a2操纵舵机(7)、a3操纵舵机(8)、a4操纵舵机(9)、b操纵舵机(10)和c操纵舵机(11)通过控制线与它们连接。9.如权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的一种用于小型无人机的快速软抓取装置，其特征在于：所述a1操纵舵机(6)、a2操纵舵机(7)、a3操纵舵机(8)、a4操纵舵机(9)的摇臂末端通过线绳与爪部(15)末端相连，当软抓持器(3)处于打开状态时，a1操纵舵机(6)、a2操纵舵机(7)、a3操纵舵机(8)、a4操纵舵机(9)处于零位，线绳松弛；当软抓持器(3)抓取目标后处于闭合状态时，a1操纵舵机(6)、a2操纵舵机(7)、a3操纵舵机(8)、a4操纵舵机(9)处于零位，线绳张紧，但不足以使软抓持器(3)打开；当软抓持器(3)由闭合状态转向打开状态时，分两个阶段：在第一阶段中，a1操纵舵机(6)、a2操纵舵机(7)、a3操纵舵机(8)、a4操纵舵机(9)受控制器(13)控制，摇臂由零位摆动到工作位，通过始终张紧的线绳牵拉爪部(15)末端向上移动；同时c操纵舵机(11)受控制器(13)控制，摇臂由零位摆动到工作位，推动连杆(5)向下运动，进而推动爪部(15)中心从向上拱起变为向下拱起，带动环部(14)随之内外翻转，释放被抓取的目标物体；在第二阶段中，c操纵舵机(11)受控制器(13)控制，摇臂由工作位摆动到零位，并与连杆(5)脱离接触；a1操纵舵机(6)、a2操纵舵机(7)、a3操纵舵机(8)、a4操纵舵机(9)受控制器(13)控制，摇臂由工作位摆动到零位，线绳恢复松弛；软抓持器(3)由于其双稳态特性，在打开的稳定状态保持稳定构型。10.如权利要求9所述的一种用于小型无人机的快速软抓取装置，其特征在于：当软抓持器(3)处于打开状态时，b操纵舵机(10)受控制器(13)控制，摇臂能够由零位开始在预定
角度范围内连续摆动，推动连杆(5)向上运动预定距离，从而带动爪部(15)的中心向上拱起，能够调节软抓持器(3)打开状态下的预位移值，改变其被动触发抓取的灵敏度；当无人机平台(1)的飞行速度较慢、位置精度较高时，使软抓持器(3)采用较大的预位移值，以提高软抓持器(3)被动抓取的灵敏度，节省抓取过程的时间；当无人机平台(1)的飞行速度较快、位置精度较低时，能够使软抓持器(3)采用较小的预位移值，或不设置预位移值，以提高软抓持器的缓冲、保护效果，以防止接触碰撞过程对目标物体造成损坏。

技术总结

本发明公开的一种用于小型无人机的快速软抓取装置，属于无人机快速抓取技术领域。本发明主要由无人机平台搭载软抓取装置组成。软抓取装置的部件包括软抓持器、安装底座、连杆、A1操纵舵机、A2操纵舵机、A3操纵舵机、A4操纵舵机、B操纵舵机、C操纵舵机、电源和控制器。软抓持器利用其双稳态性质，在随无人机平台向下运动过程中，与目标物体发生接触、变形，发生稳态跳跃，自动抓取目标物体。本发明基于被动触发双稳态软抓手实现无人机快速目标抓取、自动释放和性能调节。本发明具有能耗低、快速抓取的优点，能够根据无人机飞行速度、目标物体质量和运动速度调节软抓手的触发能量势垒，避免因碰撞造成损伤，兼顾目标保护和碰撞缓冲性能。兼顾目标保护和碰撞缓冲性能。兼顾目标保护和碰撞缓冲性能。