无人机搜救抓手结构优化设计与分析【字数：8668】
摘 要随着无人机技术的不断发展，越来越多的无人机开始走进了我们的生活，给我们带来了许多便利。近几年来，国内的大疆无人机让消费级的无人机走进了千家万户，使人们对无人机越来越了解，对其需求也越来越大，应用也越来越广泛，进一步促进了无人机的发展。本文针对中国国际飞行器设计挑战赛、科研类全国航空航天模型锦标赛中的无人机搜救项目中的无人机机械抓手结构进行设计与分析。以无人机模型为载体，以遥控器为控制端，通过无线机载图像设备搜索目标，使机械抓手对救援物资进行自动拾取和自动释放。机械抓手在其中起着至关重要的作用，它必须能够牢牢抓住搜救物资，经过飞行到达目标地点后，再进行投放。本文采用Creo三维软件设计机械抓手结构，采用有限元方法优化分析结构强度和刚度；采用运动仿真分析机械抓手在拾取台球过程中的运动过程。结果表明，机械抓手结构满足强度、刚度要求；运动过程无干涉，可以保证抓取过程中台球不脱落。
目 录
1. 绪论 1
1.1 研究背景、目的以及意义 1
1.1.1 研究背景 1
1.1.2 研究目的 1
1.1.3 研究意义 1
1.2 国内外无人机现状 2
1.2.1 国内无人机现状 2
1.2.2 国外无人机现状 2
2. 无人机的介绍 3
2.1 军用无人机 3
2.2 民用无人机 3
3. 机械抓手设计 4
3.1 现有机械抓手介绍 4
3.2 机械抓手设计 6
4. 搜救抓手结构分析与运动仿真 11
4.1 有限元模型介绍 11
4.2 有限元分析 15
4.3 设计优化 22
4.4 机械抓手的运动仿真过程 29
5. 总结 34
参考文献 35
致 谢 36
1. 绪论
1.1 研究背景、目的以及意义
1.1.1 研究背景
无人机（“UAV”），是无人驾驶飞机的简称。无人机最早是在1914年被提出来的，当时正在进行第一次世界大战，两位英国的将军首次提出了通过无人驾驶的飞机来进行投弹以达到轰 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
炸目标区域的目的的建议，这个提议立即被重视并马上开展了对无人机的研制。
1917年，世界上第一架无人机诞生，但是只是用来当作靶机，并没有真正用于战斗。无人机开始真正投入作战，是在越南战争的时候，当时的主要作用是侦察。此后，无人机开始于各大战场频繁亮相，屡立战功，尤其是在阿富汗战场上，多次成功实施“斩首”行动。
随着无人机技术的不断发展，无人机不仅仅用于军事领域，在民用领域和商业领域也开始大放异彩。救灾、农业、航拍、快递，无人机的民用需求越来越大。
1.1.2 研究目的
全国航空航天模型锦标赛中有一项竞赛项目就是无人机模拟搜救。为了达到锦标赛参赛要求，设计开发搜救无人机的机械抓手部分。
搜救抓手是搜救无人机机械结构的重要部分，用于抓取和移动搜救对象。优化设计与分析搜救无人机的搜救抓手是要满足搜救抓手强度、刚度等技术指标的条件下，使结构重量达到最轻，以达到优化设计的目的。
1.1.3 研究意义
随着无人机的不断发展，无人机的应用越发广泛，不管是在军用、民用，还是在商业化的应用上，都有着出色的表现。现代化战争对防御要求越来越高，那么可以获得情报的侦察机就必不可少，一旦取得情报，掌握了敌方的行动，就可以及时作出应对方法，起到很好的防御作用。因此需要既有功能和精度，又十分灵活的侦察机，而无人机无疑是作为侦察机最好的选择。在自然灾害方面，更显出无人机的重要性。如地震救灾时，救援人员无法快速及时到达救援地点，就可以利用无人机空投救灾物资，以此来延长救援时间，直到搜救人员赶到。人力在自然灾害方面显得十分微弱，而利用无人机则可以从容地面对这些问题。无人机在商业领域，也有着出色的表现。随着电子商业的兴起，物流行业的人员也开始变得紧张，在条件比较有限的地区，依靠人力进行物流配送具有一定的困难，无人机物流配送则可以解决这一问题。上述无人机的应用，无论是空投救灾物资，还是物流配送等等，机械抓手都是不可缺少的一部分。
1.2 国内外无人机现状
1.2.1 国内无人机现状
与国外无人机技术的快速发展相比，我国无人机的研发历程已有40余年，但因为标准化工作起步晚，无人机技术稍显滞后。
目前，我国无人机还没有一个完整的标准体系，专用产品规范、通用要求等相关指令和文件还不完整。相比于有人机，无人机许多特性都不同，比如系统、地面维修、综合保障等。可靠性、维修性、电磁兼容性设计也有差异，这使得无人机标准规范内容不完整、缺少针对性，许多问题只能依靠长期积累的工作经验来解决。
虽然我国无人机的研究起步较晚，但是我国无人机的发展十分迅速。我国自1970年开始对无人机进行研究，到1980年时，已经在部队装备。自改革开放以后我国便开始对无人机在民用领域的未来进行探索，经过多年发展，我国的航空事业从无到有，逐渐成为我国经济发展的一大支柱。20022015年7月，国内与无人机相关的专利申请就达到15245件，其中，发明型技术专利占57.39%，新型专利占比37.48%，外观专利占比5.13%。
1.2.2 国外无人机现状
美国：最初美国将无人机广泛用于军事领域，随着无人机技术的不断发展，逐渐将其用于民用领域。美国航空航天局（NASA）新成立了一个无人机应用中心，用来进行无人机的各种民用研究，将一些原本用于军方的飞机进行改造，然后用于环境或动物检测与土地管理。
以色列：以色列的无人机设计制造技术十分发达，其建立了一个民用无人机的研究委员会，之后，多次进行民用任务的研究与实验飞行。
俄罗斯：研发了一架多用途无人机，用于预防自然灾害、人工降雨、自动化系统气象监控，按需求也可用于执法部门。
欧盟：成立了一个民用的无人机协调组织，目的是解决空中安全与适航问题这一问题，为此，荷兰已开始在非隔离空域进行“探测与回避”系统的研究与试验。
目 录
1. 绪论 1
1.1 研究背景、目的以及意义 1
1.1.1 研究背景 1
1.1.2 研究目的 1
1.1.3 研究意义 1
1.2 国内外无人机现状 2
1.2.1 国内无人机现状 2
1.2.2 国外无人机现状 2
2. 无人机的介绍 3
2.1 军用无人机 3
2.2 民用无人机 3
3. 机械抓手设计 4
3.1 现有机械抓手介绍 4
3.2 机械抓手设计 6
4. 搜救抓手结构分析与运动仿真 11
4.1 有限元模型介绍 11
4.2 有限元分析 15
4.3 设计优化 22
4.4 机械抓手的运动仿真过程 29
5. 总结 34
参考文献 35
致 谢 36
1. 绪论
1.1 研究背景、目的以及意义
1.1.1 研究背景
无人机（“UAV”），是无人驾驶飞机的简称。无人机最早是在1914年被提出来的，当时正在进行第一次世界大战，两位英国的将军首次提出了通过无人驾驶的飞机来进行投弹以达到轰 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
炸目标区域的目的的建议，这个提议立即被重视并马上开展了对无人机的研制。
1917年，世界上第一架无人机诞生，但是只是用来当作靶机，并没有真正用于战斗。无人机开始真正投入作战，是在越南战争的时候，当时的主要作用是侦察。此后，无人机开始于各大战场频繁亮相，屡立战功，尤其是在阿富汗战场上，多次成功实施“斩首”行动。
随着无人机技术的不断发展，无人机不仅仅用于军事领域，在民用领域和商业领域也开始大放异彩。救灾、农业、航拍、快递，无人机的民用需求越来越大。
1.1.2 研究目的
全国航空航天模型锦标赛中有一项竞赛项目就是无人机模拟搜救。为了达到锦标赛参赛要求，设计开发搜救无人机的机械抓手部分。
搜救抓手是搜救无人机机械结构的重要部分，用于抓取和移动搜救对象。优化设计与分析搜救无人机的搜救抓手是要满足搜救抓手强度、刚度等技术指标的条件下，使结构重量达到最轻，以达到优化设计的目的。
1.1.3 研究意义
随着无人机的不断发展，无人机的应用越发广泛，不管是在军用、民用，还是在商业化的应用上，都有着出色的表现。现代化战争对防御要求越来越高，那么可以获得情报的侦察机就必不可少，一旦取得情报，掌握了敌方的行动，就可以及时作出应对方法，起到很好的防御作用。因此需要既有功能和精度，又十分灵活的侦察机，而无人机无疑是作为侦察机最好的选择。在自然灾害方面，更显出无人机的重要性。如地震救灾时，救援人员无法快速及时到达救援地点，就可以利用无人机空投救灾物资，以此来延长救援时间，直到搜救人员赶到。人力在自然灾害方面显得十分微弱，而利用无人机则可以从容地面对这些问题。无人机在商业领域，也有着出色的表现。随着电子商业的兴起，物流行业的人员也开始变得紧张，在条件比较有限的地区，依靠人力进行物流配送具有一定的困难，无人机物流配送则可以解决这一问题。上述无人机的应用，无论是空投救灾物资，还是物流配送等等，机械抓手都是不可缺少的一部分。
1.2 国内外无人机现状
1.2.1 国内无人机现状
与国外无人机技术的快速发展相比，我国无人机的研发历程已有40余年，但因为标准化工作起步晚，无人机技术稍显滞后。
目前，我国无人机还没有一个完整的标准体系，专用产品规范、通用要求等相关指令和文件还不完整。相比于有人机，无人机许多特性都不同，比如系统、地面维修、综合保障等。可靠性、维修性、电磁兼容性设计也有差异，这使得无人机标准规范内容不完整、缺少针对性，许多问题只能依靠长期积累的工作经验来解决。
虽然我国无人机的研究起步较晚，但是我国无人机的发展十分迅速。我国自1970年开始对无人机进行研究，到1980年时，已经在部队装备。自改革开放以后我国便开始对无人机在民用领域的未来进行探索，经过多年发展，我国的航空事业从无到有，逐渐成为我国经济发展的一大支柱。20022015年7月，国内与无人机相关的专利申请就达到15245件，其中，发明型技术专利占57.39%，新型专利占比37.48%，外观专利占比5.13%。
1.2.2 国外无人机现状
美国：最初美国将无人机广泛用于军事领域，随着无人机技术的不断发展，逐渐将其用于民用领域。美国航空航天局（NASA）新成立了一个无人机应用中心，用来进行无人机的各种民用研究，将一些原本用于军方的飞机进行改造，然后用于环境或动物检测与土地管理。
以色列：以色列的无人机设计制造技术十分发达，其建立了一个民用无人机的研究委员会，之后，多次进行民用任务的研究与实验飞行。
俄罗斯：研发了一架多用途无人机，用于预防自然灾害、人工降雨、自动化系统气象监控，按需求也可用于执法部门。
欧盟：成立了一个民用的无人机协调组织，目的是解决空中安全与适航问题这一问题，为此，荷兰已开始在非隔离空域进行“探测与回避”系统的研究与试验。
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