● 摘要
随着机器人技术的不断发展及其应用领域的不断扩展，飞行机器人在监控、救灾、星球探测和军事侦察、反恐等领域的应用越来越广泛。群体飞行机器人具有群体智能优势和强大的组装变形适应能力，能突破固定构型飞行器有限的作业能力，完成一些单个飞行器无法完成的任务。本文的研究对象为群体飞行机器人协同操作的关键技术，在原有群体飞行机器人单体上有效整合弹性手爪，赋予感知和驱动能力。从仿生学角度出发，采用弹性手爪可有效解决多个机器人协同抓取过程中对准偏差和目标对象运动引起的内力等两大问题，可避免在协同操作过程中刚性连接可能带来的对目标物体和机器人单体造成“伤害”。全文的主要工作和成果如下：
第一，深入研究多机器人协同操作、群体飞行机器人和弹性驱动器目前的研究成果，在此基础上完成了机器人总体平台设计，进行机器人单体抓取过程中问题分析，针对对接抓取过程的功能需求，设计了紧凑旋转式弹性驱动器、末端夹持器和地面全向轮运动系统，实现弹性手爪与原有机器人单体的有机整合。
第二，弹性关节是机器人弹性手爪的核心部分，本文建立了旋转串联弹性驱动器的通用动力学模型，分析了开环系统频域特性。采用了基于速度源驱动的控制方法，同时着重研究了在输出负载端固定情况下，系统阻尼系数和弹性刚度系数对闭环系统稳定特性的影响以及在输出负载端自由状态下，弹性驱动器闭环系统的阻抗特性，为弹性驱动器的后续研究打下基础。
第三，机器人单体模块是一个拥有完整通信、驱动、传感和运算能力的独立个体。机器人控制系统以一片ARM内核的处理器为主控核心；集成航姿参考系统AHRS；驱动控制弹性驱动器直流电机、夹持器闭合电机、3路地面运动全向轮直流电机和1路旋翼无刷直流电机；机器人个体和PC机之间采用WIFI实现“一主多从”结构方式通信。同时，主控核心负责完成直流电机的PID速度闭环和弹性驱动器的控制算法。
第四，针对群体飞行机器人单体基于弹性手爪感知驱动能力完成协同抓取目标物任务的设计目标，对多机器人协同操作模型进行了分析，同时在前面章节的基础上进行了弹性关节在协同抓取过程中的应用实验。机器人在存在对齐误差和目标物发生航向运动的情况下，基于弹性手爪力反馈自我调整运动，实现目标物体的安全柔性抓取，验证了本文系统设计有效、方案可行，达到了研究目标。
最后，对本文所做工作进行了总结，并提出了下一步改进方法思路和后续研究的重点。