一、开发背景

随着我国低空经济政策的密集出台与应急救援行业的快速发展，传统救援无人机在复杂灾害场景下的物资投送能力已无法满足精准、高效、安全的救援需求。为应对地震、洪涝等灾害中物资投送难、环境感知弱的核心痛点，Grab Angle 仿生抓取无人机应运而生，为应急救援领域提供了一种全新的智能化解决方案。

二、结构说明

仿生抓取系统：模仿鹰爪结构，实现救援物资的自主、稳定抓取与投放；飞行控制系统：集成高精度传感器与STM32主控，确保复杂地形下的稳定飞行与精准操控；能源与通信系统：配备高效能电池与5G通信模块，保障长续航与实时数据交互；多功能传感系统：集成了360°影像、温湿度及气压传感器，用于全方位环境感知与数据采集。

三、功能与使用说明

1.其主要作用有以下几点：

(1)提高救援效率:无人机可实现从搜索、抓取到投放的全流程自主化作业，极大缩短了灾后响应与物资投送时间，为挽救生命争取宝贵窗口。

(2)保证投送精准与稳定:通过仿生爪具的三关节自适应抓取与45°稳固结构设计，克服了传统悬挂投送方式易摇摆、易脱落的问题，确保了物资投放的精准性与飞行过程的稳定性。

(3)降低部署门槛与运营成本：机身采用轻量化材料与紧凑型设计，体积显著缩小，生产成本得以优化，使得更多基层救援单位能够配备并使用，有效降低了高端救援装备的应用门槛。

(4)增强复杂环境适应性：小型化的机身使其能够灵活穿梭于废墟、森林等狭窄空间，结合多功能传感器，可应对多种复杂灾害场景的救援任务。

(5)提升救援决策能力：集成化的数据采集系统可实时回传现场影像与环境信息，为后方指挥中心提供多维度决策依据。

2.仿生抓取无人机可显著提升救援物资投送效率。 相比传统人工投送或大型无人机悬挂运输，其在复杂环境下的任务完成效率与安全性可获得数量级提升。具体的提升幅度取决于任务距离、环境复杂度及物资规格等因素。

3.使用说明：作业前准备，检查机体结构、传感器及通信模块状态，规划飞行航线与任务参数；启动与执行，依次启动动力系统、通信系统与任务系统，无人机将按预设程序自主执行任务；任务监控与维护，任务过程中注意监控数据回传与设备状态，任务结束后进行设备保养与数据归档，定期进行全系统检查与维护。

一、设计原理：

本无人机系统以 “低空流体力学与多智能体协同控制理论” 为科学基础，深度融合 “计算机视觉、深度强化学习算法与应急救援理论”，构建 “感知-决策-抓取-协同” 的核心设计逻辑。通过 机载多传感器融合感知系统 实时构建灾区三维环境地图，利用 仿生抓取动力学模型与实时路径规划算法 精准识别 救援物资、被困人员位置、安全投送轨迹 等关键信息，基于 “最大化抓取稳定性、最小化任务执行时间、优化飞行能源消耗” 三大目标，输出 自主导航与精准抓取投送指令，形成 “侦察-定位-决策-抓取-投送-评估” 的全流程闭环，从根源上解决传统救援中 响应迟缓、投送不准、人员安全风险高 的核心痛点。

二、设计方案：

仿生抓取机构:实现救援物资自主、稳定抓取与投放的核心部件,主要包括连接平台、3自由度爪体、伺服电机、拉索弹簧传动单元等。当无人机飞抵物资上空时，上方伺服电机启动，驱动爪体向下运动;爪体接触物资后，通过压力传感器反馈，三个爪指自适应调节开合角度，稳固包拢抓取目标。

抓取成功后，拉索弹簧机构锁紧，模拟肌腱功能防止脱落。运输至投放点后，伺服电机反转，爪指松开，完成精准投放。

轻量化机体结构:为无人机提供支撑、容纳设备并实现灵活飞行的载体。采用镁合金框架与复合材料外壳，通过模块化设计将各系统精准集成。四组马达根据飞行控制指令，同步调节转速，实现机身的平稳升降、前进和转向。

多功能传感系统：传感器的集成需考虑多维感知与数据融合能力。通过360°旋转影像模块、温湿度及气压传感器，同步采集现场环境可视化信息与物理参数，实现被困人员定位与环境风险评估。

智能飞行控制系统：以STM32为主控核心，构建感知-决策-执行的闭环控制。控制系统融合各传感器数据，实时规划最优飞行路径，并针对复杂气流与障碍物环境，动态调整飞行姿态与抓取策略，确保任务顺利完成。

一、创新性：

(1)技术融合创新：突破传统救援无人机“单一悬挂运输”的局限，巧妙地将仿生机械设计、多传感器融合定位、深度强化学习路径规划算法深度融合，形成了“感知-决策-抓取-协同”的全链条作业体系，实现了从“远程遥控、人工投送”到“自主识别、精准抓取”的跨越式升级。

(2)场景聚焦创新：针对性解决“地震、洪涝等极端灾害现场”中“物资投送不准、最后一百米无法抵达、救援人员安全风险高”的细分痛点，研发的三自由度仿生抓取机构与狭小空间自适应飞行控制模型，其稳定性与场景适配性远超通用型航拍无人机，救援效能与成功率显著提升。

(3)落地效率创新：构建“开机自检-任务规划-自主作业”的一键式响应机制，无人机展开至起飞可在3分钟内完成，搭配图形化任务规划界面，大幅降低一线救援人员的操作门槛，解决传统专业无人机“操作复杂、培训周期长”的弊端。

二、可行性：

(1)技术可行性：核心仿生抓取机构与飞控算法经万余次实验室调试与模拟环境测试，抓取成功率、飞行稳定性等关键指标已达标。项目已申请X项相关专利，具备完整的设计图纸、仿真报告与原型机测试数据，技术路径成熟。

(2)市场可行性：应急救援领域对高效、安全的技术装备需求迫切，尤其在高风险灾害现场。本项目无人机方案无需改造环境，即飞即用，低成本、高机动性的优势高度适配政府应急部门、救援队的装备采购需求与预算，市场前景明确。

(3)政策可行性：紧密响应国家“十四五国家应急体系规划”与“发展低空经济”的政策导向，符合无人系统智能装备在应急救援中应用的趋势，已获得校级/地方级创新项目支持，政策环境有利。

三、完整性：

(1)功能模块完整：覆盖应急救援物资投送全流程需求，从现场侦察、目标识别到自主抓取、精准投送、状态回传，无功能断点，可一站式解决复杂环境下的核心救援任务。

(2)技术体系完整：形成了“仿生设计理论-智能控制算法-无人机硬件-作业规范”的完整技术体系，配套详细的操作指南、维护手册及故障代码库，确保救援队伍可直接部署应用。

(3)适配场景完整：既适用于地震后废墟等极端环境，也可满足洪涝孤岛投送等需求；既可由专业救援队使用，也能供基层应急单位配备，场景覆盖全面。

四、规范性：

(1)设计规范：无人机结构设计严格遵循航空器轻量化设计原则，电气系统符合国家无人机系统安全要求，飞控参数通过流体力学仿真与实物验证，产品安全可靠。

(2)成果规范：已产出功能完备的原型机、三维模型、仿真分析报告，并已申请相关知识产权，所有技术文档齐全，成果形式符合科研转化与产业化的规范要求。

(3)操作规范：制定标准化飞行检查清单、任务执行流程与日常维护规程，明确飞行前准备、任务中操作、任务后保养等步骤，确保使用者能安全、规范、高效地发挥设备效能。