本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種飛行和爬壁兩棲機(jī)器人及其控制方法，包括飛行子系統(tǒng)、爬壁子系統(tǒng)、連接機(jī)構(gòu)和機(jī)載控制系統(tǒng)，飛行子系統(tǒng)和爬壁子系統(tǒng)通過連接機(jī)構(gòu)以0-90°的角度固定，機(jī)載控制系統(tǒng)安裝在飛行子系統(tǒng)或者爬壁子系統(tǒng)上，機(jī)載控制系統(tǒng)通過控制飛行子系統(tǒng)和爬壁子系統(tǒng)使機(jī)器人具有飛行、爬壁和棲息三種狀態(tài)。本發(fā)明專利技術(shù)可以在這三種狀態(tài)下分別工作且可以進(jìn)行自主的切換；結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計合理、操作簡單、控制靈活、可持續(xù)工作時間長，具有良好的應(yīng)用價值和使用前景，可滿足多種任務(wù)需求。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于機(jī)器人
，特別是一種同時具有飛行和爬壁兩棲機(jī)器人及其控制方法。
技術(shù)介紹
近年來，飛行機(jī)器人在軍事和民用上都獲得了廣泛應(yīng)用。在軍事上，主要用于偵查、救援、通信中繼、電磁干擾以及生化檢測等；民用上，主要包括氣象監(jiān)測、資源探索、交通監(jiān)管、航拍等。申請人申請的專利201110322551.6公開了一種空中飛行和全方位吸附微型機(jī)器人。基于四旋翼低空飛行穩(wěn)定的特點(diǎn)，通過吸附裝置使機(jī)器人擁有在空中物體表面棲息吸附的能力，實(shí)現(xiàn)了仿飛行生物飛行和棲息的機(jī)制。這很大程度提高了機(jī)器人的續(xù)航時間，但是如果想要移動到壁面另一個位置控制比較復(fù)雜，且飛行的功耗比較高。爬壁機(jī)器人可以采用磁吸附、負(fù)壓吸附、仿生吸附以及靜電吸附等方式使機(jī)器人可以吸附于壁面上。專利201010147738.2公開了一種履帶式爬壁機(jī)器人，裝有兩套吸附裝置，由吸盤式電磁鐵和真空吸盤組成，具有吸附性強(qiáng)，載重量大等特點(diǎn)。專利200610151073.6公開了一種基于負(fù)壓吸附原理的小型爬壁機(jī)器人，離心風(fēng)機(jī)采用倒置的電機(jī)驅(qū)動，推進(jìn)機(jī)構(gòu)采用四輪驅(qū)動。采用無正壓力損失的被動密封方式，依靠膠吸附機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)長期吸附功能。專利201110322552.0公開了一種可重構(gòu)的爬壁機(jī)器人及其協(xié)同越障方法，每個可重構(gòu)爬壁機(jī)器人是一個獨(dú)立的個體，在無障礙時獨(dú)立完成偵察等任務(wù)，在某個爬壁機(jī)器人需要跨越障礙時，兩個獨(dú)立的可重構(gòu)爬壁機(jī)器人通過組合為一個整體，協(xié)同完成越障。爬壁機(jī)器人可以在壁面上自由的爬行，有些有一定越障能力，但存在移動速度慢、越障困難等缺點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供，可以在飛行和爬壁之間進(jìn)行自主的切換，并遠(yuǎn)距離移動到目標(biāo)位置、吸附在壁面上進(jìn)行棲息、同時在壁面實(shí)現(xiàn)自由移動等。實(shí)現(xiàn)本專利技術(shù)目的的技術(shù)解決方案為:一種飛行和爬壁兩棲機(jī)器人，包括飛行子系統(tǒng)、爬壁子系統(tǒng)、連接機(jī)構(gòu)和機(jī)載控制系統(tǒng)，飛行子系統(tǒng)和爬壁子系統(tǒng)通過連接機(jī)構(gòu)以0-90°的角度固定，機(jī)載控制系統(tǒng)安裝在飛行子系統(tǒng)或者爬壁子系統(tǒng)上，機(jī)載控制系統(tǒng)通過控制飛行子系統(tǒng)和爬壁子系統(tǒng)使機(jī)器人具有飛行、爬壁和棲息三種狀態(tài)； 其中所述的飛行子系統(tǒng)采用2η個旋翼結(jié)構(gòu)，由旋翼、旋翼電機(jī)、旋翼電機(jī)驅(qū)動器、支撐臂、起落支架組成，該旋翼、旋翼電機(jī)、旋翼電機(jī)驅(qū)動器、支撐臂為2η個，旋翼固定安裝在各自的旋翼電機(jī)上，旋翼有正、反槳之分，對角線上的旋翼電機(jī)使用相同的旋翼，相鄰的旋翼電機(jī)上旋翼不同；驅(qū)動器分別與各自的旋翼電機(jī)連接；支撐臂一端固定在一起，旋翼電機(jī)、驅(qū)動器、起落支架分別設(shè)置在各自的支撐臂的另一端，η > 2。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn):(1)本專利技術(shù)具有三種運(yùn)行狀態(tài)，包括飛行狀態(tài)、棲息狀態(tài)和爬壁狀態(tài)，可以在這三種狀態(tài)下分別工作且可以進(jìn)行自主的切換。(2)本專利技術(shù)同時具有遠(yuǎn)距離飛行和三維空間壁面自由移動的特點(diǎn)，同時克服了飛行機(jī)器人功耗高、續(xù)航能力不足和爬壁機(jī)器人移動緩慢、越障困難等缺點(diǎn)。(3)本專利技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)全方位的吸附，能夠適應(yīng)不同傾角壁面的吸附和爬行，且采用了防傾覆機(jī)構(gòu)。(4)本專利技術(shù)結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計合理、操作簡單、控制靈活、可持續(xù)工作時間長，具有良好的應(yīng)用價值和使用前景，可滿足多種任務(wù)需求。下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)描述。附圖說明圖1是本專利技術(shù)飛行和爬壁兩棲機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本專利技術(shù)四輪驅(qū)動式爬壁機(jī)構(gòu)的立體圖。圖3是本專利技術(shù)爬壁機(jī)構(gòu)底部密封腔平面圖。圖4是本專利技術(shù)飛行和雙足式爬壁兩棲機(jī)器人地示意圖。圖5是本專利技術(shù)蠕動式爬壁機(jī)構(gòu)示意圖。圖6是本專利技術(shù)齒輪齒條傳動示意圖。圖7(a)是本專利技術(shù)機(jī)器人頂吸示意圖。 圖7(b)是本專利技術(shù)機(jī)器人側(cè)吸示意圖。圖7(c)是本專利技術(shù)機(jī)器人全方位吸附示意圖。圖8是本專利技術(shù)配重平衡示意圖。圖9是本專利技術(shù)機(jī)器人控制系統(tǒng)連接示意圖。圖10是本專利技術(shù)機(jī)器人飛行、棲息和爬壁三種模態(tài)切換控制圖。圖11是本專利技術(shù)飛行和吸附轉(zhuǎn)換過程控制框圖。圖12是本專利技術(shù)機(jī)器人壁面爬行示意圖。圖13是本專利技術(shù)飛行和爬壁兩棲機(jī)器人在偵察上的應(yīng)用示意圖。具體實(shí)施例方式結(jié)合圖1，本專利技術(shù)飛行和爬壁兩棲機(jī)器人，包括飛行子系統(tǒng)1、爬壁子系統(tǒng)2、連接機(jī)構(gòu)3和機(jī)載控制系統(tǒng)4，飛行子系統(tǒng)I和爬壁子系統(tǒng)2通過連接機(jī)構(gòu)3以0-90°的角度固定(用水平側(cè)吸和垂直頂吸)，連接方式主要有以下幾種:(I)主要用于在天花板等水平壁面的吸附和移動；(2)主要用于在垂直壁面的吸附和移動；(3)用于全方位的吸附和移動。機(jī)載控制系統(tǒng)4安裝在飛行子系統(tǒng)I或者爬壁子系統(tǒng)2上，機(jī)載控制系統(tǒng)4通過控制飛行子系統(tǒng)I和爬壁子系統(tǒng)2使機(jī)器人具有飛行、爬壁和棲息三種狀態(tài)；控制單元4控制機(jī)器人在三種狀態(tài)下分別工作，并可以進(jìn)行自主的切換。其中所述的飛行子系統(tǒng)I采用2η個旋翼結(jié)構(gòu)，由旋翼5、旋翼電機(jī)6、旋翼電機(jī)驅(qū)動器7、支撐臂8、起落支架9組成，該旋翼5、旋翼電機(jī)6、旋翼電機(jī)驅(qū)動器7、支撐臂8為2η個，旋翼5固定安裝在各自的旋翼電機(jī)6上,旋翼5有正、反槳之分,對角線上的旋翼電機(jī)6使用相同的旋翼5,相鄰的旋翼電機(jī)6上旋翼5不同；驅(qū)動器7分別與各自的旋翼電機(jī)6連接；支撐臂8 —端固定在一起，旋翼電機(jī)6、驅(qū)動器7、起落支架9分別設(shè)置在各自的支撐臂8的另一端，n ^ 2ο以四旋翼為例，包括四個旋翼5、四個旋翼電機(jī)6、四個旋翼電機(jī)驅(qū)動器7、四個支撐臂8、起落支架9，四個旋翼5固定安裝在各自的旋翼電機(jī)6上，旋翼5有正、反槳之分，對角線上的旋翼電機(jī)6使用相同的旋翼5,相鄰的旋翼電機(jī)6上旋翼5不同。四個驅(qū)動器7分另IJ與各自的旋翼電機(jī)6連接。四個支撐臂8 一端固定在一起，四個旋翼電機(jī)6、四個驅(qū)動器7、四個起落支架9分別設(shè)置在各自的支撐臂8的另一端。具體而言，四個旋翼電機(jī)6、四個驅(qū)動器7設(shè)置在支撐臂8另一端上面，起落支架9安裝在支撐臂8另一端下面。四旋翼飛行器結(jié)構(gòu)可以是多種形狀，如十字型，X形狀等，也可以采用碳纖維材料管狀結(jié)構(gòu)，重量輕剛性好。結(jié)合圖2，本專利技術(shù)飛行和爬壁兩棲機(jī)器人的爬壁子系統(tǒng)2包括吸附單元和移動單元，該吸附單元采用磁吸附、靜電吸附或者負(fù)壓吸附，所述移動單元采用輪式、履帶式或蠕動爬行式。其中吸附單元采用渦輪的負(fù)壓吸附方式，移動單元采用輪式時，所述吸附單元包括密封裙10、密封內(nèi)襯11、支撐底板12、離心泵13、離心泵電機(jī)14、離心泵電機(jī)驅(qū)動器15，所述移動單元包括四個車輪16、四個車輪舵機(jī)17 ;密封裙10垂直固定安裝在機(jī)器人支撐底板12的四周；密封內(nèi)襯11設(shè)置在支撐底板12的下底面，在支撐底板12的中間設(shè)置成通孔19，通孔19處有過濾網(wǎng)，防止灰塵或雜物進(jìn)入離心泵13，密封內(nèi)襯11位于通孔19和密封裙10之間；密封裙10、密封內(nèi)襯11和支撐底板12組成密封腔；由于壁面環(huán)境的復(fù)雜性，磨損、灰塵、潮濕等原因會導(dǎo)致密封腔的密封效果不再理想，為了方便更換，可以使用安裝夾18。安裝夾18安裝在支撐底板12四周，用于固定密封裙10和密封內(nèi)襯11。離心泵13的進(jìn)氣口與支撐底板12的通孔19位置對應(yīng)并固定安裝在支撐底板12的上面，離心泵電機(jī)14的輸出軸與離心泵12連接；離心泵電機(jī)驅(qū)動器15與離心泵電機(jī)14的電極連接，并設(shè)置在支撐底板12上，離心泵驅(qū)動器15的控制信號連接到單片機(jī)控制器28的IO輸出腳；四個車輪舵機(jī)17固定在支撐底板12的四個角上，四個車輪16與各自的車輪舵機(jī)連接17。同時設(shè)計了爬壁子本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種飛行和爬壁兩棲機(jī)器人，其特征在于包括飛行子系統(tǒng)（1）、爬壁子系統(tǒng)（2）、連接機(jī)構(gòu)（3）和機(jī)載控制系統(tǒng)（4），飛行子系統(tǒng)（1）和爬壁子系統(tǒng)（2）通過連接機(jī)構(gòu)（3）以0?90°的角度固定，機(jī)載控制系統(tǒng)（4）安裝在飛行子系統(tǒng)（1）或者爬壁子系統(tǒng)（2）上，機(jī)載控制系統(tǒng)（4）通過控制飛行子系統(tǒng)（1）和爬壁子系統(tǒng)（2）使機(jī)器人具有飛行、爬壁和棲息三種狀態(tài)；其中所述的飛行子系統(tǒng)（1）采用2n個旋翼結(jié)構(gòu)，由旋翼（5）、旋翼電機(jī)（6）、旋翼電機(jī)驅(qū)動器（7）、支撐臂（8）、起落支架（9）組成，該旋翼（5）、旋翼電機(jī)（6）、旋翼電機(jī)驅(qū)動器（7）、支撐臂（8）為2n個，旋翼（5）固定安裝在各自的旋翼電機(jī)（6）上，旋翼（5）有正、反槳之分，對角線上的旋翼電機(jī)（6）使用相同的旋翼（5），相鄰的旋翼電機(jī)（6）上旋翼（5）不同；驅(qū)動器（7）分別與各自的旋翼電機(jī)（6）連接；支撐臂（8）一端固定在一起，旋翼電機(jī)（6）、驅(qū)動器（7）、起落支架（9）分別設(shè)置在各自的支撐臂（8）的另一端，n≥2。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉永，劉衍，孫國辛，
申請(專利權(quán))人：南京理工大學(xué)，南京天恩美科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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