[发明专利]一种多旋翼腿轮式多功能空中机器人及其运动规划方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种空中机器人，具体涉及一种多旋翼腿轮式多功能空中机器人，属于机械领域。

背景技术

目前，许多应用领域都要求飞行器能够进行低空低速的飞行，进行低空作业，并且有良好的机动性和隐蔽性。因此，出现了以单旋翼直升机为平台的飞行器系统。这种单旋翼飞行器能够实现低空低速飞行，也能够完成一定的低空作业，但是，由于采用一个旋翼，所以旋翼的尺寸一般都比较大，工作时比较危险，且单旋翼翼面攻角控制机构复杂，而且是单一失效点，所以故障容度较差。而多旋翼飞行器具有良好的飞行机动性和稳定性，能够完成许多复杂的低空作业，具有垂直起落简单、悬停加速灵活，机动性能强、空中调姿能力强等特点，相对于单旋翼飞行器在相同的运作空间内更易实现较大的推重比，增加任务载荷在总体载荷中的比重。

在以飞行器为平台的空中机器人领域的研究中，空中机器人大多只局限于单一的任务，限制了其应用范围。机器人的任务由单一化向多功能化方向发展是空中机器人的一个发展趋势。将飞行和爬壁功能集成于一体，设计兼具飞行和爬壁功能的多功能空中机器人是当前需要解决的问题。

发明内容

本发明为了实现兼具飞行和爬壁功能的多功能空中机器人，采用基于多旋翼飞行平台包含腿轮式爬壁结构的空中机器人结构，提出一种多旋翼腿轮式多功能空中机器人及其运动规划方法。

一种多旋翼腿轮式多功能空中机器人，包括旋翼A、旋翼B、旋翼C，旋翼D、旋翼驱动电机A，旋翼驱动电机B，旋翼驱动电机C，旋翼驱动电机D、爬壁大腿A，爬壁大腿B、爬壁小腿A，爬壁小腿B、髋关节驱动电机A，髋关节驱动电机B、膝关节驱动电机A，膝关节驱动电机B、机器人主体、壁面行走轮A，壁面行走轮B、落地支撑杆、旋翼支撑杆、刚度加强环。

机器人主体为圆形盘状结构，四个旋翼支撑杆沿着机器人主体的下表面四周呈对称分布。旋翼驱动电机A，旋翼驱动电机B，旋翼驱动电机C，旋翼驱动电机D分别用螺钉固定于旋翼支撑杆的外端，旋翼A、旋翼B、旋翼C，旋翼D依次固定在旋翼驱动电机A，旋翼驱动电机B，旋翼驱动电机C，旋翼驱动电机D的转动轴上。且旋翼A、旋翼B、旋翼C，旋翼D的旋转平面位于旋翼支撑杆的下方。刚度加强环与机器人主体同心，紧固于旋翼支撑杆的上方。落地支撑杆分别固定连接于旋翼支撑杆与刚度加强环相交的下方。落地支撑杆上安装弹簧。

爬壁大腿A、爬壁大腿B通过髋关节与机器人主体上表面连接，爬壁小腿A，爬壁小腿B通过膝关节与爬壁大腿A、爬壁大腿B连接，两组爬壁大腿A、爬壁大腿B及爬壁小腿A，爬壁小腿B位于机器人的一个对称平面内。壁面行走轮A，壁面行走轮B位于爬壁小腿A，爬壁小腿B的末端。爬壁大腿A12、爬壁大腿B13、爬壁小腿A16，爬壁小腿B17及壁面行走轮A，壁面行走轮B组成机器人的两个腿轮式爬壁机构，简称为腿。

在髋关节与膝关节上分别固定有髋关节驱动电机A，髋关节驱动电机B、膝关节驱动电机A，膝关节驱动电机B。

机器人的外围可以安装保护架。保护架的U形铁丝一端与机器人的落地支撑杆相固定，另一端焊接圆环铁丝，U形铁丝的高度到达旋翼A、旋翼B、旋翼C，旋翼D所在平面。

所述旋翼A、旋翼B、旋翼C，旋翼D采用CLARK-Y翼型。所述旋翼支撑杆外形横截面设置为圆形。所述机器人旋翼A、旋翼B、旋翼C，旋翼D之间间距大于旋翼A、旋翼B、旋翼C，旋翼D本身直径的两倍，所述的间距为旋翼旋转中心之间的距离。

一种多旋翼腿轮式多功能空中机器人的运动规划方法，其特征在于：

(一)、机器人在飞行状态下的运动规划；

1、使两组旋翼A、旋翼B和旋翼C、旋翼D以相反的方向旋转；

开启旋翼驱动电机A、旋翼驱动电机B、旋翼驱动电机C、旋翼驱动电机D，为旋翼A、旋翼B、旋翼C、旋翼D提供升力，对角线上的两个旋翼为一组；

2、改变旋翼A、旋翼B、旋翼C、旋翼D速度，使机器人产生相应动作；

同时增大或减小四个旋翼A、旋翼B、旋翼C、旋翼D的速度产生垂直的动作；

保持对角线上一组旋翼速度不变，与此同时另外一组旋翼一个速度增大，一个速度减小就会产生俯仰和滚动的姿态；

偏航姿态的产生则来自于两组旋翼A、旋翼B和旋翼C、旋翼D扭转力矩的差异；

3、机器人飞行状态下，对空中物体进行抓持操作；

1)、机器人在飞行状态时，将双腿折叠；