[发明专利]基于仿生干黏附材料的无人机及非水平表面着陆起飞方法

说明书

本发明公开了基于仿生干黏附材料的无人机及非水平表面着陆起飞方法，包括无人机机身、遥控模块、黏脱附机构，其中：所述无人机机身为固定翼或旋翼无人机机身；所述黏脱附机构包括着陆支架、仿生干黏附材料、脱附机构，着陆支架安装于无人机机身，着陆支架上设置有柔性的黏附材料基底，仿生干黏附材料附着在黏附材料基底上，并作为无人机与着陆面的接触面；所述遥控模块包括遥控器和接收机，用于调整无人机的飞行姿态，以及控制黏脱附机构使黏附材料与着陆面之间黏附和脱附。本发明可使无人机着陆在非水平表面，使无人机具有全空间着陆能力，极大的提高了无人机起飞着陆的灵活性，同时降低了对起飞着陆场地的要求，提高了空间利用率，并能降低能耗。

技术领域

本发明提出了一种基于仿生干黏附材料的无人机及其在非水平表面着陆起飞方法，属于无人飞行器领域。

背景技术

传统无人机都是在水平地面上起飞、着陆，但是在高楼林立、人群密集的城市中，很难找到一个空旷的地面让无人机起飞和着陆，这对无人机的灵活性有一定的限制。因此，提出一种新的无人机着陆起飞技术，使无人机可以降落在建筑物垂直的玻璃表面或其他光滑表面、以及光滑的负表面上，使无人机具有全空间着陆能力和更高的灵活性，并延长其持续工作时间。现有提出的可用于无人机负表面着陆的方式为静电力附着(M.A.Graule,P.Chirarattananon,S.B.Fuller,N.T.Jafferis,K.Y.Ma,M.Spenko,R.Kornbluh,R.J.Wood.Perching and takeoff of a robotic insect on overhangs usingswitchable electrostatic adhesion.Science,2016,352(6288):978-982.)，但是静电力需要较大的电源模块，会增加无人机的重量，显然不利于无人机的实际应用。

壁虎可以在垂直面、甚至负表面上任意爬行，这归功于壁虎脚掌上的微观结构。通过对壁虎爬行机制的研究，研制了与壁虎脚掌具有相似微结构和功能的仿生干黏附材料(戴振东,何青松,于敏,张昊.用于仿壁虎脚掌粘附阵列的粘附材料及其制备方法.中国发明专利,ZL201310284325.2；何青松,戴振东,陆明月,姬科举,李阳.仿壁虎末端带电定向碳纳米管干黏附阵列的制备方法.中国发明专利,201710756785.9；何青松,戴振东.用于极端环境下的仿生纤维干黏附材料及其制备方法和用途.中国发明专利,201711187845.6)。周远远等人提出了采用电磁发射腔装置发射仿壁虎脚实现旋翼无人机的悬停技术(周远远,杨青龙,王腾,戚宝运,杨燕,杨波.一种基于仿生悬挂的节能多旋翼无人机装置.中国发明专利,201610269382.7)。但是其发射和回收壁虎脚的装置体积、质量较大，不利于节省能量，且发射出去的仿壁虎脚不受控制，会产生冲击载荷，难以准确可靠地黏附到目标表面，并且这种方式不适用于垂直着陆面。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于仿生干黏附材料的无人机及非水平表面着陆起飞方法，将无人机与仿生干黏附材料结合，以提高无人机的灵活性及空间飞行能力，并延长其持续工作时间。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于仿生干黏附材料的无人机，包括无人机机身、遥控模块、黏脱附机构，其中：

所述无人机机身为固定翼或旋翼无人机机身；

所述黏脱附机构包括着陆支架、仿生干黏附材料、脱附机构，着陆支架安装于无人机机身，着陆支架上设置有柔性的黏附材料基底，仿生干黏附材料附着在黏附材料基底上，并作为无人机与着陆面的接触面，脱附机构包括舵机、拉线，拉线一端连接舵机的摇臂，另一端连接黏附材料基底，通过舵机转动，使拉线控制黏附材料基底处于平直或卷曲状态，从而控制无人机的着陆和起飞；所述仿生干黏附材料为具有微观结构及微纳层级结构的仿生材料，能够利用分子间作用力黏附在其它材料表面，并能够以卷曲的方式轻松从其它材料表面脱附；