[实用新型]一种可在垂直墙体栖息和起飞的四旋翼飞行器

说明书

本实用新型提出一种可在垂直墙体栖息和起飞的四旋翼飞行器，其四个旋翼按一正方形的四角端方位分布于机体同一平面内；四旋翼分为矩形的前沿处的两支前沿旋翼和正方形后沿处的两支后沿旋翼；其中正方形的前端前方处设有夹爪；夹爪位于机体外侧且以伺服系统与机体相连；当飞行器以夹爪与竖向墙体相接，且夹爪对伺服系统施加的压力大于阈值时，伺服系统驱动夹爪附着墙体以把飞行器固定于竖向墙体立面处；当飞行器以夹爪固定于竖向墙体立面时，若后沿旋翼动力使机体向上转动至达到可脱离姿态，则伺服系统驱动夹爪松开使飞行器可从墙体立面处脱离；本产品克服了目前能在垂直墙体栖息的飞行器的灵活性和稳定性差，操控繁琐且无法自主重新起飞等缺陷。

技术领域

本实用新型涉及无人飞行器技术领域，尤其是一种可在垂直墙体栖息和起飞的四旋翼飞行器。

背景技术

微型飞行器既能在空中悬停，又能快速长距离飞行，因此在军事侦查、搜索和救援等领域的运用越来越广泛。然而，微型飞行器的高能耗限制了它在空中停留的时间。在垂直表面上着陆可以帮助微型飞行器在保持一定高度的同时大大降低其能量消耗，这对于长期侦查和监测非常有利。但是，目前可在垂直墙体栖息的微型飞行器，其灵活性和稳定性较差，操控繁琐，且无法自主实现在垂直墙体栖息后的重新起飞。

发明内容

本实用新型提出一种可在垂直墙体栖息和起飞的四旋翼飞行器，以克服目前能在垂直墙体栖息的飞行器的灵活性和稳定性差，操控繁琐且无法自主重新起飞等缺陷。

本实用新型采用以下技术方案。

一种可在垂直墙体栖息和起飞的四旋翼飞行器，所述四旋翼飞行器的四个旋翼（4）按一正方形的四角端方位分布于机体（1）同一平面内；所述四旋翼分为正方形的前沿处的两支前沿旋翼和正方形后沿处的两支后沿旋翼；其中正方形的前端前方处设有夹爪（6）；所述夹爪位于机体外侧且以伺服系统（61）与机体相连；当飞行器以夹爪与竖向墙体相接，且夹爪对伺服系统施加的压力大于阈值时，伺服系统驱动夹爪附着墙体以把飞行器固定于竖向墙体立面处；当飞行器以夹爪固定于竖向墙体立面时，若后沿旋翼动力使机体向上转动至达到可脱离姿态，则所述伺服系统驱动夹爪松开使飞行器可从墙体立面处脱离。

所述矩形为正方形；所述四个旋翼（4）分别由机体的机架（5）处的四根支撑臂（2）支撑，每根支撑臂处均设有电机（3）以驱动支撑臂处的旋翼；各旋翼的旋转平面共面且相邻旋翼的旋转方向相反。

所述机体还包括电源、传感器、摄像头和飞行控制模块。

所述伺服系统包括O形环状的背衬结构（62）；所述背衬结构与机体相连；所述夹爪为带有爪指（63）的夹爪；所述夹爪还包括与爪指相连的夹爪机构。

所述背衬结构处设有与夹爪机构相连的回弹机构；所述回弹机构包括夹爪支撑弹簧；当飞行器飞行时，所述夹爪支撑弹簧使背衬结构垂直于机体；当飞行器与墙壁立面接触使夹爪对伺服系统施加的压力大于阈值时，所述夹爪支撑弹簧被伺服系统受到的压力压缩，夹爪支撑弹簧把所受压力经夹爪机构传至爪指处以驱动爪指附着于墙壁立面处。

当夹爪机构的爪指可靠附着于墙壁立面后，所述飞行控制模块控制各旋翼的动力输出以对飞行器姿态进行调整，使机体以夹爪为俯仰转轴进行俯仰转向以贴附墙壁。

设为四旋翼绕俯仰轴的质量惯性矩，为四旋翼飞行器的质量，为前沿旋翼的拉力；为前沿旋翼的拉力，为相邻两旋翼的中心距，为爪臂的长度，为四旋翼飞行器与水平面的夹角；

则飞行器在俯仰转向时的动力学方程为

公式1；

夹爪和墙壁之间的剪切力和法向力计算公式为；

公式2。

飞行器在俯仰转向的机体向下倾斜阶段时，前沿旋翼关闭使；当时，飞行器姿态调整完成。