[发明专利]一种适用于栖附、攀爬、抓取的飞行机器人及其控制方法

说明书

本发明公开了一种适用于栖附、攀爬、抓取的飞行机器人，包括机器人主体和设置于所述机器人主体两侧的机械臂；所述机器人主体包括机架和设置于所述机架的飞行控制器、螺旋桨、用于驱动所述螺旋桨转动的无刷电机和用于采集机器人周围图像的摄像头；所述机械臂包括依次顺序连接的舵机Ⅰ、直角连接杆、舵机Ⅱ、臂体和仿生爪；本发明的飞行机器人有四条三自由度手臂，能够根据栖息对象的结构特点调整手臂的姿态，进而稳定地栖附在目标物体上，同时能够模拟树懒进行攀爬，调整自身位置，而且还能够抓取简单物体进行空中运输。本发明还公开了该飞行机器人的控制方法，可实现机器人水平向下栖附、水平向上栖附、竖直方向栖附、斜着栖附等不同栖附方式。

技术领域

本发明专利涉及飞行机器人运输、侦察、监视领域，具体而言，涉及一种可栖附、攀爬、抓取的多功能新型飞行机器人结构设计及其控制方法。

背景技术

随着飞控算法、微处理器、微机电系统等相关技术的逐步成熟，小型飞行机器人已经广泛应用于小型货物运输、环境监测、电力巡检、灾后搜救等作业场景，并取得了良好的实际效果。但是，现有飞行机器人系统在进行监视、探测等作业过程中只能保持飞行状态。由于小型飞行机器人自身体积和负载的限制，其能够有效携带的电能储备非常有限，机器人整体的飞行时间通常较短，对作业的持续性带来了新的挑战。

国内外已有不少学者提出了飞行栖附机器人的概念，如犹他大学的Courtney E等人设计的一种无人机被动栖附装置、富兰克林欧林工程学院Nadan P M等人提出的绳索驱动的欠驱动无人机爪子，耶鲁大学的Kaiyu Hanng等人提出了一种模块化栖附装置，中国石油大学的LuoCao等人提出的适应复杂栖附需求的无人机柔性栖附装置，等等。但现有飞行栖附机器人只能从物体上面或者下面抓住或通过其它方式栖附于物体，然而环境中大多数物体如树木，除了有少数水平生长的树枝，还有倾斜一定角度的树枝和竖直生长的树干，目前针对这类具有一定倾斜角度甚至位于竖直方向的栖附对象的飞行机器人研究几乎空白，一是由于没有新颖的栖附结构，二是控制、操作复杂。

发明内容

因此，本发明的目的是为提高无人机的持续作业能力，作业隐蔽性和环境适应性，研制一种能够适应不同分布角度的栖附物体，甚至可以根据栖附对象结构特点调整自身位姿的飞行机器人。同时，本发明通过研究自然界长期栖附于树干，树枝的动物树懒的身体结构特点，结合现有飞行器，设计了一款新型飞行机器人，该飞行机器人有四条三自由度“手臂”，能够根据栖息对象的结构特点调整手臂的姿态，进而稳定地栖附在目标物体上，同时能够模拟树懒进行攀爬，调整自身位置，而且还能够抓取简单物体进行空中运输。最后，本发明还提出了该飞行机器人实现不同栖附方式，水平向下栖附、水平向上栖附、竖直方向栖附、斜着栖附的控制方法。

本发明的适用于栖附、攀爬、抓取的飞行机器人，包括机器人主体和设置于所述机器人主体两侧的机械臂；所述机器人主体包括机架和设置于所述机架的飞行控制器、螺旋桨、用于驱动所述螺旋桨转动的无刷电机和用于采集机器人周围图像的摄像头；所述机械臂包括依次顺序连接的舵机Ⅰ、直角连接杆、舵机固定座、舵机Ⅱ、臂体和仿生爪；所述舵机Ⅰ固定于机架；所述直角连接杆固定连接于舵机Ⅰ转轴与舵机Ⅱ的舵机固定座之间；所述舵机Ⅱ固定于舵机固定座；所述臂体内端固定于舵机Ⅱ转轴；且舵机Ⅰ转轴与舵机Ⅱ转轴轴线相互垂直；所述仿生爪铰接于臂体外端，所述舵机Ⅱ通过带传动机构驱动仿生爪相对于臂体转动。

进一步，所述臂体包括弧形的弹性筋条和设置于弹性筋条夹持面上的硅胶垫；所述硅胶垫内分布有蜂窝状通孔。

进一步，所述弹性筋条沿纵向分布有多个皮带导向件；所述皮带导向件设有用于引导所述带传动机构的皮带运动的卡槽。

进一步，所述带传动机构的皮带两端内表面一体成型有用于与带轮啮合的齿

进一步，两对所述机械臂分设于机架的两侧。

本发明还公开了一种所述飞行机器人的控制方法，包括以下步骤：