[发明专利]一种髋膝可驱动仿生着陆腿式六旋翼无人机及其控制方法

权利要求书

1.一种髋膝可驱动仿生着陆腿式六旋翼无人机的控制方法，其特征在于，所述无人机具有安装平台(700)，在安装平台(700)上连接有四个仿生着陆腿(800)，所述仿生着陆腿(800)包括髋关节组、髋膝连接组、膝踝连接组、踝足连接组、足垫(820)以及髋关节电机(803)、膝关节电机(807)、缓冲器(812)；

所述髋关节组包括固定连接在安装平台(700)上的髋连接件(802)，所述髋膝连接组包括与髋连接件(802)铰接的髋膝连接件(804)，所述髋关节电机(803)的壳体固定连接在髋连接件(802)上，并且髋关节电机(803)的输出轴固定连接髋膝连接件(804)；

所述膝关节电机(807)的壳体固定连接所述髋膝连接件(804)，所述膝踝连接组包括平行设置且固定相连的膝踝连接件一(808)、膝踝连接件二(810)，所述膝踝连接件一(808)以及膝踝连接件二(810)的顶端同时铰接髋膝连接件(804)，并且同时与膝关节电机(807)的输出轴固定相连；

所述踝足连接组包括平行设置且固定相连的踝足连接件一(815)、踝足连接件二(817)，所述踝足连接件一(815)及踝足连接件二(817)的顶端同时铰接膝踝连接组，所述缓冲器(812)的两端则分别铰接在膝踝连接组的中部以及踝足连接组的中部；

所述踝足连接件一(815)及踝足连接件二(817)的底端同时通过球铰连接足垫(820)；

为了便于飞行器位置调整，设计基于PID控制方法的位置回路控制器；该控制器的输入为期望位置[x_d y_d z_d]^T与反馈位置[x y z]^T的差值；通过输出三个虚拟控制量U_x、U_y、U_z实现对飞行器位置的控制；其中U_x为x方向制量，U_y为y方向控制量，U_z为z方向控制量；k1、k4、k7为比例环节系数，k2、k5、k8为积分环节系数，k3、k6、k9为微分环节系数；e_x、e_y、e_z为位置反馈误差，具体表示如下：

之后通过控制器输出的三个虚拟控制量以及期望偏航角求得期望升力及姿态角：其中，U为期望升力，φ_d、θ_d、ψ_d为期望姿态角，m为飞行器质量，g为重力加速度；进而根据期望升力及姿态角调节电机转速，实现对飞行器的控制；

飞行器可根据控制器输出的虚拟控制量来计算期望力矩及升力，进而计算期望电机转速,变换关系如下：其中w₁～w₆为旋翼支臂上六个马达的转速，τ₁为滚转力矩的期望力矩，τ₂为俯仰力矩的期望力矩，τ₃为偏航力矩的期望力矩，U为期望升力，l为旋翼轴距、b为桨叶升力系数、d为桨叶力矩系数；

所述仿生着陆腿(800)具有髋关节、膝关节、踝关节三个关节，在髋关节组、髋膝连接组之间的连接位置形成髋关节，在髋膝连接组、膝踝连接组之间的连接位置形成膝关节，在膝踝连接组、踝足连接组之间形成踝关节；

通过上述方式控制无人机达到相应水平姿态后，针对无人机起降过程的具体地面起伏情况，预先输入地面信息，计算出对应关节转角以调整各仿生腿着陆所需高度。

2.根据权利要求1所述的一种髋膝可驱动仿生着陆腿式六旋翼无人机的控制方法，其特征在于，所述髋关节组还包括髋连接加强件(801)，所述髋连接件(802)呈L字形，所述髋连接加强件(801)呈楔形，且固定连接在髋连接件(802)L字形的内侧顶角处。

3.根据权利要求1所述的一种髋膝可驱动仿生着陆腿式六旋翼无人机的控制方法，其特征在于，所述髋膝连接组还包括髋膝加强件一(805)、髋膝加强件二(806)，所述髋膝连接件(804)的两端分别铰接髋关节组以及膝踝连接组，所述髋膝加强件一(805)以及髋膝加强件二(806)则分别平行的固定连接在髋膝连接件(804)的两侧，并且髋膝加强件一(805)、髋膝加强件二(806)的两端也分别铰接髋关节组以及膝踝连接组。