[发明专利]一种纵列双涵道式飞行机器人及其动力学协同控制方法

摘要

本发明涉及无人飞行器技术领域，公开了一种纵列双涵道式飞行机器人及其动力学协同控制方法，并基于此提出了一种飞行器与机械臂整体动力学建模与协同控制策略，控制时不再将机械臂的作用力视为飞行器受到的扰动而对机械臂与飞行器分别控制，而是将整个飞行机器人平台视为一个完整的动力学系统，飞行器通过位置控制参与机械臂末端位姿的调节，机械臂通过运动引起重心的改变和关节扭矩，产生相应力矩辅助飞行器姿态的控制。所述飞行机器人可以实现自主悬停与环境交互，并具有空间尺寸小、有效载荷大、可通过性与可接触性强、控制响应灵敏度高、系统稳定性与鲁棒性大幅改善等优点。

主权项

1.一种纵列双涵道式飞行机器人，其特征在于：包括机身、连接机身两端对称设置的两个涵道，所述涵道内均安装有旋翼系统，所述机身上部安装有主控制系统，所述机身底部安装有机械臂；所述旋翼系统包括共同固定在涵道中间的底板上下两方的上旋翼机构和下旋翼机构，所述底板通过主梁接头安装在机身上，所述上旋翼机构包括上桨毂、上桨夹、上桨叶、上变距拉杆、上倾斜盘、上变距拨叉、上支架、上电机，所述上支架固定在底板上部，所述上支架上部与上变距拨叉活动连接，所述上变距拨叉上安装有上倾斜盘，所述上桨毂通过上桨夹固定有上桨叶，所述上电机带动上桨毂转动，所述上桨夹通过上变距拉杆与上倾斜盘连接，所述上电机固定在底板上部，所述下旋翼机构包括下桨毂、下桨夹、下桨叶、下变距拉杆、下倾斜盘、下变距拨叉、下支架、下电机，所述下支架固定在底板下部，所述下支架下部与下变距拨叉活动连接，所述下变距拨叉上安装有下倾斜盘，所述下桨毂通过下桨夹固定有下桨叶，所述下电机带动下桨毂转动，所述下桨夹通过下变距拉杆与下倾斜盘连接，所述下电机固定在底板下部，所述上电机与下电机对置安装，所述上电机与下电机旋向相反，所述底板上通过上舵机架和下舵机架还固定安装有变距舵机，所述变距舵机上设置有变距舵机摇臂，所述变距舵机摇臂通过舵机拉杆与上变距拨叉相连，所述上变距拨叉通过变距拉杆与下变距拨叉连接；所述机械臂通过机械臂底板与机身固定连接，所述机械臂包括上臂、中臂、下臂和机械爪，所述上臂一端通过关节A和关节B与机械臂底板下部连接，所述上臂另一端通过关节C与中臂上端连接，所述中臂下端通过关节D与下臂上端连接，所述下臂下端通过关节E与机械爪连接，所述机械爪上设置有关节F，所述关节A、关节B、关节C、关节D、关节E、关节F分别与相应的舵机驱动连接；所述主控制系统包括传感系统、控制系统、旋翼系统和机械臂系统，所述控制系统包括控制器、舵机控制板，所述传感系统包括安装于机身上的陀螺仪/组合惯导和摄像头、安装于旋翼系统上的编码器、安装于机械臂末端的机械爪上的力传感器，所述陀螺仪/组合惯导用于测量飞行机器人位置、线速度、加速度、姿态角、姿态角速度、姿态角加速度及高度信息，所述摄像头采集目标位置信息，保证机械臂的精确定位，所述编码器采集旋翼系统转速信息，所述力传感器在机械臂与环境进行接触交互的过程中反馈力与力矩信号，所述传感系统将采集到的信息实时传递给控制器，所述控制器进行解算与控制工作，所述控制器将控制量传递给舵机控制板，所述舵机控制板驱动旋翼系统和机械臂系统的执行机构完成相应作动，所述控制器与地面站通过数传实时交互，从而通过地面站对控制器进行控制和获取信息。