本发明专利技术提出一种具备墙面栖停与爬行能力的四旋翼飞行器，包含四旋翼飞行器与墙面爬行机构。墙壁爬行装置包括舵机、舵机摇臂和爬行部件，爬行部件由拉力弹簧、前侧组件和后侧组件组成。无人机包含飞行模式与栖停/爬行模式，当转入栖停/爬行模式时，四旋翼飞行器驶向墙面并将机身向上仰起，将墙面爬行机构朝向垂面。当四旋翼飞行器与墙面接触后，在冲击力作用下，墙面爬行机构钩爪与墙面产生相互作用力，将四旋翼飞行器固定住墙面上。稳定停靠后，通过旋转舵机，驱动墙面爬行机构带动四旋翼飞行器沿墙面爬行机动。在墙面栖停与爬行过程中，墙面爬行机构产生作用力以平衡重力，飞行器可以关闭电机，从而达到降低功耗、延长有效任务时间的目的。任务时间的目的。任务时间的目的。
【技术实现步骤摘要】
一种具备墙面栖停与爬行能力的四旋翼机器人
[0001]本专利技术涉及机器人
，尤其涉及一种具备墙面栖停与爬行能力的四旋翼机 器人。
技术介绍
[0002]微小型四旋翼无人机是当下的研究热点，民用领域中，微小型四旋翼无人机可以 承担区域监控、数据采集、航空拍摄等任务。科研领域中，微小型四旋翼无人机的研 发涉及总体设计、飞行控制、MEMS技术、导航技术等多个领域，是多科学融合研究 的一个理想平台。
[0003]微小型四旋翼无人机虽然具有轻小便携、灵活机动等众多优势，但是，由于体积 与尺寸成三次方关系，因此，在无人机小型化发展过程中，无人机尺度的减缩必然导 致储能空间的急剧减缩，由此引发了微小型四旋翼无人机的续航不足问题。以 Dragonflyer X4为例，该型号无人机起飞重量为680g，尺寸为64.5cm，飞行时间为30 分钟。续航不足使得微小型无人机的机动优势一定程度上被抵消，也因此引发微小型 无人机使用效能恶化的问题。如何解决微小型四旋翼无人机的续航问题，成为了当下 学术界的热点话题。
[0004]源于鸟类栖停行为的垂面栖停机动是当前解决微小型四旋翼无人机续航缺陷的一 个有效手段。该方法是模仿鸟类栖落在树枝或者地面的一种仿生策略，通过在无人机 上加装模仿动物肢体的栖附装置，赋予无人机在建筑物壁面栖附的能力。无人机栖附 时无需驱动螺旋桨而是借助外部作用力克服重力，达到降低能耗、延长有效任务时间 的目的。栖停机动赋予无人机模态转换能力，使得无人机可以降落在建筑物壁面，能 够有效延长任务时间。/>[0005]现有的机器人栖附方式主要采用以下几种原理：
[0006](1)多足仿生吸附结构。
[0007](2)抽真空吸附式结构。
[0008](3)车式磁铁吸附式结构。
[0009](4)多螺旋桨斜推式结构。
[0010]CN204527386U公开了一种履带式多吸盘爬墙机器人，能够在墙面进行爬行与转 向，解决了传统爬墙机器人转弯困难的问题，提高了爬墙机器人的灵活性。 CN207120808U公开一种吸盘类的爬墙机器人，对地形的适应性好，吸盘利用率高， 并可以利用简单元器件检测落点的可吸附性，简单实用，结构紧凑，可靠性高。 CN209650403U公开了一种用于爬墙机器人的多自由度球形螺旋桨机构，提高了爬墙 机器人的续航时间以及其灵活性、鲁棒性和实用性。
[0011]但调研表明，现有技术存在仿生式爬墙机器人运动缓慢，多螺旋桨式爬墙机器人 功率过大、续航时间过短，真空吸附式爬墙机器人对墙壁表面粗糙度和平整度要求过 高的问题。
技术实现思路
[0012]为解决现有技术存在的问题，本专利技术提出一种具备墙面栖停与爬行能力的四旋翼 机器人，可以在较为粗糙的建筑物外表面栖停并进行爬行。
[0013]无人机包含飞行模式与栖停/爬行模式，四旋翼飞行器借助螺旋桨推力可以进行空 中飞行，当转入栖停/爬行模式时，四旋翼机器人驶向墙面并将机身向上仰起，将墙面 爬行机构朝向垂面。当四旋翼机器人与墙面接触后，在冲击力作用下，墙面爬行机构 钩爪与墙面产生相互作用力，该作用力能够将四旋翼机器人固定住墙面上。当四旋翼 机器人在墙面上稳定停靠后，通过旋转舵机，可以驱动墙面爬行机构带动四旋翼飞行 器沿墙面进行爬行机动。无人机在墙面栖停与爬行过程中，墙面爬行机构产生作用力 以平衡重力，飞行器可以关闭电机，从而达到降低功耗、延长有效任务时间的目的。
[0014]本专利技术的技术方案为：
[0015]所述一种具备墙面栖停与爬行能力的四旋翼机器人，包括四旋翼飞行器与墙面爬 行装置；
[0016]所述墙面爬行装置固定在四旋翼飞行器腹部；
[0017]所述墙壁爬行装置包括舵机、舵机摇臂和爬行部件；在舵机摇臂左右两侧各有一 套爬行部件；
[0018]所述舵机安装在四旋翼飞行器内部，舵机输出轴从四旋翼飞行器腹部伸出，连接 处于四旋翼飞行器下部的舵机摇臂中部位置，能够带动舵机摇臂转动，使舵机摇臂两 端前后摆动；
[0019]所述爬行部件由拉力弹簧、前侧组件和后侧组件组成；
[0020]所述前侧组件包括前侧旋转轴、前侧支撑臂、前侧固定钩爪、滑动钩爪组件和前 向驱动摇臂；所述滑动钩爪组件包括曲柄机构、滑块轨道和滑动爬行钩爪；所述后侧 组件包括后侧旋转轴、后侧支撑臂、爬行牵引弹簧、后侧对爪组件和后侧对爪旋转摇 臂；所述后侧对爪组件包括后侧爬行辅助钩爪和后侧固定钩爪；
[0021]在前侧支撑臂上端开有旋转孔位，与安装在四旋翼飞行器上的前侧旋转轴连接， 能够绕前侧旋转轴旋转；前侧支撑臂下端开有避让槽，供曲柄机构的长连杆穿过，且 前侧支撑臂下端转动连接前侧固定钩爪以及滑动钩爪组件；
[0022]所述曲柄机构包括长连杆和短连杆，长连杆和短连杆一端铰接，并且同步与前向 驱动摇臂一端铰接，长连杆穿过前侧支撑臂下端的避让槽后与滑动爬行钩爪铰接，所 述滑动爬行钩爪穿过滑块轨道，能够在滑块轨道上滑动；所述滑块轨道端部与短连杆 铰接，且所述滑块轨道还与前侧支撑臂下端转动连接；所述前向驱动摇臂另一端与舵 机摇臂端部铰接；前侧固定钩爪以及滑动爬行钩爪的方向相同，均朝向后方；
[0023]在后侧支撑臂上端开有旋转孔位，与安装在无人机机架上的后侧旋转轴连接，能 够绕后侧旋转轴旋转；后侧支撑臂下端也开有旋转孔位，通过旋转轴与后侧对爪组件 中部转动连接，后侧对爪组件具有绕该轴旋转的自由度；后侧爬行辅助钩爪和后侧固 定钩爪的方向相反，且后侧爬行辅助钩爪方向朝向后方，后侧固定钩爪方向朝向前方； 后侧固定钩爪上部具有后侧对爪旋转摇臂；后侧对爪旋转摇臂分为与后侧固定钩爪固 定的支臂和与所述支臂一端转动配合的摆臂；所述摆臂另一端与舵机摇臂端部通过爬 行牵引弹簧连接；
[0024]前侧支撑臂与后侧支撑臂之间通过拉力弹簧连接。
[0025]进一步的，所述墙壁爬行装置除舵机和拉力弹簧以及爬行牵引弹簧外，均采用3D 打印技术加工制造，材料为ABS塑料。
[0026]进一步的，所述墙壁爬行机构的所有钩爪末端的构造均为细小的针刺结构，所述 针刺结构头部半径尺度为微米量级，能够与建筑物墙壁上的微小凸起颗粒产生相互作 用。
[0027]进一步的，所述四旋翼飞行器包括机身、传感器、图像处理板、接收机、控制器、 电子调速器、动力电池；
[0028]所述机身包括机架、旋翼固定臂、旋翼固定臂端部电机座、无刷电机、螺旋桨；
[0029]机架作为四旋翼飞行器的主承力结构，四个旋翼固定臂与机架固定连接，呈X布 局向外延伸；所述旋翼固定臂的端部对应固定安装无刷电机，所述无刷电机输入端包 含正极线、负极线与信号线，正极线、负极线与动力电池相连，负责电机驱动能量输 入，信号线与电子调速器相连，用于控制电机转速；所述无刷电机动力输出端连接有 螺旋桨。
[0030]进一步的，所述接收机、控制器、传感器、电子调速器构成无人机运动控制链路， 所述接收机接受来自遥控器的操纵指令，所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具备墙面栖停与爬行能力的四旋翼机器人，其特征在于：包括四旋翼飞行器与墙面爬行装置；所述墙面爬行装置固定在四旋翼飞行器腹部；所述墙壁爬行装置包括舵机、舵机摇臂和爬行部件；在舵机摇臂左右两侧各有一套爬行部件；所述舵机安装在四旋翼飞行器内部，舵机输出轴从四旋翼飞行器腹部伸出，连接处于四旋翼飞行器下部的舵机摇臂中部位置，能够带动舵机摇臂转动，使舵机摇臂两端前后摆动；所述爬行部件由拉力弹簧、前侧组件和后侧组件组成；所述前侧组件包括前侧旋转轴、前侧支撑臂、前侧固定钩爪、滑动钩爪组件和前向驱动摇臂；所述滑动钩爪组件包括曲柄机构、滑块轨道和滑动爬行钩爪；所述后侧组件包括后侧旋转轴、后侧支撑臂、爬行牵引弹簧、后侧对爪组件和后侧对爪旋转摇臂；所述后侧对爪组件包括后侧爬行辅助钩爪和后侧固定钩爪；在前侧支撑臂上端开有旋转孔位，与安装在四旋翼飞行器上的前侧旋转轴连接，能够绕前侧旋转轴旋转；前侧支撑臂下端开有避让槽，供曲柄机构的长连杆穿过，且前侧支撑臂下端转动连接前侧固定钩爪以及滑动钩爪组件；所述曲柄机构包括长连杆和短连杆，长连杆和短连杆一端铰接，并且同步与前向驱动摇臂一端铰接，长连杆穿过前侧支撑臂下端的避让槽后与滑动爬行钩爪铰接，所述滑动爬行钩爪穿过滑块轨道，能够在滑块轨道上滑动；所述滑块轨道端部与短连杆铰接，且所述滑块轨道还与前侧支撑臂下端转动连接；所述前向驱动摇臂另一端与舵机摇臂端部铰接；前侧固定钩爪以及滑动爬行钩爪的方向相同，均朝向后方；在后侧支撑臂上端开有旋转孔位，与安装在无人机机架上的后侧旋转轴连接，能够绕后侧旋转轴旋转；后侧支撑臂下端也开有旋转孔位，通过旋转轴与后侧对爪组件中部转动连接，后侧对爪组件具有绕该轴旋转的自由度；后侧爬行辅助钩爪和后侧固定钩爪的方向相反，且后侧爬行辅助钩爪方向朝向后方，后侧固定钩爪方向朝向前方；后侧固定钩爪上部具有后侧对爪旋转摇臂；后侧对爪旋转摇臂分为与后侧固定钩爪固定的支臂和与所述支臂一端转动配合的摆臂；所述摆臂另一端与舵机摇臂端部通过爬行牵引弹簧连接；前侧支撑臂与后侧支撑臂之间通过拉力弹簧连接。2.根据权利要求1所述一种具备墙面栖停与爬行能力的四旋翼机器人，其特征在于：所述墙壁爬行装置除舵机和拉力弹簧以及爬行牵引弹簧外，均采用3D打印技术加工制造，材料为ABS塑料。3.根据权利要求1所述一种具备墙面栖停与爬行能力的四旋翼机器人，其特征在于：所述墙壁爬行机构的所有钩爪末端的构造均为细小的针刺结构，所述针刺结构头部半径尺度为微米量级，能够与建筑物墙壁上的微小凸起...
【专利技术属性】
技术研发人员：昌敏，孙杨，汪辉，白俊强，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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