本发明专利技术公开了一种多旋翼腿轮式多功能空中机器人及其运动规划方法，包括旋翼Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ，旋翼驱动电机Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ，爬壁大腿Ａ、Ｂ，爬壁小腿Ａ、Ｂ，髋关节驱动电机Ａ、Ｂ，膝关节驱动电机Ａ、Ｂ，机器人主体、壁面行走轮Ａ、Ｂ，落地支撑杆、旋翼支撑杆、刚度加强环。运动规划过程包括：机器人在飞行状态的运动规划、机器人从飞行状态转为爬壁状态下的运动规划、机器人在爬壁状态下的运动规划、机器人在爬壁状态下跨越障碍物的运动规划、机器人从爬壁状态转为飞行状态的运动规划。本发明专利技术实现了旋翼式飞行器与腿轮式运动机构的融合，机械结构简单、易于实现，具有稳定性高、体积小，壁面适应性强、越障能力强、适用范围广等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种空中机器人，具体涉及一种多旋翼腿轮式多功能空中机器人，属于机械 领域。
技术介绍
目前，许多应用领域都要求飞行器能够进行低空低速的飞行，进行低空作业，并且有良 好的机动性和隐蔽性。因此，出现了以单旋翼直升机为平台的飞行器系统。这种单旋翼飞行 器能够实现低空低速飞行，也能够完成一定的低空作业，但是，由于采用一个旋翼，所以旋 翼的尺寸一般都比较大，工作时比较危险，且单旋翼翼面攻角控制机构复杂，而且是单一失 效点，所以故障容度较差。而多旋翼飞行器具有良好的飞行机动性和稳定性，能够完成许多 复杂的低空作业，具有垂直起落简单、悬停加速灵活，机动性能强、空中调姿能力强等特点， 相对于单旋翼飞行器在相同的运作空间内更易实现较大的推重比，增加任务载荷在总体载荷 中的比重。在以飞行器为平台的空中机器人领域的研究中，空中机器人大多只局限于单一的任务， 限制了其应用范围。机器人的任务由单一化向多功能化方向发展是空中机器人的一个发展趋 势。将飞行和爬壁功能集成于一体，设计兼具飞行和爬壁功能的多功能空中机器人是当前需 要解决的问题。专利技术 内容本专利技术为了实现兼具飞行和爬壁功能的多功能空中机器人，采用基于多旋翼飞行平台包 含腿轮式爬壁结构的空中机器人结构，提出一种多旋翼腿轮式多功能空中机器人及其运动规 划方法。一种多旋翼腿轮式多功能空中机器人，包括旋翼A、旋翼B、旋翼C，旋翼D、旋翼驱 动电机A，旋翼驱动电机B，旋翼驱动电机C,旋翼驱动电机D、爬壁大腿A，爬壁大腿B、 爬壁小腿A,爬壁小腿B、髋关节驱动电机A，髋关节驱动电机B、膝关节驱动电机A，膝 关节驱动电机B、机器人主体、壁面行走轮A，壁面行走轮B、落地支撑杆、旋翼支撑杆、刚度加强环。机器人主体为圆形盘状结构，四个旋翼支撑杆沿着机器人主体的下表面四周呈对称分布。 旋翼驱动电机A，旋翼驱动电机B，旋翼驱动电机C，旋翼驱动电机D分别用螺钉固定于旋翼支撑杆的外端，旋翼A、旋翼B、旋翼C，旋翼D依次固定在旋翼驱动电机A，旋翼驱动 电机B，旋翼驱动电机C，旋翼驱动电机D的转动轴上。且旋翼A、旋翼B、旋翼C，旋翼 D的旋转平面位于旋翼支撑杆的下方。刚度加强环与机器人主体同心，紧固于旋翼支撑杆的 上方。落地支撑杆分别固定连接于旋翼支撑杆与刚度加强环相交的下方。落地支撑杆上安装弹簧。爬壁大腿A、爬壁大腿B通过髋关节与机器人主体上表面连接，爬壁小腿A，爬壁小腿 B通过膝关节与爬壁大腿A、爬壁大腿B连接，两组爬壁大腿A、爬壁大腿B及爬壁小腿A， 爬壁小腿B位于机器人的一个对称平面内。壁面行走轮A，壁面行走轮B位于爬壁小腿A， 爬壁小腿B的末端。爬壁大腿A12、爬壁大腿B13、爬壁小腿A16，爬壁小腿B17及壁面 行走轮A,壁面行走轮B组成机器人的两个腿轮式爬壁机构，简称为腿。在髋关节与膝关节上分别固定有髋关节驱动电机A，髋关节驱动电机B、膝关节驱动电 机A，膝关节驱动电机B。机器人的外围可以安装保护架。保护架的u形铁丝一端与机器人的落地支撑杆相固定， 另一端焊接圆环铁丝，U形铁丝的高度到达旋翼A、旋翼B、旋翼C，旋翼D所在平面。所述旋翼A、旋翼B、旋翼C，旋翼D采用CLARK-Y翼型。所述旋翼支撑杆外形横截 面设置为圆形。所述机器人旋翼A、旋翼B、旋翼C，旋翼D之间间距大于旋翼A、旋翼B、 旋翼C，旋翼D本身直径的两倍，所述的间距为旋翼旋转中心之间的距离。 一种多旋翼腿轮式多功能空中机器人的运动规划方法，其特征在于 (一)、机器人在飞行状态下的运动规划；1、 使两组旋翼A、旋翼B和旋翼C、旋翼D以相反的方向旋转；开启旋翼驱动电机A、旋翼驱动电机B、旋翼驱动电机C、旋翼驱动电机D，为旋翼A、 旋翼B、旋翼C、旋翼D提供升力，对角线上的两个旋翼为一组；2、 改变旋翼A、旋翼B、旋翼C、旋翼D速度，使机器人产生相应动作； 同时增大或减小四个旋翼A、旋翼B、旋翼C、旋翼D的速度产生垂直的动作； 保持对角线上一组旋翼速度不变，与此同时另外一组旋翼一个速度增大， 一个速度减小就会产生俯仰和滚动的姿态；偏航姿态的产生则来自于两组旋翼A、旋翼B和旋翼C、旋翼D扭转力矩的差异；3、 机器人飞行状态下，对空中物体进行抓持操作；1) 、机器人在飞行状态时，将双腿折叠；2) 、爬壁大腿A、爬壁大腿B、爬壁小腿A、爬壁小腿B作为臂使用来抓持物体，此时， 爬壁大腿A、爬壁大腿B变为大臂，爬壁小腿A、爬壁小腿B变为小臂，髋关节驱动电机A、7髋关节驱动电机B和膝关节驱动电机A、膝关节驱动电机B同时带动各自关髋关节和膝关节 转动，将双臂张开；3)、膝关节驱动电机A、膝关节驱动电机B同时带动各自的膝关节转动，将物体紧密夹 持于壁面行走轮A与壁面行走轮B之间，同时增加旋翼A、旋翼B、旋翼C、旋翼D的转速;(二) 、机器人从飞行状态转为爬壁状态的运动规划；1、 机器人飞到离壁面较近的位置，让机器人主体保持水平，且双腿折起；2、 机器人靠近壁面的膝关节驱动电机A顺时针转动，带动与之连接的爬壁小腿A向右下方运动，机器人主体逐渐向壁面倾斜；机器人的爬壁髋关节驱动电机A顺时针转动，带动与之连接的爬壁小腿A向壁面运动， 壁面行走轮A接触壁面；3、 加大旋翼驱动电机B的转速，使得旋翼B转速增加，同时，膝关节驱动电机B逆时 针方向旋转，使爬壁大腿B和爬壁小腿B位于一条直线，然后髋关节驱动电机B逆时针旋 转，与旋翼B—起作用，将壁面行走轮B推至壁面上；(三) 、机器人在爬壁状态下的运动规划；1、 两轮接触壁面的方式沿壁面行走；同时加大旋翼驱动电机A，旋翼驱动电机B，旋翼驱动电机C，旋翼驱动电机D的转速， 使旋翼A、旋翼B、旋翼C，旋翼D推力矢量的竖直分量超过机器人重力，机器人向上行走； 通过同时调节两个膝关节与两个髋关节的转动角度增加机器人主体与壁面之间的倾斜角度；同样，机器人向下行走时，由相反的途径得到，机器人在爬壁状态中左右行走时，通过 控制旋翼A、旋翼B、旋翼C、旋翼D的转速，调整机器人主体的姿态角，使得旋翼A、旋 翼B、旋翼C、旋翼D产生的总推力向左或向右；2、 用单轮交替接触壁面的方式向上行走；1) 、髋关节驱动电机B、膝关节驱动电机B逆时针方向旋转，带动壁面行走轮B所在的 腿抬起脱离壁面，增加旋翼驱动电机A的转速，使得旋翼A的推力增加，降低旋翼驱动电机 B的转速，使得旋翼B的推力减小，壁面行走轮A向上行走；2) 、髋关节驱动电机B、膝关节驱动电机B顺时针方向旋转，使得壁面行走轮B所在的 该条腿重新接触壁面；同时，降低旋翼驱动电机A转速，增加旋翼驱动电机B的转速，膝关 节驱动电机A逆时针方向旋转，壁面行走轮A所在的该条腿脱离壁面，壁面行走轮B向上行走；3) 、上述用单轮交替接触壁面的方式向上行走的步骤l)、步骤2)中机器人就完成了爬 壁状态下用单轮交替接触壁面的方式在壁面向上行走的一个周期，重复这样的周期，机器人即用单轮交替接触壁面的方式在壁面上向上行走。单轮交替接触壁面的方式向下行走时，各个部件的运动方向相反；(四) 、机器人在爬壁状态下跨越障碍物的运动规划；1、 位于上方的壁面行走轮B与壁面脱离，且腿抬到超过障碍物高度； 当遇到壁面障碍物时，髋关节驱动电机B与膝关节驱动电机B引导各自关节转动，使壁面行本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多旋翼腿轮式多功能空中机器人，包括机器人主体，其特征在于，还包括：旋翼Ａ、旋翼Ｂ、旋翼Ｃ、旋翼Ｄ、旋翼驱动电机Ａ、旋翼驱动电机Ｂ、旋翼驱动电机Ｃ、旋翼驱动电机Ｄ、爬壁大腿Ａ，爬壁大腿Ｂ、爬壁小腿Ａ、爬壁小腿Ｂ、髋关节驱动电机Ａ、髋关节驱动电机Ｂ、膝关节驱动电机Ａ、膝关节驱动电机Ｂ、落地支撑杆、旋翼支撑杆、刚度加强环、壁面行走轮Ａ、壁面行走轮Ｂ； 机器人主体为圆形盘状结构，四个旋翼支撑杆沿着机器人主体的下表面四周呈对称分布；旋翼驱动电机Ａ、旋翼驱动电机Ｂ、旋翼驱动电机Ｃ、旋翼驱动电机Ｄ分别用螺钉固定于旋翼支撑杆的外端，旋翼Ａ、旋翼Ｂ、旋翼Ｃ、旋翼Ｄ依次固定在旋翼驱动电机Ａ、旋翼驱动电机Ｂ、旋翼驱动电机Ｃ、旋翼驱动电机Ｄ的转动轴上；且旋翼Ａ、旋翼Ｂ、旋翼Ｃ、旋翼Ｄ的旋转平面位于旋翼支撑杆的下方；刚度加强环与机器人主体同心，紧固于旋翼支撑杆的下方；落地支撑杆分别固定连接于旋翼支撑杆与刚度加强环相交的下方； 爬壁大腿Ａ、爬壁大腿Ｂ通过髋关节与机器人主体上表面连接，爬壁小腿Ａ、爬壁小腿Ｂ通过膝关节与爬壁大腿Ａ、爬壁大腿Ｂ连接，两组爬壁大腿Ａ、爬壁大腿Ｂ及爬壁小腿Ａ、爬壁小腿Ｂ位于机器人的一个对称平面内；壁面行走轮Ａ、壁面行走轮Ｂ位于爬壁小腿Ａ、爬壁小腿Ｂ的末端；爬壁大腿Ａ、爬壁大腿Ｂ、爬壁小腿Ａ、爬壁小腿Ｂ及壁面行走轮Ａ、壁面行走轮Ｂ组成机器人的两个腿轮式爬壁机构； 在髋关节与膝关节上分别固定有髋关节驱动电机Ａ、髋关节驱动电机Ｂ、膝关节驱动电机Ａ、膝关节驱动电机Ｂ。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：丁希仑，俞玉树，米磊，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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