[发明专利]一种空中飞行和全方位吸附微型机器人

说明书

技术领域

空中飞行和全方位吸附微型机器人及其控制方法，属于机器人的技术领域，特别是一种具有飞行和在各种材料表面上以多种位置吸附的微型低噪音机器人。

背景技术

因为在公共安全、救援以及国防领域的侦查及危险作业等特殊任务需求，具有三维空间移动能力的空中飞行机器人受到世界各国极大的重视。

2011年，美国研究人员正与日本防卫省合作，共同研制他们所说的世界上第一个球形飞行机器人。这款机器人的体型与足球相当，飞行速度可达到每小时40英里(约合每小时64公里)，可悬浮在走廊等稳定场所上方。2010年，瑞士理工学院研制出一种可以在完全自主的状态下自主寻找“同伴”相互合作飞行的迷你飞行机器人。尽管单个飞行机器人个体都带有可以脱离地面飞行的螺旋桨，但单个个体的飞行极其不稳定。单个个体之间可以利用红外线光束寻找彼此之间的结合点，进而自用磁力装置相互结合在一起形成群组飞行器。和单个个体飞行相比，这种群组飞行器飞行更加稳定和快速。国内飞行机器人的研究几乎是刚刚开始，公开的研究成果比较少。专利号200910079365.7的专利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，本发明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。专利号200610024082的专利公开了一种铰接式旋翼飞行机器人，适合于狭窄空间和悬停工况的飞行作业。专利201010543173公开了一种高层建筑和陡峭山体森林的空中灭火机器人系统。专利200810097807公开了一种智能化空中机器人系统集成方法，该智能化空中机器人系统由无人直升机平台、自驾设备、特定任务设备、数据链路和地面站组成。发明专利200610080492.5专利公开了一种由机体和多个安装在机体上的、在通一水平面上旋翼组成的多旋翼飞行器。发明专利201010223164.2公开了一种基于四轴飞行器的桥梁检测机器人。

空中机器人具有长距离快速的飞行能力而受到广泛关注和研究，但空中机器人效率不高、噪音较大，通常采用电池作为动力的微型旋翼空中机器人仅能飞行10分钟左右。发动机作为动力的空中机器人重量大、噪音很大。

发明内容

本发明的目的在于模仿飞行生物的行为，提出一种空中飞行和全方位吸附微型机器人，吸附的功耗远低于飞行，解决空中机器人限于空中飞行且功耗高，也不适合于高层建筑等的侦查应用需求等问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种空中飞行和全方位吸附微型机器人，包括吸附装置、吸附关节臂、关节臂驱动舵机、四个旋翼、四个旋翼电机、四个驱动器、机器人本体、远程遥控器，吸附装置设置在吸附关节臂的一端，该吸附关节臂的另一端与关节臂驱动舵机的输出轴连接，该关节臂驱动舵机设置在舵机支架上，舵机支架固定安装在机器人本体的上面，四个旋翼固定安装在各自的旋翼电机上，四个驱动器分与各自的旋翼电机连接，远程遥控器发送控制命令给机器人本体实现空中飞行和全方位吸附。 

与现有技术相比，本发明的显著效果是：（1）本发明机器人基于四旋翼空中飞行，具有低空飞行稳定的特点，通过吸附装置使机器人拥有在空中物体表面栖息吸附的能力，实现了仿飞行生物飞行和栖息的机制。（2）本发明所述的吸附装置通过复合密封裙用于各种光滑及凹凸不平表面及一定尺寸缝隙的的良好静态密封，好的密封效果有利于在同样的吸附力降低对功率的消耗，这为降低吸附功耗提供保障。（3） 栖息吸附的功耗远远低于空中飞行，所以吸附不仅为飞行机器人赋予了新的能力，也大大提高了机器人执行任务的可持续工作时间，这也为高层建筑的侦查、栖息过程充电等提供了可能，对于公共安全、救援以及消防等领域侦查及检测有着无法估量的社会价值、广泛的应用前景和重要经济收益。（4） 吸附装置通过可控的吸附机械臂在机器人本体上的180°转动，达到机器人可以在本体上方目标全方位吸附的效果。（5）本发明的控制方法保证了空中飞行和吸附微型机器人在多种空中目标表面以多种方位吸附栖息以及飞行和栖息之间任意转换的能力。（6）本发明具有快速远距离空中飞行、全方位吸附栖息、适于各种光滑及凹凸不平表面、微型、越障能力强以及高效率等显著优点，具有良好的社会意义、应用价值和推广前景。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明的空中飞行和全方位吸附微型机器人结构示意图；

图2是控制单元、传感器及驱动器的连接关系示意图； 

图3是本发明的负压吸附装置及复合吸附裙结构示意图； 

图4是本发明的静电吸附装置结构示意图；