[发明专利]一种飞行机器人跨维度运动的方法

说明书

本发明是一种飞行机器人跨维度运动的方法，能实现飞行机器人在地面、空中、墙面不同维度环境下运动；所述飞行机器人的机身上装有车轮和矢量旋翼；车轮通过一根轴与机体相连，车轮绕轴转动；飞行机器人的机身上还装有矢量旋翼机臂、旋翼齿轮、传动齿轮及舵机；矢量旋翼机臂与旋翼齿轮连接为一个整体，传动齿轮与旋翼齿轮紧密配合，传动齿轮套在舵机的输出轴上；该方法具体包括：飞行机器人的空中飞行控制方法，飞行机器人的墙面爬行控制方法，飞行机器人的地面行驶控制方法，飞行机器人从空中飞上墙面的方法，飞行机器人从墙面起飞的方法，飞行机器人从地面爬上墙面的方法及飞行机器人从墙面返回地面的方法。

技术领域

本发明为一种飞行机器人跨维度运动的方法，属于“飞行机器人”领域。

背景技术

目前世界上的各种飞行机器人的工作范围基本局限于空中，它们无法在地面运动，而且在飞行过程中一旦接触到其它建筑物，就很可能失控甚至坠落。本发明提出了跨维度运动的概念，本发明认为地面、空中、墙面是空间中不同维度下的工作环境。本发明提出了一种飞行机器人跨维度运动的方法，实现了飞行机器人在地面、空中、墙面运动模式的灵活切换。

发明内容

发明目的：

本发明的目的是创造一种飞行机器人跨维度运动的方法，实现飞行机器人在地面、空中、墙面等不同维度环境下运动。

技术方案：

本发明是一种飞行机器人跨维度运动的方法，该方法的实现在机械结构上依赖于可变矢量旋翼和车轮。可变矢量旋翼如附图1、附图2所示，在下文叙述中统一称为矢量旋翼。矢量旋翼整体可以在附图2所示舵机14带动下，绕轴线1转动。如附图3所示，本发明所述飞行机器人的机身上装有右前车轮19、左前车轮20、左后车轮21、右后车轮22，这四个车轮。本发明所述飞行机器人的车轮是无动力的，即车轮并不连接电机，飞行机器人运动的所有动力都来自矢量旋翼产生的矢量推力。车轮的直径大于螺旋桨的直径，可以保护螺旋桨，防止螺旋桨刮蹭到地面或墙面。本发明所述的飞行机器人实施例整体如附图4所示，实施例由两个矢量旋翼、四个车轮和一个机身组成，其中位于右前车轮19、左前车轮20之间的矢量旋翼为前矢量旋翼0-1，位于左后车轮21、右后车轮22之间的矢量旋翼为后矢量旋翼0-2。

本发明所述的飞行机器人的车轮的作用是提供机器人在地面或墙面运动时的支持力，同时减小机器人在地面或墙面运动时的摩擦阻力，并防止螺旋桨刮蹭到地面或墙面，所以实施例不必一定使用附图中的圆形车轮，也可以用牛眼万向轮，甚至可以将车轮改为支架，但不论怎么改变车轮构型，都不会改变本发明的保护范围。

本发明所述的飞行机器人跨维度运动控制算法的设计目标是使机器人能够完成地面运动、墙面运动、空中运动并能够在这三种运动模式之间自动转换。下面阐述控制方案。(下文叙述中，本发明所述的飞行机器人被称为飞行机器人或机器人)

首先需要解算机器人的姿态，机器人的姿态用欧拉角表示。基于欧拉角的姿态解算是行业内的一贯方法，此处不予详述。

(1)飞行机器人的空中飞行控制方案：

飞行机器人的空中飞行状态下，矢量旋翼螺旋桨平面始终保持与机体平面平行。在该状态下，其自动控制算法分为高度控制和姿态控制。对于高度控制，如附图19所示，通过设定目标高度，采用基于串级PID调节的闭环反馈控制算法(下文简称串级PID算法)，可以实现机器人的高度控制。对于姿态控制，如附图20所示，通过设定目标姿态角(即俯仰角、滚转角和偏航角)，采用串级PID算法，可以实现机器人的空中姿态控制。

(2)飞行机器人的墙面爬行控制方案：