[发明专利]一种多模态飞行机器人及其变模态方法

权利要求书

1.一种多模态飞行机器人的变模态方法，其特征在于，步骤包括：

设定飞行机器人控制面坐标系与机体坐标系之间的旋转角θ，；

求解飞行机器人控制面坐标系与机体坐标系之间的旋转矩阵R₁，

；

实时解算出飞行机器人机体坐标系到地球坐标系的旋转，；

求解飞行机器人机体坐标系到地球坐标系的旋转矩阵R₂，

；

求解飞行机器人控制面坐标系到地球坐标系的旋转矩阵R，；

求得飞行机器人控制面坐标系与地球坐标系之间的欧拉角；

通过舵机控制两矢量旋翼同步倾转θ角度，并同步通过串级PID闭环控制算法控制飞行机器人的电机转速，从而实现飞行机器人的姿态和位置控制；

所述飞行机器人的姿态和位置控制中，与所述飞行机器人（100）重心重合且平行于螺旋桨平面的面为控制面，当封闭机体（1）竖直悬停于空中的时候，此时控制面与机身平面相互正交；封闭机体（1）竖直悬停状态下禁用飞行机器人（100）俯仰控制的PID控制环，增加上方矢量旋翼的平均推力，降低下方矢量旋翼的平均推力，固定下方矢量旋翼的倾转角度，使下方矢量旋翼的螺旋桨平面与机体平面始终保持正交，上方矢量旋翼的倾转角度是时变的，上方矢量旋翼的螺旋桨平面始终保持与重力方向垂直；

所述多模态飞行机器人包括封闭机体（1）、第一矢量旋翼（2）、第二矢量旋翼（3）和车轮（4），第一矢量旋翼（2）和第二矢量旋翼（3）分别设于封闭机体（1）的两端，车轮（4）设于第一矢量旋翼（2）和第二矢量旋翼（3）的两端；

飞行机器人（100）能够以任意俯仰角在空中悬停，第一矢量旋翼（2）能够绕设于第一矢量旋翼（2）两端的车轮（4）的中心轴线发生360°旋转，第二矢量旋翼（3）能够绕设于第二矢量旋翼（3）两端的车轮（4）的中心轴线发生360°旋转；

多模态飞行机器人还包括电池（5）、电源模块（6）和机器人控制器（7），所述封闭机体（1）的机身本体顶部设有凹槽（11），电池（5）、电源模块（6）和机器人控制器（7）均设于凹槽（11）内；凹槽（11）内设有H型连接架，H型连接架安装电源模块（6）和机器人控制器（7），H型连接架设置的第三螺钉柱与机顶外壳连接；

封闭机体（1）呈x形，包括四个支爪，且位于同一侧的两个支爪连接成V形，并圆滑过渡。

2.根据权利要求1所述的多模态飞行机器人的变模态方法，其特征在于，还包括机载处理器组件（8），机载处理器组件（8）设在所述封闭机体（1）的底部。

3.根据权利要求2所述的多模态飞行机器人的变模态方法，其特征在于，所述机载处理器组件（8）包括机载处理器（81）和机载处理器安装盒（82），机载处理器（81）设于机载处理器安装盒（82）内，所述机载处理器安装盒（82）上设有摄像头（9）。

4.根据权利要求1所述的多模态飞行机器人的变模态方法，其特征在于，所述第一矢量旋翼（2）包括第一机臂（21）、第一电机（22）、第一螺旋桨（23）和第一舵机（26），第一电机（22）与第一螺旋桨（23）连接，并设于第一机臂（21）上，第一舵机（26）设于第一机臂（21）的一端。

5.根据权利要求1-4任一项所述的多模态飞行机器人的变模态方法，其特征在于，所述第二矢量旋翼（3）包括第二机臂（31）、第二电机（32）、第二螺旋桨（33）和第二舵机（36），第二电机（32）与第二螺旋桨（33）连接，并设于第二机臂（31）上，第二舵机（36）设于第二机臂（31）的一端。

6.根据权利要求1所述的多模态飞行机器人的变模态方法，其特征在于，所述飞行机器人（100）的飞行模态包括空中变姿态悬停模态、地面（200）爬行模态和墙面（300）爬行模态，且能够在空中变姿态悬停模态、地面（200）爬行模态和墙面（300）爬行模态转换。

7.根据权利要求1所述的多模态飞行机器人的变模态方法，其特征在于，当机体竖直悬停于空中时，采用两个姿态控制串级PID算法分别控制控制面的滚转和偏航，并增加上方的矢量旋翼的平均推力，降低下方的矢量旋翼的平均推力。