[发明专利]一种飞行机器人及其飞行方法

说明书

本发明涉及一种飞行机器人及其飞行方法，属于飞行机器人技术领域，解决了现有技术中飞行机器人飞行姿态单一、运动模态单一且不能实现多模态转换的问题。本发明包括封闭机体、第一矢量旋翼和第二矢量旋翼，第一矢量旋翼和第二矢量旋翼分别设于封闭机体的两端；飞行机器人能够以任意俯仰角在空中悬停，第一矢量旋翼能够绕第一矢量旋翼的第一机臂的中心轴线发生360°旋转，第二矢量旋翼能够绕的第二机臂的中心轴线发生360°旋转。本发明的飞行机器人能够在飞行模态、地面爬行模态、爬墙模态之间转换，并且实现了飞行器以任意俯仰角悬停于空中时可以保持位置不变。

技术领域

本发明涉及飞行机器人技术领域，尤其涉及一种飞行机器人及其飞行方法。

背景技术

当今世界上机器人技术高速发展，在军事、民用、工业领域涌现出了各种各样的机器人，包括地面爬行机器人、飞行机器人、爬墙机器人等。目前的机器人难以实现在飞行、地面爬行、爬墙等模态间的转换。其根本原因就是当前机器人机械结构、控制算法有很大局限性，导致可控自由度不够，因此造成了其飞行姿态单一，运动模态单一，因而不能实现多模态的转换。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种飞行机器人及其飞行方法，用以解决现有飞行机器人飞行姿态单一、运动模态单一且不能实现多模态转换的问题。

一方面，本发明提供了一种飞行机器人，包括封闭机体、第一矢量旋翼和第二矢量旋翼，第一矢量旋翼和第二矢量旋翼分别设于封闭机体的两端；

飞行机器人能够以任意俯仰角在空中悬停，第一矢量旋翼能够绕第一矢量旋翼的第一机臂的中心轴线发生360°旋转，第二矢量旋翼能够绕的第二机臂的中心轴线发生360°旋转。

进一步地，飞行机器人还包括机器人控制器，机器人控制器设于所述封闭机体的顶部凹槽内，并用于控制飞行机器人的电机和舵机运动。

进一步地，所述第一矢量旋翼还包括第一电机、第一螺旋桨和第一舵机，第一电机与第一螺旋桨连接，并设于所述第一机臂上，第一舵机设于所述第一机臂的一端。

进一步地，所述第二矢量旋翼还包括第二电机、第二螺旋桨和第二舵机，第二电机与第二螺旋桨连接，并设于所述第二机臂上，第二舵机设于所述第二机臂的一端。

另一方面，本发明提供了一种飞行机器人的飞行方法，使用上述的飞行机器人，步骤包括：

步骤1：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，

步骤2：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；

步骤3：实时解算出飞行机器人机体坐标系到地球坐标系的旋转q；

步骤4：求解飞行机器人机体坐标系到地球坐标系的旋转矩阵R₂；

步骤5：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；

步骤6：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；

步骤7：通过两个舵机控制两个矢量旋翼同步倾转θ角度，并同步进行步骤8；

步骤8：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。

进一步地，与所述飞行机器人重心重合且平行于螺旋桨平面的面为控制面，所述飞行机器人以0°俯仰角平放于地面时，地球坐标系、机体坐标系和控制面坐标系完全重合。

进一步地，控制平面坐标系与地球坐标系之间的欧拉角包括俯仰角θ、滚转角和偏航角ψ。

进一步地，采用多个同时运行的串级PID闭环控制算法控制飞行机器人的运动。