[發(fā)明專利]基于旋翼氣動(dòng)力的運(yùn)動(dòng)體及其爬壁方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810228334.2
• 申請(qǐng)日: 2018-03-10
• 公開（公告）號(hào): CN108528556A
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏瑞軒;張啟瑞;許卓凡;周凱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍空軍工程大學(xué)
• 主分類號(hào): B62D57/024
• 分類號(hào): B62D57/024;B64C3/10;B64C9/00;B64C9/02;B64C39/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

公開一種基于旋翼氣動(dòng)力的運(yùn)動(dòng)體，包括機(jī)身(1)、矢量推力部件(2)和支撐輪(3)。該運(yùn)動(dòng)體采用旋翼氣動(dòng)力提供運(yùn)動(dòng)體爬壁動(dòng)力，以旋翼氣動(dòng)力作為墻壁運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，可在較大程度上簡(jiǎn)化爬壁運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，提高運(yùn)動(dòng)體墻面運(yùn)動(dòng)的靈活性，并根據(jù)旋翼氣動(dòng)力大小具備較為廣泛的速度范圍。還公開一種基于旋翼氣動(dòng)力的運(yùn)動(dòng)體爬壁方法，包括下列步驟：讀取運(yùn)動(dòng)體當(dāng)前姿態(tài)信息；控制爬壁運(yùn)動(dòng)體電機(jī)轉(zhuǎn)速完成動(dòng)作；根據(jù)設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)體墻面運(yùn)動(dòng)；利用輪式結(jié)構(gòu)提高爬壁運(yùn)動(dòng)體穩(wěn)定性與墻面運(yùn)動(dòng)機(jī)動(dòng)性，相比于傳統(tǒng)的足式運(yùn)動(dòng)體、履帶式運(yùn)動(dòng)體的吸附式墻壁運(yùn)動(dòng)，極大降低了運(yùn)動(dòng)體的質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及爬壁運(yùn)動(dòng)體技術(shù)，具體涉及旋翼運(yùn)動(dòng)體輪式墻面行進(jìn)問題。

背景技術(shù)

進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著電子技術(shù)、信息技術(shù)和智能技術(shù)的飛速發(fā)展，各種類型的運(yùn)動(dòng)體取得了長(zhǎng)足的發(fā)展和進(jìn)步，不僅成為世界科學(xué)技術(shù)研究的重要領(lǐng)域，也已在社會(huì)生活的各個(gè)方面發(fā)揮著越來越重要的作用。對(duì)于災(zāi)難救援、城市安保、反恐偵查等特種任務(wù)來說，由于環(huán)境和任務(wù)場(chǎng)景復(fù)雜，往往需要運(yùn)動(dòng)體的輔助才能完成好任務(wù)。

因此，考慮能否設(shè)計(jì)一種爬壁運(yùn)動(dòng)體技術(shù)，滿足任務(wù)需求。爬壁移動(dòng)運(yùn)動(dòng)體是運(yùn)動(dòng)體的一個(gè)特種分支，按照移動(dòng)技術(shù)可以分為：足式、輪式和履帶式；按照吸附技術(shù)可以分為：負(fù)壓吸附、磁吸附等，將吸附技術(shù)和移動(dòng)技術(shù)靈活相結(jié)合形成了一系列功能、性能各異的爬壁運(yùn)動(dòng)體。

2005年，美國紐約城市大學(xué)的學(xué)者研制了一種用于反恐偵查的爬壁運(yùn)動(dòng)體，采用單吸盤吸附，由兩輪差速驅(qū)動(dòng)和導(dǎo)向輪相結(jié)合的方式移動(dòng)，采用單吸盤或雙吸盤的爬壁運(yùn)動(dòng)體，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制容易，重量輕、易于實(shí)現(xiàn)吸附機(jī)構(gòu)小型化等優(yōu)點(diǎn)，但這類運(yùn)動(dòng)體的墻面機(jī)動(dòng)能力較差。香港城市大學(xué)設(shè)計(jì)了一種履帶式多吸盤的爬壁運(yùn)動(dòng)體，運(yùn)動(dòng)體共有52個(gè)小吸盤，并具有轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，可在玻璃幕墻和船殼等壁面爬行，增加了運(yùn)動(dòng)體的墻面機(jī)動(dòng)能力。多吸盤吸附式爬壁運(yùn)動(dòng)體具有可承受負(fù)載能力大和壁面的適應(yīng)能力較好等特點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不易控制，這些缺點(diǎn)限制了它的發(fā)展。

磁吸附式運(yùn)動(dòng)體主要針對(duì)大型結(jié)構(gòu)件焊接、維護(hù)和檢測(cè)任務(wù)，北京石油化工學(xué)院研發(fā)了一種能在工件表面自由行走，行走方向和行走速度可實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的磁輪吸附全位置無軌焊接運(yùn)動(dòng)體，適用于大型球罐、儲(chǔ)罐和船體縱縫、橫縫與仰縫的全位置多道多層實(shí)時(shí)跟蹤焊接。日本東京工業(yè)大學(xué)的A.Nagakubo等人研制了四足爬壁運(yùn)動(dòng)體，運(yùn)動(dòng)體每個(gè)吸盤由多個(gè)小密封腔組成，運(yùn)動(dòng)體既使在粗糙、有裂縫的壁面也具有較高的吸附效率，該運(yùn)動(dòng)體的負(fù)載能力可達(dá)45KG，移動(dòng)速度能達(dá)7.5m/min。南京理工大學(xué)研制的橋梁檢測(cè)爬壁運(yùn)動(dòng)體。該運(yùn)動(dòng)體采用單腔負(fù)壓吸附，由運(yùn)動(dòng)體兩邊的四個(gè)車輪實(shí)現(xiàn)移動(dòng)。其攜帶有視覺等檢測(cè)設(shè)備，能代替人工對(duì)橋梁的橋墩、橋身和索塔等進(jìn)行外觀病害檢測(cè)。

現(xiàn)有的爬壁運(yùn)動(dòng)體都是專為爬壁作業(yè)設(shè)計(jì)的，負(fù)載能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，便于操控，但很多運(yùn)動(dòng)體對(duì)于墻面的平整程度和材質(zhì)有特殊的要求，運(yùn)動(dòng)體的機(jī)動(dòng)速度、越障能力較低，此外這些運(yùn)動(dòng)體的能耗較高，背負(fù)笨重的電磁力或真空發(fā)生裝置，需要線纜提供能源，這些特征使得這類運(yùn)動(dòng)體只能專用于特定墻面環(huán)境的特定作業(yè)任務(wù)中。足式運(yùn)動(dòng)體、履帶式運(yùn)動(dòng)體能夠較好的適應(yīng)地面或墻面環(huán)境，但移動(dòng)速度較慢，難以為飛行模態(tài)提供起飛速度，并且結(jié)構(gòu)重量大。

由此可見，如何設(shè)計(jì)輕便快捷的爬壁運(yùn)動(dòng)體結(jié)構(gòu)以及分析其特殊氣動(dòng)性能對(duì)于爬壁運(yùn)動(dòng)體提出了新的挑戰(zhàn)。在國內(nèi)外現(xiàn)有的技術(shù)中，尚未有人提出過基于旋翼氣動(dòng)力的運(yùn)動(dòng)體爬壁技術(shù)，因此也未有人提出過基于旋翼氣動(dòng)力爬壁運(yùn)動(dòng)體結(jié)構(gòu)，并且由于該種運(yùn)動(dòng)體要保證其快速機(jī)動(dòng)性與便攜性，傳統(tǒng)的足式運(yùn)動(dòng)體、履帶式運(yùn)動(dòng)體不能得到較好的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于旋翼氣動(dòng)力的運(yùn)動(dòng)體，包括機(jī)身1、矢量推力部件2和支撐輪3；其中