[發明專利]仿昆蟲爬壁飛行器及其轉換控制方法

有效

• 申請號: 202210322767.0
• 申請日: 2022-03-30
• 公開（公告）號: CN114407599B
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發明（設計）人: 李昊澤;鄭祥明;吉愛紅;和浩然;于陽光;章卓耿;馮鑫晟;李倩
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B64U10/70
• 分類號: B64U10/70;B64U10/40;B64U10/13;B62D57/024
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 韓天宇

本發明提供了一種仿昆蟲爬壁飛行器及其轉換控制方法，仿昆蟲爬壁飛行器包括機身、左右撲翼動力組、頭尾旋翼動力組、爬行動力組和飛行控制組，其轉換控制方法根據任務過程分為五個階段，分別為飛行階段、飛爬轉換階段、爬行階段、爬飛轉換階段和飛行階段。本發明仿昆蟲爬壁飛行器以昆蟲為仿生對象，采用撲翼旋翼混合動力構型，既能在空中撲翼飛行和懸停，又能在豎直壁面上附著與爬行，拓展了傳統飛行器的工作空間與活動能力。本發明仿昆蟲爬壁飛行器具有體積小、飛行速度快、爬行速度快、視覺迷惑性和隱蔽性高、攜帶任務載荷比重大、支持自主飛行與圖像傳輸功能等突出特點。

技術領域

本發明涉及仿生技術領域、航空技術領域與控制技術領域，具體是一種仿昆蟲爬壁飛行器及其轉換控制方法。

背景技術

現代戰爭對于偵察隱蔽化、戰場人員保護有越來越高的要求，無人機作為一種可攜帶偵察設備的低成本飛行器，可以隱蔽地實現戰前和戰時偵察，為戰斗的決策和人員的保護提供豐富的信息。

撲翼飛行器的優勢與研究局限性：根據升力產生方式的不同，可將無人飛行器劃分為固定翼飛行器，旋翼飛行器，撲翼飛行器等類別。相對而言，撲翼飛行器具有更低的飛行噪聲和更高的升力效率，外形具有視覺迷惑性。其中仿昆蟲撲翼飛行器體積小，隱蔽性高，更適用于隱蔽偵查等場景。國內外以代爾夫特大學為首對仿昆蟲撲翼飛行器展開了多種形式的設計研究，但這些撲翼飛行器大多升力較小，攜帶任務載荷的能力有限，并且只能在空中懸?；蝻w行，不具備爬行能力，因此其工作活動空間和任務持續時間均受到了一定的限制。

飛爬兩棲飛行器的優勢與研究現狀：針對這種限制，國內外一些團隊提出了飛行爬行兩棲飛行器的概念，并展開了一些探索性的研究。飛爬兩棲飛行器一般可以實現在飛行和爬行兩種模式之間切換，從而克服了傳統爬行機器人行動不靈活、難以越過障礙物等問題。飛爬兩棲飛行器可以在工作空間內任意飛行，飛到指定位置降落，然后爬行到更隱蔽或更接近目標的位置，進行秘密偵查和穩定拍攝等工作。例如美國斯坦福大學研制的采用四旋翼動力的飛爬飛行器，通過四旋翼飛行平臺調整姿態，攀附在垂直墻面上，可利用其仿生鉤爪在墻面上爬行。但這種飛行器僅能在較為粗糙的墻壁上攀附與爬行。南京理工大學設計的飛爬兩棲機器人仍然采用旋翼作為飛行平臺，采用真空吸附的方法攀附在平面上，兩足交替攀附實現爬壁功能。但這種機器人體型較大，且這兩種飛行平臺均不具備仿生特性。南航仿生所研制的地面爬行撲翼飛行器，可實現穩定的仿生撲翼飛行，但僅能在地面上緩慢爬行。

發明內容

本發明為了解決現有技術的問題，提供了一種仿昆蟲爬壁飛行器及其轉換控制方法，旨在兼顧飛行器可懸停、可飛行、可爬行、體積小、飛行速度快、載荷能力強、隱蔽性和視覺迷惑性高等性能、特點的同時，實現飛行器在多種粗糙度壁面上的穩定附著與爬行，以及在飛行與爬行模式之間的流暢平滑轉換，從而拓展傳統飛行器的運動環境、工作空間以及任務時長，應用于未來隱蔽偵察等場景。

本發明提供了一種仿昆蟲爬壁飛行器，包括機身、左撲翼動力組、右撲翼動力組、頭部旋翼動力組、尾部旋翼動力組、爬行動力組和飛行控制組。

所述機身包括主板、底板、電池、鋁柱和螺釘。所述電池固定在所述主板的尾部。四根所述鋁柱支撐于主板和所述底板之間，分別與主板和底板上的四個安裝孔位相照應，四顆所述螺釘從主板上方將主板和鋁柱緊固在一起，另四顆螺釘從底板下方將底板和鋁柱緊固在一起，形成起落架。其中，所述主板用于安裝和固定整架飛行器所需的大部分零部件，所述鋁柱和底板用于在起飛和降落過程中穩定地支撐飛行器。