CN112937840B - 多旋翼仿生栖息无人机与附着运动方法 - Google Patents
多旋翼仿生栖息无人机与附着运动方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112937840B CN112937840B CN202110143304.3A CN202110143304A CN112937840B CN 112937840 B CN112937840 B CN 112937840B CN 202110143304 A CN202110143304 A CN 202110143304A CN 112937840 B CN112937840 B CN 112937840B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- push rod
- unmanned aerial
- aerial vehicle
- sole
- rotor unmanned
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C25/00—Alighting gear
- B64C25/32—Alighting gear characterised by elements which contact the ground or similar surface
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C25/00—Alighting gear
- B64C25/02—Undercarriages
- B64C25/08—Undercarriages non-fixed, e.g. jettisonable
- B64C25/10—Undercarriages non-fixed, e.g. jettisonable retractable, foldable, or the like
- B64C25/12—Undercarriages non-fixed, e.g. jettisonable retractable, foldable, or the like sideways
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C25/00—Alighting gear
- B64C25/02—Undercarriages
- B64C25/08—Undercarriages non-fixed, e.g. jettisonable
- B64C25/10—Undercarriages non-fixed, e.g. jettisonable retractable, foldable, or the like
- B64C25/18—Operating mechanisms
- B64C25/24—Operating mechanisms electric
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
- B64C27/04—Helicopters
- B64C27/08—Helicopters with two or more rotors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
- B64U10/00—Type of UAV
- B64U10/10—Rotorcrafts
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Toys (AREA)
Abstract
本发明涉及一种多旋翼仿生栖息无人机与附着运动方法，属于机器人应用技术领域。栖息装置（B）通过连接板（1）固定于多旋翼无人机（A）正上方，包括N个对称安装的脚趾机构（C～F）和动力系统（G）；螺纹推杆电机（2）正向或反向旋转带动栖息装置（B）收缩或展开；上述脚趾机构（C～F）包括卷曲脚掌（10）、黏附材料（9）、导向滚轮（8）以及钩爪推杆（11）；钩爪推杆（11）第一端与螺纹法兰支架（4）相铰接，导向滚轮（8）安装于钩爪推杆（11）第二端且始终与卷曲脚掌（10）第二端下表面相切。本发明的栖息装置能空中充电，同时适应水平顶面、水平圆柱状面以及水平圆孔顶面，实现多旋翼无人机全天候多栖息功能。
Description
技术领域
本发明属于机器人应用技术领域，具体涉及一种多旋翼仿生栖息无人机与附着运动方法，主要通过栖息装置使多旋翼无人机多栖作业时螺旋桨处于停机状态以延长工作时间以及通过栖息装置进行空中充电实现全天候工作。
技术背景
近年来，多旋翼无人机在各领域的应用得到了空前的发展，在民用方面，以航拍、监管、测绘、植保以及消防为主；在军用方面，以单兵作战、侦察为主。多旋翼无人机从四轴发展到六轴、八轴等，这一过程伴随着自身动力和重量同时增加，续航时间没有显著改变。无人机执行定点侦察、监测等任务时，螺旋桨待机是能源消耗的主要来源，导致工作时间减少。在新型电池技术尚不完善的情况下，各无人机厂商试图通过采用新型材料以减轻机身自重来延长续航时长。在此背景下若能实现无人机像鸟类一样能够借助某些物体实现空中栖息即停机悬停，将会极大地延长其工作时间；若能实现无人机空中停机充电，将能全天候工作。
目前对无人机栖息研究主要有多旋翼无人机水平栖息和固定翼无人机垂直栖息，针对采用单一干黏附材料的以上两种无人机栖息方式，栖息地点受到限制，只局限于水平或垂直的完整平面，其应用领域受到了限制。
加拿大谢布克大学的研究者提出了基于微棘机构动力辅助的固定翼无人机垂直栖息的解决方案，固定翼无人机以一定的速度向墙壁俯冲，通过微棘与墙壁的作用实现垂直栖息，脱附时无人机处于倒置状态，脱附后需翻转一圈，对操作要求非常高。（MehanovicD，Bass J，Courteau T，et al. Autonomous Thrust-Assisted Perching of a Fixed-Wing UAV on Vertical Surfaces［J］. Living Machines，2017：302-314.）。美国斯坦福大学的研究者们对四旋翼无人机水平栖息进行了相关研究，在无人机正下方固定栖息装置，该栖息装置由四组黏附片、弹簧以及拉绳组成，通过拉绳实现黏附片的脱附，但是该装置位于四旋翼无人机正下方，黏附时需要无人机翻转
成倒立状态，脱附时也从倒立状态开始起飞，对操作要求非常高。（Hawkes E W, Christensen D L, Eason E V, et al. Dynamicsurface grasping with directional adhesion［C］. IEEE/RSJ InternationalConference on Intelligent Robots & Systems.2013.）。南京航空航天大学仿生结构与材料研究所的研究者提出了基于仿生干黏附材料的无人机及非水平表面着陆起飞方法，以干黏附材料黏附在墙壁上实现固定翼无人机的垂直栖息，但是只能栖息在竖直平面上；以干黏附材料黏附在水平面上实现多旋翼无人机的水平栖息，但是该栖息装置使用拉绳方式控制黏附脚掌的弯曲，导致黏附脚掌受力不均，脱附困难以及脱附过程中机身产生倾斜。（何青松.基于仿生干黏附材料的无人机及非水平表面着陆起飞方法[P].中国专利：CN201910627348.6，2019-11-19）
目前关于多旋翼无人机通过栖息装置达到全天候工作的研究尚未有报道。
发明内容
本发明的目的是延长多旋翼无人机工作时长，做到空中充电，同时适应水平顶面、水平圆柱状面和水平圆孔顶面三种情况，实现多旋翼无人机的全天候多栖息功能，提供一种多旋翼仿生栖息无人机与附着运动方法。
一种多旋翼仿生栖息无人机，其特征在于：包括栖息装置和与所述栖息装置连接的多旋翼无人机；上述栖息装置包括电机支座、螺纹推杆电机、螺纹法兰、螺纹法兰支架、推杆导轨、脚掌支架、N个脚趾机构；上述螺纹推杆电机底部固定于电机支座上, 螺纹法兰与螺纹推杆电机通过螺纹配合，螺纹法兰支架固定于螺纹法兰上；上述推杆导轨底部固定于电机支座上，脚掌支架固定于推杆导轨顶端；N个脚趾机构均匀布置于螺纹推杆电机四周，其中每个脚趾机构由卷曲脚掌、黏附材料、导向滚轮以及钩爪推杆组成；其中黏附材料附着于卷曲脚掌上表面，卷曲脚掌的第一端与脚掌支架固定，钩爪推杆的第一端与上述螺纹法兰支架相铰接，导向滚轮安装于钩爪推杆的第二端，并且导向滚轮始终与卷曲脚掌的第二端的下表面相切；N取值4、6、8。
包括所述的多旋翼仿生栖息无人机，其特征在于：还包括与所述栖息装置连接的多旋翼无人机。
上述多旋翼仿生栖息无人机的附着运动方法，其特征在于包括以下过程：将栖息装置的螺纹推杆电机正向旋转带动钩爪推杆第二端向螺纹推杆电机靠近时，称为栖息装置收缩；将栖息装置的螺纹推杆电机反向旋转带动钩爪推杆第二端与螺纹推杆电机远离时，称为栖息装置展开；第一种、空中充电：栖息装置的脚掌支架上表面中心设置充电头；充电柱为空心圆柱结构，其中充电接口设置于空心圆柱正下方的中轴线位置；当栖息装置处于收缩状态时，多旋翼无人机携带栖息装置起飞，飞行至带充电接口的空心圆柱正下方，多旋翼无人机沿圆柱中心竖直上升至充电接口相互接触后悬停；螺纹推杆电机反向旋转带动栖息装置展开，螺纹法兰带动螺纹法兰支架在推杆导轨的约束下竖直向上运动，钩爪推杆与螺纹法兰支架连接的第一端受力与螺纹法兰支架一起作竖直向上运动，钩爪推杆与导向滚轮连接的第二端沿卷曲脚掌下表面向远离脚掌支架的方向运动，卷曲脚掌展开至与圆柱内壁接触后继续展开，卷曲脚掌在钩爪推杆与导向滚轮的作用下沿圆柱内壁竖直向下运动，此时栖息装置将产生向上的位移直至充电接口配合在一起，卷曲脚掌在钩爪推杆与导向滚轮的作用下与圆柱内壁产生摩擦力，卷曲脚掌黏附部分与圆柱内壁的作用下产生黏性力；此时多旋翼无人机停机，在栖息装置作用下不会掉落，多旋翼无人机开始充电；充电结束后，多旋翼无人机开始启动并产生不使其掉落的升力，螺纹推杆电机正向旋转带动栖息装置收缩，螺纹法兰带动螺纹法兰支架在推杆导轨的约束下竖直向下运动，钩爪推杆与螺纹法兰支架连接的第一端受力与螺纹法兰支架一起作竖直向下运动，钩爪推杆与导向滚轮连接的第二端沿卷曲脚掌下表面向靠近脚掌支架的方向运动，当螺纹法兰支架运行至推杆导轨与电机支座接触处，卷曲脚掌绕导向滚轮收缩至卷曲状，降低多旋翼无人机转速，在重力作用下充电接口断开；栖息装置完成脱落，多旋翼无人机下降到指定高度；第二种、对于水平顶面：当栖息装置处于收缩状态时，多旋翼无人机携带栖息装置起飞，多旋翼无人机飞行至水平栖息平面正下方并与之接触时，螺纹推杆电机反向旋转带动栖息装置展开，螺纹法兰带动螺纹法兰支架在推杆导轨的约束下竖直向上运动，钩爪推杆与螺纹法兰支架连接的第一端受力与螺纹法兰支架一起作竖直向上运动，钩爪推杆与导向滚轮连接的第二端沿卷曲脚掌下表面向远离脚掌支架的方向运动，当螺纹法兰支架运行至推杆导轨与脚掌支架接触处，卷曲脚掌黏附部分展开成水平状态并与水平栖息平面黏附在一起；此时多旋翼无人机停机，在栖息装置作用下不会掉落；当栖息装置处于展开状态时，多旋翼无人机开始启动并产生不使其掉落的升力，螺纹推杆电机正向旋转带动栖息装置收缩，螺纹法兰带动螺纹法兰支架在推杆导轨的约束下竖直向下运动，钩爪推杆与螺纹法兰支架连接的第一端受力与螺纹法兰支架一起作竖直向下运动，钩爪推杆与导向滚轮连接的第二端沿卷曲脚掌下表面向靠近脚掌支架的方向运动，当螺纹法兰支架运行至推杆导轨与电机支座接触处，卷曲脚掌绕导向滚轮收缩至卷曲状；栖息装置完成脱落，多旋翼无人机下降到指定高度；第三种、对于水平圆柱状面：当栖息装置处于收缩或展开状态时，多旋翼无人机携带栖息装置起飞，多旋翼无人机飞行至水平圆柱状面，多旋翼无人机悬停在水平圆柱下方，栖息装置位于其一侧，钩爪推杆的钩爪位于水平圆柱上方，多旋翼无人机向水平圆柱方向水平飞行使钩爪推杆与其接触，多旋翼无人机缓慢下降至钩爪推杆的钩爪完全钩住水平圆柱；此时多旋翼无人机停机，在栖息装置作用下不会掉落；当栖息装置处于收缩或展开状态时，多旋翼无人机开始启动并产生不使其掉落的升力，多旋翼无人机缓慢上升至钩爪推杆的钩爪完全位于水平圆柱的上方，多旋翼无人机向远离水平圆柱方向水平飞行使钩爪推杆完全离开水平圆柱；栖息装置完成脱落，多旋翼无人机下降到指定高度；第四种、对于水平圆孔顶面：当栖息装置处于收缩状态时，多旋翼无人机携带栖息装置起飞，多旋翼无人机飞行至水平圆孔顶面正下方，多旋翼无人机沿圆孔中心竖直上升至钩爪推杆位于圆孔平面上方后开始悬停，螺纹推杆电机反向旋转带动栖息装置展开，螺纹法兰带动螺纹法兰支架在推杆导轨的约束下竖直向上运动，钩爪推杆与螺纹法兰支架连接的第一端受力与螺纹法兰支架一起作竖直向上运动，钩爪推杆与导向滚轮连接的第二端沿卷曲脚掌下表面向远离脚掌支架的方向运动，当螺纹法兰支架运行至推杆导轨与脚掌支架接触处，卷曲脚掌黏附部分展开成水平状态，钩爪推杆的钩爪略高于圆孔平面，多旋翼无人机缓慢下落至钩爪推杆的钩爪与圆孔平面完全接触；此时多旋翼无人机停机，在栖息装置作用下不会掉落；当栖息装置处于展开状态时，多旋翼无人机开始启动并上升至钩爪推杆的钩爪略高于圆孔平面的高度后悬停，螺纹推杆电机正向旋转带动栖息装置收缩，螺纹法兰带动螺纹法兰支架在推杆导轨的约束下竖直向下运动，钩爪推杆与螺纹法兰支架连接的一端受力与螺纹法兰支架一起作竖直向下运动，钩爪推杆与导向滚轮连接的一端沿卷曲脚掌下表面向靠近脚掌支架的方向运动，当螺纹法兰支架运行至推杆导轨与电机支座接触处，卷曲脚掌绕导向滚轮收缩至卷曲状，钩爪推杆的钩爪复位；栖息装置完成脱落，多旋翼无人机下降到指定高度。
所述的一种栖息装置及多旋翼无人机仿生栖息装置与附着运动方式，针对空中充电，采用栖息装置黏附脚掌能够实现多旋翼无人机停机悬停充电；针对水平顶面，采用栖息装置黏附脚掌能够实现多旋翼无人机停机悬停；针对水平圆柱状面和水平圆孔顶面，采用栖息装置钩爪能够实现多旋翼无人机停机悬停。所述卷曲脚掌绕导向滚轮逐步均匀展开或收缩，卷曲脚掌下表面始终与导向滚轮接触，卷曲脚掌在黏附时所受预压力均匀且无未黏合区域。
本发明与现有技术相比有如下优点：
1.本发明能够实现多旋翼无人机利用栖息装置空中停机充电的功能，能够实现多旋翼无人机全天候、多栖息工作。
2.本发明能够实现多旋翼无人机在水平顶面、水平圆柱状面以及水平圆孔顶面稳定栖息功能即停机悬停以延长工作时间。
3.本发明结构简单、运动机理明确，质量轻、体积小、成本低，安装拆卸方便，可作为无人机配件进行选配使用。
4.本发明中卷曲脚掌在黏附时以滚筒状均匀展开，所受预压力均匀且无未黏附区域，具有稳定的粘附力，脱附时仍然以滚筒状从最外端均匀收缩，容易脱附且脱附过程中机身不产生晃动或倾斜。
5.本发明中的栖息装置在多旋翼无人机水平栖息时，不需要无人机额外提供黏附脚掌与水平表面之间的预压力，该预压力为栖息装置内力；
6.本发明中的栖息装置在展开状态下每个黏附脚掌和动力系统之间呈直角三角形，刚度较大。
附图说明
图1是本发明所述的一种多旋翼无人机栖息装置展开状态下的三维视图；
图2是本发明所述的多旋翼无人机、连接板以及栖息装置的爆炸图；
图3是本发明所述的栖息装置的爆炸图；
图4是本发明所述的栖息装置动力系统的爆炸图；
图5是本发明所述的栖息装置黏附脚掌的爆炸图；
图6是本发明所述的一种多旋翼无人机栖息装置收缩状态下的三维视图；
图7是本发明所述的待机状态下多旋翼无人机在空中充电前栖息装置收缩状态下的三维视图；
图8是本发明所述的待机状态下多旋翼无人机在空中充电前充电接口接触时栖息装置收缩状态下的三维视图；
图9是本发明所述的停机状态下多旋翼无人机在空中充电时栖息装置半展开状态下的三维视图；
图10是本发明所述的待机状态下多旋翼无人机在空中充电后栖息装置收缩状态下的三维视图；
图11是本发明所述的待机状态下多旋翼无人机在水平表面栖息时栖息装置收缩状态下的黏附脚掌与栖息表面接触前的三维视图；
图12是本发明所述的待机状态下多旋翼无人机在水平表面栖息时栖息装置收缩状态下的黏附脚掌与栖息表面接触时的三维视图；
图13是本发明所述的待机状态下多旋翼无人机在水平表面栖息时黏附脚掌贴合栖息平面逐步展开黏附的三维视图；
图14是本发明所述的停机状态下多旋翼无人机在水平表面栖息时栖息装置展开状态下的黏附脚掌完成水平表面栖息的三维视图；
图15是本发明所述的待机状态下多旋翼无人机在水平表面完成栖息后栖息装置收缩状态下的三维视图；
图16是本发明所述的待机状态下多旋翼无人机在水平圆柱状面栖息时栖息装置收缩状态下到达栖息表面一侧的三维视图；
图17是本发明所述的停机状态下多旋翼无人机在水平圆柱状面栖息时栖息装置收缩状态下在栖息表面完成栖息的三维视图；
图18是本发明所述的待机状态下多旋翼无人机在水平圆柱状面栖息时栖息装置收缩状态下在栖息表面完成栖息后的三维视图；
图19是本发明所述的待机状态下多旋翼无人机在水平圆柱状面栖息时栖息装置展开状态下到达栖息表面一侧的三维视图；
图20是本发明所述的停机状态下多旋翼无人机在水平圆柱状面栖息时栖息装置展开状态下在栖息表面完成栖息的三维视图；
图21是本发明所述的待机状态下多旋翼无人机在水平圆柱状面栖息时栖息装置展开状态下在栖息表面完成栖息后的三维视图；
图22是本发明所述的待机状态下多旋翼无人机在水平圆孔面栖息时栖息装置收缩状态下到达栖息圆孔下方的三维视图；
图23是本发明所述的待机状态下多旋翼无人机在水平圆孔面栖息时栖息装置收缩状态下到达栖息圆孔中间的三维视图；
图24是本发明所述的停机状态下多旋翼无人机在水平表面栖息时栖息装置展开状态下的黏附脚掌完成水平圆孔面栖息的三维视图；
图25是本发明所述的待机状态下多旋翼无人机在水平圆孔面完成栖息后栖息装置收缩状态下位于达栖息圆孔中间的三维视图；
图26是本发明所述的待机状态下多旋翼无人机在水平圆孔面完成栖息后栖息装置收缩状态下的三维视图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施案例对本发明作进一步详细说明：
结合图1-26，本发明的目的在于提供一种多旋翼无人机仿生栖息装置，其特征在于：包括卷曲脚掌10、黏附材料9、导向滚轮8以及钩爪推杆11、螺纹推杆电机2、电机支座7、螺纹法兰3、螺纹法兰支架4、推杆导轨6以及脚掌支架5，其中四个卷曲脚掌10对称安装于脚掌支架5上；
所述卷曲脚掌10一端通过螺栓与脚掌支架5连接，黏附材料9附着于卷曲脚掌10上表面，导向滚轮8始终与卷曲脚掌10下表面相切，导向滚轮8为脚掌黏附提供所需的均匀预压力和导向卷曲脚掌10展开，钩爪推杆11一端与导向滚轮8相连并可绕其转动，钩爪推杆11另一端与螺纹法兰支架4相连并可绕其转动；上述螺纹推杆电机2固定于电机支座(7)中,推杆导轨6通过螺栓与电机支座7连接，脚掌支架5通过螺栓与推杆导轨6连接，螺纹法兰3与螺纹推杆电机2通过螺纹配合，螺纹法兰支架4通过螺栓与螺纹法兰3连接，推杆导轨6限制螺纹法兰盘支架4转动。从收缩状态运行至展开状态，卷曲脚掌10一端绕导向滚轮8逐渐展开；从展开状态运行至收缩状态，卷曲脚掌10一端绕导向滚轮8向内卷曲至另一端脚掌支架5处；卷曲脚掌10绕导向滚轮8逐步均匀展开或收缩，卷曲脚掌10下表面始终与导向滚轮8接触，卷曲脚掌10在黏附时受力均匀且不产生未黏合区域。
本发明的目的在于提供一种多旋翼无人机仿生栖息装置的附着运动方式，其特征在于包括以下过程：
将栖息装置的螺纹推杆电机2正向旋转带动钩爪推杆11第二端向脚掌支架5靠近时，称为栖息装置收缩；
将栖息装置的螺纹推杆电机2反向旋转带动钩爪推杆11第二端与脚掌支架5远离时，称为栖息装置展开；
第一种、空中充电：当栖息装置处于收缩状态时，多旋翼无人机A携带栖息装置B起飞，多旋翼无人机A飞行至带充电接口的空心圆柱正下方，充电接口位于空心圆柱中心位置，多旋翼无人机A沿圆柱中心竖直上升至充电接口相互接触，螺纹推杆电机2反向转动带动栖息装置B展开，螺纹法兰3带动螺纹法兰支架4在推杆导轨6的约束下竖直向上运动，钩爪推杆11与螺纹法兰支架4连接的第一端受力与螺纹法兰支架4一起作竖直向上运动，钩爪推杆11与导向滚轮8连接的第二端沿卷曲脚掌10下表面向远离脚掌支架5的方向运动，卷曲脚掌10展开至与圆柱内壁接触后继续展开，卷曲脚掌10在钩爪推杆11与导向滚轮8的作用下沿圆柱内壁竖直向下运动，此时栖息装置B将产生向上的位移直至充电接口配合在一起，卷曲脚掌10在钩爪推杆11与导向滚轮8的作用下与圆柱内壁产生摩擦力，卷曲脚掌10黏附部分与圆柱内壁的作用下产生黏性力。此时多旋翼无人机A停机，在栖息装置B作用下不会掉落，多旋翼无人机A开始充电；当栖息装置B处于展开状态时，多旋翼无人机A开始启动并产生不使其掉落的升力，螺纹推杆电机2正向旋转带动栖息装置收缩，螺纹法兰3带动螺纹法兰支架4在推杆导轨6的约束下竖直向下运动，钩爪推杆11与螺纹法兰支架4连接的第一端受力与螺纹法兰支架4一起作竖直向下运动，钩爪推杆11与导向滚轮8连接的第二端沿卷曲脚掌10下表面向靠近脚掌支架5的方向运动，当螺纹法兰支架4运行至推杆导轨6与电机支座7接触处，卷曲脚掌10绕导向滚轮8收缩至卷曲状，降低多旋翼无人机A转速，在重力作用下充电接口断开。栖息装置B完成脱落，多旋翼无人机A下降到指定高度。
第二种、对于水平顶面：当栖息装置处于收缩状态时，多旋翼无人机A携带栖息装置起飞，多旋翼无人机A飞行至水平栖息平面正下方并与之接触时，螺纹推杆电机2反向转动带动栖息装置展开，螺纹法兰3带动螺纹法兰支架4在推杆导轨6的约束下竖直向上运动，钩爪推杆11与螺纹法兰支架4连接的第一端受力与螺纹法兰支架4一起作竖直向上运动，钩爪推杆11与导向滚轮8连接的第二端沿卷曲脚掌10下表面导向滚轮8的滚动下向远离脚掌支架5的方向运动，当螺纹法兰支架4运行至推杆导轨6与脚掌支架5接触处，卷曲脚掌10上黏附材料9部分展开成水平状态并与水平栖息平面完全黏附在一起。此时多旋翼无人机A停机，在栖息装置作用下不会掉落。当栖息装置处于展开状态时，多旋翼无人机A开始启动并产生不使其掉落的升力，栖息装置收缩即螺纹推杆电机2逆时针旋转，螺纹法兰3带动螺纹法兰支架4在推杆导轨6的约束下竖直向下运动，钩爪推杆11与螺纹法兰支架4连接的第一端受力与螺纹法兰支架4一起作竖直向下运动，钩爪推杆11与导向滚轮8连接的第二端沿卷曲脚掌10下表面导向滚轮8的滚动下向靠近脚掌支架5的方向运动，当螺纹法兰支架4运行至推杆导轨6与电机支座7接触处，卷曲脚掌10绕导向滚轮8收缩至卷曲状。栖息装置完成脱落，多旋翼无人机A下降到指定高度。
第三种、对于水平圆柱状面：当栖息装置处于收缩或展开状态时，多旋翼无人机A携带栖息装置起飞，多旋翼无人机A飞行至水平圆柱状面如路灯杆、摄像测速杆以及输电线缆等一侧，多旋翼无人机A悬停在上述水平圆柱杆下方，栖息装置位于其一侧，钩爪推杆11的钩爪位于水平圆柱杆上方，多旋翼无人机A向水平圆柱杆方向水平飞行使钩爪推杆11与其接触，多旋翼无人机A缓慢下降至钩爪推杆11的钩爪完全钩住水平圆柱杆。此时多旋翼无人机A停机，在栖息装置作用下不会掉落。当栖息装置处于收缩或展开状态时，多旋翼无人机A开始启动并产生不使其掉落的升力，多旋翼无人机A缓慢上升至钩爪推杆11的钩爪完全位于水平圆柱的上方，多旋翼无人机A向远离水平圆柱方向水平飞行使钩爪推杆11完全离开水平圆柱。栖息装置完成脱落，多旋翼无人机A下降到指定高度。
第四种、对于水平圆孔顶面：当栖息装置B处于收缩状态时，多旋翼无人机A携带栖息装置B起飞，多旋翼无人机A飞行至水平圆孔面正下方，多旋翼无人机A沿圆孔中心竖直上升至钩爪推杆11位于圆孔平面上方后开始悬停，螺纹推杆电机2反向转动带动栖息装置展开，螺纹法兰3带动螺纹法兰支架4在推杆导轨6的约束下竖直向上运动，钩爪推杆11与螺纹法兰支架4连接的第一端受力与螺纹法兰支架4一起作竖直向上运动，钩爪推杆11与导向滚轮8连接的第二端沿卷曲脚掌10下表面向远离脚掌支架5的方向运动，当螺纹法兰支架4运行至推杆导轨6与脚掌支架5接触处，卷曲脚掌10黏附部分展开成水平状态，钩爪推杆11的钩爪略高于圆孔平面，多旋翼无人机A缓慢下落至钩爪推杆11的钩爪与圆孔平面完全接触。此时多旋翼无人机A停机，在栖息装置B作用下不会掉落。当栖息装置B处于展开状态时，多旋翼无人机A开始启动并上升至钩爪推杆11的钩爪略高于圆孔平面的高度后悬停，螺纹推杆电机2正向转动带动栖息装置B收缩，螺纹法兰3带动螺纹法兰支架4在推杆导轨6的约束下竖直向下运动，钩爪推杆11与螺纹法兰支架4连接的第一端受力与螺纹法兰支架4一起作竖直向下运动，钩爪推杆11与导向滚轮8连接的第二端沿卷曲脚掌10下表面向靠近脚掌支架5的方向运动，当螺纹法兰支架4运行至推杆导轨6与电机支座7接触处，卷曲脚掌10绕导向滚轮8收缩至卷曲状，钩爪推杆11的钩爪复位。栖息装置B完成脱落，多旋翼无人机A下降到指定高度。
Claims (2)
1.一种多旋翼仿生栖息无人机，其特征在于：
包括栖息装置(B)和与所述栖息装置(B)连接的多旋翼无人机（A)；
其中栖息装置(B)包括电机支座（7）、螺纹推杆电机（2）、螺纹法兰（3）、螺纹法兰支架（4）、推杆导轨（6）、脚掌支架（5）、N个脚趾机构；
上述螺纹推杆电机（2）底部固定于电机支座(7)上, 螺纹法兰（3）与螺纹推杆电机（2）通过螺纹配合，螺纹法兰支架（4）固定于螺纹法兰（3）上；上述推杆导轨（6）底部固定于电机支座（7）上，脚掌支架（5）固定于推杆导轨（6）顶端；
上述N个脚趾机构均匀布置于螺纹推杆电机（2）四周，其中每个脚趾机构由卷曲脚掌（10）、黏附材料（9）、导向滚轮（8）以及钩爪推杆（11）组成；其中黏附材料（9）附着于卷曲脚掌（10）上表面，卷曲脚掌（10）的第一端与脚掌支架（5）固定，钩爪推杆（11）的第一端与上述螺纹法兰支架（4）相铰接，导向滚轮（8）安装于钩爪推杆（11）的第二端，并且导向滚轮（8）始终与卷曲脚掌（10）的第二端的下表面相切；
为保证栖息装置受力均匀，上述脚趾结构多为对称布置，其数量与自重成正比关系， N取值4、6、8。
2.根据权利要求1所述的多旋翼仿生栖息无人机的附着运动方法，其特征在于包括以下过程：
将栖息装置的螺纹推杆电机（2）正向旋转带动钩爪推杆（11）第二端向脚掌支架（5）靠近时，称为栖息装置收缩；
将栖息装置的螺纹推杆电机（2）反向旋转带动钩爪推杆（11）第二端与脚掌支架（5）远离时，称为栖息装置展开；
第一种、空中充电：
栖息装置(B)的脚掌支架（5）上表面中心设置充电头；
充电柱为空心圆柱结构，其中充电接口设置于空心圆柱正下方的中轴线位置；
当栖息装置(B)处于收缩状态时，多旋翼无人机（A）携带栖息装置（B）起飞，多旋翼无人机（A）飞行至带充电接口的空心圆柱正下方，多旋翼无人机（A）沿圆柱中心竖直上升至充电接口相互接触后悬停；螺纹推杆电机（2）反向旋转带动栖息装置展开，螺纹法兰（3）带动螺纹法兰支架（4）在推杆导轨（6）的约束下竖直向上运动，钩爪推杆（11）与螺纹法兰支架（4）连接的第一端受力与螺纹法兰支架（4）一起作竖直向上运动，钩爪推杆（11）与导向滚轮（8）连接的第二端沿卷曲脚掌（10）下表面向远离脚掌支架（5）的方向运动，卷曲脚掌（10）展开至与圆柱内壁接触后继续展开，卷曲脚掌（10）在钩爪推杆（11）与导向滚轮（8）的作用下沿圆柱内壁竖直向下运动，此时栖息装置（B）将产生向上的位移直至充电接口配合在一起，卷曲脚掌（10）在钩爪推杆（11）与导向滚轮（8）的作用下与圆柱内壁产生摩擦力，卷曲脚掌（10）黏附部分与圆柱内壁的作用下产生黏性力；此时多旋翼无人机（A）停机，在栖息装置（B）作用下不会掉落，多旋翼无人机（A）开始充电；
充电结束后，多旋翼无人机（A）开始启动并产生不使其掉落的升力，螺纹推杆电机（2）正向旋转带动栖息装置收缩，螺纹法兰（3）带动螺纹法兰支架（4）在推杆导轨（6）的约束下竖直向下运动，钩爪推杆（11）与螺纹法兰支架（4）连接的一端受力与螺纹法兰支架（4）一起作竖直向下运动，钩爪推杆（11）与导向滚轮（8）连接的一端沿卷曲脚掌（10）下表面向靠近脚掌支架（5）的方向运动，当螺纹法兰支架（4）运行至推杆导轨（6）与电机支座（7）接触处，卷曲脚掌（10）绕导向滚轮（8）收缩至卷曲状，降低多旋翼无人机（A）转速，在重力作用下充电接口断开；栖息装置（B）完成脱落，多旋翼无人机（A）下降到指定高度；
第二种、对于水平顶面：
当栖息装置（B）处于收缩状态时，多旋翼无人机（A）携带栖息装置（B）起飞，多旋翼无人机（A）飞行至水平栖息平面正下方并与之接触时，螺纹推杆电机（2）反向旋转带动栖息装置（B）展开，螺纹法兰（3）带动螺纹法兰支架（4）在推杆导轨（6）的约束下竖直向上运动，钩爪推杆（11）与螺纹法兰支架（4）连接的第一端受力与螺纹法兰支架（4）一起作竖直向上运动，钩爪推杆（11）与导向滚轮（8）连接的第二端沿卷曲脚掌（10）下表面向远离脚掌支架（5）的方向运动，当螺纹法兰支架（4）运行至推杆导轨（6）与脚掌支架（5）接触处，卷曲脚掌（10）黏附部分展开成水平状态并与水平栖息平面黏附在一起；此时多旋翼无人机（A）停机，在栖息装置（B）作用下不会掉落；
当栖息装置（B）处于展开状态时，多旋翼无人机（A）开始启动并产生不使其掉落的升力，螺纹推杆电机（2）正向旋转带动栖息装置（B）收缩，螺纹法兰（3）带动螺纹法兰支架（4）在推杆导轨（6）的约束下竖直向下运动，钩爪推杆（11）与螺纹法兰支架（4）连接的第一端受力与螺纹法兰支架（4）一起作竖直向下运动，钩爪推杆（11）与导向滚轮（8）连接的第二端沿卷曲脚掌（10）下表面向靠近脚掌支架（5）的方向运动，当螺纹法兰支架（4）运行至推杆导轨（6）与电机支座（7）接触处，卷曲脚掌（10）绕导向滚轮（8）收缩至卷曲状；栖息装置（B）完成脱落，多旋翼无人机（A）下降到指定高度；
第三种、对于水平圆柱状面
当栖息装置（B）处于收缩或展开状态时，多旋翼无人机（A）携带栖息装置（B）起飞，多旋翼无人机（A）飞行至水平圆柱状面，多旋翼无人机（A）悬停在水平圆柱下方，栖息装置位于其一侧，钩爪推杆（11）的钩爪位于水平圆柱上方，多旋翼无人机（A）向水平圆柱方向水平飞行使钩爪推杆（11）与其接触，多旋翼无人机（A）缓慢下降至钩爪推杆（11）的钩爪完全钩住水平圆柱；此时多旋翼无人机（A）停机，在栖息装置（B）作用下不会掉落；
当栖息装置（B）处于收缩或展开状态时，多旋翼无人机（A）开始启动并产生不使其掉落的升力，多旋翼无人机（A）缓慢上升至钩爪推杆（11）的钩爪完全位于水平圆柱的上方，多旋翼无人机（A）向远离水平圆柱方向水平飞行使钩爪推杆（11）完全离开水平圆柱；栖息装置（B）完成脱落，多旋翼无人机（A）下降到指定高度；
第四种、对于水平圆孔顶面
当栖息装置（B）处于收缩状态时，多旋翼无人机（A）携带栖息装置（B）起飞，多旋翼无人机（A）飞行至水平圆孔顶面正下方，多旋翼无人机（A）沿圆孔中心竖直上升至钩爪推杆（11）位于圆孔平面上方后开始悬停，螺纹推杆电机（2）反向旋转带动栖息装置展开，螺纹法兰（3）带动螺纹法兰支架（4）在推杆导轨（6）的约束下竖直向上运动，钩爪推杆（11）与螺纹法兰支架（4）连接的第一端受力与螺纹法兰支架（4）一起作竖直向上运动，钩爪推杆（11）与导向滚轮（8）连接的第二端沿卷曲脚掌（10）下表面向远离脚掌支架（5）的方向运动，当螺纹法兰支架（4）运行至推杆导轨（6）与脚掌支架（5）接触处，卷曲脚掌（10）黏附部分展开成水平状态，钩爪推杆（11）的钩爪略高于圆孔平面，多旋翼无人机（A）缓慢下落至钩爪推杆（11）的钩爪与圆孔平面完全接触；此时多旋翼无人机（A）停机，在栖息装置（B）作用下不会掉落；
当栖息装置（B）处于展开状态时，多旋翼无人机（A）开始启动并上升至钩爪推杆（11）的钩爪略高于圆孔平面的高度后悬停，螺纹推杆电机（2）正向旋转带动栖息装置（B）收缩，螺纹法兰（3）带动螺纹法兰支架（4）在推杆导轨（6）的约束下竖直向下运动，钩爪推杆（11）与螺纹法兰支架（4）连接的第一端受力与螺纹法兰支架（4）一起作竖直向下运动，钩爪推杆（11）与导向滚轮（8）连接的第二端沿卷曲脚掌（10）下表面向靠近脚掌支架（5）的方向运动，当螺纹法兰支架（4）运行至推杆导轨（6）与电机支座（7）接触处，卷曲脚掌（10）绕导向滚轮（8）收缩至卷曲状，钩爪推杆（11）的钩爪复位；栖息装置（B）完成脱落，多旋翼无人机（A）下降到指定高度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110143304.3A CN112937840B (zh) | 2021-02-02 | 2021-02-02 | 多旋翼仿生栖息无人机与附着运动方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110143304.3A CN112937840B (zh) | 2021-02-02 | 2021-02-02 | 多旋翼仿生栖息无人机与附着运动方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112937840A CN112937840A (zh) | 2021-06-11 |
| CN112937840B true CN112937840B (zh) | 2022-04-22 |
Family
ID=76241587
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110143304.3A Active CN112937840B (zh) | 2021-02-02 | 2021-02-02 | 多旋翼仿生栖息无人机与附着运动方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112937840B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114771859B (zh) * | 2022-04-07 | 2024-05-10 | 南京航空航天大学 | 基于微刺阵列和仿生干黏附材料的粗糙/光滑负表面无人机着陆机构 |
| CN115675838B (zh) * | 2022-11-07 | 2024-04-12 | 西北工业大学 | 一种双栖息臂栖息无人机及自适应起落和栖息方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102390528A (zh) * | 2011-10-21 | 2012-03-28 | 南京理工大学 | 一种空中飞行和全方位吸附微型机器人 |
| CN105836114A (zh) * | 2016-04-11 | 2016-08-10 | 周良勇 | 一种多旋翼无人机 |
| CN205707314U (zh) * | 2016-04-11 | 2016-11-23 | 周良勇 | 一种多旋翼无人机 |
| KR101806844B1 (ko) * | 2016-10-10 | 2017-12-12 | 주식회사 마로로봇 테크 | 무인 멀티로터 비행체용 충전도크 |
| CN110466743A (zh) * | 2019-07-12 | 2019-11-19 | 南京航空航天大学 | 基于仿生干黏附材料的无人机及非水平表面着陆起飞方法 |
| CN110626514A (zh) * | 2019-10-29 | 2019-12-31 | 中国石油大学(华东) | 一种具有多种栖息结构的水陆两栖四旋翼无人机 |
| CN111169628A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-05-19 | 西安理工大学 | 一种旋翼无人机天花板栖息机构 |
-
2021
- 2021-02-02 CN CN202110143304.3A patent/CN112937840B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102390528A (zh) * | 2011-10-21 | 2012-03-28 | 南京理工大学 | 一种空中飞行和全方位吸附微型机器人 |
| CN105836114A (zh) * | 2016-04-11 | 2016-08-10 | 周良勇 | 一种多旋翼无人机 |
| CN205707314U (zh) * | 2016-04-11 | 2016-11-23 | 周良勇 | 一种多旋翼无人机 |
| KR101806844B1 (ko) * | 2016-10-10 | 2017-12-12 | 주식회사 마로로봇 테크 | 무인 멀티로터 비행체용 충전도크 |
| CN110466743A (zh) * | 2019-07-12 | 2019-11-19 | 南京航空航天大学 | 基于仿生干黏附材料的无人机及非水平表面着陆起飞方法 |
| CN110626514A (zh) * | 2019-10-29 | 2019-12-31 | 中国石油大学(华东) | 一种具有多种栖息结构的水陆两栖四旋翼无人机 |
| CN111169628A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-05-19 | 西安理工大学 | 一种旋翼无人机天花板栖息机构 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112937840A (zh) | 2021-06-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112937840B (zh) | 多旋翼仿生栖息无人机与附着运动方法 | |
| CN110466743B (zh) | 基于仿生干黏附材料的无人机及非水平表面着陆起飞方法 | |
| CN102390528B (zh) | 一种空中飞行和全方位吸附微型机器人 | |
| CN109927498A (zh) | 多变体两栖四旋翼机器人 | |
| Desbiens et al. | Hybrid aerial and scansorial robotics | |
| CN106347660A (zh) | 纳米自发电型仿生扑翼飞行器 | |
| CN112550682B (zh) | 负表面着陆机构、旋翼无人机及其着陆与起飞方法 | |
| Daler et al. | A flying robot with adaptive morphology for multi-modal locomotion | |
| CN103192987A (zh) | 一种飞行和爬壁两栖机器人及其控制方法 | |
| WO2015150529A1 (en) | Agcfds: automated glass cleaning flying drone system | |
| CN102167160B (zh) | 一种弹跳起飞的微型扑翼飞行器 | |
| CN106143889A (zh) | 一种起落架作为抓手的四旋翼飞行器 | |
| CN109263978B (zh) | 半主动式仿蒲公英微小型飞行器及其控制方法 | |
| CN103112513B (zh) | 一种具有姿态调整功能的仿蝗虫机器人 | |
| Mintchev et al. | A multi-modal hovering and terrestrial robot with adaptive morphology | |
| Ladig et al. | Aerial manipulation using multirotor UAV: a review from the aspect of operating space and force | |
| CN104875875B (zh) | 一种气羽翼式气流定向载重运输飞行器 | |
| CN111152921A (zh) | 一种可垂直起降的无人机的控制系统 | |
| CN212797299U (zh) | 一种轻量无人机降落架 | |
| CN209938946U (zh) | 一种可在垂直墙体栖息和起飞的四旋翼飞行器 | |
| CN111169628B (zh) | 一种旋翼无人机天花板栖息机构 | |
| Huang et al. | Biomimetic flip-and-flap strategy of flying objects for perching on inclined surfaces | |
| Afakh et al. | Development of flapping robot with self-takeoff from the ground capability | |
| CN115352624A (zh) | 一种仿生无人机 | |
| CN110816827A (zh) | 一种仿生蝴蝶扑翼飞行器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |