CN115402439A - 一种l形吸附式飞行机器人及其吸附方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种L形吸附式飞行机器人及其吸附方法,包括飞行平台和负压腔体,所述飞行平台的一侧设置有所述负压腔体,所述负压腔体竖直设置与所述飞行平台形成L形结构,所述负压腔体为一侧敞口的空腔结构,负压腔体的敞口端面所在的平面为负压腔体的吸附面。控制装置控制飞行平台的飞行旋翼和涵道风机提供升力,使机器人飞行,负压腔体的吸附面贴近墙壁,涵道风机使负压腔体内形成负压,使机器人吸附墙壁,控制装置控制飞行平台远离墙壁一侧的飞行旋翼继续工作,保持升力,防止机器人侧翻。在遇到墙壁的平整度差,所述负压腔体与墙壁难以形成负压时,可以切换为飞行状态进行过渡,避免机器人掉落,从而进一步提升了机器人的越障能力。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域,尤其涉及一种L形吸附式飞行机器人及其吸附方法。
背景技术
近些年吸附式飞行机器人,特别是旋翼式无人机,在复杂场下里的视觉检测任务也有了一些应用。但是无人机在检测时必须要保持一定的安全距离,也容易受到自然风、建筑风的影响。往往只能进行视觉或者雷达这样可以远距离无接触的检测任务,对于需要近距离接触的检测任务就无法进行。
对于近距离接触的检测任务,大多利用吸附式机器人进行检测,吸附式机器人的原理是采用负压吸附,负压吸附对壁面材料没有特殊要求,但对壁面的平整度要求较高。现有的负压吸附机器人基本只能在连续的平面上爬行,越障能力非常弱,遇到不平整的障碍就会负压降低而失稳,且难以大范围灵活移动。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是提供一种L形吸附式飞行机器人及其吸附方法,解决现有无人机执行任务作业时难以吸附停驻近距离接触目标物体,以及现有吸附机器人越障能力弱且难以大范围灵活移动的技术问题。
(二)技术方案
为解决上述技术问题,本发明提供了一种L形吸附式飞行机器人,包括飞行平台和负压腔体,所述飞行平台的一侧设置有所述负压腔体,所述负压腔体竖直设置与所述飞行平台形成L形结构,所述负压腔体为一侧敞口的空腔结构,负压腔体的敞口端面所在的平面为负压腔体的吸附面,吸附面为负压腔体远离飞行平台的一侧。
进一步地,所述负压腔体的负压腔内设置有一个或多个涵道风机,且所述涵道风机的出风口位于所述负压腔体的底部。
进一步地,所述负压腔体的负压腔内设置有行走装置,用于使机器人吸附作业时在作业面移动行走。
进一步地,所述飞行平台上设置有控制装置,所述控制装置控制所述飞行平台、涵道风机以及行走装置的运转。
进一步地,所述飞行平台上设置有供电装置,所述供电装置与所述控制装置连接,用以所述控制装置、涵道风机和行走装置的供电。
进一步地,所述飞行平台采用四轴飞行器。
另一方面,本发明提供了一种L形吸附式飞行机器人吸附方法,包括步骤:控制装置控制飞行平台的飞行旋翼和涵道风机提供升力,使机器人飞行;负压腔体的吸附面贴近墙壁,涵道风机使负压腔体内形成负压,使机器人吸附墙壁;控制装置控制飞行平台远离墙壁一侧的飞行旋翼继续工作,保持升力,防止机器人侧翻;控制装置控制行走装置的行走车轮转动,使机器人沿墙壁爬行。
进一步地,当所述负压腔体与墙壁难以形成负压时,控制装置控制飞行平台的飞行旋翼和涵道风机提供升力,使机器人飞行,避免机器人掉落。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点:
在飞行状态时,通过所述飞行平台的飞行旋翼工作,为机器人提供向上的升力,同时所述负压腔体在向下排气的过程中也会提供一个反推的作用力,来平衡由于所述负压腔体竖直设置与所述飞行平台形成L形结构而带来的中心变化,使整个机器人能够保持正常的飞行姿态。
在负压吸附状态时,由于所述负压腔体为一侧敞口的空腔结构,所述负压腔体的敞口端面所在的平面为负压腔体的吸附面,当负压腔体的吸附面贴近竖直的墙壁,所述负压腔体与墙壁形成相对封闭的空间,此时所述负压腔体内形成负压,使机器人吸附墙壁,所述飞行平台远离墙壁一侧的飞行旋翼继续工作,保持升力,防止机器人侧翻,满足机器人负压吸附在所需作业物体的表面,实现机器人在所需作业表面近距离地接触执行相关任务。并且在遇到墙壁的平整度差,所述负压腔体与墙壁难以形成负压时,可以切换为飞行状态进行过渡,避免机器人掉落,从而进一步提升了机器人的越障能力。
附图说明
图1为一种L形吸附式飞行机器人的结构示意图;
图2为图1负压腔体的结构示意图;
图中:1、飞行平台;2、负压腔体;3、涵道风机;4、行走装置;5、控制装置;6、供电装置;7、飞行旋翼。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参考图1和图2,本发明提供了一种L形吸附式飞行机器人,包括飞行平台1和负压腔体2,所述飞行平台1的一侧设置有所述负压腔体2,所述负压腔体2竖直设置与所述飞行平台1形成L形结构,便于吸附竖直的墙壁壁面,所述负压腔体2为一侧敞口的空腔结构,负压腔体2的敞口端面所在的平面为负压腔体2的吸附面,吸附面为负压腔体2远离飞行平台的一侧,所述吸附面与竖直的墙壁壁面相互平行,当所述吸附面接触到墙壁壁面时,使所述负压腔体2能形成相对封闭的空间。
在飞行状态时,通过所述飞行平台1的飞行旋翼7工作,为机器人提供向上的升力,同时所述负压腔体2在向下排气的过程中也会提供一个反推的作用力,来平衡由于所述负压腔体2竖直设置与所述飞行平台1形成L形结构而带来的中心变化,使整个机器人能够保持正常的飞行姿态。
在负压吸附状态时,由于所述负压腔体2为一侧敞口的空腔结构,所述负压腔体2的敞口端面所在的平面为负压腔体2的吸附面,当负压腔体2的吸附面贴近竖直的墙壁,所述负压腔体2与墙壁形成相对封闭的空间,此时所述负压腔体2内形成负压,使机器人吸附墙壁,所述飞行平台1远离墙壁一侧的飞行旋翼7继续工作,保持升力,防止机器人侧翻,满足机器人负压吸附在所需作业物体的表面,实现机器人在所需作业表面近距离地接触执行相关任务。
并且在遇到墙壁的平整度差,所述负压腔体2与墙壁难以形成负压时,可以切换为飞行状态进行过渡,避免机器人掉落,从而进一步提升了机器人的越障能力。
在一些实施例中,所述负压腔体2的负压腔内设置有一个或多个涵道风机3,且所述涵道风机3的出风口位于所述负压腔体2的底部。所述涵道风机3将进风口的风快速抽取至所述负压腔底部的出风口,出风口的风反向给予负压腔体2推力,提供机器人上升飞行动力;进风口的风(气流)被快速抽取流动形成负压腔吸附面的负压,满足机器人负压吸附在所需作业物体的表面,实现机器人在所需作业表面近距离地接触执行相关任务;完美地应用了机器人具备的飞行和负压吸附两项功能。
在一些实施例中,所述负压腔体2的负压腔内设置有行走装置4,用于使机器人吸附作业时在作业面移动行走。所述行走装置4可以采用专利号为CN202210210277.1的一种吸附式飞行机器人中的行走装置4,所述行走装置4包括固定座、行走电机和行走车轮,固定座设置于负压腔体2内靠近腔壁的位置,固定座具有安装腔,行走电机的连接端设置于安装腔内,行走电机的输出端连接所述行走车轮。行走电机驱动行走车轮转动,以使机器人吸附作业时在作业面移动行走。正常状态下,行走装置4的行走车轮的外边缘最高点高于负压腔的吸附面1~5mm,优选3mm,该高度间隙略高于负压腔的吸附面,极大地做到了不影响负压腔吸附面的吸附能力(间隙过大会造成吸附面漏风且增加维持吸附面负压状态的难度);同时满足机器人在所需作业的表面移动行走,精准地调整机器人的作业方向以及控制机器人移动至待作业位置,进行作业任务,此外还能够移动作业(边移动边作业)。
在一些实施例中,所述飞行平台1上设置有控制装置5,所述控制装置5控制所述飞行平台1、涵道风机3以及行走装置4的运转。所述控制装置5包括飞行控制单元和遥控控制单元,飞行控制单元用以控制吸附式飞行机器人的吸附飞行,遥控控制单元用以吸附式飞行机器人的无线遥控。优选的,遥控控制单元包括遥控系统和遥控器,遥控系统布置于所述飞行平台1上,遥控系统与飞行控制单元连接;遥控器与遥控系统无线连接;遥控器通过遥控系统传输指令至控制器,无线遥控吸附式飞行机器人。既满足操作人员通过飞行控制单元来控制吸附式飞行机器人运转工作,又满足操作人员通过手持遥控器来无线遥控吸附式飞行机器人,控制操作简单方便;同时实现机器人的多方式控制飞行。
在一些实施例中,所述飞行平台1上设置有供电装置6,所述供电装置6与所述控制装置5连接,用以所述控制装置5、涵道风机3和行走装置4的供电。所述供电装置6包括电池组电源,电池组电源与控制器连接;所述电池组电源为锂电池组电源或蓄电池组电源。飞行控制单元为PLC可编程控制器或单片机控制器或其他芯片式控制器,控制器中内置有飞行控制系统。
在一些实施例中,所述飞行平台1采用四轴飞行器,即所述飞行平台1包括四组飞行旋翼7,且四组所述飞行旋翼7分别位于所述飞行平台1本体的四角,使整个吸附式飞行机器人保持平衡。同时根据不同飞行任务的需要,通过所述控制装置5对各组飞行旋翼7的飞行参数进行调节,实现例如:垂直运动,俯仰运动,滚转运动,偏航运动等飞行操作。
另一方面,本发明提供了一种L形吸附式飞行机器人吸附方法,包括步骤:
控制装置5控制飞行平台1的飞行旋翼7和涵道风机3提供升力,使机器人飞行。通过所述控制装置5对飞行平台1各组飞行旋翼7的飞行参数进行调节,同时启用所述涵道风机3使所述负压腔体2在向下排气的过程中也会提供一个反推的作用力,来平衡由于所述负压腔体2竖直设置与所述飞行平台1形成L形结构而带来的中心变化,使整个机器人能够保持正常的飞行姿态,从而实现例如:垂直运动,俯仰运动,滚转运动,偏航运动等飞行操作。
负压腔体2的吸附面贴近墙壁,涵道风机3使负压腔体2内形成负压,使机器人吸附墙壁。由于所述负压腔体2为一侧敞口的空腔结构,所述负压腔体2的敞口端面所在的平面为负压腔体2的吸附面,当负压腔体2的吸附面贴近竖直的墙壁,所述负压腔体2与墙壁形成相对封闭的空间,此时所述涵道风机3将进风口的风快速抽取至所述负压腔底部的出风口使所述负压腔体2内形成负压,从而将吸附式飞行机器人吸附墙壁。
控制装置5控制飞行平台1远离墙壁一侧的飞行旋翼7继续工作,保持升力,防止机器人侧翻。由于所述负压腔体2与墙壁形成相对封闭的空间,此时所述涵道风机3将进风口的风快速抽取至所述负压腔底部的出风口使所述负压腔体2内形成负压的能力有限,无法提供足够吸附力克服整个吸附式飞行机器人产生的力矩,因此通过所述控制装置5控制飞行平台1远离墙壁一侧的飞行旋翼7继续工作,保持升力,从而抵消由整个吸附式飞行机器人产生的力矩,满足吸附式飞行机器人负压吸附在所需作业物体的表面,实现吸附式飞行机器人在所需作业表面近距离地接触执行相关任务。
控制装置5控制行走装置4的行走车轮转动,使机器人沿墙壁爬行。在爬行过程中,可以采用专利号为CN202210210277.1的一种吸附式飞行机器人中的行走装置4,即实现在同一方向的往复运动,当需要改变方向时,可以切换为飞行状态进行调整,以适应不同应用场景的需要。
在一些实施例中,当所述负压腔体2与墙壁难以形成负压时,即遇到墙壁的平整度差时,例如墙面出现裂缝,可以通过加大对涵道风机3的输出功率,提高涵道风机3的排气效率,密闭负压不足的缺陷,但当墙面出现的裂缝较大时,或者当墙面出现阶梯时,该方法无法满足使负压腔体2继续形成负压的条件,此时控制装置5控制飞行平台1的飞行旋翼7和涵道风机3提供升力,使机器人飞行,切换为飞行状态进行过渡,避免机器人掉落,从而进一步提升了机器人的越障能力。
本申请的L形吸附式飞行机器人能够作为特种机器人运载平台,可以在其上搭载传感器和其他执行机构,实现传感器和其他执行机构在人难以到达的环境中进行相应作业。所述传感器包括可视传感器和测量传感器,可视传感器包括但不限于摄像头,测量传感器包括但不限于激光传感器、位移传感器、压力传感器、温度传感器、红外传感器和雷达传感器;其他执行机构包括但不限于测量装置、喷洒装置和清洗装置,测量装置用以实现机器人进行检测任务,喷洒装置用以实现机器人进行喷洒作业,清洗机构用以实现机器人进行清洁作业。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种L形吸附式飞行机器人,其特征在于:包括飞行平台和负压腔体,所述飞行平台的一侧设置有所述负压腔体,所述负压腔体竖直设置与所述飞行平台形成L形结构,所述负压腔体为一侧敞口的空腔结构,负压腔体的敞口端面所在的平面为负压腔体的吸附面,吸附面为负压腔体远离飞行平台的一侧。
2.根据权利要求1所述的一种L形吸附式飞行机器人,其特征在于:所述负压腔体的负压腔内设置有一个或多个涵道风机,且所述涵道风机的出风口位于所述负压腔体的底部。
3.根据权利要求2所述的一种L形吸附式飞行机器人,其特征在于:所述负压腔体的负压腔内设置有行走装置,用于使机器人吸附作业时在作业面移动行走。
4.根据权利要求3所述的一种L形吸附式飞行机器人,其特征在于:所述飞行平台上设置有控制装置,所述控制装置控制所述飞行平台、涵道风机以及行走装置的运转。
5.根据权利要求4所述的一种L形吸附式飞行机器人,其特征在于:所述飞行平台上设置有供电装置,所述供电装置与所述控制装置连接,用以所述控制装置、涵道风机和行走装置的供电。
6.根据权利要求1~5任一项所述的一种L形吸附式飞行机器人,其特征在于:所述飞行平台采用四轴飞行器。
7.一种L形吸附式飞行机器人吸附方法,其特征在于:包括步骤:
控制装置控制飞行平台的飞行旋翼和涵道风机提供升力,使机器人飞行;
负压腔体的吸附面贴近墙壁,涵道风机使负压腔体内形成负压,使机器人吸附墙壁;
控制装置控制飞行平台远离墙壁一侧的飞行旋翼继续工作,保持升力,防止机器人侧翻;
控制装置控制行走装置的行走车轮转动,使机器人沿墙壁爬行。
8.根据权利要求7所述的一种L形吸附式飞行机器人吸附方法,其特征在于:当所述负压腔体与墙壁难以形成负压时,控制装置控制飞行平台的飞行旋翼和涵道风机提供升力,使机器人飞行,避免机器人掉落。
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