[发明专利]栖息式无人飞行器的基于推进器的运动

说明书

一种用于在结构表面上着陆和运动的系统包括具有多个可独立控制的推进器的无人飞行器，以及起落架，包括在拐角处具有轮子的机架。所述起落架还包括多根杆，所述多根杆在相应的第一端枢转联接至所述机架，并且在相应的第二端联接至所述无人飞行器；其中所述无人飞行器可操作地以不同方式致动所述多个推进器，以便相对于所述起落架的机架倾斜，并在所述起落架上产生净合力以在所述结构的表面上运动。

技术领域

本发明涉及无人飞行器(UAV)，尤其涉及一种用于使UAV能够保持与结构表面接触并且在表面上移动的方法和系统。

背景技术

无人飞行器(UAV)，也称为无人机，正成为普适技术，这种技术已用于许多应用中。UAV现已广泛用于娱乐、业余爱好、竞赛、电影摄影、摄影、航空测量和制图等。一种较常见的UAV类型使用多个旋翼，并以类似于直升机的方式飞行和盘旋。根据其特定配置，UAV可以在半空中提供极高的敏捷性，并且能够将各种仪器和传感器带到原本难以到达的位置。UAV的尺寸往往会在电池容量和有效载荷方面施加一些限制。例如，很少市场上可买到的UAV可以保持飞行一小时以上，并且它们携带的仪器越多，它们在飞行中消耗的能量就越多，从而导致了在有效载荷和最大飞行时间之间的权衡。

为了节省电池容量，使UAV在固定或栖息在表面上的同时执行尽可能多的任务是有利的。为UAV提供一旦栖息就可以在表面上运动的能力，可以大大拓宽无人机的应用范围，因为UAV可能会到达原本无法到达的地方，并受益于依赖于基于接触的传感器和仪器的应用，而不是只有远程设备(例如超声波管道检查)。

虽然许多机构的研究实验室在混合动力汽车领域取得了重大进展，混合动力汽车可以实现飞行、陆地运动和/或爬升的组合，但是迄今为止，没有任何技术既提供飞行能力，又提供在任何定向(例如垂直、水平、倾斜或倒置水平)的表面上运动的能力。

因此，有利的是提供一种用于使UAV能够在任何定向的表面上运动的系统和方法，尤其是提供一种除了标准UAV中提供的致动器以外不需要附加致动器的解决方案。

发明内容

本发明的实施例包括一种用于在结构表面上着陆和运动的系统。该系统包括无人飞行器，该无人飞行器具有多个独立可控的推进器和起落架，起落架包括机架，联接至所述机架的一组轮子以及多根杆，所述多根杆在相应的第一端枢转联接至所述机架并在相应的第二端枢转联接至所述无人飞行器。无人飞行器可操作地以不同方式致动所述多个推进器，以便相对于所述起落架的机架倾斜，并在所述起落架上施加使所述起落架在所述结构的表面上运动的净合力。

在一些实施方式中，所述多根杆包括以X形排列配置的四根杆。在一些实施方式中，所述起落架的所述一组轮子包括四个轮子，并且所述起落架包括可操作以指示所述一组轮子与所述结构表面之间的接触力的压力传感器。无人飞行器可以包括光学传感器，并且所述处理器配置有用于图像处理和识别的程序代码。

所述无人飞行器包括可以配置有程序代码的处理器，所述程序代码用于根据各种动力学模式(包括飞行模式、运动模式和栖息模式)来控制所述无人飞行器的动力学行为。在飞行模式的一些实施方式中，所述处理器确定所述结构表面相对于所述无人飞行器的位置和定向，并且计算a)用于根据所确定的位置和定向使所述无人飞行器从机载位置着陆到所述结构表面上的目标位置的轨迹，以及b)为了按计算的轨迹移动而启动和停用所述推进器的顺序。在栖息模式的一些实施方式中，所述处理器确定所述起落架相对于重力和所述结构表面的定向，并且启动所述推进器，以便保持所述起落架的轮子与所述结构表面接触。在运动模式的一些实施方式中，所述处理器确定所述起落架相对于重力和所述结构表面的位置和定向，并计算用于根据所确定的位置和定向使所述无人飞行器在所述结构表面上运动到所述结构上的目标位置的轨迹。

所述起落架和所述无人飞行器中的至少一个包括用于检查所述结构表面的设备。在一些实施例中，为了简化运动，起落架的轮子可以包括全向轮或麦克纳姆轮。