[发明专利]仿昆虫爬壁飞行器及其转换控制方法

说明书

本发明提供了一种仿昆虫爬壁飞行器及其转换控制方法，仿昆虫爬壁飞行器包括机身、左右扑翼动力组、头尾旋翼动力组、爬行动力组和飞行控制组，其转换控制方法根据任务过程分为五个阶段，分别为飞行阶段、飞爬转换阶段、爬行阶段、爬飞转换阶段和飞行阶段。本发明仿昆虫爬壁飞行器以昆虫为仿生对象，采用扑翼旋翼混合动力构型，既能在空中扑翼飞行和悬停，又能在竖直壁面上附着与爬行，拓展了传统飞行器的工作空间与活动能力。本发明仿昆虫爬壁飞行器具有体积小、飞行速度快、爬行速度快、视觉迷惑性和隐蔽性高、携带任务载荷比重大、支持自主飞行与图像传输功能等突出特点。

技术领域

本发明涉及仿生技术领域、航空技术领域与控制技术领域，具体是一种仿昆虫爬壁飞行器及其转换控制方法。

背景技术

现代战争对于侦察隐蔽化、战场人员保护有越来越高的要求，无人机作为一种可携带侦察设备的低成本飞行器，可以隐蔽地实现战前和战时侦察，为战斗的决策和人员的保护提供丰富的信息。

扑翼飞行器的优势与研究局限性：根据升力产生方式的不同，可将无人飞行器划分为固定翼飞行器，旋翼飞行器，扑翼飞行器等类别。相对而言，扑翼飞行器具有更低的飞行噪声和更高的升力效率，外形具有视觉迷惑性。其中仿昆虫扑翼飞行器体积小，隐蔽性高，更适用于隐蔽侦查等场景。国内外以代尔夫特大学为首对仿昆虫扑翼飞行器展开了多种形式的设计研究，但这些扑翼飞行器大多升力较小，携带任务载荷的能力有限，并且只能在空中悬停或飞行，不具备爬行能力，因此其工作活动空间和任务持续时间均受到了一定的限制。

飞爬两栖飞行器的优势与研究现状：针对这种限制，国内外一些团队提出了飞行爬行两栖飞行器的概念，并展开了一些探索性的研究。飞爬两栖飞行器一般可以实现在飞行和爬行两种模式之间切换，从而克服了传统爬行机器人行动不灵活、难以越过障碍物等问题。飞爬两栖飞行器可以在工作空间内任意飞行，飞到指定位置降落，然后爬行到更隐蔽或更接近目标的位置，进行秘密侦查和稳定拍摄等工作。例如美国斯坦福大学研制的采用四旋翼动力的飞爬飞行器，通过四旋翼飞行平台调整姿态，攀附在垂直墙面上，可利用其仿生钩爪在墙面上爬行。但这种飞行器仅能在较为粗糙的墙壁上攀附与爬行。南京理工大学设计的飞爬两栖机器人仍然采用旋翼作为飞行平台，采用真空吸附的方法攀附在平面上，两足交替攀附实现爬壁功能。但这种机器人体型较大，且这两种飞行平台均不具备仿生特性。南航仿生所研制的地面爬行扑翼飞行器，可实现稳定的仿生扑翼飞行，但仅能在地面上缓慢爬行。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种仿昆虫爬壁飞行器及其转换控制方法，旨在兼顾飞行器可悬停、可飞行、可爬行、体积小、飞行速度快、载荷能力强、隐蔽性和视觉迷惑性高等性能、特点的同时，实现飞行器在多种粗糙度壁面上的稳定附着与爬行，以及在飞行与爬行模式之间的流畅平滑转换，从而拓展传统飞行器的运动环境、工作空间以及任务时长，应用于未来隐蔽侦察等场景。

本发明提供了一种仿昆虫爬壁飞行器，包括机身、左扑翼动力组、右扑翼动力组、头部旋翼动力组、尾部旋翼动力组、爬行动力组和飞行控制组。

所述机身包括主板、底板、电池、铝柱和螺钉。所述电池固定在所述主板的尾部。四根所述铝柱支撑于主板和所述底板之间，分别与主板和底板上的四个安装孔位相照应，四颗所述螺钉从主板上方将主板和铝柱紧固在一起，另四颗螺钉从底板下方将底板和铝柱紧固在一起，形成起落架。其中，所述主板用于安装和固定整架飞行器所需的大部分零部件，所述铝柱和底板用于在起飞和降落过程中稳定地支撑飞行器。