[发明专利]一种可变形小型四旋翼四足飞爬机器人及其控制方法

说明书

本发明公开了一种可变形小型四旋翼四足飞爬机器人及其控制方法，飞爬机器人包括机身、四个旋翼组件和四个腿部组件，其中：机身，包括安装座、飞爬控制模块、调节模块和电池，调节模块包括电源模块和电调；腿部组件，实现至少两个自由度转动，包括至少两个腿节和关节驱动舵机、一个轮腿切换组件，轮腿切换组件可切换为脚掌或滚轮，各腿部组件分布于安装座上，并通过对应关节驱动舵机驱动实现水平摆动；旋翼组件，与腿部组件一一对应连接，包括螺旋桨和电机，螺旋桨通过电机驱动旋转，电机与电调电连接。并可实现空地自主切换，产生不同环境下的运动模态，提高空地运动稳定性和多样性，在复杂环境下具有较好的机动性和适应性，满足小型化侦察需求。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种可变形小型四旋翼四足飞爬机器人及其控制方法。

背景技术

微小型机器人是一项多学科交叉的高精尖技术，其尺寸小、质量轻、机动性高，在现代多应用领域展示出极大的潜在优势和应用价值，成为了当今先进国家的科技前沿课题。目前，微小型机器人的研究还处于初级发展阶段，尤其是厘米级机器人的研究与设计，距离真正小型化和智能化还有很大差距，机器人自身质量、尺寸、驱动器功率等方面的严格限制带来了极大挑战性。随着陆空高危场景的日趋复杂，仅仅依靠单一的运动形态已经不足以满足现实执行任务的操作需求。受自然界生物启发，昆虫作为一类高机动性、高适应性的动物，大多都具有飞行以及爬行两种运动形态，模仿其外形结构和运动特性是提升机器人空地协同运动能力的有效方法。

现有技术中，论文Zhang R.,Wu Y.,Zhang L.,Xu C.,and Gao F.,Autonomousand Adaptive Navigation for Terrestrial-Aerial Bimodal Vehicles,IEEE Roboticsand Automation Letters,2022,7(2):3008-3015.中提出了一种基于四旋翼的轮式机器人，包括两个被动轮和一个可倾转四旋翼，并能通过运动规划和控制算法在飞行和滚动两种运动模态之间进行自主切换。授权公告号为CN108502044B的中国专利公开了一种组合分离式旋翼与足式移动操作机器人，包括多旋翼飞行机构、多足步行操作机构，以及实现多旋翼飞行机构与多足步行操作机构两者结合与分离的组合分离机构。组合分离机构包括上连接模块与下连接模块，分别安装于多旋翼飞行机构底部与多足步行操作机构顶部，通过两者间锁定配合，可实现空中飞行、支撑面飞爬、陆地攀爬行走以及相应的操作功能，并可通过机器人机构的组合分离，完成多模式空地协同作业。

以上所提出的飞爬机器人均具有陆空两栖运动能力，但是属于组合式结构，组合式飞爬机器人采用简单的组合构型，结构相对复杂、自重大、体积大、集成度低、空气阻力大，导致飞行机动性能大大减弱。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提出一种可变形小型四旋翼四足飞爬机器人及其控制方法，可根据环境条件自适应地变换相应的运动模态，具有小型轻量化、空气阻力小、隐蔽性好、越障性能好、续航时间长的优点，在复杂陆空作业环境下具有较好的机动性和适应性，可满足小型化的侦察需求和复杂陆空环境的作业需求。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

本发明提出的一种可变形小型四旋翼四足飞爬机器人，包括机身、四个旋翼组件和四个腿部组件，其中：

机身，包括安装座、以及均安装于安装座上的飞爬控制模块、调节模块和电池，调节模块包括电源模块和电调，电池、电源模块、飞爬控制模块和电调依次电连接；

腿部组件，用于实现至少两个自由度的转动，包括至少两个腿节、至少两个关节驱动舵机和一个轮腿切换组件，各关节驱动舵机与腿节一一对应连接并与飞爬控制模块电连接，各腿节依次连接并通过对应的关节驱动舵机驱动旋转，轮腿切换组件包括滚轮和脚掌，脚掌与滚轮的转动轴转动连接，通过旋转脚掌切换腿部组件的末端为脚掌或滚轮，各腿部组件呈矩形分布于安装座上，并通过对应连接的关节驱动舵机驱动实现绕安装座的水平摆动；