可栖息于不同倾角墙壁的智能飞行机器人的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种可栖息于不同倾角墙壁的智能飞行机器人，属于机器人及飞行器。包括飞行系统、吸附系统及控制系统，飞行系统为本机器人主体，吸附系统安装在飞行系统上，控制系统通过控制飞行系统及吸附系统实现飞行机器人吸附在多种不同角度的墙壁上，并且飞行与吸附可自由切换。优点在于：具有栖息于墙壁功能，由于机器人栖息时的功率远小于飞行时的功率，因此其针对固定目标侦测时间大幅延长。采用墙壁倾角测量器实现机器人的智能吸附，且飞行与吸附状态可自由切换。可吸附于不同倾角的墙壁，增加机器人的适用范围。机器人吸附时紧贴墙壁，隐蔽性大大提高。采用防滑板与支撑腿辅助吸附，吸附效果稳定，防止了机器人在吸附时出现打滑的情况。
【专利说明】
可栖息于不同倾角墙壁的智能飞行机器人
技术领域
[0001]本实用新型涉及机器人及飞行器领域，特别涉及一种可栖息于不同倾角墙壁的智能飞行机器人。
【背景技术】
[0002]近年来，随着社会的发展，对飞行器的应用越来越多，如用来侦查、救援、航拍等。传统飞行器续航时间短，侦查时隐蔽性差，功能单一。专利201110322551.6公开了一种具有飞行和吸附两种功能的机器人，该机器人以四旋翼为主体，通过吸附装置使机器人拥有在墙壁表面栖息的能力，其吸附功率远小于飞行功率，针对固定目标侦测时间大幅增加。但其吸附时重心与墙壁相距较远，易出现打滑现象，吸附稳定性差，并且无法实现吸附过程自动化。专利201510066785.7公开了一种飞行爬壁机器人，该机器人也具有飞行和栖息于墙壁的功能，但其同样无法实现吸附过程自动化。亟待改进。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的在于提供一种可栖息于不同倾角墙壁的智能飞行机器人，解决了现有技术存在的上述问题。本实用新型具有飞行和吸附于墙壁两种功能，并且飞行和吸附可智能切换，具有吸附稳定、功耗低、可吸附于不同倾角墙壁的特点。
[0004]本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现:
[0005]可栖息于不同倾角墙壁的智能飞行机器人，包括飞行系统、吸附系统及控制系统，所述飞行系统为主体，吸附系统安装在飞行系统上，控制系统通过控制飞行系统及吸附系统实现飞行机器人吸附在多种不同角度的墙壁上，并且飞行与吸附可自由切换。
[0006]所述的飞行系统采用四旋翼结构，包括机架1、锂电池2、四个螺旋桨3、四个无刷电机4、四个无刷电子调速器5和起落架6，所述螺旋桨3、无刷电机4和无刷电子调速器5分别安装在机架I四周，所述无刷电子调速器5与无刷电机4相连，用以调节无刷电机4转速;所述起落架6安装在机架I下方，起落架6通过起落架舵机7达到收起和放下的功能，起落架6脚部为防滑材料8，锂电池2安装在机架I中间位置上方。
[0007]所述的吸附系统包括真空吸盘组件9、真空栗10、二位三通微型电磁阀、单向阀、电动伸缩杆U、防滑板12和墙壁倾角测量器13，所述真空吸盘组件9有四组，分别通过长螺栓21和螺母22连接在机架I的四角，所述真空栗10设置于机架I上方，所述防滑板12通过电动伸缩杆11连接在机架I上方中间位置，所述墙壁倾角测量器13安装在机架I前方。
[0008]所述的真空吸盘组件9包括真空吸盘14、真空吸盘连接杆15、舵机16、机架舵机连接件17、真空吸盘连杆座18、轴承19和端盖20，所述真空吸盘14安装在真空吸盘连接杆15上，真空吸盘连接杆15中安有弹簧23，弹簧23在吸附时起到缓冲作用;真空吸盘连接杆15通过双螺母24连接在真空吸盘连杆座18上，真空吸盘连杆座18的一端设有内齿，且与舵机16头上的外齿啮合连接，真空吸盘连杆座18另一端通过轴承19与机架舵机连接件17相连，轴承19外侧设有端盖20，舵机16通过短螺栓25和螺母22固定在机架舵机连接件17上;舵机16控制真空吸盘14旋转至不同角度以吸附于不同角度的墙壁。
[0009]所述的真空栗10通过气路与真空吸盘14连接，气路中还设有两个控制方式相同的电磁阀、两个单向阀；真空吸盘14包括两个彼此相连通的前端吸盘26，和两个彼此相连通的后端吸盘27;两个电磁阀分别控制前端吸盘26、后端吸盘27与真空栗10以及大气的连通情况;在真空栗10开启的情况下，控制前端吸盘26的电磁阀断电时，前端吸盘26与真空栗10相连通，前端吸盘26具有吸附能力;通电时，前端吸盘26与大气相连通，前端吸盘26不再具有吸附能;两个单向阀分别与前端吸盘26、后端吸盘27连接。
[0010]所述的防滑板12与电动伸缩杆11之间设有弯曲弹簧29，防滑板12外表面贴有防滑材料8;机器人吸附于墙壁时由电动伸缩杆11控制防滑板12与墙面相接触，机器人安全的吸附于墙壁上，防止打滑的情况发生。
[0011]所述的墙壁倾角测量器13包括激光测距传感器30和双自由度转台31，双自由度转台31由第一舵机32和第二舵机33构成，双自由度转台31通过第一舵机32和第二舵机33带动激光传感器30转动，第一、第二舵机的转动范围为0-180度，第一舵机32转角为O度时激光测距传感器30朝下，第一舵机32转角为180度时激光测距传感器30朝上，默认情况下设置第一舵机32转角为90度；第二舵机33转角为O度时激光测距传感器30朝左，第二舵机33转角为180度时激光测距传感器朝30右，默认情况下设置第二舵机33转角为90度;第一、第二舵机32、33均90度时激光测距传感器30朝向机器人正前方。
[0012]所述的控制系统包括飞行控制单元34和远程控制单元35，所述飞行控制单元34包括单片机36、陀螺仪37、加速度计38、高度计39、GPS模块40和超声波传感器41，所述陀螺仪37、加速度计38、高度计39、GPS模块40和超声波传感器41分别与单片机36相连，陀螺仪37、加速度计38采集飞行机器人的运动信息和姿态信息，单片机36根据采集到的数据以及飞行控制程序，调节四个无刷电机4的转速，实现飞行机器人的自由航行；高度计39测量飞行机器人的高度，单片机36根据高度计39采集的数据控制飞行机器人实现悬停;在远程控制时GPS模块40用以反馈飞行机器人的当前位置，保证远程精准控制;通过GPS模块40还可实现飞行机器人自主导航飞行;超声波传感器41用以实现飞行机器人的壁障功能，当飞行机器人与墙壁或障碍物的距离小于设定值时，控制系统控制其减速，以防撞到障碍物或墙壁，同时通过远程控制单元35反馈给操作者。
[0013]所述的远程控制单元35包括摄像头42、下位机43、遥控器44、无线数据收发模块45，所述下位机43通过两个无线数据收发模块45与单片机36相连，遥控器44与下位机43相连;无线数据收发模块45用来实时传输地面控制系统与飞行机器人之间的数据;操作者通过遥控器44对飞行机器人进行远程操控;下位机43用来显示图像及飞行机器人的信息，摄像头42安装在三轴云台46上并与单片机36相连，布置在飞行机器人的后方，进行各个角度的图像拍摄。
[0014]所述的控制系统还包括气压传感器47和压力传感器48，分别与单片机36相连，所述气压传感器47检测气路中的气压值，所述压力传感器48安装在防滑板12及起落架6上，用以检测防滑板12及起落架6与墙面之间的作用力，辅助吸附系统进行安全吸附。
[0015]本实用新型的有益效果在于:
[0016]1、飞行机器人具有栖息于墙壁功能，由于机器人栖息时的功率远小于飞行时的功率，因此其针对固定目标侦测时间大幅延长。
[0017]2、采用墙壁倾角测量器实现机器人的智能吸附，并且飞行与吸附状态可自由切换。
[0018]3、机器人吸附系统为四个可旋转吸盘，可吸附于不同倾角的墙壁，增加机器人的适用范围。
[0019]4、机器人吸附时紧贴墙壁，隐蔽性大大提高。
[0020]5、机器人采用防滑板与支撑腿辅助吸附，吸附效果稳定，防止了机器人在吸附时出现打滑的情况。
【附图说明】
[0021]此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
[0022]图1为本实用新型的整体结构示意图；
[0023]图2为本实用新型的下部结构示意图；
[0024]图3为本实用新型的起落架下放示意图；
[0025]图4为本实用新型的吸盘组件结构示意图；
[0026]图5为本实用新型的吸盘组件分解示意图；
[0027]图6为本实用新型的双自由度转台的结构示意图；
[0028]图7为本实用新型的三轴云台与摄像头的示意图；
[0029]图8、图9为本实用新型的智能吸附原理图；
[0030]图10为本实用新型的控制系统框图；
[0031]图11至图14为本实用新型的0°〈θ〈90°时飞行器吸附过程示意图；
[0032]图15至图18为本实用新型的90°<θ〈180°时飞行器吸附过程示意图。
[0033]图中:1、机架;2、锂电池;3、螺旋桨;4、无刷电机;5、无刷电子调速器;6、起落架;7、起落架舵机;8、防滑材料;9、真空吸盘组件；10、真空栗；11、电动伸缩杆；12、防滑板；13、墙壁倾角测量器；14、真空吸盘；15、真空吸盘连接杆；16、舵机；17、机架舵机连接件；18、真空吸盘连杆座；19、轴承;20、端盖;21、长螺栓;22、螺母;23、弹簧;24、双螺母;25、短螺栓;26、前端吸盘;27、后端吸盘;29、弯曲弹簧;30、激光测距传感器;31、双自由度转台；32、第一舵机;33、第二舵机;34、飞行控制单元;35、远程控制单元;36、单片机;37、陀螺仪;38、加速度计;39、高度计;40、GPS模块;41超声波传感器;42、摄像头;43、下位机;44、遥控器;45、无线数据收发模块;46、三轴云台；47、气压传感器;48、压力传感器。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图进一步说明本实用新型的详细内容及其【具体实施方式】。
[0035]参见图1至图3所示，本实用新型的可栖息于不同倾角墙壁的智能飞行机器人，包括飞行系统、吸附系统及控制系统，所述飞行系统为本机器人主体，吸附系统安装在飞行系统上，控制系统通过控制飞行系统及吸附系统实现飞行机器人吸附在多种不同角度的墙壁上，并且飞行与吸附可自由切换。
[0036]所述的飞行系统采用四旋翼结构，包括机架1、锂电池2、四个螺旋桨3、四个无刷电机4、四个无刷电子调速器5和起落架6，所述机架I材质可选用碳纤维或轻质铝。螺旋桨3、无刷电机4和无刷电子调速器5分别安装在机架I四周，所述无刷电子调速器5与无刷电机4相连，用以调节无刷电机4转速;所述起落架6安装在机架I下方，起落架6通过起落架舵机7达到收起和放下的功能，提高飞行机器人的隐蔽性。起落架6脚部为防滑材料8，其功能除起降飞行器外，还可辅助吸附系统进行一定倾角范围墙壁的吸附。锂电池2为整个装置提供电能，安装在机架I中间位置上方。
[0037]所述的吸附系统包括真空吸盘组件9、真空栗10、二位三通微型电磁阀、单向阀、电动伸缩杆U、防滑板12和墙壁倾角测量器13，所述真空吸盘组件9有四组，分别通过长螺栓21和螺母22连接在机架I的四角，所述真空栗10设置于机架I上方，所述防滑板12通过电动伸缩杆11连接在机架I上方中间位置，所述墙壁倾角测量器13安装在机架I前方。
[0038]参见图4及图5所示，所述的真空吸盘组件9包括真空吸盘14、真空吸盘连接杆15、舵机16、机架舵机连接件17、真空吸盘连杆座18、轴承19和端盖20，所述真空吸盘14安装在真空吸盘连接杆15上，真空吸盘连接杆15中安有弹簧23，弹簧23在吸附时起到缓冲作用;真空吸盘连接杆15通过双螺母24连接在真空吸盘连杆座18上，真空吸盘连杆座18的一端设有内齿，且与舵机16头上的外齿啮合连接，真空吸盘连杆座18另一端通过轴承19与机架舵机连接件17相连，轴承19外侧设有端盖20，舵机16通过短螺栓25和螺母22固定在机架舵机连接件17上;舵机16控制真空吸盘14旋转至不同角度以吸附于不同角度的墙壁，提高机器人的应用范围。
[0039]所述的真空栗10通过气路与真空吸盘14连接，气路中还设有两个控制方式相同的二位三通微型电磁阀、两个单向阀；真空吸盘14包括两个彼此相连通的前端吸盘26，和两个彼此相连通的后端吸盘27;两个电磁阀分别控制前端吸盘26、后端吸盘27与真空栗10以及大气的连通情况;在真空栗10开启的情况下，控制前端吸盘26的电磁阀断电时，前端吸盘26与真空栗10相连通，前端吸盘26具有吸附能力；通电时，前端吸盘26与大气相连通，前端吸盘26不再具有吸附能;两个单向阀分别与前端吸盘26、后端吸盘27连接，由于单向阀具有单向导通的功能，所以在吸附过程中即使停止真空栗10，两组吸盘只会缓慢漏气，仍能吸附一段时间。因此在气路中加入单向阀配合控制系统，可实现间歇吸附的功能，降低吸附功耗，延长机器人的工作时间。
[0040]所述的真空吸盘10与墙壁之间的摩擦因数不是很大，在机器人吸附于垂直墙面时很可能会出现打滑现象，造成机器人坠毁。在机器人上增加防滑板12可解决此问题，防滑板12通过电动伸缩杆11连接在机架I上方中间位置，防滑板12与电动伸缩杆11之间设有弯曲弹簧29，实现防滑板12在一定角度范围的转动，防滑板12外表面贴有防滑材料8;机器人吸附于墙壁时由电动伸缩杆11控制防滑板12与墙面相接触，由于防滑板12与墙壁的摩擦因数很大，机器人可安全的吸附于墙壁上，防止打滑的情况发生;此外由于摩擦因数的增大，在吸附于墙壁时，真空栗10的通断电时间比缩小，进一步延长机器人的工作时间。
[0041]参见图6所示，所述的墙壁倾角测量器13用来测量待吸附墙壁与地面之间的夹角，该角度测量的目的在于配合控制系统，实现机器人吸附过程的自动化。墙壁倾角测量器13安装在机架I前方，其包括激光测距传感器30和双自由度转台31，双自由度转台31由第一舵机32和第二舵机33构成，双自由度转台31通过第一舵机32和第二舵机33带动激光传感器30转动，第一、第二舵机的转动范围为0-180度，第一舵机32转角为O度时激光测距传感器30朝下(相对于机器人)，第一舵机32转角为180度时激光测距传感器30朝上(相对于机器人)，默认情况下设置第一舵机32转角为90度;第二舵机33转角为O度时激光测距传感器30朝左(相对于机器人)，第二舵机33转角为180度时激光测距传感器朝30右(相对于机器人)，默认情况下设置第二舵机33转角为90度;第一、第二舵机32、33均90度时激光测距传感器30朝向机器人正前方。
[0042]参见图7至图10所示，所述的控制系统包括飞行控制单元34和远程控制单元35，所述飞行控制单元34包括单片机36、陀螺仪37、加速度计38、高度计39、GPS模块40和超声波传感器41，所述陀螺仪37、加速度计38、高度计39、GPS模块40和超声波传感器41分别与单片机36相连，陀螺仪37、加速度计38采集飞行机器人的运动信息和姿态信息，单片机36根据采集到的数据以及飞行控制程序，调节四个无刷电机4的转速，实现飞行机器人的自由航行;高度计39测量飞行机器人的高度，单片机36根据高度计39采集的数据控制飞行机器人实现悬停;在远程控制时GPS模块40用以反馈飞行机器人的当前位置，保证远程精准控制;通过GPS模块40还可实现飞行机器人自主导航飞行;超声波传感器41用以实现飞行机器人的壁障功能，当飞行机器人与墙壁或障碍物的距离小于设定值时，控制系统控制其减速，以防撞到障碍物或墙壁，同时通过远程控制单元35反馈给操作者，判断是否需要吸附于墙壁上，若需要吸附于墙壁上则系统自动控制飞行机器人缓慢靠近墙壁进行吸附。若不需要则绕过障碍物继续飞行或悬停。
[0043]所述的远程控制单元35包括摄像头42、下位机43、遥控器44、无线数据收发模块45，所述下位机43通过两个无线数据收发模块45与单片机36相连，遥控器44与下位机43相连;无线数据收发模块45用来实时传输地面控制系统与飞行机器人之间的数据;操作者可通过遥控器44对飞行机器人进行远程操控;下位机43用来显示图像及飞行机器人的各种信息(如速度、加速度、高度、位置、气路中的气压值等)。摄像头42安装在三轴云台46上并与单片机36相连，布置在飞行机器人的后方，进行各个角度的图像拍摄。
[0044]所述的控制系统还包括气压传感器47和压力传感器48，分别与单片机36相连，所述气压传感器47检测气路中的气压值，在吸附时首先开启真空栗10进行吸附，当气路中的气压低于设定好的下阈值时关闭真空栗41，由于气路中有单向阀，所以气路只会缓慢漏气，气压缓慢升高，当气压达到设定好的上阈值时，重新开启真空栗10，重复此过程，实现间歇吸附，降低吸附系统的能耗。所述压力传感器48安装在防滑板12及起落架6上，用以检测防滑板12及起落架6与墙面之间的作用力，辅助吸附系统进行安全吸附。
[0045]本实用新型的智能吸附原理如下:
[0046]本实用新型的吸附过程为智能吸附，吸附过程可细分为3个过程:调整飞行器前端在水平面上与墙壁垂直(吸附于天花板时无此过程)、控制前端吸盘26垂直于墙壁、飞行器整体吸附。
[0047]首先控制飞行器靠近墙面，并与墙面保持适当距离悬停，悬停时飞行器前端朝向墙面。但此时飞行器前端在水平面上与墙壁会有一定夹角(如图8所示)，需调整飞行器前端在水平面上与墙壁垂直，调节过程如下:控制第一舵机32旋转到90度使激光测距传感器30位于水平面内，此时测量飞行器到墙壁的距离为a，控制第二舵机33旋转α角，再次测量飞行器到墙面的距离为b，根据a、b、a即可计算出角β，飞行器旋转90-β度即可在水平方向上与墙面垂直。
[0048]飞行器前端在水平面上与墙壁垂直后，前端吸盘26与墙壁会有一定夹角(如图9所示)，控制第一舵机32与第二舵机33均旋转到90度，此时激光测距传感器30在水平面与墙壁垂直，测量到墙面的距离为c，控制第一舵机32旋转γ角，再次测量飞行器到墙面的距离为d，根据c、d、y即可计算出角Θ，前端吸盘26旋转90-Θ度即可与墙面垂直。
[0049]前端吸盘26与墙壁垂直后，开启真空栗10并使前端吸盘26与真空栗10相连通，后端吸盘27与真空栗10不通，后端吸盘27根据需要旋转至O度(或180度)。随后控制系统控制飞行器缓慢靠近墙面，直至前端吸盘26吸附在墙面上，之后调节无刷电机4转速，使飞行器向墙壁翻转，翻转过程中控制前端吸盘的舵机16与飞行器相配合转动，直至后端吸盘27与墙壁相接触，此时控制后端吸盘27与真空栗10相连通，则飞行器整体吸附于墙壁上。然后关闭无刷电机4降低能耗。最后根据吸附墙壁角度的不同选择伸出防滑板12或放下起落架6。
[0050]不同倾角墙面飞行与吸附的切换过程
[0051]根据墙面与水平面倾角0的不同可将墙面分为以下几类:0=0°、0°〈0〈90°、0=90°、90°〈θ〈180°、θ=180°
[0052]1、墙面与水平面夹角θ=0。
[0053]墙面与水平面夹角为0°时，墙面相当于水平地面，此时飞行器正常降落起飞即可。
[0054]2、墙面与水平面夹角0。〈9〈90。
[0055]此种情况下首先控制前端吸盘26垂直于墙面并吸附于墙面上，后端吸盘27垂直于飞行器向下(如图11所示)。之后控制系统调节无刷电机4转速使飞行器整体吸附于墙壁上。最后转动起落架舵机7，直至起落架6上的压力传感器48检测到的压力值达到设定值后，起落架舵机7停止转动，飞行到吸附切换过程完成(如图12所示)。重新起飞过程首先启动无刷电机4，收起起落架6，之后断开后端吸盘27，控制系统调节无刷电机4转速使飞行器保持水平(如图13所示)，最后断开前端吸盘26，飞行器重新起飞(如图14所示)。
[0056]3、墙面与水平面夹角90。〈9〈180。
[0057]此种情况下首先控制前端吸盘26垂直于墙面并吸附于墙面上，后端吸盘27垂直于飞行器向上(如图15所示)。之后控制系统调节无刷电机4转速使飞行器整体吸附于墙壁上。最后电动伸缩杆11伸出，直至防滑板12上的压力传感器48检测到的压力值达到设定值后，电动伸缩杆11停止伸出，飞行到吸附切换过程完成(如图16所示)。重新起飞过程首先启动电机，断开后端吸盘27。之后电动伸缩杆11继续伸出到极限位置(若在到达极限位置前飞行器已经水平，则电动伸缩杆保持在使飞行器水平的位置即可)，然后控制系统调节无刷电机4转速使飞行器保持水平(如图17所示)。最后断开前端吸盘26，收回电动伸缩杆11，飞行器重新起飞(如图18所示)。
[0058]4、墙面与水平面夹角θ=90。
[0059]此种情况为第二种情况与第三种情况的临界状态，其飞行与吸附相切换过程，采取上述两种方式均可。
[0060]5、墙面与水平面夹角θ=180。
[0061]此时墙面相当于天花板，首先调节四个真空吸盘14均向上，开启真空栗10并与四个真空吸盘14相连通。之后控制飞行器上升直至飞行器吸附在天花板上。最后关闭无刷电机4，飞行到吸附切换过程完成。重新起飞首先开启无刷电机4并使无刷电机4转速相对较高，之后断开四个吸盘真空14，最后降低四个无刷电机4转速直至飞行器脱离天花板，飞行器重新起飞。
[0062]以上所述仅为本实用新型的优选实例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡对本实用新型所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种可栖息于不同倾角墙壁的智能飞行机器人，其特征在于:包括飞行系统、吸附系统及控制系统，所述飞行系统为主体，吸附系统安装在飞行系统上，控制系统通过控制飞行系统及吸附系统实现飞行机器人吸附在多种不同角度的墙壁上，并且飞行与吸附可自由切换。2.根据权利要求1所述的可栖息于不同倾角墙壁的智能飞行机器人，其特征在于:所述的飞行系统采用四旋翼结构，包括机架(I)、锂电池(2)、四个螺旋桨(3)、四个无刷电机(4)、四个无刷电子调速器(5)和起落架(6)，所述螺旋桨(3)、无刷电机(4)和无刷电子调速器(5)分别安装在机架(I)四周，所述无刷电子调速器(5)与无刷电机(4)相连，用以调节无刷电机(4)转速;所述起落架(6)安装在机架(I)下方，起落架(6)通过起落架舵机(7)达到收起和放下的功能，起落架(6)脚部为防滑材料(8)，锂电池(2)安装在机架(I)中间位置上方。3.根据权利要求1所述的可栖息于不同倾角墙壁的智能飞行机器人，其特征在于:所述的吸附系统包括真空吸盘组件(9)、真空栗(10)、二位三通微型电磁阀、单向阀、电动伸缩杆(11)、防滑板(12)和墙壁倾角测量器(13)，所述真空吸盘组件(9)有四组，分别通过长螺栓(21)和螺母(22)连接在机架(I)的四角，所述真空栗(10)设置于机架(I)上方，所述防滑板(12)通过电动伸缩杆(11)连接在机架(I)上方中间位置，所述墙壁倾角测量器(13)安装在机架(I)前方。4.根据权利要求3所述的可栖息于不同倾角墙壁的智能飞行机器人，其特征在于:所述的真空吸盘组件(9 )包括真空吸盘(14 )、真空吸盘连接杆(15 )、舵机(16 )、机架舵机连接件(17)、真空吸盘连杆座(18)、轴承(19)和端盖(20)，所述真空吸盘(14)安装在真空吸盘连接杆(15)上，真空吸盘连接杆(15)中安有弹簧(23)，弹簧(23)在吸附时起到缓冲作用;真空吸盘连接杆(15)通过双螺母(24)连接在真空吸盘连杆座(18)上，真空吸盘连杆座(18)的一端设有内齿，且与舵机(16)头上的外齿啮合连接，真空吸盘连杆座(18)另一端通过轴承(19)与机架舵机连接件(17 )相连，轴承(19)外侧设有端盖(20 )，舵机(16 )通过短螺栓(25 )和螺母(22)固定在机架舵机连接件(17)上;舵机(16)控制真空吸盘(14)旋转至不同角度以吸附于不同角度的墙壁。5.根据权利要求3所述的可栖息于不同倾角墙壁的智能飞行机器人，其特征在于:所述的真空栗(10)通过气路与真空吸盘(14)连接，气路中还设有两个控制方式相同的电磁阀、两个单向阀；真空吸盘(14)包括两个彼此相连通的前端吸盘(26)，和两个彼此相连通的后端吸盘(27);两个电磁阀分别控制前端吸盘(26)、后端吸盘(27)与真空栗(10)以及大气的连通情况;在真空栗(10)开启的情况下，控制前端吸盘(26)的电磁阀断电时，前端吸盘(26)与真空栗(10)相连通，前端吸盘(26)具有吸附能力；通电时，前端吸盘(26)与大气相连通，前端吸盘(26)不再具有吸附能;两个单向阀分别与前端吸盘(26)、后端吸盘(27)连接。6.根据权利要求3所述的可栖息于不同倾角墙壁的智能飞行机器人，其特征在于:所述的防滑板(12)与电动伸缩杆(11)之间设有弯曲弹簧(29)，防滑板(12)外表面贴有防滑材料(8);机器人吸附于墙壁时由电动伸缩杆(11)控制防滑板(12)与墙面相接触，机器人安全的吸附于墙壁上，防止打滑的情况发生。7.根据权利要求3所述的可栖息于不同倾角墙壁的智能飞行机器人，其特征在于:所述的墙壁倾角测量器(13 )包括激光测距传感器(30)和双自由度转台(31)，双自由度转台(31)由第一舵机(32)和第二舵机(33)构成，双自由度转台(31)通过第一舵机(32)和第二舵机(33)带动激光传感器(30)转动，第一、第二舵机的转动范围为0-180度，第一舵机(32)转角为O度时激光测距传感器(30)朝下，第一舵机(32)转角为180度时激光测距传感器(30)朝上，默认情况下设置第一舵机(32)转角为90度;第二舵机(33)转角为O度时激光测距传感器(30)朝左，第二舵机(33)转角为180度时激光测距传感器(30)朝右，默认情况下设置第二舵机(33)转角为90度;第一、第二舵机(32、33)均90度时激光测距传感器(30)朝向机器人正前方。8.根据权利要求1所述的可栖息于不同倾角墙壁的智能飞行机器人，其特征在于:所述的控制系统包括飞行控制单元(34)和远程控制单元(35)，所述飞行控制单元(34)包括单片机(36 )、陀螺仪(37 )、加速度计(38 )、高度计(39 )、GPS模块(40 )和超声波传感器(41)，所述陀螺仪(37)、加速度计(38)、高度计(39)、GPS模块(40)和超声波传感器(41)分别与单片机(36)相连，陀螺仪(37)、加速度计(38)采集飞行机器人的运动信息和姿态信息，单片机(36)根据采集到的数据以及飞行控制程序，调节四个无刷电机(4)的转速，实现飞行机器人的自由航行;高度计(39)测量飞行机器人的高度，单片机(36)根据高度计(39)采集的数据控制飞行机器人实现悬停;在远程控制时GPS模块(40)用以反馈飞行机器人的当前位置，保证远程精准控制;通过GPS模块(40)实现飞行机器人自主导航飞行;超声波传感器(41)用以实现飞行机器人的壁障功能，当飞行机器人与墙壁或障碍物的距离小于设定值时，控制系统控制其减速，以防撞到障碍物或墙壁，同时通过远程控制单元(35)反馈给操作者。9.根据权利要求8所述的可栖息于不同倾角墙壁的智能飞行机器人，其特征在于:所述的远程控制单元(35)包括摄像头(42)、下位机(43)、遥控器(44)、无线数据收发模块(45)，所述下位机(43)通过两个无线数据收发模块(45)与单片机(36)相连，遥控器(44)与下位机(43)相连;无线数据收发模块(45)用来实时传输地面控制系统与飞行机器人之间的数据；操作者通过遥控器(44)对飞行机器人进行远程操控;下位机(43)用来显示图像及飞行机器人的信息，摄像头(42)安装在三轴云台(46)上并与单片机(36)相连，布置在飞行机器人的后方，进行各个角度的图像拍摄。10.根据权利要求1或8所述的可栖息于不同倾角墙壁的智能飞行机器人，其特征在于:所述的控制系统还包括气压传感器(47)和压力传感器(48)，分别与单片机(36)相连，所述气压传感器(47)检测气路中的气压值，所述压力传感器(48)安装在防滑板(12)及起落架(6)上，用以检测防滑板(12)及起落架(6)与墙面之间的作用力，辅助吸附系统进行安全吸附。
【文档编号】B62D57/024GK205499350SQ201620294171
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月11日
【发明人】曲兴田, 吴江, 闫冠宇, 李文欣
【申请人】吉林大学