一种模块化飞行爬壁机器人制造技术

本实用新型专利技术公开了一种模块化飞行爬壁机器人，包括有飞行模块、吸附模块、爬壁行走模块和控制模块，其中爬壁行走模块和吸附模块设在飞行模块的机架上，飞行模块、吸附模块和爬壁行走模块均由控制模块进行控制工作。飞行模块包括有机架、无刷电机、螺旋桨和锂电池，其中螺旋桨设有四个，分布在机架的四周，每个螺旋桨的周圈均套设有防护罩，每个螺旋桨的下端均连接有一个无刷电机，无刷电机由控制模块控制工作，锂电池设在机架的下部，锂电池为机器人整体提供电力。有益效果：隐蔽性大大提高。各个功能之间可自由切换。达到单一模块实现爬壁与地面行走两种功能，简化整机结构。具有很强的爬坡能力。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种机器人，特别涉及一种模块化飞行爬壁机器人。
技术介绍
近年来，随着社会的发展，对机器人的应用越来越多，如用来侦查、救援、特种作业等。但传统的飞行机器人续航时间短，侦查时隐蔽性差；爬壁机器人移动速度慢，越障能力差。对此专利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。但其无法实现爬壁的功能，降低了机器人的灵活性。专利201510066785.7公开了一种飞行爬壁机器人，该机器人除具有飞行和栖息于墙壁的功能外，还拥有爬壁功能，但其爬壁时的灵活性、稳定性和隐蔽性较差。专利200910079365.7公开了一种多旋翼腿轮式多功能空中机器人，该机器人拥有飞行和爬壁的能力，但其不具有栖息与墙壁的功能，同样其爬壁时的灵活性、稳定性和隐蔽性较差。
技术实现思路
本技术的目的是为了解决现有的机器人在进行相关作业过程中存在诸多问题而提供的一种模块化飞行爬壁机器人。本技术提供的模块化飞行爬壁机器人包括有飞行模块、吸附模块、爬壁行走模块和控制模块，其中爬壁行走模块和吸附模块设在飞行模块的机架上，飞行模块、吸附模块和爬壁行走模块均由控制模块进行控制工作。飞行模块包括有机架、无刷电机、螺旋桨和锂电池，其中螺旋桨设有四个，分布在机架的四周，每个螺旋桨的周圈均套设有防护罩，每个螺旋桨的下端均连接有一个无刷电机，无刷电机由控制模块控制工作，锂电池设在机架的下部，锂电池为机器人整体提供电力。吸附模块包括有底座、第一摇杆、第二摇杆、连杆和第一舵机，其中第一摇杆的一端铰接在底座上，第一摇杆的另一端与连杆的下端相铰接，连杆的上端与第二摇杆的一端相铰接，第二摇杆的另一端与底座相铰接，第一舵机设在底座上，第一舵机与第一摇杆相连接并驱动第一摇杆带动连杆和第二摇杆进行转动，第一舵机由控制模块控制工作，连杆的顶端设有真空吸盘或电磁铁，第一摇杆、第二摇杆和连杆为碳纤维材料制成。真空吸盘通过管路与真空泵连接，真空泵设在吸附模块的底座上，真空泵由控制模块控制工作，在安装电磁铁时不需要安装真空泵。爬壁行走模块总体呈对称结构，包括底盘、行走轮、减速电机、第二舵机和电动伸缩杆，其中行走轮对称设有两组四个，每个行走轮均连接有减速电机，每组两个行走轮均设在一支架上，电动伸缩杆的一端铰接在该支架上，电动伸缩杆的另一端铰接在连接件上，电动伸缩杆和连接件对称设有两个，连接件形状为M形，连接件两端分别与底盘和支架连接，每个连接件中间位置均连接有第二舵机，第二舵机驱使连接件转动与电动伸缩杆相配合，从而调节行走轮的高度和角度，第二舵机由控制模块控制工作。每组行走轮上均套设有履带，履带上设有数个永磁铁。控制模块包括有单片机、陀螺仪、加速度计、高度计、GPS模块和超声波传感器，陀螺仪、加速度计、高度计、GPS模块和超声波传感器连接在单片机上，陀螺仪、加速度计和高度计用以采集机器人的运动信息、姿态信息以及机器人的高度信息并传输给单片机，单片机还与无刷电调相连，无刷电调有四个分别于无刷电机连接，单片机根据采集到的数据，控制无刷电调调节四个无刷电机的转速，实现机器人的自由航行，GPS模块用以反馈机器人的当前位置，保证远程精准控制，通过GPS模块能够实现机器人自主导航飞行，超声波传感器用以实现机器人的壁障功能，当机器人与墙壁或障碍物的距离小于设定值时，控制模块控制机器人减速，以防撞到障碍物或墙壁，单片机上还连有舵机控制器和电机驱动器，舵机控制器与第一舵机、第二舵机相连接以控制吸附模块，电机驱动器与真空泵相连以控制爬壁行走模块的工作。本技术的工作原理：一、飞行与普通壁面的爬壁切换过程：在对普通墙壁爬壁时，机器人须安装有真空吸盘和行走轮，根据墙壁的倾斜角不同，机器人的飞行与爬壁过程切换方式存在一定的差异，下面分别对竖直墙壁、倾斜墙壁和天花板三种情况进行说明：1、竖直墙壁：由飞行状态切换至竖直墙壁的爬壁过程，首先控制机器人在靠近墙壁的位置盘旋，保持机器人的前端朝向墙壁；接下来利用第一舵机带动第一摇杆向外侧转动，直至连杆处于水平位置，此时真空吸盘刚好与墙壁垂直，同时开启真空泵带动真空吸盘启动吸附动作；然后通过第二舵机控制四个行走轮上升，直至行走轮的上边沿略微超过防护罩的上端，同时利用电动伸缩杆调节行走轮转到竖直位置；接下来控制机器人向墙壁靠近直至真空吸盘吸附在墙壁上，随后第一舵机配合飞行模块使机器人向墙壁翻转至整体贴附在墙壁上。最后关闭真空泵，控制真空吸盘远离墙壁，调节无刷电机至合适转速使机器人贴附在墙壁上，机器人即可爬壁行走。由爬壁状态重新起飞过程，首先控制机器人静止在墙壁上，同时开启真空泵放下真空吸盘，让机器人保持栖息状态；接下来第一舵机配合飞行模块使机器人向墙壁外转动，直至机器人处于水平位置；最后关闭真空泵断开真空吸盘机器人重新起飞。2、倾斜墙壁：针对倾斜墙壁由飞行至爬壁的切换过程和垂直墙壁大体相当，所不同的是在伸出真空吸盘时要使真空吸盘与墙壁垂直，接下来进行翻转贴附。由爬壁至飞行的切换过程和垂直墙壁完全一致。3、天花板：天花板的飞行与爬壁状态切换过程最为简单，此过程无需吸附模块的辅助，首先调节四个行走轮上升，直至行走轮的上边沿略微超过防护罩的上端，同时调节行走轮转到竖直位置。随后控制机器人上升直至行走轮接触到天花板，机器人即可爬壁行走。重新起飞时只需降低飞行模块中无刷电机的转速，使机器人脱离天花板重新起飞。在机器人脱离天花板的过程中会有一小段极速下坠的过程，此过程能够通过控制模块使机器人重新回到稳定状态。二、飞行与钢铁壁面的爬壁切换过程：在对钢铁墙面爬壁时机器人要安装有电磁铁和履带，在对三种不同壁面飞行与爬壁切换时，其飞行与爬壁状态的切换过程和普通壁面基本相同，不同之处在于吸附模块为电磁铁吸附，在切换过程中电磁铁的吸附与断开时间节点与真空吸盘吸附完全相同。三、墙壁爬行与栖息原理：机器人贴在普通墙壁后，飞行模块向墙壁外侧吹气，使机器人紧贴在墙壁上。对于垂直墙壁，机器人的重力由行走轮与墙壁之间的摩擦力(或四个减速电机的扭力)抵消；对于天花板，机器人的重力由无刷电机提供的升力抵消；对于倾斜墙壁，机器人的重力由行走轮与墙壁之间的摩擦力(或四个减速电机的扭力)和无刷电机提供的升力抵消。因此无论处于何种倾斜角的墙壁，机器人均能稳定的贴附于墙壁上。行走模块通过调节四个减速电机的转向，能够实现机器人前后左右和原地自旋等功能。四个减速电机同时向前转实现前进功能；四个减速电机同时向后转实现后退功能；左侧两个减速电机不转，右侧两个减速电机向前转实现左转功能；右侧两个减速电机不转，左侧两个减速电机向前转实现右转功能；左侧两个减速电机向前转，右侧两个减速电机向后转实现原地右转功能；左侧两个减速电机向后转，右侧两个减速电机向前转实现原地左转功能；在机器人贴在钢铁墙壁上后，可关闭飞行模块的无刷电机，此时机器人与墙壁靠履带上的永磁铁吸引到一起。通过受力分析，对于不同倾角的钢铁墙壁，机器人同样可以实现稳定吸附。行走模块通过调节四个减速电机的转向，同样能够实现机器人前后左右和原地自旋等功能，其原理与普通爬壁行走模块相同。当机器人贴附在墙壁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模块化飞行爬壁机器人，其特征在于：包括有飞行模块、吸附模块、爬壁行走模块和控制模块，其中爬壁行走模块和吸附模块设在飞行模块的机架上，飞行模块、吸附模块和爬壁行走模块均由控制模块进行控制工作。

【技术特征摘要】
1.一种模块化飞行爬壁机器人，其特征在于：包括有飞行模块、吸附模块、爬壁行走模块和控制模块，其中爬壁行走模块和吸附模块设在飞行模块的机架上，飞行模块、吸附模块和爬壁行走模块均由控制模块进行控制工作。2.根据权利要求1所述的一种模块化飞行爬壁机器人，其特征在于：所述的飞行模块包括有机架、无刷电机、螺旋桨和锂电池，其中螺旋桨设有四个，分布在机架的四周，每个螺旋桨的周圈均套设有防护罩，每个螺旋桨的下端均连接有一个无刷电机，无刷电机由控制模块控制工作，锂电池设在机架的下部，锂电池为机器人整体提供电力。3.根据权利要求1所述的一种模块化飞行爬壁机器人，其特征在于：所述的吸附模块包括有底座、第一摇杆、第二摇杆、连杆和第一舵机，其中第一摇杆的一端铰接在底座上，第一摇杆的另一端与连杆的下端相铰接，连杆的上端与第二摇杆的一端相铰接，第二摇杆的另一端与底座相铰接，第一舵机设在底座上，第一舵机与第一摇杆相连接并驱动第一摇杆带动连杆和第二摇杆进行转动，第一舵机由控制模块控制工作，连杆的顶端设有真空吸盘或电磁铁，第一摇杆、第二摇杆和连杆为碳纤维材料制成。4.根据权利要求3所述的一种模块化飞行爬壁机器人，其特征在于：所述的真空吸盘通过管路与真空泵连接，真空泵设在吸附模块的底座上，真空泵由控制模块控制工作。5.根据权利要求1所述的一种模块化飞行爬壁机器人，其特征在于：所述的爬壁行走模块总体呈对称结构，包括底盘、行走轮、减速电机、第二舵机和电动伸缩杆，其中行走轮对称设有两组...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲兴田，吴江，闫冠宇，李文欣，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：新型
国别省市：吉林;22