吸附式飞行机器人侧翻吸附、脱落控制方法及系统

本发明涉及飞行机器人，具体是涉及一种吸附式飞行机器人侧翻吸附、脱落控制方法及系统。

背景技术：

1、在现有技术中，吸附式飞行机器人通过将吸盘吸附到墙壁上以实现侧壁面的吸附。其过程包括：在悬停状态下，将吸盘吸附到墙壁上，取消电机转速，从而实现吸附到侧壁面上；脱离的过程主要是通过恢复电机转速进入悬停，再脱离吸盘。然而，这种方法对于采用两用风机的吸附飞行机器人来说，由于吸附腔体位置的原因，需要侧翻才能进行有效的吸附，因此缺乏有效的侧壁面吸附与脱落控制方法。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、本发明主要针对以上问题，提出了一种吸附式飞行机器人侧翻吸附、脱落控制方法及系统，其目的是解决了现有技术无法有效的实现对侧壁面的有效吸附和脱落。

3、(二)技术方案

4、为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种吸附式飞行机器人侧翻吸附、脱落控制方法，该方法包括：

5、s100、使用第一激光雷达获取飞行机器人距离壁面的距离；

6、s200、根据获得的飞行机器人距离壁面的距离，计算得到期望水平速度；

7、s300、基于所述期望水平速度，转化为控制水平速度；

8、s400、根据控制水平速度调整电机的转速，使得飞行机器人的一侧面接近、接触壁面；

9、s500、使用第一激光雷达和第二激光雷达分别测量与壁面的距离，根据测距结果计算壁面倾斜角度和机体期望旋转角速度，其中第一激光雷达和第二激光雷达分别设置在飞行机器人同一侧面的上下不同位置；

10、s600、将所述期望旋转角速度转化为控制角速度；

11、s700、根据所述控制角速度调整飞行机器人电机的转速，以完成机体的侧翻和吸附在壁面上；

12、s800、电机产生扭矩使机体绕侧面旋转；

13、s900、当陀螺仪检测到机体倾斜角恢复至预定角度时，操作飞控介入调整各电机转速，使得机体恢复稳定悬停，完成吸附与悬停的状态切换。

14、进一步地，在步骤s700中，根据所述控制角速度调整飞行机器人电机的转速的步骤包括：将飞行机器人远离墙面一侧的电机转速加大，靠近墙面一侧的电机转速减小。

15、进一步地，在步骤s800中，电机产生扭矩使机体绕侧面旋转的步骤包括：令飞行机器人远离墙面一侧的电机瞬间反向旋转至吸附转速的1.2倍，令飞行机器人靠近墙面一侧的电机维持转向，并将转速调整至于悬停相同。

16、进一步地，在步骤s900中，当陀螺仪检测到机体倾斜角恢复至70度时，远离墙面一侧的电机恢复悬停转向。

17、进一步地，在步骤s500中，根据测距结果计算壁面倾斜角度和机体期望旋转角速度的具体步骤如下：

18、接收第一激光雷达和第二激光雷达测量的侧面与壁面的距离；

19、通过比较侧面与壁面的距离差异，使用三角几何学计算得出壁面的倾斜角度；

20、根据壁面倾斜角度计算机体期望旋转角速度。

21、进一步地，根据壁面倾斜角度计算机体期望旋转角速度的步骤包括：

22、确定壁面倾斜角度；

23、根据倾斜角度和飞行机器人的高度，使用三角函数计算出相对于水平方向的壁面投影长度，其壁面投影长度的计算公式为：

24、l＝h*tan(α)

25、其中，α为壁面倾斜角度，h为飞行机器人的高度，l为壁面投影长度；

26、根据所需的机体旋转速度系数和壁面投影长度，计算机体期望旋转角速度，其机体期望旋转角速度的计算公式为：

27、ω＝k*l

28、其中，ω为机体期望旋转角速度，k是一个经验系数，用于调整旋转速度的大小和灵敏度。

29、为实现上述目的，本发明第二方面提供了一种吸附式飞行机器人侧翻吸附、脱落控制系统，包括：

30、第一激光雷达和第二激光雷达，配置为获取飞行机器人距离壁面的距离，其中，第一激光雷达和第二激光雷达用于测量同一侧面不同高度下与壁面的距离；

31、第三激光雷达，配置为用于保持稳定吸附；

32、外环控制器，配置为根据第一激光雷达获取的飞行机器人距离壁面的距离，计算得到期望水平速度；

33、adrc控制器，配置为基于所述期望水平速度，转化为控制水平速度及接收期望旋转角速度，转化为控制角速度；

34、飞控，配置为根据控制水平速度调整电机的转速，使得飞行机器人的一侧面接近、接触壁面，并根据所述控制角速度调整飞行机器人电机的转速；

35、电机组，配置为根据飞控指示调整转速，以完成机体的侧翻和吸附在壁面上以及产生扭矩使机体绕侧面旋转；

36、陀螺仪，配置为检测飞行机器人的倾斜角度。

37、进一步地，电机组包括远离墙面一侧的电机和靠近墙面一侧的电机，其中，远离墙面一侧的电机配置为在侧翻吸附过程中增大转速，并在脱离吸附过程瞬间反向旋转至吸附转速的1.2倍，靠近墙面一侧的电机配置为在侧翻吸附过程中减小转速，并在脱离吸附过程维持转向并将转速调整至与悬停相同。

38、(三)有益效果

39、与现有技术相比，本发明提供的一种吸附式飞行机器人侧翻吸附、脱落控制方法及系统，该方法通过使用激光雷达获取距离壁面的信息，并根据计算得到的期望水平速度和旋转角速度，实现了精确的控制。该方法能够有效地使机器人侧面接近并吸附在壁面上，然后通过电机调整转速和产生扭矩，使机体绕侧面旋转。同时，利用陀螺仪检测机体倾斜角度，当角度恢复至预定值时，飞控介入调整电机转速，实现机体稳定悬停。这种方法实现了可靠的侧翻吸附和脱落控制，使飞行机器人能够在复杂环境中进行壁面操作，拓展了其应用领域和功能范围。

技术特征：

1.一种吸附式飞行机器人侧翻吸附、脱落控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的吸附式飞行机器人侧翻吸附、脱落控制方法，其特征在于，在步骤s700中，根据所述控制角速度调整飞行机器人电机的转速的步骤包括：将飞行机器人远离墙面一侧的电机转速加大，靠近墙面一侧的电机转速减小。

3.如权利要求1所述的吸附式飞行机器人侧翻吸附、脱落控制方法，其特征在于，在步骤s800中，电机产生扭矩使机体绕侧面旋转的步骤包括：令飞行机器人远离墙面一侧的电机瞬间反向旋转至吸附转速的1.2倍，令飞行机器人靠近墙面一侧的电机维持转向，并将转速调整至于悬停相同。

4.如权利要求3所述的吸附式飞行机器人侧翻吸附、脱落控制方法，其特征在于，在步骤s900中，当陀螺仪检测到机体倾斜角恢复至70度时，远离墙面一侧的电机恢复悬停转向。

5.如权利要求1所述的吸附式飞行机器人侧翻吸附、脱落控制方法，其特征在于，在步骤s500中，根据测距结果计算壁面倾斜角度和机体期望旋转角速度的具体步骤如下：

6.如权利要求5所述的吸附式飞行机器人侧翻吸附、脱落控制方法，其特征在于，根据壁面倾斜角度计算机体期望旋转角速度的步骤包括：

7.一种吸附式飞行机器人侧翻吸附、脱落控制系统，其特征在于，包括：

8.如权利要求7所述的吸附式飞行机器人侧翻吸附、脱落控制系统，其特征在于，电机组包括远离墙面一侧的电机和靠近墙面一侧的电机，其中，远离墙面一侧的电机配置为在侧翻吸附过程中增大转速，并在脱离吸附过程瞬间反向旋转至吸附转速的1.2倍，靠近墙面一侧的电机配置为在侧翻吸附过程中减小转速，并在脱离吸附过程维持转向并将转速调整至与悬停相同。

技术总结
本发明涉及飞行机器人技术领域，具体是涉及一种吸附式飞行机器人侧翻吸附、脱落控制方法及系统。该方法利用第一激光雷达获取飞行机器人与壁面的距离，并计算期望水平速度。通过控制电机转速，使机器人接近并接触壁面。使用第一和第二激光雷达测量距离，计算壁面倾斜角度和机体期望旋转角速度。将期望旋转角速度转化为控制角速度，并调整电机转速，实现机体的侧翻和吸附在壁面上。电机产生扭矩使机体绕侧面旋转。当陀螺仪检测到机体倾斜角恢复至预定角度时，操作飞控调整电机转速，完成稳定悬停，实现吸附与悬停的状态切换。这种方法拓展了飞行机器人在复杂环境中进行壁面操作的能力，增加了其应用领域和功能范围。

技术研发人员：刘兴超,杨大伟,王涛,解峥,潘丹
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学重庆研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22