一种腿足式可变构型起落装置以及飞行机器人的制作方法

1.本实用新型属于飞行机器人技术领域，具体涉及一种腿足式可变构型起落装置以及飞行机器人。


背景技术：

2.飞行机器人(例如旋翼无人机)因其尺寸小、质量轻、成本低、机动性高、可空中悬停等优势，在灾难搜救、军事侦察、反恐侦察等特殊领域具有广泛的应用前景。并且，随着飞行机器人相关技术不断进步、性能不断提高、功能不断扩展，飞行机器人也逐渐走进了大众视野，大量应用于环境监测、航拍、植保、物流等领域。
3.目前，飞行机器人越来越趋向于小型化发展，能够有效携带的能源储备非常有限，导致飞行机器人的飞行时间通常较短，仅介于几分钟到半小时之间。并且，绝大多数飞行机器人在进行监测、侦察等作业过程中，需要一直保持飞行或空中悬停状态，无法长时间进行持续性作业。同时，飞行机器人在飞行或空中悬停过程中，会产生较大的噪声，并不适用于军事、反恐侦察等要求隐蔽作业的场景。因此，解决飞行机器人续航时间短、工作噪声大等问题，可以有效增加飞行机器人的应用场景。
4.在自然界中，鸟类经常栖附在树枝、屋檐、线缆上，壁虎经常吸附在墙面、岩壁上，在比较安全或隐蔽环境下进行休整以节省体力，同时也可以持续的观察进入其监视区域的被捕食者，并伺机迅速调动身体机能捕获食物。这种方式有效的减小了生物在捕食过程中的能量消耗，使得其可以在高能量利用效率情况下进行长时间的捕食任务，这对飞行机器人的节能和隐蔽作业发展需求提供了很好的参考意义。
5.现有技术如申请号为2022102102771的中国专利申请，公开了一种吸附式飞行机器人，采用飞行吸附动力装置一体的设计，将出风口的风反向给予负压腔体推力，提供机器人上升飞行动力，进风口的风被快速抽取形成负压，提供机器人负压吸附的法向力。该飞行机器人虽然具有飞行和吸附功能，然而采用负压式的吸附方式，虽然能够产生较大的吸附力，但对吸附对象表面的平整度要求较高，无法吸附于粗糙不平的壁面，且其产生负压需要飞行吸附动力装置持续性工作，飞行机器人的耗能与噪音仍然较大。
6.现有技术又如申请号为2014107347677的中国专利申请，公开了一种可吸附多功能微型飞行装置，采用本体、旋翼、真空泵、吸附盘、支撑腿等实现飞行吸附功能。但其分别设置了上吸附盘和侧吸附盘，两个位置的设置增加了飞行装置整体质量，增加飞行难度以及能耗；另外，侧吸附盘配合可旋转的侧吸支撑腿，仅能实现在竖直墙壁上的吸附，导致其对应用环境的要求较高。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的之一在于提供一种腿足式可变构型起落装置，解决了飞行机器人续航时间短、工作噪声大的问题。
8.为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案为：
9.一种腿足式可变构型起落装置，应用于飞行机器人，所述腿足式可变构型起落装置，包括：
10.v型支撑腿，并排布置有多个；
11.吸附足，具有多个且至少安装于多个v型支撑腿的一侧末端，用于在飞行机器人壁面着陆时吸附于着陆对象上；
12.连接件，通过旋转轴与v型支撑腿的尖端部位连接，同时与所述飞行机器人固接；
13.驱动组件，与所述旋转轴连接，用于输出旋转角度改变所述v型支撑腿与所述飞行机器人的相对位置。
14.以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。
15.作为优选，所述多个v型支撑腿的另一侧末端安装有吸附足或支撑足。
16.作为优选，所述吸附足具有可脱落的吸附结构，该吸附结构提供粘力、抓力或吸附力作用于着陆对象。
17.作为优选，所述吸附结构的吸附面朝向v型支撑腿的v型开口方向。
18.作为优选，所述支撑足具有弧形壁面支撑结构。
19.作为优选，所述多个v型支撑腿的同一侧通过固定杆相连，所述固定杆沿多个v型支撑腿的排布方向延伸。
20.作为优选，所述驱动组件为舵机，所述舵机的输出轴与所述旋转轴连接。
21.作为优选，每个v型支撑腿配置有独立的连接件和驱动组件。
22.本实用新型提供的一种腿足式可变构型起落装置，在v型支撑腿上安装吸附足，根据不同应用环境安装不同类型的吸附足，提高环境适应能力，吸附足的设置也解决了飞行机器人续航时间短、工作噪声大的问题；v型支撑腿至少一侧具有吸附足，可根据吸附环境、整体质量等要求灵活调节吸附力；v型支撑腿与飞行机器人的相对位置可以调整，因此本实施例对壁面着陆对象的要求显著降低，当需要实现上吸附时，调整v型支撑腿位于飞行机器人上方且v型支撑腿两侧安装吸附足，当需要实现侧吸附时，调整v型支撑腿趋向垂直于壁面着陆对象的吸附面，配合v型支撑腿一侧或两侧的吸附足，实现在垂直壁面、倾斜壁面上的吸附，使得飞行机器人有效控制整体质量以及能耗，且具有较高的环境适应能力。
23.本实用新型的目的之二在于提供一种飞行机器人，实现着陆-起飞切换。
24.为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案为：
25.一种飞行机器人，所述飞行机器人包括机器人本体以及安装在所述机器人本体上的腿足式可变构型起落装置。
26.作为优选，多个v型支撑腿分布于所述机器人本体两侧。
27.本实用新型的飞行机器人，通过增加可调整角度的腿足式可变构型起落装置实现可变构型，实现飞行和吸附两种方式的腿足结构切换，解决了飞行机器人续航时间短、工作噪声大的问题；同时v型支撑腿提供大角度旋转，以达到最佳壁面粘附角度和着陆缓冲，使得飞行机器人具有高吸附成功率以及高环境适应性的优势。
附图说明
28.图1为本实用新型的腿足式可变构型起落装置的结构示意图；
29.图2为本实用新型的腿足式可变构型起落装置的俯视图；
30.图3为本实用新型的连接件与v型支撑腿连接结构示意图；
31.图4为本实用新型的腿足式可变构型起落装置的一种应用示意图；
32.图5为本实用新型的腿足式可变构型起落装置在应用状态下状态切换示意图。
33.图示中：1、机器人本体；2、腿足式可变构型起落装置；201、吸附足；202、v型支撑腿；2021、v型架；203、支撑足；204、固定杆；205、连接件；206、驱动组件。
具体实施方式
34.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
35.需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件；当组件被称为与另一个组件“固定”时，它可以直接与另一个组件固定或者也可以存在居中的组件。
36.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本实用新型。
37.实施例1
38.为了解决现有技术中飞行机器人存在的缺陷，本实施例结合对生物多行为模式的仿生，在不过多增加机械结构复杂性和飞行机器人整体重量的前提下，采用一个更简单、更轻量、更柔性的结构，设计了带有腿足式可变构型的起落装置，应用在飞行机器人上，突破飞行机器人在空中飞行单一运动模式的限制。
39.如图1～3所示，本实施例的腿足式可变构型起落装置2，包括：v型支撑腿202、吸附足201、连接件205和驱动组件206。
40.由于单一吸点容易出现摆动脱落现象，因此本实施例中v型支撑腿202有多个，且多个v型支撑腿202并排布置。
41.考虑到装置整体重量，本实施例优先设置两个v型支撑腿202。在其他实施例中，v型支撑腿202的数量可以灵活设置，例如三个、四个等，但为了避免单数无法均分，可能导致飞行机器人失去平衡的情况，优先设置v型支撑腿202的数量为双数。
42.以并排布置的v型支撑腿202的尖端部位作为分界线，将多个v型支撑腿202的两个腿部划分为两侧腿部。根据应用环境，吸附足201至少安装于多个v型支撑腿202的一侧腿部的末端。在同一侧上，每个v型支撑腿202的腿部末端均安装有一个吸附足201，即本实施例吸附足201同样具有多个。
43.本实施例基于吸附足201实现吸附功能，在飞行机器人壁面着陆时吸附于着陆对象上，达到降低能耗的目的。
44.多个v型支撑腿202的一侧安装有吸附足201，另一侧末端根据应用需求安装有吸
附足201或支撑足203。当飞行机器人需要吸附于顶部，或者吸附于顶部相较于底部更加突出的着陆对象上时，v型支撑腿202的另一侧末端需要安装吸附足201，提供两侧吸附力；当飞行机器人需要吸附于底部相较于顶部更加突出的着陆对象上时，v型支撑腿202的另一侧末端优选安装支撑足203，提供支撑功能即可。
45.需要说明的是，本实施例多个v型支撑腿202的另一侧的安装方式具有多样性，本实施例给出的优选的安装选择方式，但不限定一定按照本实施例所述情况进行安装，即在其他实施例中可以根据需求自由确定另一侧末端安装吸附足201或支撑足203。
46.本实施例中的吸附足201通过螺钉安装于v型支撑腿202末端，便于拆卸更换吸附足201。吸附足201具有可脱落的吸附结构，该吸附结构提供粘力、抓力或吸附力等作用于着陆对象。可根据实际吸附场景选择不同的吸附结构提供不同的外力作用于着陆对象，比如可脱落的粘性块、爪刺结构、磁吸装置等，使得飞行机器人能够在光滑、粗糙、柔性壁面，乃至于不规则的岩壁进行吸附。在其他实施例中，吸附结构还可以根据吸附方式的不同进行更换。
47.其中，可脱落的吸附结构应理解为，该吸附结构可以提供外力(粘力、抓力或吸附力等)吸附于着陆对象上，也可以主动抵消或消除该外力，使得飞行机器人脱离着陆对象从而正常起飞。另外，本实施例的吸附结构取现有吸附方式对应的吸附结构，本实施例不进行限制。
48.考虑到统一性，所有吸附足201的吸附结构相同，即装置整体的吸附方式统一，但本实用新型不排除装置整体的吸附方式不统一的情况，在特殊吸附需求下，装置中吸附足201的吸附方式可以是多种的。
49.并且，为了提高吸附效果，在安装吸附足201的过程中，调整吸附结构的吸附面朝向v型支撑腿202的v型开口方向。本实施例中v型支撑腿202的v型开口方向确定方式如下：将v型的两个腿部末端连线，由v型顶部向该连线做垂线，取沿垂线且由v型顶部指向连线的方向作为v型开口方向。
50.本实施例吸附结构的吸附面的朝向设置能够更好融合吸附足201和v型支撑腿202为一体，提高吸附成功率。
51.本实施例中的支撑足203通过螺钉安装于v型支撑腿202末端，便于拆卸更换。支撑足203主要在吸附时起到支撑作用，因此支撑足203优选具有弧形壁面支撑结构(例如半圆形等)，由弧线壁面支撑结构的弧线壁面与着陆对象相抵来提供支撑力，弧线壁面能够更好的分散压力，提升支撑效果。
52.在其他实施例中，支撑足203的支撑结构可以是任意其他形状，例如长方体等，甚至直接将v型支撑腿202的末端作为支撑足203，以进一步减轻装置整体质量。
53.v型支撑腿202可以是一体成型结构，也可以是分体结构，为了便于v型支撑腿202的拆装维护，本实施例中v型支撑腿202采用分体结构。v型支撑腿202包括v型架2021以及安装在v型架2021上的两根支撑杆。
54.支撑杆沿v型架2021的延伸方向安装，且两根支撑杆的长度可以相同，也可以不同，本实施例采用相同长度设计。为了减轻质量，本实施例支撑杆由碳纤维管制成。
55.腿足式可变构型起落装置2通过连接件205安装至飞行机器人，连接件205通过旋转轴与v型支撑腿202的尖端部位连接，同时与飞行机器人固接。
56.容易理解的是，在实现连接v型支撑腿202和飞行机器人功能的前提下，本实施例不具体限制连接件205的结构。本实施例中给出一种可行结构如下：连接件205包括平板托和u型件，u型件的开口朝向平板托，且u型件的一侧顶部与平板托连接，平板托不完全遮挡u型件的开口，至少可以允许v型架2021安装至u型件的开口中。u型件未用于连接平板托的一侧通过轴承连接有一根旋转轴，该旋转轴作为v型支撑腿202的旋转中心。连接件205通过平板托与飞行机器人连接，同时平板托的顶部用于固定安装驱动组件206。
57.驱动组件206用于输出旋转角度改变v型支撑腿202与飞行机器人的相对位置，实现飞行机器人飞行状态和壁面着陆状态的切换。本实施例在u型件提供的活动空间下，v型支撑腿202可以达到约270
°
范围的旋转角度，在驱动组件206的控制下，实现飞行机器人在飞行姿态和壁面着陆姿态之间的切换。本实施例驱动组件206为舵机，舵机的输出轴与旋转轴通过联轴器直接连接。舵机型号可以是volz da22-06-4106、ps-050等，本实施例中不进行限制。
58.本实施例中舵机直接安装在连接件205的平板托上，省去了过多的传动结构，保证了传动效率。在其他实施例中，也可以根据需要在增加适当的传动结构来适应安装。
59.由于v型支撑腿202需要分布于飞行机器人两侧，因此为了降低安装难度，本实施例中每个v型支撑腿202配置有独立的连接件205和驱动组件206。不同v型支撑腿202配置的连接件205和驱动组件206的结构型号可以相同，也可以不同。在其他实施例中，所有v型支撑腿202可以共用一个连接件205和驱动组件206，也可以是位于飞行机器人同一侧的v型支撑腿202共用一个连接件205和驱动组件206。
60.为了加固，多个v型支撑腿202的同一侧通过固定杆204相连，固定杆204沿多个v型支撑腿202的排布方向延伸。本实施例中，固定杆204安装在多个v型支撑腿202安装有吸附足201的一侧，将该侧支撑杆连为一体，提升支撑杆稳固性。在其他实施例中，还可以仅在多个v型支撑腿202另一侧或两侧安装固定杆204。为了减轻质量，本实施例固定杆204由碳纤维管制成。
61.腿足式可变构型起落装置2的一种应用方式如图4所示，将腿足式可变构型起落装置2安装于机器人本体1上，腿足式可变构型起落装置2中的v型支撑腿202在连接件205的u型件提供的可活动空间内旋转，从而改变v型支撑腿202与机器人本体1的相对位置。
62.如图5所示，本实施例的腿足式可变构型起落装置2的一种工作原理如下：
63.将腿足式可变构型起落装置2固定在机器人本体1上，当飞行机器人处于飞行状态时，腿足式可变构型起落装置2中的v型支撑腿202旋转至朝上或朝向预设角度，当飞行机器人即将壁面着陆时，腿足式可变构型起落装置2中的v型支撑腿202旋转至朝向壁面着陆对象，在飞行机器人的飞行下逐渐靠近着陆对象直至吸附；当飞行机器人从壁面着陆对象起飞时，腿足式可变构型起落装置2中的v型支撑腿202先保持不动，当飞行机器人起飞脱离着陆对象后，腿足式可变构型起落装置2中的v型支撑腿202恢复至朝上或朝向预设角度。当飞行机器人从陆地起飞时，由于不存在壁面吸附，因此可以不用调节v型支撑腿202，控制飞行机器人直接起飞，当然也可以调节v型支撑腿202至某一利于飞行机器人起飞的角度后再控制飞行机器人起飞。
64.需要说明的是，图4和图5中机器人本体的结构仅为一种示意结构，不作为对本技术中机器人本体结构的限制。
65.实施例2
66.一种飞行机器人，包括机器人本体1以及安装在机器人本体1上的腿足式可变构型起落装置2。该飞行机器人将机器人本体和腿足式可变构型结构巧妙结合并进行分体式设计，具有轻量化、低噪声、低功耗、结构简单的优点。
67.需要说明的是，关于腿足式可变构型起落装置2的具体限定可参见实施例1中对于腿足式可变构型起落装置2的限定，本实施例不进行赘述。另外腿足式可变构型起落装置2为通用结构，机器人本体1可以是共轴双旋翼无人机、四旋翼无人机、固定翼无人机等。而且可以通过配备视觉、听觉、嗅觉、触觉等传感器，使飞行机器人具备对环境的感知能力。
68.其中，腿足式可变构型起落装置2可以与机器人本体1的顶部(图4中连接于顶部)、底部，或者中部连接，根据机器人本体1的结构进行调整即可。腿足式可变构型起落装置2中的多个v型支撑腿202分布于机器人本体1的两侧。多个v型支撑腿202分布时，可以均分于机器人本体1两侧，也可以是不均分于两侧。本实施例多个v型支撑腿202均分于机器人本体1两侧，呈双边对称布局，保证整体的平衡性和协调性。
69.飞行机器人可通过驱动组件实现飞行姿态和着陆姿态之间的自主切换，以达到着陆-起飞切换效果。在空中飞行时，飞行机器人呈默认飞行姿态。当接到壁面着陆命令后，飞行机器人通过驱动组件放下腿足式可变构型起落装置2的v型支撑腿202，切换至壁面着陆姿态。壁面着陆过程中吸附足先粘附着陆对象，提供克服飞行机器人重力的切向粘附力，待稳定粘附后飞行机器人旋翼停止转动，飞行机器人完成壁面着陆，吸附足为粘附状态，法向粘附力克服飞行机器人重力引起的倾覆力矩。
70.另外，在飞行机器人准备壁面着陆时，腿足式可变构型起落装置2中的v型支撑腿202调整至朝向着陆对象。而在飞行机器人飞行状态时，腿足式可变构型起落装置2中的v型支撑腿202可以是任意状态，即不一定如图5所示的朝上状态，可以设置为调整至某一固定角度，以便于飞行机器人飞行，也可以是设置为维持在上一次着陆时的角度不变，以节省调节能源。
71.容易理解的是，本实施例提供了腿足式可变构型起落装置2的结构设计，腿足式可变构型起落装置2在机器人本体1的控制调节下，使得飞行机器人具有柔顺的着陆-起飞切换效果，为飞行机器人执行飞行任务带来了突破。可以理解为本技术提供的结构基础，对于机器人本体1如何控制调节腿足式可变构型起落装置2本技术不做限制。
72.本实施例的飞行机器人，通过增加可调整角度的腿足式可变构型起落装置2实现可变构型，实现飞行和吸附两种方式的腿足结构切换，解决了飞行机器人续航时间短、工作噪声大的问题；同时v型支撑腿202提供大角度旋转，以达到最佳壁面粘附角度和着陆缓冲，使得飞行机器人具有高吸附成功率以及高环境适应性的优势。
73.本实用新型有效解决了飞行机器人有效任务时间短、工作噪声大等问题，实现在不需要飞行时稳定着陆并吸附在着陆对象(着陆对象为壁面，壁面包括侧面和顶面，顶面例如天花板)上，以减少空中飞行能耗，将显著延长其有效任务时间，并将从以下几个方面极大地提高飞行机器人的任务执行能力：(a)停留在壁面着陆对象上保持了空中飞行时处于高处执行任务的视野优势，功耗小，执行任务时间长；(b)悄无声息地停留在着陆对象上，隐蔽性好；(c)可附着在壁面着陆对象上躲避风雨等恶劣天气；(d)电量不足时紧急着陆在着陆对象上避免坠毁。提高了飞行机器人在特殊作业环境下的适应性和隐蔽性，保证了飞行
机器人的轻量化、小型化、仿生化、集成化。因此，在在很多领域都奠定了很强的实用基础(如：高空建筑和设备检测；灾后大范围和小范围搜救；军事侦察、追踪犯人、边境高空巡逻等)。
74.本实用新型中，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列单元的系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它单元。
75.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
76.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种腿足式可变构型起落装置，应用于飞行机器人，其特征在于，所述腿足式可变构型起落装置，包括：v型支撑腿，并排布置有多个；吸附足，具有多个且至少安装于多个v型支撑腿的一侧末端，用于在飞行机器人壁面着陆时吸附于着陆对象上；连接件，通过旋转轴与v型支撑腿的尖端部位连接，同时与所述飞行机器人固接；驱动组件，与所述旋转轴连接，用于输出旋转角度改变所述v型支撑腿与所述飞行机器人的相对位置。2.如权利要求1所述的腿足式可变构型起落装置，其特征在于，所述多个v型支撑腿的另一侧末端安装有吸附足或支撑足。3.如权利要求1或2所述的腿足式可变构型起落装置，其特征在于，所述吸附足具有可脱落的吸附结构，该吸附结构提供粘力、抓力或吸附力作用于着陆对象。4.如权利要求3所述的腿足式可变构型起落装置，其特征在于，所述吸附结构的吸附面朝向v型支撑腿的v型开口方向。5.如权利要求2所述的腿足式可变构型起落装置，其特征在于，所述支撑足具有弧形壁面支撑结构。6.如权利要求1所述的腿足式可变构型起落装置，其特征在于，所述多个v型支撑腿的同一侧通过固定杆相连，所述固定杆沿多个v型支撑腿的排布方向延伸。7.如权利要求1所述的腿足式可变构型起落装置，其特征在于，所述驱动组件为舵机，所述舵机的输出轴与所述旋转轴连接。8.如权利要求1所述的腿足式可变构型起落装置，其特征在于，每个v型支撑腿配置有独立的连接件和驱动组件。9.一种飞行机器人，其特征在于，所述飞行机器人包括机器人本体以及安装在所述机器人本体上的如权利要求1所述的腿足式可变构型起落装置。10.如权利要求9所述的飞行机器人，其特征在于，多个v型支撑腿分布于所述机器人本体两侧。

技术总结
本实用新型公开了一种腿足式可变构型起落装置以及飞行机器人，腿足式可变构型起落装置，包括：V型支撑腿，并排布置有多个；吸附足，具有多个且至少安装于多个V型支撑腿的一侧末端，用于在飞行机器人着陆时吸附于着陆对象上；连接件，通过旋转轴与V型支撑腿的尖端部位连接，同时与飞行机器人固接；驱动组件，与所述旋转轴连接，用于输出旋转角度改变V型支撑腿与飞行机器人的相对位置。本实用新型解决了飞行机器人续航时间短、工作噪声大的问题，实现飞行机器人着陆-起飞切换效果。起飞切换效果。起飞切换效果。


技术研发人员：平少栋 王超 孙明迁 吴晅
受保护的技术使用者：中国电子科技南湖研究院
技术研发日：2023.04.19
技术公布日：2023/7/19