無人機出色的機動性使得它在越來越多的領(lǐng)域得到廣泛應用,但飛行功耗大以及有限的電池容量導致其續(xù)航能力不足,無法去執(zhí)行需要長時間或者遠距離飛行的任務。另一方面,隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展,地面空間越來越寶貴,而傳統(tǒng)的起降方式只能在平面空間上進行,起降效率不高。讓無人機降落棲息在壁面上代替空中懸停可以有效改善這個問題。目前大部分壁面降落研究主要集中在吸附方式和機構(gòu)設(shè)計上,對起降的控制策略及碰撞勢能處理問題上,缺乏深入研究,無人機只能在垂直壁面上以相對較慢的速度降落,壁面傾斜適應能力單一,很難應對快速降落時劇烈的碰撞勢能,無法滿足更高的壁面起降要求。雖然目前無人機壁面起降技術(shù)有長足的進展,但從敏捷起降、能耗以及壁面傾斜適應度等方面考慮,仍然有需要改進的地方。受蜜蜂降落在花朵上采集花粉的仿生學啟發(fā),本文提出一種基于四軸無人機的仿生壁面自動起降系統(tǒng),我們對壁面降落過程進行了分析,通過深入研究起降的控制策略和碰撞勢能轉(zhuǎn)換問題,設(shè)計了起降機構(gòu)及相應的降落控制策略及算法,同時對降落發(fā)生碰撞和彈離壁面的過程分別建模進行動力學分析,仿真驗證模型的可靠性和正確性。最后,在垂直壁面和正負傾斜壁面上開展了慢速、中速以... 

【文章來源】：廣東工業(yè)大學廣東省

【文章頁數(shù)】：118 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

SCAMP爬壁無人機Fig.1-1SCAMPwallclimbingdrone

廣東工業(yè)大學碩士學位論文4(a)S-MAD起降機構(gòu)(b)S-MAD壁面降落動作分解圖1-2S-MAD壁面起降無人機Fig.1-2S-MADwalltakeoffandlandingdrone粘性墊是一種理想的壁面降落吸附材料，美國伊利諾理工學院的ArashKalantari等人設(shè)計了一種新穎的三向干性粘合墊爪式裝置安裝在四旋翼無人機的前部[22]，每個墊都裝配一個壓力傳感器檢測粘墊的吸附受力情況，通過伺服電機來驅(qū)動粘合墊爪式裝置與壁面的吸附與分離，如圖1-3所示，同時利用Kinect深度相機獲取無人機實時的位置信息，通過PID控制器實現(xiàn)自主控制無人機在光滑的垂直壁面上棲息機動。(a)玻璃壁面降落靜態(tài)效果(b)粘性墊爪式壁面起降機構(gòu)圖1-3粘性墊爪式壁面起降無人機Fig.1-3Walltakeoffandlandingdronebyadhesiongripper瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(EPFL)智能系統(tǒng)實驗室(LaboratoryofIntelligentSystems)的LudovicDaler等人提出一種使用粘性纖維墊作為吸附機理實現(xiàn)降落的方法[23]，他

第一章緒論5們采用了一種具有可重復粘附力的干性纖維粘合劑作為附著材料，纖維墊固定在柔順的執(zhí)行機構(gòu)末端，該執(zhí)行器在啟動降落棲息機動時展開，并結(jié)合自動對準系統(tǒng)可實現(xiàn)在光滑的垂直壁面上降落。如圖1-4所示，研究者對粘性纖維墊進行仔細的設(shè)計，提出一種低預加載力下微纖維增強粘接的新技術(shù)，在墊層與微纖維之間加了一層泡沫，提高微纖維的柔順性和耐剝離性，并且對膠墊的施膠工藝和形狀進行優(yōu)化設(shè)計，以獲得最大的附著力。他們認為合適的降落機構(gòu)設(shè)計比精確的降落棲息機動控制更加穩(wěn)健，更接近大自然昆蟲的棲息能力。(a)壁面降落靜態(tài)效果(b)粘性墊吸附起降機構(gòu)圖1-4粘性墊吸附壁面起降Fig.1-4Walltakeoffandlandingdronebyadhesivepads2014年，美國哈佛大學生物工程研究院的KevinY.Ma團隊在IEEEBioRob國際會議上發(fā)表了一篇關(guān)于微型撲翼飛行器利用磁力吸附在垂直壁面上進行降落棲息的論文[24]，他們設(shè)計了一種微型撲翼飛行機器人來模仿昆蟲自然飛行中的降落棲息動作。研究者設(shè)計了飛行控制器和簡單的附著機制，他們在機器人的腳上安裝了一些小金屬片，可以使飛行機器人能夠在垂直的磁性壁面著陸，如圖1-5所示。研究者著重于確定精確的動力學模型，并在最優(yōu)控制策略的設(shè)計中采用了迭代學習控制(IterativeLearningControl)算法，該算法允許飛行機器人從以前的飛行中學習，通過重復相同的軌跡來提高飛行性能。(a)磁吸附撲翼飛行器

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于Mathematica對保守雙擺的研究[J]. 李戈,時志高,謝奇之,劉江河,卜振翔.  南昌航空大學學報(自然科學版). 2016(03)
[2]飛行吸附機器人的靜電吸附單元優(yōu)化設(shè)計研究[J]. 杜姍姍,孫國辛,黃呈偉.  機械制造與自動化. 2015(06)
[3]基于靜電吸附原理的雙履帶爬壁機器人設(shè)計[J]. 王黎明,胡青春.  機械設(shè)計. 2012(04)
[4]基于柔性靜電吸附技術(shù)的爬壁機器人研究[J]. 黃之峰,王鵬飛,李滿天,孫立寧,李路.  機械設(shè)計與制造. 2011(06)
[5]柯尼希定理在質(zhì)點系中的應用[J]. 茹慧軍.  新鄉(xiāng)學院學報(自然科學版). 2011(02)
[6]有勢力和規(guī)范對稱性[J]. 黃亦斌,羅開基.  大學物理. 2010(11)
[7]廣義坐標的選擇在Lagrange動力學分析中的作用[J]. 高征,蘇銳.  機械設(shè)計與制造. 2010(11)
[8]基于Lagrange方法的平面雙擺機構(gòu)多體動力學研究[J]. 劉艷梨,朱永梅.  機械設(shè)計與制造. 2009(05)
[9]基于Lagrange方程三自由度并聯(lián)機構(gòu)動力學研究[J]. 白志富,韓先國,陳五一.  北京航空航天大學學報. 2004(01)

碩士論文
[1]基于量化狀態(tài)系統(tǒng)的多體系統(tǒng)動力學剛性方程求解方法[D]. 賀英良.杭州電子科技大學 2019
[2]靜電吸附爬壁機器人系統(tǒng)設(shè)計與實驗[D]. 謝理.重慶大學 2016
[3]基于強化學習的移動機器人路徑規(guī)劃研究[D]. 高慧.西南交通大學 2016
[4]一種靜電吸附方式的微小爬壁機器人研究[D]. 王勇.重慶大學 2015
[5]飛行吸附機器人的控制及仿真研究[D]. 胡閏婷.南京理工大學 2015
[6]飛行吸附機器人的自主控制技術(shù)研究[D]. 孫國辛.南京理工大學 2014



本文編號：3422384