發(fā)布時(shí)間：2021-10-07 16:26

　　無人機(jī)出色的機(jī)動(dòng)性使得它在越來越多的領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,但飛行功耗大以及有限的電池容量導(dǎo)致其續(xù)航能力不足,無法去執(zhí)行需要長時(shí)間或者遠(yuǎn)距離飛行的任務(wù)。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(jìn)行,起降效率不高。讓無人機(jī)降落棲息在壁面上代替空中懸�？梢杂行Ц纳七@個(gè)問題。目前大部分壁面降落研究主要集中在吸附方式和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上,對(duì)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(jī)只能在垂直壁面上以相對(duì)較慢的速度降落,壁面傾斜適應(yīng)能力單一,很難應(yīng)對(duì)快速降落時(shí)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(jī)壁面起降技術(shù)有長足的進(jìn)展,但從敏捷起降、能耗以及壁面傾斜適應(yīng)度等方面考慮,仍然有需要改進(jìn)的地方。受蜜蜂降落在花朵上采集花粉的仿生學(xué)啟發(fā),本文提出一種基于四軸無人機(jī)的仿生壁面自動(dòng)起降系統(tǒng),我們對(duì)壁面降落過程進(jìn)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(jì)了起降機(jī)構(gòu)及相應(yīng)的降落控制策略及算法,同時(shí)對(duì)降落發(fā)生碰撞和彈離壁面的過程分別建模進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析,仿真驗(yàn)證模型的可靠性和正確性。最后,在垂直壁面和正負(fù)傾斜壁面上開展了慢速、中速以... 

【文章來源】：廣東工業(yè)大學(xué)廣東省

【文章頁數(shù)】：118 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

SCAMP爬壁無人機(jī)Fig.1-1SCAMPwallclimbingdrone

廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文4(a)S-MAD起降機(jī)構(gòu)(b)S-MAD壁面降落動(dòng)作分解圖1-2S-MAD壁面起降無人機(jī)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(xué)院的ArashKalantari等人設(shè)計(jì)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(jī)的前部[22]，每個(gè)墊都裝配一個(gè)壓力傳感器檢測粘墊的吸附受力情況，通過伺服電機(jī)來驅(qū)動(dòng)粘合墊爪式裝置與壁面的吸附與分離，如圖1-3所示，同時(shí)利用Kinect深度相機(jī)獲取無人機(jī)實(shí)時(shí)的位置信息，通過PID控制器實(shí)現(xiàn)自主控制無人機(jī)在光滑的垂直壁面上棲息機(jī)動(dòng)。(a)玻璃壁面降落靜態(tài)效果(b)粘性墊爪式壁面起降機(jī)構(gòu)圖1-3粘性墊爪式壁面起降無人機(jī)Fig.1-3Walltakeoffandlandingdronebyadhesiongripper瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)(EPFL)智能系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室(LaboratoryofIntelligentSystems)的LudovicDaler等人提出一種使用粘性纖維墊作為吸附機(jī)理實(shí)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(fù)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(jī)構(gòu)末端，該執(zhí)行器在啟動(dòng)降落棲息機(jī)動(dòng)時(shí)展開，并結(jié)合自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)在光滑的垂直壁面上降落。如圖1-4所示，研究者對(duì)粘性纖維墊進(jìn)行仔細(xì)的設(shè)計(jì)，提出一種低預(yù)加載力下微纖維增強(qiáng)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(duì)膠墊的施膠工藝和形狀進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以獲得最大的附著力。他們認(rèn)為合適的降落機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)比精確的降落棲息機(jī)動(dòng)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(jī)構(gòu)圖1-4粘性墊吸附壁面起降Fig.1-4Walltakeoffandlandingdronebyadhesivepads2014年，美國哈佛大學(xué)生物工程研究院的KevinY.Ma團(tuán)隊(duì)在IEEEBioRob國際會(huì)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(jìn)行降落棲息的論文[24]，他們?cè)O(shè)計(jì)了一種微型撲翼飛行機(jī)器人來模仿昆蟲自然飛行中的降落棲息動(dòng)作。研究者設(shè)計(jì)了飛行控制器和簡單的附著機(jī)制，他們?cè)跈C(jī)器人的腳上安裝了一些小金屬片，可以使飛行機(jī)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(dòng)力學(xué)模型，并在最優(yōu)控制策略的設(shè)計(jì)中采用了迭代學(xué)習(xí)控制(IterativeLearningControl)算法，該算法允許飛行機(jī)器人從以前的飛行中學(xué)習(xí)，通過重復(fù)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(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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[2]靜電吸附爬壁機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)[D]. 謝理.重慶大學(xué) 2016
[3]基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃研究[D]. 高慧.西南交通大學(xué) 2016
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[5]飛行吸附機(jī)器人的控制及仿真研究[D]. 胡閏婷.南京理工大學(xué) 2015
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