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申请/专利权人：余姚市浙江大学机器人研究中心;浙江大学

摘要：本发明属于飞行器机器人领域，公开了一种结合单足弹跳机器人的四旋翼无人机及控制方法，包括四旋翼无人机机身、单足弹跳机器人、飞行控制器、机载中央处理器和地面数据处理基站，单足弹跳机器人位于四旋翼无人机机身下方、起落架之间，可带着四旋翼无人机机身进行弹跳运动。本发明可以为旋翼无人机起飞和上升阶段提供额外的升力，获得更大的上升加速度，在降落阶段实现更快速的软着陆，同时可以使旋翼无人机在低空飞行过程中更迅速的变更飞行高度，提高无人机的机动性；可以将旋翼无人机下落时的动能和重力势能转化为弹跳机器人串联弹性动力机构部分的弹性势能，为后续的起飞和上升提供动力，一定程度上提高了旋翼无人机的续航能力。

主权项：1.一种利用结合单足弹跳机器人的四旋翼无人机进行抛投物品控制的方法，所述结合单足弹跳机器人的四旋翼无人机，包括四旋翼无人机机身、飞行控制器、机载中央处理器和地面数据处理基站，所述机载中央处理器位于四旋翼无人机机身上，所述四旋翼无人机包括单足弹跳机器人，所述单足弹跳机器人位于四旋翼无人机机身下方、起落架之间，所述单足弹跳机器人可带着四旋翼无人机机身进行弹跳运动；所述无人机飞行控制器用于控制无人机的飞行，自动保持飞机的正常飞行姿态，并控制单足弹跳机器人的弹跳动作；所述机载中央处理器用于协调四旋翼无人机和单足弹跳机器人的数据处理及控制指令发送的工作，接收地面数据处理基站发送的数据，发送指令到无人机飞行控制器，控制无人机飞行速度，从而控制飞行姿态和飞行轨迹；以及单足弹跳机器人的弹跳初速度和初始姿态角，从而控制弹跳轨迹；所述地面数据处理基站地面数据处理基站用于协调整个系统的数据处理的工作，用于规划无人机和弹跳机器人的飞行轨迹和弹跳轨迹，对二者飞行、弹跳过程中的运动状态进行实时监控以及修改任务从而对运动进行干预；其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：在四旋翼无人机机身上方安装一个特制的装置用于固定抛投物品，通过无人机以特定角度加速起飞后，令装置释放抛投物品，使抛投物品沿预设的路径向目标点投射，物体在空中进行抛物运动，通过预设的运动路径和目标点计算出初速度和速度方向，其初速度和速度方向与无人机抛物时刻的瞬时速度和初始姿态角一致；步骤2：对于其运动轨迹的分析，可以简化为抛投物品以初速度腾空而起，接下来的运动为三维空间内的抛物运动，v0是抛球瞬间的瞬时速度大小，vhorizontal和vvertical是该初速度在水平方向以及竖直方向上的分量；θ是抛球瞬间与z轴的夹角，AngXZ是初速度在xz平面方向上倾斜的角度，AngYZ是v0在yz平面方向上倾斜的角度，其中，AngXZ和AngYZ通过姿态传感器IMU测得，用a、b、c、d分别表示初速度在x轴、y轴、水平面、z轴方向上的速度分量，根据三角函数关系，可得到以下表达式： 通过上式，可以得到关系式tan2θ＝tan2AngXZ+tan2AngYZ，则初速度与z轴夹角θ为：所以， 根据抛体运动的公式，可得腾空时间t为： 则腾空最高点高度为： 跳跃落点P与原点O之间距离为： 落点方向连线与x轴夹角θXOP满足下式： 步骤3：根据步骤2推导，可以知道落点P的位置与初速度和速度方向的关系，即落点的位置与无人机抛物时刻的瞬时速度和初始姿态角的关系，将无人机起飞抛物过程简化为一个黑箱，黑箱的输入量为电机的功率控制信号，输出量是无人机抛物瞬间的瞬时速度和姿态角，落点的位置与初速度的关系实际上就是落点位置与电机功率的关系，无人机电机的功率控制信号和弹跳机器人腿部伸展增益系数都对应一个起跳初速度，这个对应关系可以通过实物运行过程中多次测量记录求得，在无人机起飞抛物过程中，在设定了初速度的前提下，将落点位置与初速度代入到上式中即可解得所需的机身姿态角。

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