多旋翼爬壁机器人设计与控制方法

摘要

设计一种具备传统爬壁机器人和无人机任务执行能力的多旋翼爬壁机器人，并针对其在不同模式下的控制挑战，提出了一种结合自适应控制与滑模控制的方案，以应对模式切换引发的不稳定性。该方案包括地面行走模式的滑模控制和飞行模式的自抗扰滑模控制，通过滑模控制实现系统稳定性，并结合自适应控制补偿未知干扰，从而有效应对外部扰动和内部参数变化，实现复杂环境中的精确控制。此外，计算了机器人在爬壁模式下的最小推力需求。硬件选型、软件开发与样机制作完成后，实验结果显示，机器人地面行走速度为6.57 m/min, 75°壁面行走速度为2.78 m/min,相较于传统双环PID控制，本文方法将最大误差减少了24.7%,验证了设计的有效性、实用性和鲁棒性，能够满足多样化的任务需求。

关键词

多旋翼飞行 / 爬壁 / 数学模型 / 滑模控制 / 自适应控制

基金资助

江苏省前沿引领技术基础研究专项项目(BK20192004); 国家重点研发计划(2017YFB1303200); 常州市社会发展科技支撑计划(CE20225037); 常州市科技计划项目(重点实验室)(CM20223014); 苏州市重点产业技术创新-前瞻性应用研究项目(SYG202143); 中央高校基本科研业务费项目(B220201025)