文 献 综 述
- 研究背景及意义
随着现代机器人技术的不断发展，以各种不同方式工作的拥有各种不同能力的机器人种类也更加多样，用于机器人设计、制造上的诸多理论基础逐步完善，国内外某些机器人行业的应用市场也渐趋成熟。适用于空中作业的无人飞行器具有其他机器人无法替代的工作能力，在个人及商用拍摄、环境监测、气候研究、森林防火监控等民用领域大放光彩，同时也在战场侦察、边境安全、反恐作战等领域不断得到应用。而作为两栖类无人机的一种，陆空两栖类无人机拥有空中飞行和陆地行走两种运动方式，结合了陆地工作机器人与普通无人机的共同优势，拓宽了工作范围，在多个领域可以有更加广泛的应用。同时，陆地行走相对于空中飞行可以节省不必要的能量消耗，两种模式按照工作要求切换可以相对延长无人机的工作时间，而在不适合飞行但适合陆地行走的场所，陆空两栖无人机相对于普通无人机有更加广泛的运动空间。从这些角度来看，陆空两栖无人机相比于普通无人机有着更加广发的应用场景，有重要的研究价值和研究意义。
2.研究现状及成果
2.1微型无人机
微小型无人飞行器在新世纪的发展水平有大幅提升，政府和商用无人机市场迅速膨胀，多个国家及AUVSI等无人机组织已经建立了关于无人机的军事与公用规范[1]。本课题涉及到的旋翼无人机由于其在个人或商用拍摄中的使用而得到迅速发展，其中微型四旋翼无人机是目前的主要研究方向，其相对于双旋翼有更大的有效载荷和更好的抗风性能[2]。中国多旋翼无人机出口已占据全球90%的市场，国内多旋翼无人机事业已经达到了领先全球的水平，而适配于多旋翼无人机的设计理论及制造基础也已经较为完善[3]。
2.2轮式机器人
轮式陆地行走机器人的发展也已经极为成熟。结合本课题的设计指标要求，与微型无人机组合使用的轮式陆地行走机器人结构微小，可参考用于安防监控、危险场所巡检、外星球探测及家庭服务等领域的轮式移动机器人。关于轮式机器人的控制、平衡及路径规划等理论问题的研究已经较为成熟，各种轮式机器人的民用应用已经十分广泛。使用插补理论及积分算法轮式机器人的运动控制[4]；通过建立系统模型研究轮式机器人的跟踪控制问题[5]；根据基于双编码器的运动控制算法完善机器人系统的行为控制系统[6]等一系列理论研究完善了轮式机器人相关的控制问题。
2.3陆空两栖无人机
大多固定翼微型无人机都有一定的路面行走能力，但其对路面状况要求高，适应能力低，且大多数旋翼无人机没有路面行走能力。使用球形外壳或柱形外壳保护两栖类无人机的旋翼避免螺旋桨叶直接与外界不确定环境因素接触是低成本简单结构陆空两栖无人机的两种可选方式[7]，例如日本防卫省技术研究本部研发的球形飞行器和伊利诺理工大学机器人实验室的混合型陆地空中飞行器；而直接将旋翼部分内嵌入陆地行走使用的轮中则是较为复杂的方案，例如南安普顿大学的SuperB机器人；除此之外，选择以小车为主体辅以旋翼的方案也是可行的。对陆空两栖无人机的控制算法[8]及飞行系统[9]的理论研究也已经在国内展开。
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