一种陆空两栖机器人的足-旋翼机构制造技术

本发明专利技术公布了一种陆空两栖机器人的足‑旋翼机构，包括：变胞机构，所述变胞机构包括四个铰接的空心板，所述空心板的中部均设置有圆形通孔，四个空心板展开状态时位于同一平面且各圆形通孔的圆心呈矩形分布，在折叠状态时各空心板的圆形通孔的中心线同轴；飞行系统，包括四个旋翼驱动装置，分别设置在各空心板的中部的圆形通孔中；行走机构，对称设置在折叠后位于最外侧的两个所述空心板的外周壁上。本发明专利技术能够实现飞行模式与行走模式的自由切换，满足陆空两栖的要求，方便机器人穿越狭小空间，在一定程度上提高机器人的续航能力和可靠性，通过弹簧合页的合理布置，消除了变胞机构中间存在的不必要的稳定状态，简化了机构，使得结构更加紧凑。

A Foot-Rotor Mechanism for Land-Air Amphibious Robot

【技术实现步骤摘要】
一种陆空两栖机器人的足-旋翼机构
本专利技术属于陆空两栖机器人领域，涉及一种双稳态变胞机构，具体涉及一种具有正交折痕的陆空两栖机器人的足-旋翼机构，能够应用于危险区域巡检，灾后救援以及城市反恐侦察等。
技术介绍
现有的小型无人机，一般为锂电池驱动的四旋翼构型，难以在恶劣天气执行任务，而且由于原理的问题，效率偏低，功率很高，由此导致了续航不足的问题，同时由于螺旋桨运转时噪音很大，所以会产生噪音污染，而且在城市反恐中也容易暴露目标。现在的四足机器人，能够穿越一定程度的障碍物，但是当障碍较高的时候，就会被限制，存在一定的不足，同时，受制于尺寸以及动力，在地面上爬行的速度较低，限制了其使用场景。但是由于其在地面，不需要另外克服自重飞行，能够有较高的效率，比较节能，续航时间大为增加。现有的四轮机器人，对于地面要求很高，一旦有些许障碍就容易卡住，越障能力低，但是由于采用轮子滚动，速度较足式机器人更快，而且动力要求更小，重心变化低，导致更加节能。现有的陆空两栖机器人，多采用固定式机架，在陆地行走时，机架过于巨大，影响了移动速度，对地面要求较高，结构不够紧凑。而且，有些两栖无人机在地面的动力依旧依赖于螺旋桨提供，不能节约能量，没有太大的意义。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供一种陆空两栖机器人的足-旋翼机构，既具备常规无人机所能实现的空中机动效果，同时又能实现在地面进行长时间移动，提高了机器人的续航能力与隐蔽性。本专利技术在将四旋翼无人机与四足机器人（或四轮机器人，模块化设计，可以方便地进行更换）结合起来的同时，考虑到两种工作环境的差异，在模式切换的同时对机架进行变化，保证在飞行模式下有足够的空间进行旋翼的布置，而在行走模式下，又足够的紧凑以便保护机体重要结构。本专利技术的目的至少通过如下技术方案之一实现：一种陆空两栖机器人的足-旋翼机构，包括：变胞机构，所述变胞机构包括四个铰接的空心板，所述空心板的中部均设置有圆形通孔，四个空心板展开状态时位于同一平面且各圆形通孔的圆心呈矩形分布，在折叠状态时各空心板的圆形通孔的中心线同轴；飞行系统，包括四个旋翼驱动装置，分别设置在各空心板的中部的圆形通孔中；行走机构，对称设置在折叠后位于最外侧的两个所述空心板的外周壁上。进一步地，四个所述空心板之间通过正交设置的弹性铰接装置活动连接，由于弹簧的作用，将该机构原本的三个稳态中的一个稳态消除，获得双稳态机构，从而满足两栖机器人的要求。进一步地，所述的弹性铰接装置包括弹簧合页、扭簧铰链，本方案通过钣金件进行连接，有效降低了机体质量。进一步地，所述的旋翼驱动装置包括固定在圆形通孔中的电机、连接于所述电机输出轴上的螺旋桨，所述螺旋桨的旋转半径小于所述圆形通孔的半径，飞行时，圆形通孔可起到涵道的作用，所以能够对飞行系统进行增压，提高无人机的效率。进一步地，所述的空心板沿圆形通孔中心线的一端或中部固定设置有电机固定架，所述电固定在所述电机固定架的中心。进一步地，所述空心板沿圆形通孔中心线方向的另一端设置有旋翼护架，对螺旋桨起到一定的保护作用。进一步地，所述旋翼护架的中心设置有与所述螺旋桨的装置转动配合的轴承，进一步提高螺旋桨旋转稳定性，防止摆动。进一步地，所述的行走机构包括四个成对分布的足轮舵机、与所述足轮舵机输出轴驱动连接的足轮机构，所述足轮机构为圆形轮或跨障足，所述跨障足包括三个呈旋转对称设置的支腿。本方案将地面行走机构采用了模块化设计，通过简单更换末端执行器，即可实现四足机器人与四轮机器人的切换，有利于增加机器人的工作范围，提高机器人的环境适应性，跨障足具有较好的越障能力。进一步地，还包括绳驱系统，所述绳驱系统包括固定在所述空心板的外周壁上的一驱绳舵机、对称排布地穿设在所述空心板两侧的正反两套绳路，当绳舵机驱动一侧的绳路伸长时，另一侧的绳路等长地缩短，从而实现变胞机构的折展。进一步地，所述的正反两套绳路包括第一细绳、第二细绳，各所述空心板的边缘设置有若干供所述第一细绳、第二细绳穿过的穿绳孔，所述第一细绳、第二细绳的一端方向相反地缠绕连接在所述驱绳舵机的卷绳辊上，另一端对称排布地依次穿设所述穿绳孔后与相应的空心板固定连接。相比现有技术，本专利技术有如下有益效果：本专利技术能够实现机器人的飞行模式与行走模式的自由切换，方便机器人穿越一些狭小空间，在一定程度上提高机器人的续航能力和可靠性，有利于增加机器人的工作范围，提高机器人的环境适应性。本专利技术通过巧妙利用变胞机构，实现了两种模式的相互切换，满足陆空两栖的要求，结构更加紧凑。变胞机构的大折展比，能够将占地面积大幅减小，缩小了整体尺寸，便于穿过一些狭窄空间，有利于进行管道巡检等。借助绳路系统，电机正转时，变胞机构展开，四轴平行并处于锁定状态，机构可以借助飞行系统升空，可以看作一个四旋翼无人机；电机反转时，变胞机构折叠，四轴重合，四足机构着地，能够带动机器人在地面穿越崎岖障碍，具有较好的越障能力，能够攀爬一定的障碍物。本专利技术通过弹性铰接的合理布置，消除了变胞机构中间存在的不必要的稳定状态，简化了机构。由于两种状态更加适合两个不同的工作模式，所以比常规的固定机架式两栖机器人具有更明显的优势，同时由于采用两套不同的动力系统，可以提高续航能力。附图说明图1为本专利技术实施例一的展开状态(飞行模式)结构示意图。图2为本专利技术实施例一的折叠状态(陆地行走模式)结构示意图。图3为本专利技术实施例一的变胞机构结构示意图。图4为本专利技术实施例一的旋翼驱动装置结构示意图。图5本专利技术实施例一的跨障足结构示意图。图6为本专利技术实施例二的展开状态(飞行模式)结构示意图。图7为本专利技术实施例二的折叠状态(陆地行走模式)结构示意图。图中：1-变胞机构，11-空心板，12-弹性铰接装置，13-旋翼护架，14-电机固定架，15-穿绳孔，2-飞行系统，21-电机，22-螺旋桨，3-绳驱系统，31-驱绳舵机，32-第一细绳，33-第二细绳，4-行走机构，41-足轮机构，42-足轮舵机。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的说明。实施例一如图1至图2所示，一种陆空两栖机器人的足-旋翼机构，包括：变胞机构1，所述变胞机构1包括四个铰接的空心板11，所述空心板11的中部均设置有圆形通孔，四个空心板11展开状态时(如图1所示)位于同一平面且各圆形通孔的圆心呈矩形分布，在折叠状态时(如图2所示)各空心板11的圆形通孔的中心线同轴；飞行系统2，包括四个旋翼驱动装置，分别设置在各空心板11的中部的圆形通孔中；行走机构4，对称设置在折叠后位于最外侧的两个所述空心板11的外周壁上。如图3所示，四个所述空心板11之间通过正交设置的弹性铰接装置12活动连接，所述的弹性铰接装置12采用弹簧合页，由于弹簧的作用，将该机构原本的三个稳态中的一个稳态消除，获得双稳态机构，从而满足两栖机器人的要求，本实施例通过钣金件进行连接，有效降低了机体质量。如图4所示，所述的旋翼驱动装置包括固定在圆形通孔中的电机21、连接于所述电机21输出轴上的螺旋桨22，所述电机21为无刷电机。所述螺旋桨22的旋转半径小于所述圆形通孔的半径，飞行时，所述圆形通孔可起到涵道的作用，可对飞行系统进行增压、动力增强，提高无人机的效率。所述的空心板11沿圆形通孔中心线的一端或中部固定设置有电机固定架1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种陆空两栖机器人的足‑旋翼机构，其特征在于，包括：变胞机构(1)，所述变胞机构(1)包括四个铰接的空心板(11)，所述空心板(11)的中部均设置有圆形通孔，四个空心板(11)展开状态时位于同一平面且各圆形通孔的圆心呈矩形分布，在折叠状态时各空心板的圆形通孔的中心线同轴；飞行系统(2)，包括四个旋翼驱动装置，分别设置在各空心板(11)的中部的圆形通孔中心；行走机构(4)，对称设置在折叠后位于最外侧的两个所述空心板(11)的外周壁上。

【技术特征摘要】
1.一种陆空两栖机器人的足-旋翼机构，其特征在于，包括：变胞机构(1)，所述变胞机构(1)包括四个铰接的空心板(11)，所述空心板(11)的中部均设置有圆形通孔，四个空心板(11)展开状态时位于同一平面且各圆形通孔的圆心呈矩形分布，在折叠状态时各空心板的圆形通孔的中心线同轴；飞行系统(2)，包括四个旋翼驱动装置，分别设置在各空心板(11)的中部的圆形通孔中心；行走机构(4)，对称设置在折叠后位于最外侧的两个所述空心板(11)的外周壁上。2.根据权利要求1所述的陆空两栖机器人的足-旋翼机构，其特征在于，四个所述空心板(11)之间通过正交设置的弹性铰接装置(12)活动连接。3.根据权利要求1所述的陆空两栖机器人的足-旋翼机构，其特征在于，所述的弹性铰接装置(12)包括弹簧合页、扭簧铰链。4.根据权利要求1所述的陆空两栖机器人的足-旋翼机构，其特征在于，所述的旋翼驱动装置包括固定在圆形通孔中的电机(21)、连接于所述电机(21)输出轴上的螺旋桨(22)，所述螺旋桨(22)的旋转半径小于所述圆形通孔的半径。5.根据权利要求4所述的陆空两栖机器人的足-旋翼机构，其特征在于，所述的空心板(11)沿圆形通孔中心线的一端或中部固定设置有电机固定架(14)，所述电机(21)固定在所述电机固定架(14)的中心。6.根据权利要求5所述的陆空两栖机器人的足-旋翼机...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄沿江，张洪川，张宪民，苏恩泽，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44