一种独轮四旋翼式地空两用机器人制造技术

本发明专利技术涉及无人机技术领域，尤其涉及了一种独轮四旋翼式地空两用机器人，包括：主机架，安装在主机架内侧面上的伺服电机、控制模组和机载计算机，安装在主机架外侧面四角位置的无刷电机，与无刷电机驱动连接的螺旋桨，安装连接在主机架下侧的支撑板，设置在支撑板底端的牛角万向轮，安装在支撑板内侧面上的电池，与伺服电机啮合连接的传动机构，以及通过传动机构设置连接在主机架内侧面一侧的轮式机构。本发明专利技术提供的机器人具有重量轻、动力部件少、能耗低的特点，并可利用滚动通过窄缝隧道等特殊地形。地形。地形。

【技术实现步骤摘要】
一种独轮四旋翼式地空两用机器人


[0001]本专利技术涉及无人机
，尤其涉及了一种独轮四旋翼式地空两用机器人。

技术介绍

[0002]近年来，无人驾驶飞行器(uav)越来越多地应用于军事、勘探和救援等各个领域。这些应用在节能和通过特殊地形方面，特别是通过狭窄间隙方面对无人机提出了挑战。为了应对上述困难，必须发展先进技术来提高无人机的续航能力和地形适应性。这将极大地扩大无人机的应用范围。不幸的是，通过优化传统无人机很难同时解决多个挑战。
[0003]对于无人机节能方面，有研究人员提出了一种创新的解决方案，使用四旋翼俯仰提供向前推力，作为控制地面上被动轮式机构滚动和飞越障碍物的输入。然而，当飞机接近地面时，由于地面效应(Wing
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In
‑
Ground effect / Wing
‑
In
‑
Surface
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Effect)的影响，螺旋桨周围的气流可能会变成湍流。这可能会导致升力和阻力的变化，直接影响运动控制的精度。可能会给控制模型和控制器设计带来严重的问题。此外，增加垂直于无人机框架平面的轮式机构显著增加了无人机的尺寸和重量，降低了机动性。综上所述，基于四旋翼和差动轮的方案虽然能降低能耗，但也有不利影响。因此，很难实现大规模应用。
[0004]学界和产业界在提高无人机的地形适应性方面做了很多努力。在检查、勘探等应用场景中，无人机可能需要通过方形通风管道、城市下水管道等狭窄的缝隙和通道，这是无人机应用的一个考验。有研究人员提出了机身的可折叠机械设计。这是一种变形四旋翼，其机器人的结构可以进行折叠，减少其跨度从而通过狭窄的孔径。有研究人员提出了一种受鸟类启发的机器人，它具有被动关节，也可以进行环节折叠，以挤过狭窄的缝隙。然而，折叠机构具有复杂的机械结构，导致以下问题。1)系统高度非线性；2)零件装配复杂，振动大，噪声不确定；3)较高的自由度会造成较大的累积误差，给控制带来困难。综上所述，折叠机构在通过狭窄间隙时是有用的，但它有许多缺点，使其难以在实际中应用。
[0005]简而言之，没有一种现有技术可以同时解决节能和通过特殊地形（特别是通过狭窄间隙）这两大挑战。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术提出了一种独轮四旋翼式地空两用机器人，该机器人既可以实现空中飞行运动，且可以较低的能耗实现地面滚动的前进、后退以及转弯运动，具体的空中运动是通过四个无刷电机驱动螺旋桨提供推力实现的，地面运动是由一个伺服电机通过锥齿轮传动机构驱动轮式机构提供前进动力，四个无刷电机驱动螺旋桨提供转向动力实现的，其具体技术方案如下：一种独轮四旋翼式地空两用机器人，包括：主机架，安装在主机架内侧面上的伺服电机、控制模组和机载计算机，安装在主机架外侧面四角位置的无刷电机，与无刷电机驱动连接的螺旋桨，安装连接在主机架下侧的支撑板，设置在支撑板底端的牛角万向轮，安装在支撑板内侧面上的电池，与伺服电机啮合连接的传动机构，以及通过传动机构设置连接在
主机架内侧面一侧的轮式机构。
[0007]进一步的，所述主机架是一个不对称设计的x形框架，则所述无刷电机具体安装在x形框架的四个端部位置。
[0008]进一步的，所述控制模组集成有飞行控制器和电子调速器，所述飞行控制器和电子调速器分别使用Holybro Kakute H7 v1和Tekko32 Metal 4 in 1 65A ESC STACK。
[0009]进一步的，所述轮式机构的周围包有海绵条，外圈上则包裹有白色橡胶圈。
[0010]进一步的，所述支撑板呈倒W型，则所述牛角万向轮具体安装在支撑板两侧末端。
[0011]进一步的，所述机载计算机通过串口与控制模组连接，机载计算机通过CAN总线与伺服电机连接。
[0012]进一步的，所述传动机构包括：锥齿轮、固定轴、轴承；所述固定轴4的一端连接至轮式机构，另一端连接至主机架；所述轴承设置在固定轴的一端，并与轮式机构固定连接，所述锥齿轮套嵌在轴承外侧，锥齿轮啮合连接伺服电机的转动轴。
[0013]进一步的，所述主机架、支撑板和轮式机构均采用碳纤维结构材料。
[0014]本专利技术具有的有益效果是：1、本专利技术提供的机器人实现了无人机的可控地面前进、后退、转弯运动，基于一个伺服电机通过锥齿轮传动机构驱动轮式机构提供前进动力，四个无刷电机驱动螺旋桨提供转向动力；地面运动线速度（前进后退）和角速度（转向）分别驱动控制，控制简单可靠，相比于常规地空机器人减少了动力部件，降低了整机重量的同时大大降低了能耗。
[0015]本专利技术在地面运动下的运行距离约为飞行运动的3.8倍，运行时间约为42.2倍，大大提升了运动距离和运行时间，十分节能。
[0016]2、本专利技术提供的机器人在地面运动下的长宽比约为3:1，机器人最小外接圆柱高12厘米，36厘米，长宽比相比于其他的地空两用机器人有较大优势，这使得该机器人可以在地面运动通过较窄的缝隙。
[0017]本专利技术在地面运动下能通过18厘米宽的窄缝，约为机器人最小外接圆柱圆截面直径的一半，大大提升了地空两用机器人在特殊地形适应性方面的能力，特别是通过窄缝。
[0018]3、本专利技术提供的控制方法能稳定可靠的驱动独轮四旋翼式地空两用机器人进行可控的飞行、可控地面前进、后退、转弯运动，还可进行飞行和地面运动的互相转换。
[0019]4、本专利技术结构简单，体积和重量较小，有很高的便携性，同时可调整各个动力部件以适配各种工况，适用于特种环境进行使用，例如：野外探索、抢险救援、国防军工。
附图说明
[0020]图1是本专利技术的一种独轮四旋翼式地空两用机器人的整体结构示意图。
[0021]图2是本专利技术的机器人在飞行模式下的俯视示意图；图3是图2的俯视图；图4是图2的左视图；图5是本专利技术的机器人详细零件的结构爆炸视图；图6是本专利技术的轮式机构、伺服电机、传动机构的装配连接示意图；图7是本专利技术的轮式机构、轴承、连接轴、主机架的装配连接示意图；图8是本专利技术机器人在地面运动的理论受力示意图；
图中，1
‑
轮式机构，2
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轴承，3
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锥齿轮，4
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固定轴，5
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伺服电机，6
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机载计算机，7
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控制模组，8
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电池，9
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主机架，10
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螺旋桨，11
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支撑板，12
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牛角万向轮,13
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无刷电机。
具体实施方式
[0022]为了使本专利技术的目的、技术方案和技术效果更加清楚明白，以下结合说明书附图和实施例，对本专利技术作进一步详细说明。
[0023]如图1所示，本专利技术实施例的一种独轮四旋翼式地空两用机器人，包括轮式机构1、传动机构、伺服电机5、主机架9、无刷电机13本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种独轮四旋翼式地空两用机器人，其特征在于，包括：主机架（9），安装在主机架（9）内侧面上的伺服电机（5）、控制模组（7）和机载计算机（6），安装在主机架（9）外侧面四角位置的无刷电机（13），与无刷电机（13）驱动连接的螺旋桨（10），安装连接在主机架（9）下侧的支撑板（11），设置在支撑板（11）底端的牛角万向轮（12），安装在支撑板（11）内侧面上的电池（8），与伺服电机（5）啮合连接的传动机构，以及通过传动机构设置连接在主机架（9）内侧面一侧的轮式机构（1）。2.如权利要求1所述的一种独轮四旋翼式地空两用机器人，其特征在于，所述主机架（9）是一个不对称设计的x形框架，则所述无刷电机（13）具体安装在x形框架的四个端部位置。3. 如权利要求1所述的一种独轮四旋翼式地空两用机器人，其特征在于，所述控制模组（7）集成有飞行控制器和电子调速器，所述飞行控制器和电子调速器分别使用Holybro Kakute H7 v1和Tekko32 Metal 4 in 1 65A ESC STACK。4.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王进，郑植，蔡奇峰，于欢，涂杰，张海运，陆国栋，
申请(专利权)人：余姚市机器人研究中心，
类型：发明
国别省市：