一种旋翼驱动式可变形空地全方位运动机器人及运动方法技术

技术编号：43685052 阅读：8 留言：0更新日期：2024-12-18 21:05

一种旋翼驱动式可变形空地全方位运动机器人及运动方法，机器人包括机身、机臂、旋翼轮组件、旋翼轮组件倾转调姿执行机构、控制盒及电池；旋翼轮组件倾转调姿执行机构安装在机身内部；四根机臂沿机身周向均匀分布，每根机臂根部均与旋翼轮组件倾转调姿执行机构相连，每根机臂头部均安装有一个旋翼轮组件；控制盒安装在机身顶部，电池安装在机身底部。运动方法分为空中飞行模式、地面行驶模式和陡坡及直立面攀爬模式。本发明专利技术既拥有传统的空中飞行模式，同时还拥有地面行驶模式和陡坡及直立面攀爬模式，在多运动模式下实现了空地全方位运动，与高耗能的传统单一空中巡航相比，能够以低能耗的地面行驶模式替代，有效提高了机器人的最大航程。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无人飞行器，特别是涉及一种旋翼驱动式可变形空地全方位运动机器人及运动方法。

技术介绍

1、四旋翼机器人属于无人飞行器的一种机型，因其具有六个自由度的特点，可以实现空中稳定悬停与各个方位的飞行，在农药喷洒、物资递送等方面具有突出优势。

2、然而，传统的四旋翼机器人仅具有空中飞行模式，由于运动模式单一，导致四旋翼机器人的应用场景受到一定限制，并且四旋翼机器人巡航过程中的能耗较大，进一步限制了其最大航程。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种旋翼驱动式可变形空地全方位运动机器人及运动方法，既拥有与传统四旋翼机器人完全相同的空中飞行模式，同时还可以拥有地面行驶模式和陡坡及直立面攀爬模式，在多运动模式下实现了空地全方位运动，与高耗能的传统单一空中巡航相比，能够以低能耗的地面行驶模式替代，有效提高了机器人的最大航程。

2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种旋翼驱动式可变形空地全方位运动机器人，包括机身、机臂、旋翼轮组件、旋翼轮组件倾转调姿执行机构、控制盒及电池；所述旋翼轮组件倾转调姿执行机构安装在机身内部；所述机臂数量为四根，四根机臂沿机身周向均匀分布，每根机臂的根部均与旋翼轮组件倾转调姿执行机构相连，每根机臂的头部均安装有一个旋翼轮组件；所述控制盒安装在机身顶部，所述旋翼轮组件和旋翼轮组件倾转调姿执行机构均与控制盒进行电连接；所述电池安装在机身底部；所述旋翼轮组件、旋翼轮组件倾转调姿执行机构及控制盒均由电池供电。</p>

3、所述旋翼轮组件倾转调姿执行机构包括舵机、传动盘、横向传动轴、横轴传动块、横轴传动杆、纵向传动轴、纵轴传动块及纵轴传动杆；所述舵机固定安装在机身上，舵机的动力输出轴朝下；所述传动盘水平固连在舵机的动力输出轴上；所述横向传动轴和纵向传动轴呈十字形分布且位于传动盘下方，横向传动轴和纵向传动轴均通过轴承座转动连接在机身上；所述横轴传动块固定安装在横向传动轴上，所述横轴传动杆下端铰接在横轴传动块上；所述纵轴传动块固定安装在纵向传动轴上，所述纵轴传动杆下端铰接在纵轴传动块上；在所述传动盘上分别开设有横轴传动孔槽和纵轴传动孔槽，横轴传动孔槽和纵轴传动孔槽呈90°相位分布；所述横轴传动杆上端杆体穿装在横轴传动孔槽内；所述纵轴传动杆上端杆体穿装在纵轴传动孔槽内；所述横向传动轴的两个轴端各自固定连接有一根机臂；所述纵向传动轴的两个轴端各自固定连接有一根机臂。

4、所述旋翼轮组件包括无刷电机、双向旋翼桨叶、电机转接座、万向轮、轮辐支架及轮毂套筒；所述无刷电机固定安装在电机转接座上，电机转接座固定连接在机臂的头部；所述双向旋翼桨叶安装在无刷电机的电机轴上；所述万向轮的轮圈同轴套在双向旋翼桨叶周向，万向轮的轮圈通过轮辐支架与轮毂套筒固定连接，轮毂套筒与万向轮的轮圈同轴分布，轮毂套筒通过轴承套装在电机转接座上，轮毂套筒相对于电机转接座仅具有回转自由度。

5、所述的旋翼驱动式可变形空地全方位运动机器人的运动方法，分为空中飞行模式、地面行驶模式和陡坡及直立面攀爬模式。

6、在飞行运动模式下，四个旋翼轮组件均与地面呈水平分布，旋翼轮组件产生的推力朝向地面，机器人在推力的反作用力下升空飞行。

7、在地面行驶模式下，四个旋翼轮组件均与地面呈垂直分布；

8、当机器人需要直线行进时，与行进方向平行的两个旋翼轮组件不启动，同步启动与行进方向垂直的两个旋翼轮组件，且两个旋翼轮组件产生的推力方向相同；当推力朝后时，机器人在推力的反作用力下向前行进；当推力朝前时，机器人在推力的反作用力下向后行进；

9、当机器人需要原地转向时，仅启动横向传动轴轴向两端的两个旋翼轮组件，或者仅启动纵向传动轴轴向两端的两个旋翼轮组件且两个旋翼轮组件产生的推力方向相反，机器人在推力的反作用力下原地转向；

10、当机器人需要在直线行进过程中转弯时，在机器人直线行进模式基础上，单独启动与行进方向垂直的两个旋翼轮组件中的任意一个；若启动的旋翼轮组件位于行进方向的前端，当旋翼轮组件产生的推力方向朝左时，则机器人向右转弯，当旋翼轮组件产生的推力方向朝右时，则机器人向左转弯；若启动的旋翼轮组件位于行进方向的后端，当旋翼轮组件产生的推力方向朝左时，则机器人向左转弯，当旋翼轮组件产生的推力方向朝右时，则机器人向右转弯。

11、在陡坡及直立面攀爬模式下，四个旋翼轮组件均与地面呈倾斜状态；

12、机器人在攀爬陡坡或直立面前，先行驶到地面与陡坡或直立面的交汇处，由前端的两个倾斜旋翼轮组件产生的斜向下推力，该推力会进一步分解为向后的分力和向下的分力，在向下分力的反作用力下，前端的两个倾斜旋翼轮组件会沿着陡坡或直立面抬升移动；由后端的两个倾斜旋翼轮组件产生的斜向下推力，该推力也会分解为向后的分力和向下的分力，在向后分力的反作用力下，后端的两个倾斜旋翼轮组件朝向陡坡或直立面移动；

13、当机器人整体与陡坡或直立面贴靠在一起后，四个倾斜旋翼轮组件同步改变旋向并继续产生的斜向下推力，该推力也会分解为向后的分力和向下的分力，在向后分力的反作用力下，机器人压紧贴靠在陡坡或直立面上，在向下分力的反作用力下，机器人贴靠在陡坡或直立面上向上行进。

14、本专利技术的有益效果：

15、本专利技术的旋翼驱动式可变形空地全方位运动机器人及运动方法，既拥有与传统四旋翼机器人完全相同的空中飞行模式，同时还可以拥有地面行驶模式和陡坡及直立面攀爬模式，在多运动模式下实现了空地全方位运动，与高耗能的传统单一空中巡航相比，能够以低能耗的地面行驶模式替代，有效提高了机器人的最大航程。

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【技术保护点】

1.一种旋翼驱动式可变形空地全方位运动机器人，其特征在于：包括机身、机臂、旋翼轮组件、旋翼轮组件倾转调姿执行机构、控制盒及电池；所述旋翼轮组件倾转调姿执行机构安装在机身内部；所述机臂数量为四根，四根机臂沿机身周向均匀分布，每根机臂的根部均与旋翼轮组件倾转调姿执行机构相连，每根机臂的头部均安装有一个旋翼轮组件；所述控制盒安装在机身顶部，所述旋翼轮组件和旋翼轮组件倾转调姿执行机构均与控制盒进行电连接；所述电池安装在机身底部；所述旋翼轮组件、旋翼轮组件倾转调姿执行机构及控制盒均由电池供电。

3.根据权利要求1所述的旋翼驱动式可变形空地全方位运动机器人，其特征在于：所述旋翼轮组件包括无刷电机、双向旋翼桨叶、电机转接座、万向轮、轮辐支架及轮毂套筒；所述无刷电机固定安装在电机转接座上，电机转接座固定连接在机臂的头部；所述双向旋翼桨叶安装在无刷电机的电机轴上；所述万向轮的轮圈同轴套在双向旋翼桨叶周向，万向轮的轮圈通过轮辐支架与轮毂套筒固定连接，轮毂套筒与万向轮的轮圈同轴分布，轮毂套筒通过轴承套装在电机转接座上，轮毂套筒相对于电机转接座仅具有回转自由度。

4.权利要求1所述的旋翼驱动式可变形空地全方位运动机器人的运动方法，其特征在于：分为空中飞行模式、地面行驶模式和陡坡及直立面攀爬模式。

5.根据权利要求4所述的旋翼驱动式可变形空地全方位运动机器人的运动方法，其特征在于：在飞行运动模式下，四个旋翼轮组件均与地面呈水平分布，旋翼轮组件产生的推力朝向地面，机器人在推力的反作用力下升空飞行。

6.根据权利要求4所述的旋翼驱动式可变形空地全方位运动机器人的运动方法，其特征在于：在地面行驶模式下，四个旋翼轮组件均与地面呈垂直分布；

7.根据权利要求4所述的旋翼驱动式可变形空地全方位运动机器人的运动方法，其特征在于：在陡坡及直立面攀爬模式下，四个旋翼轮组件均与地面呈倾斜状态；

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【技术特征摘要】

2.根据权利要求1所述的旋翼驱动式可变形空地全方位运动机器人，其特征在于：所述旋翼轮组件倾转调姿执行机构包括舵机、传动盘、横向传动轴、横轴传动块、横轴传动杆、纵向传动轴、纵轴传动块及纵轴传动杆；所述舵机固定安装在机身上，舵机的动力输出轴朝下；所述传动盘水平固连在舵机的动力输出轴上；所述横向传动轴和纵向传动轴呈十字形分布且位于传动盘下方，横向传动轴和纵向传动轴均通过轴承座转动连接在机身上；所述横轴传动块固定安装在横向传动轴上，所述横轴传动杆下端铰接在横轴传动块上；所述纵轴传动块固定安装在纵向传动轴上，所述纵轴传动杆下端铰接在纵轴传动块上；在所述传动盘上分别开设有横轴传动孔槽和纵轴传动孔槽，横轴传动孔槽和纵轴传动孔槽呈90°相位分布；所述横轴传动杆上端杆体穿装在横轴传动孔槽内；所述纵轴传动杆上端杆体穿装在纵轴传动孔槽内；所述横向...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶长龙，马鑫宇，汪宏宇，于苏洋，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：

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