一种组合分离式旋翼与足式移动操作机器人制造技术

本发明专利技术公开一种多旋翼飞行机器人和多足腿臂融合机器人，包括多旋翼飞行机构、多足步行操作机构，以及实现多旋翼飞行机构与多足步行操作机构两者结合与分离的组合分离机构。上述多旋翼飞行机构包含四旋翼、六旋翼、八旋翼等飞行机构，多足移动操作机构包括四足、六足、八足等移动操作机构。所述组合分离机构包括上连接模块与下连接模块，分别安装于多旋翼飞行机构底部与多足步行操作机构顶部，通过两者间锁定配合，可实现空中飞行、支撑面飞爬、陆地攀爬行走以及相应的操作功能，并可通过机器人机构的组合分离，完成多模式空地协同作业。

A combined detachable rotor and foot mobile robot

The invention discloses a multi-rotor flying robot and a multi-legged arm fusion robot, including a multi-rotor flying mechanism, a multi-legged walking manipulator, and a combined separating mechanism for realizing the combination and separation of the multi-rotor flying mechanism and the multi-legged walking manipulator. The multi-rotor flying mechanism includes four rotors, six rotors, eight rotors and other flying mechanisms, and the multi-legged moving operating mechanism includes four-legged, six-legged, eight-legged and other moving operating mechanisms. The combined separating mechanism comprises an upper connecting module and a lower connecting module, which are respectively installed at the bottom of the multi-rotor flying mechanism and the top of the multi-legged walking manipulator. By locking and cooperating between the two modules, the flying in the air, the climbing on the supporting surface, the climbing on the land and the corresponding operation functions can be realized, and the robot mechanism can be passed through a group. Separation and completion of multi-mode air to ground collaborative operation.

【技术实现步骤摘要】
一种组合分离式旋翼与足式移动操作机器人
本专利技术属于机器人学、机构学、空气动力学等领域，涉及一类组合分离式旋翼与足式移动操作机器人。
技术介绍
移动机器人的运动方式从大类上可以分为空中飞行、陆地移动、水下游动三种。在飞行机器人中，多旋翼无人机平台由于具有结构简单、功能性强、易于实现等一系列特点，近10年来得到了持续的关注和飞速的发展。相比固定翼平台，多旋翼无人机平台可以实现悬停和垂直起降的特点极大地拓展了其应用范围。相比直升机平台，多旋翼无人机平台结构简单、动态特性更好。陆地移动机器人中，多足步行机器人由于其与支撑面是点接触，不需要连续的支撑面，可以在各种复杂的地形上运动，相对轮式和履带式的移动机器人，更适应凹凸不平的复杂地面环境。多足腿臂融合机器人是具有腿臂融合分支的多足步行机器人，功能复用的腿臂融合分支使多足腿臂融合机器人除具有多足步行机器人的良好地形适应性外，还具备灵活的操作功能。但是，任一种移动方式在兼具优点情况下，也有自身的局限性。多旋翼飞行机器人相比多足腿臂融合机器人具有更广阔的运动范围和更快的运动速度，且其飞行高度优势使其通讯能力受环境影响较小，但其高度的约束限制了其对地面目标信息获取的精度，多足腿臂融合机器人则具有很好的地形适应性和灵巧操作能力，可以精确定位地面目标，并执行相关的地面任务，但其通讯却很容易受到地面障碍物的影响。并且，以仿生学角度来看，自然界中的飞鸟、昆虫等的物种都具有翅膀和足爪，除具备飞行能力外还具备攀爬行走与操作能力。
技术实现思路
针对上述多旋翼飞行机器人和多足腿臂融合机器人各自的优点和不足，为提高机器人的复杂环境适应性及满足更高的功能需求，本专利技术提出一种组合分离式旋翼与足式移动操作机器人，将多旋翼飞行和多足移动操作有机结合，相互弥补两者的不足。本专利技术组合分离式旋翼与足式移动操作机器人，包括多旋翼飞行机构与多足步行操作机构。多旋翼飞行机构与多足步行操作机构上分别安装有上连接模块与下连接模块，通过上连接模块与下连接模块间的配合，实现多旋翼飞行机构与多足步行操作机构间的对接；且对接后具有三种工作模式，分别为：飞行模式、飞爬模式和行走模式。飞行模式组合形态下，足式行走操作机构作为多旋翼飞行机构负载，由多旋翼飞行机构携带飞行。飞爬模式组合形态下，多旋翼飞行机构与足式行动操作机构都作为动力源，二者互不作为负载时，多旋翼飞行机构依靠自身旋翼旋转提供的浮力，足式行走操作机构依靠自身足端的支撑力；二者在互为负载时，依靠二者同时提供动力以实现在斜面或壁面的飞爬作业。行走模式组合形态下，多旋翼飞行机构作为足式行走操作机构的负载，由足式行走操作机构携带多旋翼飞行机构行走。本专利技术的优点在于：1、本专利技术组合分离式旋翼与足式移动操作机器人，是一种基于多旋翼飞行机构和多足行走操作机构组合、拆分一体化设计的新型多功能移动操作机器人，能够很好的满足当下机器人多功能、高适应性的需求。2、本专利技术组合分离式旋翼与足式移动操作机器人，可以实现多旋翼飞行机构和多足行走移动操作机构的分离与组合，从而兼具多旋翼飞行机器人的大范围、远距离快速机动的特性，和多足腿臂融合机器人良好的地形适应性和灵巧操作能力，并可实现二者的有机协同做业。3、本专利技术组合分离式旋翼与足式移动操作机器人，相较于传统移动机器人单一运动模式的局限性，兼具飞行、飞爬、行走三种移动模式，并且可实现三种移动模式下的操作功能。附图说明图1为本专利技术组合分离式旋翼与足式移动操作机器人组合形态下的飞行与飞爬模式示意图；图2为本专利技术组合分离式旋翼与足式移动操作机器人中多旋翼飞行机构示意图；图3为本专利技术组合分离式旋翼与足式移动操作机器人中多足步行操作机构示意图；图4为本专利技术组合分离式旋翼与足式移动操作机器人的组合分离机构中上连接模块结构示意图；图5为本专利技术组合分离式旋翼与足式移动操作机器人的组合分离机构中下连接模块结构示意图；图6为本专利技术组合分离式旋翼与足式移动操作机器人组合形态下的行走模式示意图。图中：1-多旋翼飞行机构2-组合分离机构3-多足步行操作机构101-飞行机构本体组件102-机翼臂组件103-本体下挂载组件104-旋翼201-上连接模块201a-上连接板201b-连杆201c-缓冲弹簧201d-滑块201e-底板201f-上支撑杆201g-下支撑杆202-下连接模块202a-套筒202b-下连接板201c-缓冲弹簧201d-滑块201e-底板201f-上支撑杆201g-下支撑杆301-腿臂融合机构本体组件302-单腿分支具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术组合分离式旋翼与足式移动操作机器人，物理机械结构包括多旋翼飞行机构1、组合分离机构2和多足步行操作机构3，如图1所示。同时在物理机械结构的基础上搭建控制系统和传感系统，并配置动力元件。所述多旋翼飞行机构1涵盖四旋翼、六旋翼、八旋翼等飞行机构；多足行走操作机构3涵盖四足、六足、八足等行走操作机构。在此仅选用六旋翼飞行机构和四足腿臂融合机构进行说明。所述六旋翼飞行机构主要包括飞行机构本体组件101、6条机翼臂组件102以及本体下挂载组件103，如图2所示。其中，飞行机构本体组件101周向均布6条机翼臂组件102。6条机翼臂组件102外端端部安装有由电机驱动的旋翼104，且相邻机翼臂组件102上的旋翼104构型不同，以使旋转方向相反。飞行机构本体组件101下方安装有本体下挂载组件103，其上除安装有电池组，传感器等辅助元件外，还可安装摄像头组件，摄像头云台含有沿垂直轴和水平轴两个转动自由度。四足腿臂融合机构包括腿臂融合机构本体组件301与4条单腿分支302，如图3所示。腿臂融合机构本体组件301为矩形结构，4条单腿分支302在腿臂融合机构主体组件301左右各安装两条，且最优对称布置。4条单腿分支302中包含3条普通单腿分支以及1条腿臂融合单腿。且4条单腿分支302中，髋关节舵机安装位置与腿臂融合机构本体组件301对称轴成45°方位。上述单腿分支302自由度越多，腿就越灵活，但其设计、控制难度和腿的质量将逐步地增大。本专利技术示例中普通腿单腿分支组件包含3个自由度，腿臂融合分支组件包含5个自由度。4条单腿结构的自由度均采用舵机输出，实现行走和操作功能。所述组合分离机构2安装于腿臂融合机构本体组件301顶面，用于实现上述六旋翼飞行机构与四足腿臂融合机构间的对接以及分离。组合分离机构2包括上连接模块201与下连接模块202，如图2、图3所示。其中，上连接模块201与六旋翼飞行机构固连，可简化为圆周分布的3个平面四杆机构，包括上连接板201a、连杆201b、缓冲弹簧201c、滑块201d、底板201e与支撑杆组件，如图4所示。其中，上连接板201a安装于本体下挂载组件103上，水平设置。用于其他组成部分的安装。连杆201b竖直设置，顶端固定安装于上连接板201a底面中心位置。下端固定于底板201e中心位置。滑块201d套于连杆201b上，可沿连杆201b上下滑动；同时连杆201b上还套有缓冲弹簧201c，缓冲弹簧201c位于滑块201d与上连接板201a之间，当滑块201d上移后压缩，并通过缓冲弹簧201c的回弹力，使滑块201d归位。上述底板201e与滑块201d均为圆形板状结构，底板2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种组合分离式旋翼与足式移动操作机器人，包括多旋翼飞行机构与多足步行操作机构；其特征在于：多旋翼飞行机构与多足步行操作机构上分别安装有上连接模块与下连接模块，通过上连接模块与下连接模块间的配合，实现多旋翼飞行机构与多足步行操作机构间的对接；且对接后具有三种工作模式，分别为：飞行模式、飞爬模式和行走模式；飞行模式组合形态下，足式行走操作机构作为多旋翼飞行机构负载，由多旋翼飞行机构携带飞行；飞爬模式组合形态下，多旋翼飞行机构与足式行动操作机构都作为动力源，二者互不作为负载时，多旋翼飞行机构依靠自身旋翼旋转提供的浮力，足式行走操作机构依靠自身足端的支撑力；二者在互为负载时，依靠二者同时提供动力以实现在斜面或壁面的飞爬作业；行走模式组合形态下，多旋翼飞行机构作为足式行走操作机构的负载，由足式行走操作机构携带多旋翼飞行机构行走。

【技术特征摘要】
1.一种组合分离式旋翼与足式移动操作机器人，包括多旋翼飞行机构与多足步行操作机构；其特征在于：多旋翼飞行机构与多足步行操作机构上分别安装有上连接模块与下连接模块，通过上连接模块与下连接模块间的配合，实现多旋翼飞行机构与多足步行操作机构间的对接；且对接后具有三种工作模式，分别为：飞行模式、飞爬模式和行走模式；飞行模式组合形态下，足式行走操作机构作为多旋翼飞行机构负载，由多旋翼飞行机构携带飞行；飞爬模式组合形态下，多旋翼飞行机构与足式行动操作机构都作为动力源，二者互不作为负载时，多旋翼飞行机构依靠自身旋翼旋转提供的浮力，足式行走操作机构依靠自身足端的支撑力；二者在互为负载时，依靠二者同时提供动力以实现在斜面或壁面的飞爬作业；行走模式组合形态下，多旋翼飞行机构作为足式行走操作机构的负载，由足式行走操作机构携带多旋翼飞行机构行走。2.如权利要求1所述一种组合分离式旋翼与足式移动操作机器人，其特征在于:多旋翼飞行机构与足式行走操作机构处于分离形态，进入双机协同模式，多旋翼飞行机构飞在空中，而足式行走操作机构行走在地面；由多旋翼飞行机构为足式行走操作机构提供通讯中继。3.如权利要求1所述一种组合分离式旋翼与足式移动操作机器人，其特征在于:上连接模块包括上连接板、连杆、缓冲弹簧、滑块、底板与支撑杆组件；其中，上连接板用于与多旋翼飞行机构相连；连杆竖直设置，顶端安装于上连接板中心；下端固定于底板中心位置；滑块套于连杆上；连杆上还套有缓冲弹簧，缓冲弹簧位于滑块与上连接板之间；上述底板周向上均设有下连接槽，同时滑块上周向对应位置均设有上连接槽；相互对应的...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐坤，马汉新，丁希仑，郭品，孟昕，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11