【技术实现步骤摘要】
一种变形多栖机器人及控制方法
本专利技术属于机器人
，特别是涉及一种变形多栖机器人及控制方法。
技术介绍
根据工作环境的不同，机器人可分为空中飞行类机器人、陆地航行类机器人和水中航行类机器人。空中方面，最有代表的便是无人机，而无人机目前已经广泛的应用到诸多领域和行业中。陆地方面，轮式、履带式、肢节式机器人都在快速发展，技术也越发成熟，同样也已经广泛的应用到诸多领域和行业中。水中方面，无论是水面航行器，还是潜航器，在水文科研、资源勘探等领域的地位已经越来越重要。目前，种类繁多的机器人主要以单栖机器人为主，但面对复杂的工作环境，单栖单栖机器人越来越难以完成任务，为此越来越多的两栖机器人逐渐被研发和制造，虽然两栖机器人能够在一定程度上弥补单栖机器人的弱点，但在复杂的工作环境下仍然存在很大的局限性，特殊情况下两栖机器人仍然不能很好的完成任务目标。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种变形多栖机器人及控制方法，能够实现水陆空三栖作业，能够在复杂工作环境下无间隙的进行不同工作模式下的...
【技术保护点】
1.一种变形多栖机器人，其特征在于：包括机身、机翼、多功能车轮及车轮姿态调整组件，所述机翼数量为两个，两个机翼对称安装在机身顶部左右两侧；所述多功能车轮数量为四个，四个多功能车轮在机身四周均布设置，机身与每个多功能车轮之间均通过车轮姿态调整组件相连。/n
【技术特征摘要】
1.一种变形多栖机器人，其特征在于：包括机身、机翼、多功能车轮及车轮姿态调整组件，所述机翼数量为两个，两个机翼对称安装在机身顶部左右两侧；所述多功能车轮数量为四个，四个多功能车轮在机身四周均布设置，机身与每个多功能车轮之间均通过车轮姿态调整组件相连。
2.根据权利要求1所述的一种变形多栖机器人，其特征在于：所述机身内部分别设有前货仓、中部货仓、后货仓、左货仓及右货仓；所述中部货仓分为上下两层，两层之间由密封隔板进行分隔，上层空间用于储物，在下层空间分别安装有主控制器、重心调节器、通讯器、压力调节器、电源管理器及卫星导航器；在所述机身前端安装有图像识别相机、激光雷达及空速管；所述左货仓分为上下两层，两层之间由密封隔板进行分隔，上层空间用于储物，下层空间包括第一机身重心调节室和第一蓄水舱，在第一机身重心调节室内安装有第一机身重心调节机构，在第一机身重心调节机构上设置有蓄水舱调压组件；所述右货仓分为上下两层，两层之间由密封隔板进行分隔，上层空间用于储物，下层空间包括第二机身重心调节室和第二蓄水舱，在第二机身重心调节室内安装有第二机身重心调节机构，在第二机身重心调节机构上设置有中枢供能组件；在所述第一蓄水舱和第二蓄水舱内均设置有水压传感器；所述第一机身重心调节室与第二机身重心调节室左右对称分布，所述第一蓄水舱与第二蓄水舱左右对称分布。
3.根据权利要求2所述的一种变形多栖机器人，其特征在于：所述第一机身重心调节机构和第二机身重心调节机构结构相同，均包括矢量电机、主动带轮、从动带轮、皮带、导向滑轨、滑块及滑台板；所述导向滑轨采用平行双轨结构，所述皮带传动连接在主动带轮与从动带轮之间，皮带位于两根导向滑轨中间，皮带与导向滑轨相平行，所述主动带轮固装在矢量电机的电机轴上；所述滑块安装在导向滑轨上，所述滑台板水平固装在滑块上，滑台板通过滑块可沿导向滑轨直线移动，滑台板下表面与皮带相固连；所述蓄水舱调压组件安装在第一机身重心调节机构的滑台板上，所述中枢供能组件安装在第二机身重心调节机构的滑台板上。
4.根据权利要求2所述的一种变形多栖机器人，其特征在于：所述第一蓄水舱和第二蓄水舱结构相同，均分为上下两层，两层之间由隔水膜进行分隔，上层空间作为气体仓，下层空间作为水仓，所述水仓的仓底板上开设有通水孔，水仓通过通水孔与机身外部连通，在通水孔处设置有电动密封盖；所述蓄水舱调压组件包括空压机及高压气瓶，空压机的吸气口通过管路与气体仓相连通，空压机的排气口与高压气瓶的进气口相连通，高压气瓶的出气口通过管路与气体仓相连通。
5.根据权利要求2所述的一种变形多栖机器人，其特征在于：所述中枢供能组件包括燃料电池、蓄电池及电源转换器，所述燃料电池和蓄电池通过电源线与电源转换器的电力输入端口相连，电源转换器的电力输出端口通过电源线为机器人的全部用电部件进行供电。
6.根据权利要求1所述的一种变形多栖机器人，其特征在于：所述机翼上表面安装有太阳能电池，在机翼的翼根处连接有机翼收展驱动电机，机翼收展驱动电机嵌装在机身上。
7.根据权利要求1所述的一种变形多栖机器人，其特征在于：所述车轮姿态调整组件包括第一调姿电机、第一支臂、第二调姿电机及第二支臂，所述第一调姿电机嵌装在机身上，所述第一支臂一端固连在第一调姿电机的电机轴上，第一支臂另一端与第二支臂一端相铰接，所述多功能车轮连接在第二支臂另一端；所述第二调姿电机安装在第一支臂与第二支臂的铰接处，第二调姿电机用于驱动第二支臂做摆转运动，所述第一调姿电机用于驱动第一支臂做回转运动。
8.根据权利要求7所述的一种变形多栖机器人，其特征在于：所述多功能车轮包括橡胶轮胎、原磁体轮毂、电磁套筒、转接轴及涵道动力机构；所述橡胶轮胎固定套装在原磁体轮毂上，原磁体轮毂套装在电磁套筒上，原磁体轮毂内表面与电磁套筒外表面滑动接触配合；所述涵道动力机构位于电磁套筒内侧，所述转接轴穿过原磁体轮毂的中心孔，转接轴一端与第二支臂相固连，所述涵道动力机构连接在转接轴的另一端。
9.根据权利要求8所述的一种变形多栖机器人，其特征在于：所述涵道动力机构包括叶片、外转子电机及整流罩；所述外转子电机的内定子轴与转接轴相固连，外转子电机的转子外套上均布有若干叶片安装座，叶片安装座采用直杆形结构，每个叶片安装座上均固装有一个叶片，叶片的根部固连在叶片安装座上，在叶片的顶部中心固设有销柱，在所述电磁套筒的内表面开设有销孔，销柱位于销孔内，销柱可在销孔内自由转动；在所述外转子电机的转子外套表面开设有滑槽，叶片安装座滑动连接在滑槽内，所述整流罩扣装在外转子电机顶部，在整流罩内部的外转子电机上设置有叶片转角调整电机，在叶片转角调整电机的电机轴上串联固装有第一卷线轮和第二卷线轮，在所述外转子电机上分别设置有第一导向器、第二导向器、第一分向柱及第二分向柱，所述第一卷线轮与线索一端缠绕连接，线索另一端首先穿过第一导向器，再绕过第一分向柱，然后依次固定穿过所有叶片安装座端部穿线孔，之后再绕过第二分向柱，最后穿过第二导向器后缠绕连接在第二卷线轮上，且线索在第一卷线轮和第二卷线轮上的缠绕方向相反。
10.权利要求1所述的变形多栖机器人的控制方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：设定变形多栖机器人的工作模式，分别为地面工作模式、空中工作模式、水面工作模式及水下工作模式；
步骤二：设定叶片转角，分别为第一档叶片转角、第二档叶片转角及第三档叶片转角；当叶片处于第一档叶片转角时，涵道动力机构不产生推力；当叶片处于第二档叶片转角时，涵道动力机构在空中产生最大推力；当叶片处于第三档叶片转角时，涵道动力机构在水中产生最大推力；
步骤三：设定机翼展角，分别为第一档机翼展角、第二档机翼展角及第三档机翼展角；当机翼处于第一档机翼展角时，机翼在空中不产生升力；当机翼处于第二档机翼展角时，机翼在空中产生中等升力；当机翼处于第三档机翼展角时，机翼在空中产生最大升力；
步骤四：设定车轮姿态，分别为地面行驶姿态、空中垂直飞行姿态、空中水平飞行姿态、水面滑行姿态、水中水平航行姿态、水中下潜姿态及水中上浮姿态；当车轮姿态处于地面行驶姿态时，四个车轮的姿态相同，四个车轮姿态调整组件中的第一支臂与第二支臂的夹角均为90°，左前车轮和左后车轮均水平朝向机身左侧，右前车轮和右后车轮均水平朝向机身右侧；当车轮姿态处于空中垂直飞行姿态时，四个车轮的姿态相同，四个车轮姿态调整组件中的第一支臂与第二支臂的夹角均为90°，四个车轮均竖直朝向机身正上方；当车轮姿态处于空中水平飞行姿态或水中水平航行姿态时，四个车轮的姿态相同，车轮姿态调整组件中的第一支臂与第二支臂的夹角均为180°，左前车轮和右前车轮均水平朝向机身正前方，左后车轮和右后车轮均水平朝向机身正后方；当车轮姿态处于水面滑行姿态时，左前车轮和右前车轮的姿态相同，左后车轮和右后车轮的姿态相同，左前车轮和右前车轮的车轮姿态调整组件中的第一支臂与第二支臂的夹角均为120°，左前车轮和右前车轮均倾斜朝向机身斜上方，左后车轮和右后车轮的车轮姿态调整组件中的第一支臂与第二支臂的夹角均为180°，左后车轮和右后车轮均水平朝向机身正后方；当车轮姿态处于水中下潜姿态时，左前车轮和右前车轮的姿态相同，左后车轮和右后车轮的姿态相同，左前车轮和右前车轮的车轮姿态调整组件中的第一支臂与第二支臂的夹角均为90°～120°，左前车轮和右前车轮均倾斜朝向机身斜下方，下潜过程中左前车轮和右前车轮相对于水体始终保持竖直朝下，左后车轮和右后车轮的车轮姿态调整组件中的第一支臂与第二支臂的夹角均为180°，左后车轮和右后车轮均水平朝向机身正后方；当车轮姿态处于水中上浮姿态时，左前车轮和右前车轮的姿态相同，左后车轮和右后车轮的姿态相同，左前车轮和右前车轮的车轮姿态调整组件中的第一支臂与第二支臂的夹角均为90°～120°，左前车轮和右前车轮均倾斜朝向机身斜上方，上浮过程中左前车轮和右前车轮相对于水体始终保持竖直朝上，左后车轮和右后车轮的车轮姿态调整组件中的第一支臂与第二支臂的夹角均为180°，左后车轮和右后车轮均水平朝向机身正后方；
步骤五：执行地面工作模式、空中工作模式、水面工作模式或水下工作模式，以及在不同工作模式间转换；
一、地面工作模式
叶片转角调整到第一档叶片转角，机翼展角调整到第一档机翼展角，车轮姿态调整到地面行驶姿态，电磁套筒通电，使电磁套筒与原磁体轮毂吸附在一起，外转子电机启动，依次带动叶片、电磁套筒、原磁体轮毂及橡胶轮胎转动，使变形多栖机器人行驶在地面上；
二、地面工作模式转换到空中工作模式
①、垂直起飞
首先使变形多栖机器人静止在地面上，叶片转角调整到第二档叶片转角，机翼展角调整到第二档机翼展角，车轮姿态调整到空中垂直飞行姿态，电磁套筒断电，电磁套筒与原磁体轮毂脱离吸附，外转子...
【专利技术属性】
技术研发人员：姬书得，王海瑞，胡为，宋崎，龚鹏，岳玉梅，熊需海，杨康，王留芳，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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