一种可变结构多模式移动机器人制造技术

本发明专利技术公开一种可变结构多模式移动机器人，通过设计由共轴双桨电机驱动的双螺旋桨提供升力；该共轴双桨电机上由内至外套有内旋转平台与外旋转平台；通过舵机连杆组件进行两平台旋转控制，使内旋转平台绕x轴与y轴旋转运动。上述结构整体外部套接用于连接腿部部件的环形连接件。四套腿部部件绕机身Z轴均匀对称布置，每个腿部部件具有3个自由度，由舵机实现各关节间的转动控制，且在腿部部件处于收拢状态时，通过对四套腿部部件的控制，使在连接部件两侧位置形成拼接形成圆环形结构，使本发明专利技术机器人除可进行飞行模式、地面行走模式外，还具有地面滚动模式和飞爬结合模式，便于在复杂地形环境下进行侦察探测等作业。地形环境下进行侦察探测等作业。地形环境下进行侦察探测等作业。

【技术实现步骤摘要】
一种可变结构多模式移动机器人


[0001]本专利技术属于机械设计领域，涉及一种可变结构多模式移动机器人。

技术介绍

[0002]传统的机器人通常只有单一的运动模式，如轮式或履带式前进、足式行走、空中飞行、水下航行等。但机器人应用的环境往往是复杂多变的，单一运动模式的机器人往往难以取得好的效果。例如，勘测机器人通常需要越过障碍，穿过河流，轮式和履带机器人通常难以胜任。足式机器人可以在崎岖地形下行走，但其速度较慢，可靠性不足，也无法翻越陡坡和水流。飞行机器人可以在空中进行探测，不受地形影响，但其消耗能量大，作业时间短。因此，开发一种能够进行多模式移动的机器人具有重要的意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了解决上述问题，提出一种可变结构多模式移动机器人，主要满足机器人在复杂地形下稳定可靠运动的要求，适合在地形环境多变的条件下移动作业。
[0004]本专利技术的一种可变结构多模式移动机器人，其特征在于：包括飞行部件、连接部件、腿部部件与控制部件。
[0005]所述飞行部件为由共轴双桨电机驱动的反向旋转的两个螺旋桨。共轴双桨电机上由内至外套有内旋转平台与外旋转平台；内旋转平台与共轴双桨电机固定；外旋转平台x轴方向两侧与内旋转平台间铰接，同时y轴方向两侧与固定基座铰接；由此使内旋转平台绕x轴与y轴旋转运动。
[0006]所述连接部件为环形，套于飞行部件外侧，周向上与固定基座连接。连接部件用于连接四套腿部部件。四套腿部部件绕机身Z轴均匀对称布置，共有12个自由度，其中每个腿部部件具有3个自由度，关节结构布置和哺乳动物关节布置类似，由舵机实现各关节间的转动控制，且在腿部部件处于收拢状态时，通过对四套腿部部件的控制，使在连接部件两侧位置形成拼接形成圆环形结构。
[0007]所述控制部件安装于飞行部件下方，包括保护盒以及保护盒内的电池、控制板与驱动器。
[0008]本专利技术可变结构多模式移动机器人，具有四种运动模式，飞行模式，地面行走模式、地面滚动模式和飞爬结合模式。
[0009]飞行模式下，机器人依靠飞行部件产生升力，控制飞行方向和飞行高度。
[0010]地面行走模式下，机器人通过腿部部件进行静步态或动步态行走运动，在行走控制时，机器人四条腿按照一定规律周期处于支撑和摆动状态，根据步态控制算法计算腿部足端的位置坐标，再解算出各个关节控制舵机末端连杆、中部连杆与前端连杆的旋转角度即可。
[0011]滚动模式下，腿部部件处于收拢状态，连接部件两侧的圆环结构与地面接触，通过控制腿部部件向外摆动，产生对机体的前向推力。
[0012]在飞爬结合模式下，机器人受到飞行部件和腿部部件的同时控制，飞行部件产生向上的拉力。
[0013]本专利技术的优点在于：
[0014](1)本专利技术可变结构多模式移动机器人，具有可变结构的特性，并具有爬行、飞行和滚动等多种形式运动的功能，便于在复杂地形环境下进行侦察探测等作业。
[0015](2)本专利技术可变结构多模式移动机器人，在机械腿折叠后对螺旋桨有保护作用，适合在狭窄空间内飞行。
[0016](3)本专利技术可变结构多模式移动机器人，可以通过机械腿末端位置的调整降落在崎岖地面上。
附图说明
[0017]图1为本专利技术可变结构多模式移动机器人腿部部件展开状态结构示意图。
[0018]图2为本专利技术可变结构多模式移动机器人飞行部件结构示意图。
[0019]图3为本专利技术可变结构多模式移动机器人连接部件安装方式示意图。
[0020]图4为本专利技术可变结构多模式移动机器人腿部部件收拢状态示意图。
[0021]图5是本专利技术可变结构多模式移动机器人滚动90度前后对比示意图。
[0022]图中：
[0023]1-飞行部件
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2-连接部件
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3-腿部部件
[0024]4-控制部件
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5-控制部件
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101-共轴双桨电机
[0025]102-螺旋桨
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103-内旋转平台
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104-外旋转平台
[0026]105-舵机连杆组件
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106-固定基座
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105a-驱动舵机
[0027]105b-摇臂
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105c-拉杆
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301-末端连杆
[0028]302-中部连杆
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303-前端连杆
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304-末端驱动舵机
[0029]305-中部驱动舵机
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306-前部驱动舵机
具体实施方式
[0030]下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。
[0031]本专利技术是一种可变结构多模式移动机器人，包括飞行部件1、连接部件2、腿部部件3与控制部件4。
[0032]所述飞行部件1包括共轴双桨电机101、螺旋桨102、内旋转平台103、外旋转平台104、舵机连杆组件105与固定基座106，如图2所示。
[0033]其中，共轴双桨电机101具有两个无刷电机，两个无刷电机上下同轴设置。其中上方无刷电机输出轴为空心轴，下方无刷电机输出轴为实心轴，下方无刷电机输出轴穿过上方无刷电机输出轴。螺旋桨102为两个，上下同轴设置，分别固定于两个无刷电机的输出轴上，由此通过两个无刷电机可驱动两个螺旋桨102绕两个无刷电机轴线沿顺时针和逆时针方向转动，产生对机器人的拉力。同时增加或降低两个螺旋桨102的转速，可增大或减小对机器人的拉力，实现机器人飞行升降控制。因两个螺旋桨102转向方向相反，旋转过程中对机器人产生的反扭矩作用方向相反；当两个螺旋桨102转速相同时，产生的反扭矩作用相互抵消，当两个螺旋桨转速不同时，反扭矩作用不能抵消，机器人在反扭矩作用下绕竖直方向
Z轴旋转，实现机器人飞行的Z轴旋转控制。
[0034]内旋转平台103与外旋转平台104均采用树脂材料，通过3D打印加工完成。其中，内旋转平台103为矩形框架，固定套接于共轴双桨电机101机体上方；外旋转平台同为矩形框架，套于内旋转平台103外侧；外旋转平台相对侧面与内旋转平台同侧侧面间通过转轴相连，形成转动副，使内旋转平台103间具有绕x轴旋转的自由度。同时外旋转平台另外两个相对侧面与固定基座106两侧的连接面顶部通过转轴相连，形成转动副，使外旋转平台104间具有绕y轴的旋转的自由度，最终使得内旋转平台103具有绕x轴和y轴旋转的自由度。当内旋转平台103与外旋转平台104旋转时可带动共轴双桨电机绕X轴和Y轴转动，使得两个螺旋桨102拉力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可变结构多模式移动机器人，其特征在于：包括飞行部件、连接部件、腿部部件与控制部件；所述飞行部件为由共轴双桨电机驱动的反向旋转的两个螺旋桨；共轴双桨电机上由内至外套有内旋转平台与外旋转平台；内旋转平台与共轴双桨电机固定；外旋转平台x轴方向两侧与内旋转平台间铰接，同时y轴方向两侧与固定基座铰接；由此使内旋转平台绕x轴与y轴旋转运动；所述连接部件为环形，套于飞行部件外侧，周向上与固定基座连接；连接部件用于连接四套腿部部件；四套腿部部件绕机身Z轴均匀对称布置，共有12个自由度，其中每个腿部部件具有3个自由度，关节结构布置和哺乳动物关节布置类似，由舵机实现各关节间的转动控制，且在腿部部件处于收拢状态时，通过对四套腿部部件的控制，使在连接部件两侧位置形成拼接形成圆环形结构。所述控制部件安装于飞行部件下方，包括保护盒以及保护盒内的电池、控制板与驱动器。2.如权利要求1所述一种可变结构多模式移动机器人，其特征在于：内旋转平台绕x轴与y轴旋转运动，分别通过两套舵机连杆组件实现；两套舵机连杆组件分别固定安装于外旋转平台与固定基座上；使外旋转平台转动时，控制内旋转平台的舵机连杆组件会随内旋转平台一同转动。3.如权利要求1所述一种可变结构多模式移动机器人，其特征在于：连接部件通过周向等角度间隔设置的四根碳纤维管与固定基座连接。4.如权利要求1所述一种可变结构多模式移动机器人，其特征在于：每组腿部部件由具有前中后三段连杆，前中段连杆为弧形连杆，后段连杆为直连杆；后段连杆末端与连接部件相连，通过末端驱动电机驱动上下摆动；前中段连杆间通过前部舵机驱动转动；中段连杆末端与后段连杆间相连，通过中部舵机驱动前中段连杆一同前后摆动；当末端连杆转动至与水平面平行，腿部部件达到展开状态；当前部连杆与中部连杆间转动至整体形成半圆弧形，达到收拢准备状态；上述结构的四...

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