一种飞行和爬行跨域多模机器人制造技术

本发明专利技术涉及一种飞行和爬行跨域多模机器人。包括矢量旋翼模块、矢量磁力模块、轮履式驱动模块、尾轮模块等，机器人具备飞行、爬行、混合驱动、起飞降落过渡等多种模式。矢量旋翼模块具备有折叠旋翼的功能，在爬行模式将旋翼折叠减小机器人体积，避免影响爬行作业；矢量磁力模块、尾轮模块可以为机器人爬行提供吸附力，并可在飞行模式下的作为动量摆臂维持机器人的平衡稳定性；多个机器人通过机械电器一体化接口模块串联组合，单个机器人通过机械电器一体化接口模块扩展矢量旋翼模块；机器人可以灵活迅速进行爬行模式与飞行模式的切换，具有在各种角度的工作平面起飞降落、飞越复杂障碍、抵达更广泛的检测地点、进行低能耗高精度检测等能力。检测等能力。检测等能力。

【技术实现步骤摘要】
一种飞行和爬行跨域多模机器人


[0001]本专利技术涉及机器人
，更具体地，涉及一种飞行和爬行跨域多模机器人。

技术介绍

[0002]检测机器人在核工业、造船业、电力以及高空清洁等行业有着巨大的应用前景，它是代替人工进行高危作业和提高作业效率的重要技术；检测机器人常用的移动方式有飞行和爬行两种形式，在工业检测方面采用无人机检测的方式可以较好地满足非接触式检测的工作要求，无人机检测具有检测速度块、检测范围大、不受检测对象材质以及表面结构影响的特点，但由于无人机能耗高、需要与检测对象保持安全飞行距离和受风力等环境因素影响大等，对于接触式检测、近距离检测、精准的检测、较多障碍物环境下的检测、长时间检测的工作，难以满足要求；爬行机器人可以较好地满足接触式检测、近距离检测的工作要求，具有能耗低、检测精度高、能够在狭窄的空间进行检测的特点，但是由于爬行机器人受爬行方式的限制只能在特定的表面爬行，难以跨越不连续平面和复杂表面，且在不同平面之间的过渡的能力有限。
[0003]中国专利CN113978761B公开了一种飞机机身检测机器人，其结构包括多旋翼无人机、吸盘式爬壁机器人、柔性传动装置，解析垫，多旋翼无人机下安装有吸盘式爬壁机器人，吸盘式爬壁机器人上设有柔性传动装置，因无人机加装的摄像头为加载有红外、视频与三维扫描摄像头，可在不同环境光条件下，进行整体快速机身扫描检测，确保视频信息采集的质量，起到的预定位的作用，达到近距离非接触无损检测的目的，利用探环沿被测机身表面滑过时，探环在纠偏件、控制体的配合下，不仅能在被测表面上的微小峰谷流畅滑行，还能沿峰谷作上下运动，即探环可相对解析头伸缩运动，避免与被测表面产生相对偏移。上述方案虽能实现机器人在被测表面滑行，但是滑行的过程仍然需要旋翼为机器人提供附着力，机器人的能耗大。另一方面，上述方案机器人的旋翼朝向是固定的，机器人难以实现降落到竖直面以及结构底面等表面上。

技术实现思路

[0004]本专利技术为克服上述现有技术中的缺陷，提供一种飞行和爬行跨域多模机器人，可以灵活迅速进行机器人的爬行模式与飞行模式两种状态的切换，实现机器人能够在各种角度的工作平面进行运动。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种飞行和爬行跨域多模机器人，包括基座、矢量旋翼模块、矢量磁力模块、轮履式驱动模块、尾轮模块、电池模块、控制器模块、机械电器一体化接口模块、起落架模块；飞行和爬行跨域多模机器人以基座为中心，基座的左右两侧都同轴安装有矢量旋翼模块、矢量磁力模块、轮履式驱动模块三个模块；尾轮模块固定在基座的后侧；电池模块、控制器模块、机械电器一体化接口模块、起落架模块固定在基座上；更具体的，矢量旋翼模块的倾转机构固定在基座上，折展机构穿过基座两侧的旋转轴与倾转机构连接；矢量磁力模块的磁
吸模块旋转机构安装在基座上；轮履式驱动模块的传动机构、轮子驱动电机安装在基座上；尾轮模块的尾轮摆动电机固定在基座上；电池模块、控制器模块、机械电器一体化接口模块、起落架模块固定在基座上；在本专利技术中，所述矢量旋翼模块为机器人飞行提供矢量可控的升力和各向飞行的动力；矢量磁力模块为机器人爬行提供方向和大小可控的吸附力，并可在飞行模式下的作为动量摆臂，辅助飞行稳定或在跌落执行救机动作时用以调整姿态；轮履式驱动模块为机器人爬行提供牵引力；尾轮模块可作为飞行模式的动量摆臂也作为爬行模式的吸附支撑；多个飞行和爬行跨域多模机器人通过所述机械电器一体化接口模块串联组合，单个飞行和爬行跨域多模机器人通过所述机械电器一体化接口模块扩展矢量旋翼模块，用以调整机器人的机动能力、负载能力；所述起落架模块在机器人降落地面时可打开作为支撑脚，机器人在壁面爬行时，起落架模块收回，避免影响爬行。
[0007]根据以上技术手段，本专利技术提供的机器人具备飞行、爬行、混合驱动、起飞降落过渡等多种模式，具有在一些不连续平面、法兰面、不同倾斜角的片面间过渡的能力；通过矢量旋翼模块可以为机器人提供飞行推力，还具备有折叠旋翼的功能，在爬行模式将旋翼折叠减小机器人体积，避免影响爬行作业；矢量磁力模块、尾轮模块可以为机器人爬行提供吸附力，并可在飞行模式下的作为动量摆臂维持机器人的平衡稳定性；通过控制矢量旋翼模块的旋翼的推力大小及方向、旋翼的折叠与展开、矢量磁力模块的吸附力大小及方向、尾轮模块的吸附力及摆动角度、起落架模块的展开及收回，可以灵活迅速进行机器人的爬行模式与飞行模式两种状态的切换，实现在机器人高效灵活具有在各种角度的工作平面起飞降落、飞越复杂障碍、抵达更广泛的检测地点、进行低能耗高精度检测等能力。
[0008]在其中一个实施例中，在机器人身上安装有多种传感器，包括碰撞传感器、视觉检测传感器。
[0009]在其中一个实施例中，所述矢量旋翼模块，包括旋翼总成、折展机构、倾转机构；旋翼总成通过折展机构与倾转机构连接，所述折展机构的一端从基座侧边旋转轴内孔穿过，并与基座转动配合，所述倾转机构安装在基座上；更具体的，旋翼总成由旋翼、旋翼电机、旋翼保护圈三部分同轴安装组合而成；折展机构包括第一连杆、第二连杆、弹簧、角度传感器机构；第一连杆和第二连杆、角度传感器机构同轴安装；弹簧两端分别固定在第一连杆和第二连杆上；第一连杆与第二连杆之间可以发生相对转动；在本专利技术中，设计一种矢量旋翼模块，具有改变旋翼的推力大小及方向的能力，倾转机构可以使得折展机构发生倾转而改变旋翼总成的倾转角；所述矢量旋翼模块具有折叠与展开旋翼的功能；旋翼工作开始时，旋翼电机正转，旋翼有一个正向的推力，旋翼由折叠状态转变为展开状态；旋翼工作结束时，旋翼电机反转，旋翼有一个反向的推力，旋翼由展开状态转变为折叠状态。弹簧起到辅助旋翼折叠与展开的作用，旋翼由折叠状态转为展开状态时，弹簧会经历变短再变长的两个过程，弹簧在初始状态以及终端状态时都处于被压缩状态，具有向外的推力，利用了弹簧推力产生对旋翼模块的折展扭矩的两极性变化，在旋翼没有推力的情况下依然具有保持旋翼折叠状态以及展开状态的稳定性的能力。角度传感器机构可测量折展机构的第一连杆和第二连杆之间的角度，用于反馈控制旋翼的折叠以及展开。
[0010]在其中一个实施例中，通过将两个所述矢量旋翼模块对称安装在基座的左右两侧，使得机器人具有飞行能力；机器人进入飞行模式时，旋翼电机转动提供推力，旋翼由折叠状态转变为展开状态；通过控制两个矢量旋翼模块可以实现机器人自由起飞与降落、跨
越复杂障碍、快速抵达检测地点。
[0011]在其中的一个实施例中，旋翼电机可以是无刷直流电机，具有质量轻，转速大的特点，用于驱动旋翼叶片的旋转，为机器人飞行提供推力；倾转机构是舵机，用于控制旋翼的倾转角度，具有扭矩大质量轻的特点；弹簧是阻尼推力弹簧；角度传感器是霍尔角度传感器。
[0012]在其中的一个实施例中，所述矢量磁力模块，包括磁力机构，磁吸模块旋转机构；磁力机构安装在磁力旋转机构的一端，磁吸模块旋转机构安装在基座上，磁吸模块旋转机构可以驱动基座旋转而改变磁力大小及方向；更具体的，磁力机构由磁体、磁体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种飞行和爬行跨域多模机器人，其特征在于，包括基座(0)、矢量旋翼模块(1)、矢量磁力模块(2)、轮履式驱动模块(3)、尾轮模块(4)、电池模块(5)、控制器模块(6)、机械电器一体化接口模块(7)以及起落架模块(8)；以所述基座(0)为中心，在所述基座(0)的左右两侧均同轴安装有矢量旋翼模块(1)、矢量磁力模块(2)和轮履式驱动模块(3)；所述尾轮模块(4)安装在所述基座(0)的后侧；所述电池模块(5)、控制器模块(6)、机械电器一体化接口模块(7)以及起落架模块(8)均安装在所述基座(0)上；所述控制器模块(6)分别与矢量旋翼模块(1)、矢量磁力模块(2)、轮履式驱动模块(3)、尾轮模块(4)以及起落架模块(8)通信连接；所述电池模块(5)用于给各个模块供电。2.根据权利要求1所述的飞行和爬行跨域多模机器人，其特征在于，所述矢量旋翼模块(1)包括旋翼总成(101)、用于驱动旋翼总成(101)呈现折叠或展开状态的折展机构(102)、用于驱动折展机构(102)倾转而改变旋翼总成(101)的倾转角度的倾转机构(103)；所述的倾转机构(103)安装在所述基座(0)上，所述折展机构(102)的一端从基座(0)的侧边旋转内孔穿过后与所述倾转机构(103)连接，并与所述基座(0)转动配合，所述折展机构(102)的另一端与所述旋翼总成(101)连接。3.根据权利要求2所述的飞行和爬行跨域多模机器人，其特征在于，所述旋翼总成(101)包括旋翼(1011)、旋翼电机(1012)、旋翼保护圈(1013)，所述旋翼(1011)、旋翼电机(1012)安装在所述旋翼保护圈(1013)内，且同轴安装，所述旋翼电机(1012)的输出端与旋翼(1011)连接，驱动所述旋翼(1011)旋转；所述折展机构(102)包括第一连杆(1021)、第二连杆(1022)、弹簧(1023)以及角度传感器(1024)；所述第一连杆(1021)的一端与倾转机构(103)连接，另一端分别与第二连杆(1022)一端、旋翼保护圈(1013)铰接，第二连杆(1022)的另一端与旋翼保护圈(1013)连接，所述角度传感器(1024)安装在所述第一连杆(1021)与第二连杆(1022)铰接处，且与第一连杆(1021)和第二连杆(1022)同轴安装；所述弹簧(1023)的一端与第一连杆(1021)连接，另一端与第二连杆(1022)连接；所述弹簧(1023)能够给使第一连杆(1021)和第二连杆(1022)在没有外力作用下，稳定处于折叠状态或者展开状态。4.根据权利要求1所述的飞行和爬行跨域多模机器人，其特征在于，所述矢量磁力模块(2)包括磁力机构(201)、磁吸模块旋转机构(202)；所述磁力机构(201)安装在所述磁吸模块旋转机构(202)的一端，所述磁吸模块旋转机构(202)能够驱动所述磁力机构(201)周向旋转；所述磁吸模块旋转机构(202)安装在所述基座(0)上。5.根据权利要求4所述的飞行和爬行跨域多模机器人，其特征在于，所述磁力机构(201)包括第一磁体(2011)和第一磁体(2011)支架，所述第一磁体(2011)安装在第一磁体(2011)支架上；所述磁吸模块旋转机构(202)包括挡板(2021)、轴承限位机构(2022)、驱动齿轮机构(2023)、以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱海飞，黎浩然，卜永健，卜永忠，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：