一种多旋翼腿轮式多功能空中机器人制造技术

本实用新型专利技术公开了一种多旋翼腿轮式多功能空中机器人，包括旋翼、旋翼驱动电机、爬壁大腿、爬壁小腿、髋关节驱动电机、膝关节驱动电机、刚度加强环、机器人主体、壁面行走轮、落地支撑杆、旋翼支撑杆。机器人主体为圆形盘状结构，四个旋翼支撑杆沿着机器人主体的下表面四周呈对称分布。旋翼驱动电机用螺钉固定于旋翼支撑杆的外端，旋翼依次固定在旋翼驱动电机的转动轴上。落地支撑杆固定连接于旋翼支撑杆下方。刚度加强环紧固于旋翼支撑杆的上方。本实用新型专利技术的机器人，实现了旋翼式飞行器与腿轮式运动机构的融合，机械结构简单、易于实现，机器人在飞行中具有稳定性高、体积小，在爬壁中具有壁面适应性强、越障能力强、适用范围广等优点。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种空中机器人，具体涉及一种多旋翼腿轮式多功能空中机器人。
技术介绍
目前，许多应用领域都要求飞行器能够进行低空低速的飞行，进行低空作业，并且有良 好的机动性和隐蔽性。因此，出现了以单旋翼直升机为平台的飞行器系统。这种单旋翼飞行 器能够实现低空低速飞行，也能够完成一定的低空作业，但是，由于釆用一个旋翼，所以旋 翼的尺寸一般都比较大，工作时比较危险，且单旋翼翼面攻角控制机构复杂，而且是单一失 效点，所以故障容度较差。而多旋翼飞行器具有良好的飞行机动性和稳定性，能够完成许多 复杂的低空作业，具有垂直起落简单、悬停加速灵活，机动性能强、空中调姿能力强等特点， 相对于单旋翼飞行器在相同的运作空间内更易实现较大的推重比，增加任务载荷在总体载荷 中的比重。在以飞行器为平台的空中机器人领域的研究中，空中机器人大多只局限于单一的任务， 限制了其应用范围。机器人的任务由单一化向多功能化方向发展是空中机器人的一个发展趋势。将飞行和爬壁功能集成于一体，设计兼具飞行和爬壁功能的多功能空中机器人是当前需要解决的问题。专利技术 内 容本技术的目的是为了实现兼具飞行和爬壁功能的多功能空中机器人，釆用基于多旋 翼飞行平台包含腿轮式爬壁结构的空中机器人结构，提出一种多旋翼腿轮式多功能空中机器人。本技术的一种多旋翼腿轮式多功能空中机器人，包括旋翼、旋翼驱动电机、爬壁大 腿、爬壁小腿、髋关节驱动电机、膝关节驱动电机、刚度加强环、机器人主体、壁面行走轮、 落地支撑杆、旋翼支撑杆。机器人主体为圆形盘状结构，四个旋翼支撑杆沿着机器人主体的下表面四周呈对称分布， 并用螺钉固定于机器人主体上。旋翼驱动电机用螺钉固定于旋翼支撑杆的外端，旋翼依次固 定在旋翼驱动电机的转动轴上。且旋翼的旋转平面位于旋翼支撑杆的下方。落地支撑杆固定 连接于旋翼支撑杆下方。落地支撑杆上安装弹簧，在机器人落地时起支撑和缓冲作用。刚度 加强环与机器人主体同心，紧固于旋翼支撑杆的上方。爬壁大腿通过髋关节与机器人主体上表面连接，爬壁小腿通过膝关节与爬壁大腿连接， 两组爬壁大腿及爬壁小腿位于机器人的一个对称平面内。壁面行走轮位于爬壁小腿的末端。 在髋关节与膝关节上分别固定有髋关节驱动电机、膝关节驱动电机。为提高机器人的安全性，可以在机器人的外围安装一个保护性装置一保护架。保护架由四个u形铁丝与一个圆环铁丝焊接组成，u形铁丝的一端与机器人的落地支撑杆相固定，另一端焊接圆环铁丝，u形铁丝的高度到达旋翼所在平面。所述旋翼的翼型采用CLARK-Y翼型。所述旋翼支撑杆外形横截面设置为圆形。所述机 器人各旋翼1之间间距大于旋翼1直径的两倍，所述的间距为旋翼的旋转中心的距离。本技术的优点在于(1) 本技术是一种新型的多旋翼多功能空中机器人，实现了旋翼式飞行器与腿轮式 运动机构的融合；(2) 机器人的机械结构简单、易于实现；(3) 机器人在飞行中具有稳定性高、体积小等优点；(4) 机器人在爬壁中具有壁面适应性强、越障能力强、适用范围广等优点。附图说明图1是本技术一种多旋翼腿轮式多功能空中机器人的结构示意图； 图2是本技术一种多旋翼腿轮式多功能空中机器人加保护架后的结构示意图； 图中1-旋翼 2-旋翼驱动电机 3-爬壁大腿 4-爬壁小腿5-髋关节驱动电机 6-膝关节驱动电机7-刚度加强环 8-机器人主体 9-壁面行走轮 10-落地支撑杆11-旋翼支撑杆 12-保护架13-U形铁丝 14-圆环铁丝具体实施方式下面将结合附图对本技术作进一步的详细说明。本技术是是一种多旋翼腿轮式多功能空中机器人，如图1所示，包括旋翼1、旋翼 驱动电机2、爬壁大腿3、爬壁小腿4、髋关节驱动电机5、膝关节驱动电机6、刚度加强环 7、机器人主体8、壁面行走轮9、落地支撑杆IO、旋翼支撑杆ll。如图1所示，机器人主体8为圆形盘状结构，四个旋翼支撑 11沿着机器人主体8的 下表面四周呈对称分布，并用螺钉固定于机器人主体8上。旋翼驱动电机2用螺钉固定于旋 翼支撑杆U的外端，旋翼1依次固定在旋翼驱动电机2的转动轴上，其旋转动力由旋翼驱动电机2提供。且旋翼1的旋转平面位于旋翼支撑杆11的下方。落地支撑杆11固定连接 于旋翼支撑杆8下方。落地支撑杆11上安装了弹簧，在机器人落地时起支撑和缓冲作用。 刚度加强环7与机器人主体8同心，紧固于旋翼支撑杆11的上方，用于加强旋翼支撑杆11 的刚度。爬壁大腿3通过髋关节与机器人主体8上表面连接，爬壁小腿4通过膝关节与爬壁大腿 3连接，两组爬壁大腿3及爬壁小腿4位于机器人的一个对称平面内。壁面行走轮9位于爬 壁小腿4的末端。壁面行走轮9为被动式行走轮，无电机驱动。在髋关节与膝关节上分别固定有髋关节驱动电机5、膝关节驱动电机6。所述爬壁大腿4 与机器人主体8之间的髋关节、爬壁大腿4与爬壁小腿3之间的膝关节，转动角度由髋关节 驱动电机5、膝关节驱动电机6。动力设备及机载传感器系统置于机器人主体8上，通过对 四个旋翼1的联合控制可以精确控制机器人主体8在飞行过程中的姿态角，并为机器人实现爬壁功能提供可靠的保障。为提高机器人的安全性，可以在机器人的外围安装一个保护性装置一保护架12。如图2 所示，保护架12由四个U形铁丝13与一个圆环铁丝14焊接组成，安装保护架12时，将 落地支撑杆10的弹簧去掉，然后将保护架12的U形铁丝13 —端与机器人的落地支撑杆 IO相固定，另一端焊接圆环铁丝14， U形铁丝13的高度到达旋翼1所在平面。增加的保 护性装置可以有效避免机器人的旋翼l在飞行过程中碰伤周围的人和物，同时也可以避免机 器人在爬壁状态下旋翼1与壁面发生碰撞干涉。为增加机器人的实用性，还可以在机器人的 两个爬壁小腿4上增加作业装置，如夹持器等，使机器人在爬壁过程中可以针对壁面上的对 象进行简单的夹持作业等操作。为提高本技术的一种多旋翼腿轮式多功能空中机器人在飞行中的气动性能及整体推 重比，所述旋翼1的翼型采用CLARK-Y翼型。它的特点是在功率不变的情况下，又釆用了 宽叶片，小桨叶角的设计，使机器人在一定的条件下达到了最大的推力，提高了机器人整体 的推重比。所述旋翼支撑杆11外形横截面设置为圆形，采用N-S方程的数值解法对旋翼绕流场进 行数值模拟，模拟旋翼支撑杆11对旋翼流场的影响。分析结果得，旋翼支撑杆外11形横截 面设置为圆形可以有效减小旋翼支撑杆对旋翼流场的不利影响。所述机器人各旋翼1之间间距大于旋翼1直径的两倍，所述的间距为旋翼1的旋转中心 的距离，采用N-S方程的数值解法模拟旋翼之间相互的气动干扰，分析旋翼1之间相互间距 对各自旋翼流场的影响。分析结果得，机器人各旋翼1之间间距大于旋翼1直径的两倍，从 而有效避免旋翼1相互之间的气动干扰。对所述的旋翼支撑杆ll、机器人主体8、爬壁大腿3、爬壁小腿4等部件的重量进行优 化。即在满足机器人使用强度的前提下，将上述部件的重量降低到最小。权利要求1、一种多旋翼腿轮式多功能空中机器人，其特征在于包括旋翼、旋翼驱动电机、机器人主体、落地支撑杆、旋翼支撑杆、爬壁大腿、爬壁小腿、髋关节驱动电机、膝关节驱动电机、刚度加强环、壁面行走轮；机器人主体为圆形盘状结构，四个旋翼支撑杆沿着机器人主体的下表面四本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多旋翼腿轮式多功能空中机器人，其特征在于：包括旋翼、旋翼驱动电机、机器人主体、落地支撑杆、旋翼支撑杆、爬壁大腿、爬壁小腿、髋关节驱动电机、膝关节驱动电机、刚度加强环、壁面行走轮；　机器人主体为圆形盘状结构，四个旋翼支撑杆沿着机器人 主体的下表面四周呈对称分布，并用螺钉固定于机器人主体上；旋翼驱动电机用螺钉固定于旋翼支撑杆的外端，旋翼依次固定在旋翼驱动电机的转动轴上；且旋翼的旋转平面位于旋翼支撑杆的下方；落地支撑杆固定连接于旋翼支撑杆下方；落地支撑杆上安装弹簧，在机器人落地时起支撑和缓冲作用；刚度加强环与机器人主体同心，紧固于旋翼支撑杆的上方；　爬壁大腿通过髋关节与机器人主体上表面连接，爬壁小腿通过膝关节与爬壁大腿连接，两组爬壁大腿及爬壁小腿位于机器人的一个对称平面内；壁面行走轮位于爬壁小腿的末端； 在髋关节与膝关节上分别固定有髋关节驱动电机、膝关节驱动电机。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丁希仑，俞玉树，米磊，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]