一種水陸空多棲機器人制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種水陸空多棲機器人，它包括支撐臂、起落架、外殼、底座、輪翼機構(gòu)和控制系統(tǒng)。每個支撐臂包括大臂、小臂、腕部三個關(guān)節(jié)，通過雙連桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行限位，關(guān)節(jié)處安裝舵機提供運動動力；起落架包括支撐體和電機推桿，電機推桿直線運動完成支撐體的展開和復(fù)位；輪翼機構(gòu)包括輪子和螺旋翼；底座和外殼作為機器人主體起到支撐作用；控制系統(tǒng)控制機器人支撐臂的形態(tài)，便可實現(xiàn)機器人實現(xiàn)水陸空多棲功能。能。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種水陸空多棲機器人


[0001]本專利技術(shù)涉及一種多棲機器人，特別是涉及一種水陸空多棲機器人。

技術(shù)介紹

[0002]當(dāng)今機器人技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，向著著領(lǐng)域?qū)I(yè)化和智能化方向不斷前進(jìn)。機器人滿足不同需求的功能越來越豐富，動作越來越迅速和安全。在生活服務(wù)領(lǐng)域、工業(yè)生產(chǎn)實踐領(lǐng)域、軍用領(lǐng)域、醫(yī)療服務(wù)領(lǐng)域等機器人的應(yīng)用越來越重要。一般來說，在空中工作的機器人在陸地上會收到很大的限制，而在地面運動的機器人往往不能在空中運動，這是因為一般的機器人換了一種環(huán)境缺少相應(yīng)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)運動，即僅能在一種環(huán)境下的運動而不是實現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境的工作。因此，如果機器人工作周圍的環(huán)境是多棲環(huán)境交匯影響，而如果機器人不能適應(yīng)環(huán)境進(jìn)行工作狀態(tài)切換，那么這些機器人往往不能滿足人們在生產(chǎn)實踐中的需要。而多棲機器人可以在一個單獨環(huán)境下工作，也可以實現(xiàn)從一個工作環(huán)境到另一個或者多種環(huán)境的工作條件轉(zhuǎn)移，機器人活動范圍將會受到很大的提高，比單一運動空間機器人更具有優(yōu)勢，性能更突出，效率更高。因此，研究多棲機器人具有很大的意義。
[0003]目前，國內(nèi)外對多棲機器人已經(jīng)做了大量的研究。比如我國哈工大研究的仿生機械蟹，外形如其名，結(jié)構(gòu)似一只螃蟹，運動姿態(tài)主要由主體部分兩側(cè)各有的四條細(xì)肢控制，可以在平地向螃蟹一樣平移，當(dāng)然也能實現(xiàn)螃蟹做不到的前后運動和旋轉(zhuǎn)。通過定制的防水保護(hù)橡膠處理之后，該機械蟹能夠在水中運動，因此它是兩棲機器人。
[0004]美國奧克蘭大學(xué)研發(fā)機器人Loon Copter是一種可以飛行和潛水的水陸無人機。Loon Copter看著只是比一般的四軸飛行器機身稍長了一點，但是卻能在三種不同條件下進(jìn)行工作，它可不僅具有普通無人機在空中飛行的能力，還有像船一樣在水面行駛的能力，甚至能像潛水艇一樣潛入水下作業(yè)。從空中輕松的落到水面后，它可以靠著支架和機身上的旋翼在水中保持穩(wěn)定，并且能任意調(diào)整前進(jìn)方向。但開發(fā)的重點可不是讓它變成船，Loon Copter的殺手锏是水下巡航能力，而位于機身下方的壓載系統(tǒng)，就是它下潛的關(guān)鍵所在。在準(zhǔn)備潛入水下時，Loon Copter四個旋轉(zhuǎn)翼會停止工作，開始向圓筒形浮桶中泵水，于是，機身向一側(cè)慢慢下沉，這樣，螺旋翼的方向就由朝上變?yōu)槌螅璐藖硗苿訜o人機的移動，而且只要預(yù)先輸入目的地的GPS坐標(biāo)及水深，它就會跟隨預(yù)設(shè)航線收集數(shù)據(jù)、拍攝影像了。要是再想回到空中的話，只需排空浮箱中的水即可。

技術(shù)實現(xiàn)思路

[0005]本專利技術(shù)的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)和研究，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)水陸空三棲的機器人，使其能夠在多種環(huán)境影響下進(jìn)行自主工作。
[0006]本專利技術(shù)公開了一種水陸空多棲機器人，它包括支撐臂、起落架、外殼、底座、輪翼機構(gòu)、控制系統(tǒng)；四個對稱分布的支撐臂，每個支撐臂包括大臂、小臂、腕部三個關(guān)節(jié)，通過雙連桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行限位，關(guān)節(jié)處安裝舵機提供運動動力；起落架包括支撐體和電機推桿，電機推桿直線運動完成支撐體的展開和復(fù)位；輪翼機構(gòu)包括輪子和螺旋翼；底座和外殼作為機器
人主體起到支撐作用；控制系統(tǒng)控制整個機器人的運動。利用機器人的控制系統(tǒng)，改變支撐臂的工作狀態(tài)，控制電機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)機器人海陸空多棲功能。在空中時，使用電機帶動螺旋翼飛速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力，通過控制四個螺旋翼的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)機器人空中運動的要求；在水中時，螺旋翼通過支撐比改變轉(zhuǎn)軸方向，獲得在水中前進(jìn)的動力；在陸地上時，電機帶動輪子使機器人運動。
[0007]在一個具體實施方式中，所述大臂，小臂和腕部關(guān)節(jié)，都預(yù)先設(shè)有安裝孔和連接處。利用對鎖螺釘將其相互連接的關(guān)節(jié)鎖緊。保證四個支撐臂相互對稱。
[0008]作為優(yōu)選，大臂與底盤之間的連桿機構(gòu)，通過對鎖螺釘鉸接。使大臂能在限位塊的范圍內(nèi)運動。舵機安裝在小臂轉(zhuǎn)動連接內(nèi)，組成小臂關(guān)節(jié)。
[0009]進(jìn)一步的，使所述的控制系統(tǒng)硬件和電源，固定在底盤上。在電機安裝架上安裝輪子和螺旋翼，使輪子和螺旋翼能夠自由轉(zhuǎn)動并且不脫落。
[0010]最后外殼與底盤相互連接，并且進(jìn)行密封處理。
[0011]本專利技術(shù)在使用時，在空中飛行狀態(tài)時，如圖1所示：通過控制四旋翼的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)運動的位置和姿態(tài),可以得到任意范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)機器人的垂直運動；通過控制相鄰一對螺旋翼的轉(zhuǎn)速增加或減少來實現(xiàn)機器人的俯仰運動(前后飛行)；將一對相鄰的旋翼的轉(zhuǎn)速增加或減少來實現(xiàn)翻滾運動(左右飛行)；通過控制不相鄰的兩個螺旋翼的轉(zhuǎn)速減少并且要轉(zhuǎn)速大小相同，使之小于另兩個相同轉(zhuǎn)速的螺旋翼實現(xiàn)機器人的偏航運動(左右轉(zhuǎn)向)。
[0012]潛入水中時，如圖4所示：機器人由四旋翼驅(qū)動，驅(qū)動力相同保證平穩(wěn)，四旋翼支持結(jié)構(gòu)可繞Z軸偏轉(zhuǎn)來導(dǎo)向，在旋轉(zhuǎn)90
°
狀態(tài)可以讓機器人直接左右移動而不需要轉(zhuǎn)彎。如圖5所示：當(dāng)機器人需要從水中升降時旋翼轉(zhuǎn)到XY平面內(nèi)實現(xiàn)驅(qū)動力方向變化如下圖所示
[0013]在陸地上運動時，機器人以輪式結(jié)構(gòu)運動并且有兩種不同的狀態(tài)：如圖6圖所示主體部分比較貼近地面，有利于提高運動速度和平穩(wěn)性。如圖7所示，當(dāng)需要躲避障礙物或者通過較窄通道時，四條腿中間部分支撐抬高主體。
[0014]在陸地上，機器人利用電機驅(qū)動輪式機構(gòu)運動，在空中飛行和水中運動則通過利用旋翼結(jié)構(gòu)。輪子和螺旋翼分別安裝在四臂末端的電機架雙軸電機的兩側(cè)，電機軸直接控制控制螺旋翼或者輪的轉(zhuǎn)動來提供動力，當(dāng)螺旋翼或輪子工作時，電機切換不同轉(zhuǎn)速，在水中或者在空中時電機的轉(zhuǎn)速高，在陸地上時，由于速度較低，電機的轉(zhuǎn)速較慢。
[0015]在從飛行狀態(tài)轉(zhuǎn)換為陸地運動狀態(tài)時，機器人逐漸減速接近地面同時主體底部的支撐架逐漸擺出接觸地面進(jìn)行支撐，然后旋翼轉(zhuǎn)到豎直內(nèi)，此時輪子處于懸空狀態(tài)，支撐架逐漸縮回底部同時輪下降接觸地面支撐，電機驅(qū)動動力提供給輪子轉(zhuǎn)動。
[0016]從陸地狀態(tài)轉(zhuǎn)換到空中飛狀態(tài)則是起落支撐架逐漸下降支撐起機體輪漿復(fù)合結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)到水平面內(nèi)，螺旋翼旋轉(zhuǎn)升空后支撐架快速收回主體底部。
[0017]機器人飛行模式和機器人水下模式切換，機器人可以向潛艇一樣潛入水下懸停在水中某一位置，也可以自由左右上下移動。飛行模式下機器人可以上升下降、懸停在空中、翻滾和偏航等運動動作。在空中飛行時如上圖所示相同飛行時，旋翼在水平面內(nèi)且驅(qū)動力相同時可以實現(xiàn)上升和下降。旋翼偏轉(zhuǎn)角度來控制轉(zhuǎn)向。
附圖說明
[0018]圖1為本專利技術(shù)一個優(yōu)選實施例的立體示意圖。
[0019]圖2為機器人支撐臂的放大示意圖
[0020]圖3為本實施中起落架工作時的狀態(tài)示意圖
[0021]圖4為本實施中機器人在水中前進(jìn)時的狀態(tài)示意圖
[0022]圖5為本實施中機器人在水中上升時的狀態(tài)示意圖
[0023]圖6為本實施中機器人在陸地上切近地面運動的狀態(tài)示意圖
[0024]圖7為本實施中機器人在陸地上抬高底盤運動的狀態(tài)示意圖
[0025]圖示序號：
[0026]1—水陸空多棲機器人，11—外殼，12—底盤，13—連桿AB，14—連桿BC，15—連桿CD，16—輪子，17—螺旋翼
[0027]2—機器人支撐臂，21本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種海陸空多棲機器人，其特征在于：水陸空多棲機器人，它包括支撐臂、起落架、外殼、底座、輪翼機構(gòu)、控制系統(tǒng)；支撐臂四個，每個支撐臂包括大臂、小臂、腕部三個關(guān)節(jié)，通過雙連桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行限位，關(guān)節(jié)處安裝舵機提供運動動力；起落架包括支撐體和電機推桿，電機推桿直線運動完成支撐體的展開和復(fù)位；輪翼機構(gòu)包括輪子和螺旋翼；底座和外殼作為機器人主體起到支撐作用；控制系統(tǒng)控制整個機器人的運動。利用機器人的控制系統(tǒng)，改變支撐臂的工作狀態(tài)，控制電機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)機器人海陸空多棲功能。2.如權(quán)利要求1所述的海陸空多棲機器人，其特征在于：所述的支撐臂一共有四條，并且呈對稱設(shè)計，保證整體的平衡。每條支撐臂包括大臂，小臂，腕部三個關(guān)節(jié)。大臂旋轉(zhuǎn)角度范圍為90
°
，可從水平狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樨Q直狀態(tài)；小臂可旋轉(zhuǎn)方向與大臂相反，旋轉(zhuǎn)角度范圍也為90
°
；腕部旋轉(zhuǎn)角度為360
°
。大臂與底座連接處有一個雙搖桿結(jié)構(gòu)，啟到連接和限位作用。大臂與小臂連接處采用舵機連接與驅(qū)動，控制舵機通過旋轉(zhuǎn)直接控制關(guān)節(jié)運動狀態(tài)。3.如權(quán)利要求1所述的海陸空多棲機器人，其特征在于：所述的起落架包括起落架支撐體、起落架連桿、電機推桿和起落架安裝盒。起落架安裝盒通過卡扣安裝在機器人底盤上的預(yù)留位置，雙支撐體通過螺釘安裝在支撐體的收納位置，活動范圍有90
°
，可從水平狀態(tài)變?yōu)樨Q直狀態(tài)。起落架連桿一端連接電機推桿，另一端連接起落架支撐體。電機推桿安裝在機器人底盤上，作為起落架降下和收起的動力源，推桿伸出時，帶動起落架連桿向下運動；連桿運動帶動支撐體繞軸運動，實現(xiàn)起落架的展開；反之，起落架降下。4.如權(quán)利要求2所述的海陸空多棲機器人，其特征在于：所述的大臂，側(cè)邊與搖桿AB連接固定為一體，大臂跟隨雙搖桿機構(gòu)同步運...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鐘國梁，柴析迎，曹菁林，竇煒強，
申請(專利權(quán))人：中南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：