CN107097599B - 一种陆空两栖机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机器人，具体是一种陆空两栖机器人。本发明解决了现有陆空两栖机器人结构不合理、操作不方便、隐蔽性差、适应性差、功能不丰富、智能性差的问题。一种陆空两栖机器人包括机架部分、螺旋桨部分、脚架部分、机械手部分、控制部分；所述机架部分包括机架上板、机架下板、N个内侧管夹、N个径向支撑管；所述螺旋桨部分包括N个螺旋桨固定架、N个螺旋桨驱动电机、N个螺旋桨、N个螺旋桨保护架；所述脚架部分包括N对相互平行且正对设置的脚架支撑板、N个外侧管夹、N个方向控制模块、N个方向控制电机、N个减速器、N个电机固定架I、N个减振器、N个速度控制电机、N个全向轮。本发明不仅适用于安防和军事领域，而且适用于民用领域。
Description
技术领域
本发明涉及机器人，具体是一种陆空两栖机器人。
背景技术
陆空两栖机器人广泛应用于安防和军事领域，其主要用于在危险环境下执行侦察、反恐、排爆等危险作业。由于陆空两栖机器人的巨大应用前景，近年来许多学者对此展开了研究。
中国专利文献CN 204586396U公开了一种陆空两栖反恐排爆机器人，该机器人包括一巨大的机械臂、四个螺旋桨、四个轮等，可以在陆地和空中排爆。此种机器人存在的问题是：一、由于空中飞行对载荷苛刻的限制，巨大的机械臂很难由四个螺旋桨带起来，因此其存在结构不合理的问题。二、由于工作环境复杂，巨大的机械臂不仅给操作带来了极大的麻烦，而且隐蔽性较差，因此其存在操作不方便、隐蔽性差的问题。
中国专利文献CN 105034729A公开了一种可变形多模态陆空飞行机器人，该机器人包括本体、自动驾驶仪、翼臂装置、轮毂装置和吸附装置，能实现行走、飞行、吸附三种运动模式。此种机器人存在的问题是：一、在进行陆空转换时需要复杂的动作，不能快速完成转换，因此其存在适应性差的问题（无法快速适应战场进行隐蔽侦查）。二、此种机器人不带有机械手，无法完成排爆除障、地质勘探等任务，因此其存在功能不丰富的问题。三、此种机器人缺少一键返航、自动避障、路线记忆等功能，因此其存在智能性差的问题。
基于此，有必要发明一种全新的陆空两栖机器人，以解决现有陆空两栖机器人存在的上述问题。
发明内容
本发明为了解决现有陆空两栖机器人结构不合理、操作不方便、隐蔽性差、适应性差、功能不丰富、智能性差的问题，提供了一种陆空两栖机器人。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种陆空两栖机器人，包括机架部分、螺旋桨部分、脚架部分、机械手部分、控制部分；
所述机架部分包括机架上板、机架下板、N个内侧管夹、N个径向支撑管；机架上板和机架下板相互平行且同轴设置；N个内侧管夹均安装于机架上板和机架下板之间，且N个内侧管夹围绕机架上板的轴线等距排列；N个径向支撑管的内端一一对应地插接于N个内侧管夹的内腔；
所述螺旋桨部分包括N个螺旋桨固定架、N个螺旋桨驱动电机、N个螺旋桨、N个螺旋桨保护架；N个螺旋桨固定架一一对应地安装于N个径向支撑管的外端；N个螺旋桨驱动电机一一对应地安装于N个螺旋桨固定架的上表面，且N个螺旋桨驱动电机的输出轴均与机架上板的轴线平行；N个螺旋桨一一对应地装配于N个螺旋桨驱动电机的输出轴上；N个螺旋桨保护架一一对应地安装于N个螺旋桨固定架上，且N个螺旋桨保护架一一对应地位于N个螺旋桨的周围；
所述脚架部分包括N对相互平行且正对设置的脚架支撑板、N个外侧管夹、N个方向控制模块、N个方向控制电机、N个减速器、N个电机固定架I、N个减振器、N个速度控制电机、N个全向轮；N个外侧管夹一一对应地安装于N对脚架支撑板的上端之间，且N个外侧管夹一一对应地套接于N个径向支撑管的外端；N个方向控制模块一一对应地安装于N对脚架支撑板的中上部之间；N个方向控制电机一一对应地安装于N对脚架支撑板的中下部之间，且N个方向控制电机的输出轴均与机架上板的轴线平行；N个方向控制电机的信号传输端与N个方向控制模块的信号传输端一一对应地连接；N个减速器一一对应地安装于N对脚架支撑板的下端之间，且N个减速器的输入轴与N个方向控制电机的输出轴一一对应地连接；N个电机固定架I一一对应地位于N个减速器的正下方；N个减振器的上端与N个减速器的输出轴一一对应地连接；N个减振器的下端与N个电机固定架I一一对应地连接；N个速度控制电机一一对应地安装于N个电机固定架I上，且N个速度控制电机的输出轴均与机架上板的轴线垂直；N个全向轮一一对应地装配于N个速度控制电机的输出轴上；
所述机械手部分包括机械手底座、舵机固定架、机械手驱动舵机、机械臂、电机固定架II、连杆I、连杆II、丝杠减速电机、机械爪；机械手底座安装于机架下板的下表面边缘；舵机固定架安装于机械手底座上；机械手驱动舵机安装于舵机固定架上，且机械手驱动舵机的输出轴与机架上板的轴线垂直；机械臂的上端与机械手底座铰接；电机固定架II安装于机械臂的下端；连杆I的上端与机械手驱动舵机的输出轴连接，且连杆I与机械手驱动舵机的输出轴垂直；连杆II的上端与连杆I的下端铰接；连杆II的下端与机械臂的中部铰接；丝杠减速电机安装于电机固定架II上；机械爪位于电机固定架II的正下方，且机械爪与丝杠减速电机的输出轴螺纹连接；
所述控制部分包括中央控制模块、信号接收与发射器、路线记忆模块、GPS定位导航模块、一键返航模块、N个自动避障传感器、摄像头、电池；中央控制模块安装于机架上板的上表面中央；中央控制模块的信号传输端分别与N个螺旋桨驱动电机的信号传输端、N个方向控制模块的信号传输端、N个速度控制电机的信号传输端、机械手驱动舵机的信号传输端、丝杠减速电机的信号传输端连接；信号接收与发射器、路线记忆模块、GPS定位导航模块、一键返航模块均安装于机架上板的上表面边缘；信号接收与发射器的信号传输端、路线记忆模块的信号传输端、GPS定位导航模块的信号传输端、一键返航模块的信号传输端均与中央控制模块的信号传输端连接；N个自动避障传感器一一对应地安装于N个径向支撑管的外端；N个自动避障传感器的信号传输端均与中央控制模块的信号传输端连接；摄像头安装于机架下板的下表面中央；摄像头的信号传输端与中央控制模块的信号传输端连接；电池安装于机架上板和机架下板之间；电池的供电输出端分别与N个螺旋桨驱动电机的供电输入端、N个方向控制模块的供电输入端、N个方向控制电机的供电输入端、N个速度控制电机的供电输入端、机械手驱动舵机的供电输入端、丝杠减速电机的供电输入端、中央控制模块的供电输入端、信号接收与发射器的供电输入端、路线记忆模块的供电输入端、GPS定位导航模块的供电输入端、一键返航模块的供电输入端、N个自动避障传感器的供电输入端、摄像头的供电输入端连接；
N为正整数，且N≥2。
工作时，如图6所示，操作者通过信号接收与发射器将指令传给中央控制模块，中央控制模块根据指令协调控制N个螺旋桨驱动电机、N个方向控制模块、N个速度控制电机、机械手驱动舵机、丝杠减速电机。具体控制过程如下：一、在中央控制模块的协调控制下，N个螺旋桨驱动电机驱动N个螺旋桨进行旋转，由此使得本发明进行空中飞行。二、在中央控制模块的协调控制下，N个速度控制电机驱动N个全向轮进行旋转，由此使得本发明进行陆地行驶。在陆地行驶过程中，N个方向控制模块根据指令控制N个方向控制电机，N个方向控制电机依次通过N个减速器、N个减振器、N个电机固定架I、N个速度控制电机驱动N个全向轮进行转向。三、在中央控制模块的协调控制下，机械手驱动舵机依次通过连杆I、连杆II、机械臂、电机固定架II、丝杠减速电机驱动机械爪进行移动。当机械爪移动至指定位置时，丝杠减速电机驱动机械爪进行抓取动作，由此使得本发明完成排爆除障、地质勘探等任务。在上述过程中，N个螺旋桨保护架的作用是：有效保护N个螺旋桨，由此一方面防止螺旋桨受损伤，另一方面防止螺旋桨误伤到人和物。路线记忆模块的作用是：实时记录本发明的飞行/行驶路线以及操作者的操作习惯，由此使得操作者使用更加便捷。GPS定位导航模块的作用是：实时记录本发明所处的位置，由此防止本发明丢失，并能为本发明的飞行/行驶提供导航。一键返航模块的作用是：当本发明启动一键返航时，该模块会计算最优返航路线，在最短的时间内回到操作者身边。N个自动避障传感器的作用是：当本发明在飞行/行驶过程中遇到障碍时，该传感器会给中央控制模块发送一指令（该指令级别高于操作者下达的指令），由此使得本发明进行自动避障，从而防止本发明炸机。摄像头的作用是：实时拍摄超清图像，并将超清图像实时传递给操作者。信号接收与发射器的作用是：一方面接收操作者传来的指令，并将其传给中央控制模块，另一方面将中央控制模块的信息传给操作者，从而实现信息的交流。
基于上述过程，与现有陆空两栖机器人相比，本发明所述的一种陆空两栖机器人具备了如下优点：其一，与中国专利文献CN 204586396U公开的一种陆空两栖反恐排爆机器人相比，本发明具备了如下优点：一、本发明的体积更小，能够轻易地由N个螺旋桨带起来，因此其结构更合理。二、本发明的体积更小，在复杂的工作环境下不仅操作更方便，而且隐蔽性更强。其二，与中国专利文献CN 105034729A公开的一种可变形多模态陆空飞行机器人相比，本发明具备了如下优点：一、本发明在中央控制模块的协调控制下能够快速进行陆空转换，因此其适应性更强（能够快速适应战场进行隐蔽侦查）。二、本发明带有机械手，能够完成排爆除障、地质勘探等任务，因此其功能更丰富。三、本发明具备了一键返航、自动避障、路线记忆等功能，因此其智能性更强。
本发明结构合理、设计巧妙，有效解决了现有陆空两栖机器人结构不合理、操作不方便、隐蔽性差、适应性差、功能不丰富、智能性差的问题，不仅适用于安防和军事领域，而且适用于民用领域。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图。
图2是本发明的平面结构示意图。
图3是本发明的螺旋桨部分的结构示意图。
图4是本发明的脚架部分的结构示意图。
图5是本发明的机械手部分的结构示意图。
图6是本发明的控制部分的结构示意图。
图中：1-机架上板，2-机架下板，3-内侧管夹，4-径向支撑管，5-螺旋桨固定架，6-螺旋桨驱动电机，7-螺旋桨，8-螺旋桨保护架，9-脚架支撑板，10-外侧管夹，11-方向控制模块，12-方向控制电机，13-减速器，14-电机固定架I，15-减振器，16-速度控制电机，17-全向轮，18-机械手底座，19-舵机固定架，20-机械手驱动舵机，21-机械臂，22-电机固定架II，23-连杆I，24-连杆II，25-丝杠减速电机，26-机械爪，27-中央控制模块，28-信号接收与发射器，29-路线记忆模块，30-GPS定位导航模块，31-一键返航模块，32-自动避障传感器，33-摄像头，34-电池，35-操作者；N的值为4。
具体实施方式
一种陆空两栖机器人，包括机架部分、螺旋桨部分、脚架部分、机械手部分、控制部分；
所述机架部分包括机架上板1、机架下板2、N个内侧管夹3、N个径向支撑管4；机架上板1和机架下板2相互平行且同轴设置；N个内侧管夹3均安装于机架上板1和机架下板2之间，且N个内侧管夹3围绕机架上板1的轴线等距排列；N个径向支撑管4的内端一一对应地插接于N个内侧管夹3的内腔；
所述螺旋桨部分包括N个螺旋桨固定架5、N个螺旋桨驱动电机6、N个螺旋桨7、N个螺旋桨保护架8；N个螺旋桨固定架5一一对应地安装于N个径向支撑管4的外端；N个螺旋桨驱动电机6一一对应地安装于N个螺旋桨固定架5的上表面，且N个螺旋桨驱动电机6的输出轴均与机架上板1的轴线平行；N个螺旋桨7一一对应地装配于N个螺旋桨驱动电机6的输出轴上；N个螺旋桨保护架8一一对应地安装于N个螺旋桨固定架5上，且N个螺旋桨保护架8一一对应地位于N个螺旋桨7的周围；
所述脚架部分包括N对相互平行且正对设置的脚架支撑板9、N个外侧管夹10、N个方向控制模块11、N个方向控制电机12、N个减速器13、N个电机固定架I14、N个减振器15、N个速度控制电机16、N个全向轮17；N个外侧管夹10一一对应地安装于N对脚架支撑板9的上端之间，且N个外侧管夹10一一对应地套接于N个径向支撑管4的外端；N个方向控制模块11一一对应地安装于N对脚架支撑板9的中上部之间；N个方向控制电机12一一对应地安装于N对脚架支撑板9的中下部之间，且N个方向控制电机12的输出轴均与机架上板1的轴线平行；N个方向控制电机12的信号传输端与N个方向控制模块11的信号传输端一一对应地连接；N个减速器13一一对应地安装于N对脚架支撑板9的下端之间，且N个减速器13的输入轴与N个方向控制电机12的输出轴一一对应地连接；N个电机固定架I14一一对应地位于N个减速器13的正下方；N个减振器15的上端与N个减速器13的输出轴一一对应地连接；N个减振器15的下端与N个电机固定架I14一一对应地连接；N个速度控制电机16一一对应地安装于N个电机固定架I14上，且N个速度控制电机16的输出轴均与机架上板1的轴线垂直；N个全向轮17一一对应地装配于N个速度控制电机16的输出轴上；
所述机械手部分包括机械手底座18、舵机固定架19、机械手驱动舵机20、机械臂21、电机固定架II22、连杆I23、连杆II24、丝杠减速电机25、机械爪26；机械手底座18安装于机架下板2的下表面边缘；舵机固定架19安装于机械手底座18上；机械手驱动舵机20安装于舵机固定架19上，且机械手驱动舵机20的输出轴与机架上板1的轴线垂直；机械臂21的上端与机械手底座18铰接；电机固定架II22安装于机械臂21的下端；连杆I23的上端与机械手驱动舵机20的输出轴连接，且连杆I23与机械手驱动舵机20的输出轴垂直；连杆II24的上端与连杆I23的下端铰接；连杆II24的下端与机械臂21的中部铰接；丝杠减速电机25安装于电机固定架II22上；机械爪26位于电机固定架II22的正下方，且机械爪26与丝杠减速电机25的输出轴螺纹连接；
所述控制部分包括中央控制模块27、信号接收与发射器28、路线记忆模块29、GPS定位导航模块30、一键返航模块31、N个自动避障传感器32、摄像头33、电池34；中央控制模块27安装于机架上板1的上表面中央；中央控制模块27的信号传输端分别与N个螺旋桨驱动电机6的信号传输端、N个方向控制模块11的信号传输端、N个速度控制电机16的信号传输端、机械手驱动舵机20的信号传输端、丝杠减速电机25的信号传输端连接；信号接收与发射器28、路线记忆模块29、GPS定位导航模块30、一键返航模块31均安装于机架上板1的上表面边缘；信号接收与发射器28的信号传输端、路线记忆模块29的信号传输端、GPS定位导航模块30的信号传输端、一键返航模块31的信号传输端均与中央控制模块27的信号传输端连接；N个自动避障传感器32一一对应地安装于N个径向支撑管4的外端；N个自动避障传感器32的信号传输端均与中央控制模块27的信号传输端连接；摄像头33安装于机架下板2的下表面中央；摄像头33的信号传输端与中央控制模块27的信号传输端连接；电池34安装于机架上板1和机架下板2之间；电池34的供电输出端分别与N个螺旋桨驱动电机6的供电输入端、N个方向控制模块11的供电输入端、N个方向控制电机12的供电输入端、N个速度控制电机16的供电输入端、机械手驱动舵机20的供电输入端、丝杠减速电机25的供电输入端、中央控制模块27的供电输入端、信号接收与发射器28的供电输入端、路线记忆模块29的供电输入端、GPS定位导航模块30的供电输入端、一键返航模块31的供电输入端、N个自动避障传感器32的供电输入端、摄像头33的供电输入端连接；
N为正整数，且N≥2。
具体实施时，所述内侧管夹3为碳纤管夹；所述径向支撑管4为碳纤管；所述外侧管夹10为碳纤管夹；所述全向轮17为2寸全向轮；所述机械臂21为碳纤机械臂；所述摄像头33为4K超清摄像头；所述电池34为高能量密度电池。
Claims (1)
1.一种陆空两栖机器人，其特征在于：包括机架部分、螺旋桨部分、脚架部分、机械手部分、控制部分；
所述机架部分包括机架上板（1）、机架下板（2）、N个内侧管夹（3）、N个径向支撑管（4）；机架上板（1）和机架下板（2）相互平行且同轴设置；N个内侧管夹（3）均安装于机架上板（1）和机架下板（2）之间，且N个内侧管夹（3）围绕机架上板（1）的轴线等距排列；N个径向支撑管（4）的内端一一对应地插接于N个内侧管夹（3）的内腔；
所述螺旋桨部分包括N个螺旋桨固定架（5）、N个螺旋桨驱动电机（6）、N个螺旋桨（7）、N个螺旋桨保护架（8）；N个螺旋桨固定架（5）一一对应地安装于N个径向支撑管（4）的外端；N个螺旋桨驱动电机（6）一一对应地安装于N个螺旋桨固定架（5）的上表面，且N个螺旋桨驱动电机（6）的输出轴均与机架上板（1）的轴线平行；N个螺旋桨（7）一一对应地装配于N个螺旋桨驱动电机（6）的输出轴上；N个螺旋桨保护架（8）一一对应地安装于N个螺旋桨固定架（5）上，且N个螺旋桨保护架（8）一一对应地位于N个螺旋桨（7）的周围；
所述脚架部分包括N对相互平行且正对设置的脚架支撑板（9）、N个外侧管夹（10）、N个方向控制模块（11）、N个方向控制电机（12）、N个减速器（13）、N个电机固定架I（14）、N个减振器（15）、N个速度控制电机（16）、N个全向轮（17）；N个外侧管夹（10）一一对应地安装于N对脚架支撑板（9）的上端之间，且N个外侧管夹（10）一一对应地套接于N个径向支撑管（4）的外端；N个方向控制模块（11）一一对应地安装于N对脚架支撑板（9）的中上部之间；N个方向控制电机（12）一一对应地安装于N对脚架支撑板（9）的中下部之间，且N个方向控制电机（12）的输出轴均与机架上板（1）的轴线平行；N个方向控制电机（12）的信号传输端与N个方向控制模块（11）的信号传输端一一对应地连接；N个减速器（13）一一对应地安装于N对脚架支撑板（9）的下端之间，且N个减速器（13）的输入轴与N个方向控制电机（12）的输出轴一一对应地连接；N个电机固定架I（14）一一对应地位于N个减速器（13）的正下方；N个减振器（15）的上端与N个减速器（13）的输出轴一一对应地连接；N个减振器（15）的下端与N个电机固定架I（14）一一对应地连接；N个速度控制电机（16）一一对应地安装于N个电机固定架I（14）上，且N个速度控制电机（16）的输出轴均与机架上板（1）的轴线垂直；N个全向轮（17）一一对应地装配于N个速度控制电机（16）的输出轴上；
所述机械手部分包括机械手底座（18）、舵机固定架（19）、机械手驱动舵机（20）、机械臂（21）、电机固定架II（22）、连杆I（23）、连杆II（24）、丝杠减速电机（25）、机械爪（26）；机械手底座（18）安装于机架下板（2）的下表面边缘；舵机固定架（19）安装于机械手底座（18）上；机械手驱动舵机（20）安装于舵机固定架（19）上，且机械手驱动舵机（20）的输出轴与机架上板（1）的轴线垂直；机械臂（21）的上端与机械手底座（18）铰接；电机固定架II（22）安装于机械臂（21）的下端；连杆I（23）的上端与机械手驱动舵机（20）的输出轴连接，且连杆I（23）与机械手驱动舵机（20）的输出轴垂直；连杆II（24）的上端与连杆I（23）的下端铰接；连杆II（24）的下端与机械臂（21）的中部铰接；丝杠减速电机（25）安装于电机固定架II（22）上；机械爪（26）位于电机固定架II（22）的正下方，且机械爪（26）与丝杠减速电机（25）的输出轴螺纹连接；
所述控制部分包括中央控制模块（27）、信号接收与发射器（28）、路线记忆模块（29）、GPS定位导航模块（30）、一键返航模块（31）、N个自动避障传感器（32）、摄像头（33）、电池（34）；中央控制模块（27）安装于机架上板（1）的上表面中央；中央控制模块（27）的信号传输端分别与N个螺旋桨驱动电机（6）的信号传输端、N个方向控制模块（11）的信号传输端、N个速度控制电机（16）的信号传输端、机械手驱动舵机（20）的信号传输端、丝杠减速电机（25）的信号传输端连接；信号接收与发射器（28）、路线记忆模块（29）、GPS定位导航模块（30）、一键返航模块（31）均安装于机架上板（1）的上表面边缘；信号接收与发射器（28）的信号传输端、路线记忆模块（29）的信号传输端、GPS定位导航模块（30）的信号传输端、一键返航模块（31）的信号传输端均与中央控制模块（27）的信号传输端连接；N个自动避障传感器（32）一一对应地安装于N个径向支撑管（4）的外端；N个自动避障传感器（32）的信号传输端均与中央控制模块（27）的信号传输端连接；摄像头（33）安装于机架下板（2）的下表面中央；摄像头（33）的信号传输端与中央控制模块（27）的信号传输端连接；电池（34）安装于机架上板（1）和机架下板（2）之间；电池（34）的供电输出端分别与N个螺旋桨驱动电机（6）的供电输入端、N个方向控制模块（11）的供电输入端、N个方向控制电机（12）的供电输入端、N个速度控制电机（16）的供电输入端、机械手驱动舵机（20）的供电输入端、丝杠减速电机（25）的供电输入端、中央控制模块（27）的供电输入端、信号接收与发射器（28）的供电输入端、路线记忆模块（29）的供电输入端、GPS定位导航模块（30）的供电输入端、一键返航模块（31）的供电输入端、N个自动避障传感器（32）的供电输入端、摄像头（33）的供电输入端连接；
N为正整数，且N≥2；
所述内侧管夹（3）为碳纤管夹；所述径向支撑管（4）为碳纤管；所述外侧管夹（10）为碳纤管夹；所述全向轮（17）为2寸全向轮；所述机械臂（21）为碳纤机械臂；所述摄像头（33）为4K超清摄像头；所述电池（34）为高能量密度电池。
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