CN101913311A - 多运动模态机器人及其运动模态 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多运动模态机器人及其运动模态，属机器人技术领域。包括机架(4)、通过模态调节器(12)连接于机架(4)的飞行滚动足(13)；上述模态调节器(12)依次包括安装于机架(4)上的第一伺服电机(5)、安装于第一伺服电机(5)输出轴上的第二伺服电机(6)、安装于第二伺服电机(6)输出轴上的摇臂(9)、安装于摇臂(9)上的第三伺服电机(8)；上述飞行滚动足(13)包括爬行足(7)和涵道车轮(2)，且爬行足(7)的轴线与涵道车轮(2)的轴线重合，爬行足(7)安装在上述第三伺服电机(8)的输出轴上。该机器人结构简单、运动模态切换简单，能够实现爬行、飞行、轮式滚动以适应不同运动要求。

Description

多运动模态机器人及其运动模态
技术领域
本发明涉及一种多运动模态机器人及其运动模态，属于机器人技术领域。
背景技术
机器人技术是国家发展战略中必争的核心技术之一，在国民经济和国家安全中起着重要的推动作用并具有重大的战略意义。
近年来，各国有关移动机器人的研究进入了一个迅猛发展的阶段。目前研究最多的有轮式、履带式、仿生式、杆式、飞行机器人移动系统。但是，现有的移动机器人一般只具有1个工作模态，所以开发具有多模态的移动机器人将会以其环境适应性强的优势在救灾、安保等环境复杂多变的任务中发挥更实用的、更广泛的作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够爬行、飞行、轮式滚动以适应不同运动条件的多运动模态机器人及其运动模态。
一种多运动模态机器人，其特征在于：
包括机架、通过模态调节器连接于机架的飞行滚动足；上述模态调节器依次包括安装于机架上的第一伺服电机、安装于第一伺服电机输出轴上的第二伺服电机、安装于第二伺服电机输出轴上的摇臂、安装于摇臂上的第三伺服电机，其中第二伺服电机的输出轴与第一伺服电机的输出轴垂直、第三伺服电机的输出轴与第二伺服电机的输出轴垂直；上述飞行滚动足包括位于一端的爬行足和位于另一端的涵道车轮，且爬行足的轴线与涵道车轮的轴线重合，爬行足安装在上述第三伺服电机的输出轴上；还包括安装于涵道车轮内的涵道风扇与用于驱动涵道风扇的无刷电机；还包括用于驱动涵道车轮做整体转动实现滚动前进的直流电机；上述模态调节器与飞行滚动足至少为三组。
上述述多运动模态机器人的运动模态，其特征在于：
(a)、爬行移动模态
初始化：通过控制第一伺服电机和第三伺服电机使爬行足的轴线垂直于地面且摇臂平行于地面；爬行控制：通过控制第一伺服电机和第三伺服电机使爬行足脱离地面，通过控制第二伺服电机转动摇臂使爬行足向前迈进或后退；
(b)、飞行模态
初始化：通过控制第一伺服电机和第三伺服电机使爬行足的轴线垂直于地面且摇臂平行于地面；飞行控制：通过电子调速器经集流环驱动无刷电机带动涵道风扇转动，提供飞行推力；保持第一伺服电机输出轴转角不变，通过调整第二伺服电机和第三伺服电机的输出轴转角改变爬行足的位姿，通过爬行足带动涵道风扇和涵道车轮改变位姿，实现矢量喷气，控制机器人在飞行模式下的前进后退等动作；
(c)、轮式移动模态
初始化：通过控制第一伺服电机和第三伺服电机使摇臂和涵道车轮的轴线平行于地面；轮式控制：通过控制直流电机带动涵道车轮整体转动，实现轮式前进；通过调整第二伺服电机的转角带动摇臂在平面内转动，带动涵道车轮改变涵道车轮的轴线与机器人前进方向的夹角以此实现机器人在轮式移动过程中的转弯动作。
有益效果：该机器人结构简单、运动模态切换简单，能够实现爬行、飞行、轮式滚动以适应不同运动要求。本发明具有多种运动模态。此机器人是基于现有的移动机器人的原理和各种任务环境的分析研究之上设计而成的一种多运动模态机器人。它将车轮、涵道风扇和爬行足三者结合，涵道风扇尾椎与爬行足固定，涵道同时作为车轮使用，涵道风扇电机通过集流环与电子调速器连接。单腿设计为3DOF，由伺服电机驱动。通过关节的动作实现轮式移动模式、爬行移动模式、越障飞行模式以及这三种模式之间的无接缝切换。此机器人通过轮子实现在平地上的移动，通过爬行足实现在较小障碍上的通行，通过涵道风扇实现越障飞行。本发明具有比传统陆地机器人越障能力强，比飞行机器人续航时间长的突出优点，能够大幅提升移动机器人的任务适应能力。
附图说明
图1是本发明的结构图。
图中标号名称：1、涵道风扇；2、涵道车轮；3、集流环；4、机架；5、第一伺服电机；6、第二伺服电机；7、爬行足；8、第三伺服电；9、摇臂；10、无刷电机；11、直流电机；12、模态调节器；13、飞行滚动足。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明做进一步详细描述。
如附图1所示，第一伺服电机5安装在机架4上，第二伺服电机6与第一伺服电机5的输出轴固定，第二伺服电机6的输出轴与摇臂9固定，第三伺服电机8安装在摇臂9上，第三伺服电机8的输出轴与爬行足7固定，固定在爬行足7中的直流电机11与涵道车轮2连接。涵道风扇2安装在涵道车轮2中的无刷电机10的输出轴上。无刷电机10的电源线与信号线通过集流环3连接电子调速器。
三种移动模式及切换过程的描述：
1、爬行移动模式
通过单片机转动第一伺服电机5和第三伺服电机8使爬行足7的轴线垂直于地面且摇臂9平行于地面，然后通过转动第一伺服电机5和第三伺服电机8使爬行足7脱离地面，通过转动第二伺服电机6转动摇臂9使爬行足7实现向前迈进或者后退。多只爬行足7协调执行以上描述的单腿动作实现机器人的爬行移动。
2、越障飞行模式
通过单片机转动第一伺服电机5和第三伺服电机8使爬行足7的轴线垂直于地面且摇臂9平行于地面，通过电子调速器经集流环3驱动涵道车轮2中的无刷电机10，带动涵道风扇1转动，提供并且调节飞行所需的推力，保持第一伺服电机5的输出轴转角不变，通过调整第二伺服电机6和第三伺服电机8的输出轴转角改变爬行足7的位姿，通过爬行足7带动涵道风扇1和涵道车轮2改变位姿，实现矢量喷气，控制机器人在飞行模式下的前进、后退等动作。
3、轮式移动模式
通过单片机转动第一伺服电机5和第三伺服电机8使摇臂9和涵道车轮2的轴线平行于地面，通过单片机转动第二伺服电机6使涵道车轮2的轴线垂直于前进方向，通过电路驱动爬行足7中的直流电机11转动，带动涵道车轮2整体转动，以此实现轮式前进。通过单片机调整第二伺服电机6的转角带动摇臂9在平面内转动，带动涵道车轮2改变涵道车轮2的轴线与机器人前进方向的夹角，以此实现机器人在轮式移动过程中转弯等动作。
4、移动模式间切换
每条腿安装有第一伺服电机5、第二伺服电机6、第三伺服电机8，具有3DOF，通过单片机驱动第一伺服电机5、第二伺服电机6、第三伺服电机8改变转角，改变腿上各部分的位姿，从而使腿的位姿在不同的移动模式之间切换。通过对电子调速器对涵道车轮2中的无刷电机10驱动，实现越障飞行模式的开启与关闭。通过对爬行足7中的直流电机11的驱动，实现轮式移动模式的开启与关闭。

Claims (2)

1.一种多运动模态机器人，其特征在于：
包括机架(4)、通过模态调节器(12)连接于机架(4)的飞行滚动足(13)；上述模态调节器(12)依次包括安装于机架(4)上的第一伺服电机(5)、安装于第一伺服电机(5)输出轴上的第二伺服电机(6)、安装于第二伺服电机(6)输出轴上的摇臂(9)、安装于摇臂(9)上的第三伺服电机(8)，其中第二伺服电机(6)的输出轴与第一伺服电机(5)的输出轴垂直、第三伺服电机(8)的输出轴与第二伺服电机(6)的输出轴垂直；
上述飞行滚动足(13)包括位于一端的爬行足(7)和位于另一端的涵道车轮(2)，且爬行足(7)的轴线与涵道车轮(2)的轴线重合，爬行足(7)安装在上述第三伺服电机(8)的输出轴上；还包括安装于涵道车轮(2)内的涵道风扇(1)与用于驱动涵道风扇(1)的无刷电机(10)；还包括用于驱动涵道车轮(2)做整体转动实现滚动前进的直流电机(11)；
上述模态调节器(12)与飞行滚动足(13)至少为三组。
2.根据权利要求1所述的多运动模态机器人的运动模态，其特征在于：(a)、爬行移动模态
初始化：通过控制第一伺服电机(5)和第三伺服电机(8)使爬行足(7)的轴线垂直于地面且摇臂(9)平行于地面；
爬行控制：通过控制第一伺服电机(5)和第三伺服电机(8)使爬行足(7)脱离地面，通过控制第二伺服电机(6)转动摇臂(9)使爬行足(7)向前迈进或后退；(b)、飞行模态
初始化：通过控制第一伺服电机(5)和第三伺服电机(8)使爬行足(7)的轴线垂直于地面且摇臂(9)平行于地面；
飞行控制：通过电子调速器经集流环(3)驱动无刷电机(10)带动涵道风扇(1)转动，提供飞行推力；保持第一伺服电机(5)输出轴转角不变，通过调整第二伺服电机(6)和第三伺服电机(8)的输出轴转角改变爬行足(7)的位姿，通过爬行足(7)带动涵道风扇(1)和涵道车轮(2)改变位姿，实现矢量喷气，控制机器人在飞行模式下的前进后退等动作；
(c)、轮式移动模态
初始化：通过控制第一伺服电机(5)和第三伺服电机(8)使摇臂(9)和涵道车轮(2)的轴线平行于地面；
轮式控制：通过控制直流电机(11)带动涵道车轮(2)整体转动，实现轮式前进；通过调整第二伺服电机(6)的转角带动摇臂(2)在平面内转动，带动涵道车轮(2)改变涵道车轮(2)的轴线与机器人前进方向的夹角以此实现机器人在轮式移动过程中的转弯动作。
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