CN106739890A - 具有地面移动和飞行运动方式的轮腿复合式两栖机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有地面移动和飞行运动方式的轮腿复合式两栖机器人，包括：主体支架、四个轮系装置和六个三关节仿生肢装置和一个六翼飞行装置；所述六个三关节仿生肢装置分布在主体支架两侧，所述四个轮系装置分别安装在六个三关节仿生肢装置中的两个前三关节仿生肢装置和两个后三关节仿生肢装置上；所述六翼飞行装置固定设置在主体支架的顶端。本发明具有爬行和车轮行进两种地面移动方式，以及飞行运动方式；可以适应不同的工作环境，三种运动方式可以根据路况和使用者的使用需求进行任意切换，大大增加了机器人的机动性和工作效率。

Description

具有地面移动和飞行运动方式的轮腿复合式两栖机器人

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体来说涉及一种具有地面移动和飞行运动方式的轮腿复合式两栖机器人。

背景技术

目前，移动机器人主要采用轮式、履带式和腿式三种运动方式。轮式机器人具有高速高效的特点，技术成熟，但是越障能力差，不能适应复杂地形环境。履带式机器人适应能力强，设计紧凑，具有良好的环境适应性，但存在重量大、摩擦阻力较大、能耗很高的缺点。腿式机器人机动性好、越障能力强，但是移动速度缓慢。

搜救机器人的出现时间相对较晚，虽然现在机器人的应用领域不断的扩广，技术不断的进步，但是搜救领域的机器人，很多依然处于实验室的仿真与理念阶段，同时还存在很多难以克服和难以预料的问题，真正能够实际应用于的搜救机器人很少，而轮腿复合式移动机器人就更加少见了；

现有的机器人与操作者之间一般有无线通讯、有线通讯和语音互动三种方式，针对于搜救机器人一般具有前两种通讯方式，采用有线的通讯方式能很好的给机器人进行通电，达到持续续航的要求，能够更加方便的控制搜救机器人的工作，但是，也存在一些问题，比如极端环境下，地形比较复杂，有线的通讯不能和机器人有太远的距离，距离太大，传输线很容易缠绕或者卡住会对影响机器人的行走，过长的传输线携带很不不方便；无线通讯，可以避免上述有线通讯的不足当然也存在灾后现场地形复杂，空间狭小，减小了无线传输的距离，不过一般的灾后现场的情况无线传输还是能达到要求的；语音的播报是搜集机器人与外界通讯的一种方式，能弥提高搜救的效率；并且灾后的路况和地形都比较复杂，机器人在搜救的过程中必须具有很好的越障和攀爬的能力，在平坦的地面应具有很快的移动速度；同时，在一些极端环境下，为增加对救灾人员的安全性，对搜救机器人的自主搜救系统和定位系统提出新的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有地面移动和飞行运动方式的轮腿复合式两栖机器人。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种具有地面移动和飞行运动方式的轮腿复合式两栖机器人，包括：主体支架、四个轮系装置和六个三关节仿生肢装置和一个六翼飞行装置；

所述六个三关节仿生肢装置分布在主体支架两侧，每侧三个；每个三关节防生肢包括第一连接臂、第二连接臂、支足，以及第一舵机、第二舵机、第三舵机；所述第一舵机紧固在主体支架上，第一舵机连接第一连接臂的一端，形成仿生肢的第一关节；所述第一连接臂的另一端与第二舵机紧固连接，第二舵机连接第二连接臂的一端，形成仿生肢的第二关节；所述第二连接臂的另一端与第三舵机紧固连接，第三舵机和支足紧固连接，形成仿生肢的第三关节；

所述四个轮系装置分别安装在六个三关节仿生肢装置中的两个前三关节仿生肢装置和两个后三关节仿生肢装置上；轮系装置由车轮、联轴器、电机组成，电机通过联轴器连接车轮，所述电机通过电机支架固定在三关节仿生肢装置的支足上；

主体支架上设置有第一控制主板和驱动板，所述驱动板分为电机驱动板和舵机驱动板，电机驱动板与轮系装置的减速电机电连接，舵机驱动板分别与舵机连接，且电机驱动板和舵机驱动板均与第一控制主板进行电信号连接；

在主体支架上还搭载了图像采集装置、人体红外传感装置、火焰传感装置、烟雾传感装置、超声波传感装置和GPS定位装置；图像采集装置和相应的图像传输通讯模块电连接，所述图像采集装置、图像传输通讯模块与第一控制主板之间电连接，通过图像传输通讯模块将图像采集装置采集的视频信号传送至远程控制终端；所述人体红外传感装置、火焰传感装置、烟雾传感装置、超声波传感装置和GPS定位装置均与第一控制主板之间电连接；第一主控制板还连接有数据传输通讯模块，远程控制终端通过数据传输通讯模块与第一控制主板进行通讯，一方面远程控制终端通过数据传输通讯模块向第一控制主板发送控制机器人进行地面移动的控制信号；另一方面，第一控制主板通过数据传输通讯模块向远程控制终端发送各传感器的检测数据；

所述六翼飞行装置固定设置在主体支架的顶端，六翼飞行装置的控制采用第二控制主板进行单独控制，六翼飞行装置的第二控制主板上集成了远程遥控通讯模块，从而实现远程控制终端对六翼飞行装置的远程遥控。

在上述技术方案中，所述主体支架包括上支撑板、中上支撑板、中下支撑板、下支撑板，四个支撑板之间均由铜柱进行紧固连接；进一步，所述中下支撑板、下支撑板形状相同，大小相同；所述上支撑板、中上支撑板形状和大小相同。

在上述技术方案中，所述轮系装置的电机优选为减速电机。

在上述技术方案中，所述轮系装置的车轮优选为全向轮，在变形的过程中能很好的减少舵机的受力。

本发明的具有地面移动和飞行运动方式的轮腿复合式两栖机器人的运行方法如下：

使用时，本机器人具有爬行和车轮行进两种地面移动方式，以及飞行运动方式；两种地面移动方式可以根据路面的状况进行自由地切换，当在崎岖不平路况下，第一主控制板通过舵机驱动板驱动六个三关节仿生肢装置的舵机运动，实现机器人爬行移动；当在平整路面时，第一主控制板控制六个三关节仿生肢装置的第二舵机和第三舵机动作，调整第二连接臂和支足至合适的位置，下放轮系装置，使车轮接触地面，从而实现机器人的车轮行进方式，车轮行进时，通过控制轮系装置的减速电机实现前进，通过控制的轮系装置所在的三关节仿生肢装置的第一舵机，实现转向；当需要开启飞行运动方式时，远程控制终端通过第二控制主板启动六翼飞行装置即可实现机器人的飞行；

利用机器人上搭载的图像采集装置和图像传输通讯模块，实现图像信息的采集与远程传输；利用人体红外传感装置检测生命气息，便于在灾后的搜救工作；利用超声波传感装置检测机器人周围障碍物；利用火焰传感装置和烟雾传感装置检测机器人周围的火灾情况；利用GPS定位装置实现机器人的定位。

所述的具有地面移动和飞行运动方式的轮腿复合式两栖机器人应用于救灾排险，防爆反恐、考古探测。

本发明的优点和有益效果为：

(1)本发明具有爬行和车轮行进两种地面移动方式，以及飞行运动方式；可以适应不同的工作环境，三种运动方式可以根据路况和使用者的使用需求进行任意切换，大大增加了机器人的机动性和工作效率。(2)本发明每一个仿生肢均由三个双轴舵机构成，构成肢体的三个关节，因此具有很好的行走，越障，攀爬的能力；有效的提高了机器人的灵活度；(3)在仿生肢的下肢部分，连接有舵机和全向轮，通过轮腿的变形，能实现轮腿复合式行走方式；同时选用的是全向轮，一个是满足轮式行走的方式，另一个是在变形的过程中能很好的减少舵机的受力；(4)本发明使用超声波传感模块检测机器人周围障碍物，实现自主的避障行走模式，能减少操作者的工作量；(5)人体红外传感装置能及时的检测到生命气息，便于在灾后的搜救工作；(6)火焰传感装置和烟雾传感装置只要用于检测搜救现场的环境情况，便于搜救人员时事的了解情况，做到随时的应对情况；(7)本发明带有GPS定位模块装置，能实时的做好定位工作，便于搜救等工作情况下的控制。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的电控结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例一：参见附图，本发明的具有地面移动和飞行运动方式的轮腿复合式两栖机器人主要包括：主体支架、四个轮系装置和六个三关节仿生肢装置和一个六翼飞行装置；

所述主体支架包括上支撑板1、中上支撑板2、中下支撑板3、下支撑板4，四个支撑板之间均由铜柱5进行紧固连接；采用的四个支撑板从受力分析和重心位置考虑，上面的两层板是小和薄，下面的两层板是大和厚；其中，中下支撑板3、下支撑板4形状相同，大小相同；上支撑板1、中上支撑板2形状和大小相同。

所述六个三关节仿生肢装置分布在主体支架两侧，每侧三个；每个三关节防生肢包括第一连接臂6、第二连接臂7、支足8，以及第一舵机9、第二舵机10、第三舵机11；所述第一舵机9通过两个舵机舵盘12和中下支撑板3、下支撑板4的类圆形突出端通过螺丝19紧固连接，第一舵机9通过一个U形支架13连接第一连接臂6的一端，形成仿生肢的第一关节；所述第一连接臂6的另一端与第二舵机10紧固连接，第二舵机10通过另一个U形支架14连接第二连接臂7的一端，形成仿生肢的第二关节；所述第二连接臂7的另一端与第三舵机11紧固连接，第三舵机11通过舵机支架15和支足8紧固连接，形成仿生肢的第三关节；通过三个舵机构成仿生肢的三个关节(第一舵机实现前进与后退，第二舵机控制第二连接臂7和支足8抬高与下落，第三舵机控制支足实现左右移动)，能达到很好的越障和攀爬能力。

所述四个轮系装置分别安装在六个三关节仿生肢装置中的两个前三关节仿生肢装置和两个后三关节仿生肢装置上；轮系装置由车轮16、联轴器17、减速电机18组成，减速电机18通过联轴器17连接车轮16，所述减速电机18通过电机支架固定在支足8上。

主体支架上设置有第一控制主板和驱动板，所述第一控制主板和驱动板均通过紧固连接在主体支架上；参见附图2，所述驱动板分为电机驱动板和舵机驱动板，电机驱动板与轮系装置的减速电机18电连接，舵机驱动板与第一舵机9、第二舵机10、第三舵机11电连接，且电机驱动板和舵机驱动板均与第一控制主板进行电信号连接；

在主体支架上还搭载了图像采集装置、人体红外传感装置、火焰传感装置、烟雾传感装置、超声波传感装置和GPS定位装置(图中均未标出)。图像采集装置和相应的图像传输通讯模块电连接(图像传输通讯模块也紧固连接在所述中上支撑板1上)，所述图像采集装置、图像传输通讯模块与第一控制主板之间电连接，图像传输通讯模块连接有图传天线，通过图像传输通讯模块将图像采集装置采集的视频信号传送至远程控制终端；所述人体红外传感装置、火焰传感装置、烟雾传感装置、超声波传感装置和GPS定位装置均与第一控制主板之间电连接；第一主控制板还连接有数据传输通讯模块，数据传输通讯模块连接有数传天线，远程控制终端通过数据传输通讯模块与第一控制主板进行通讯(一方面远程控制终端通过数据传输通讯模块向第一控制主板发送控制机器人进行地面移动的控制信号；另一方面，第一控制主板通过数据传输通讯模块向远程控制终端发送各传感器(即人体红外传感装置、火焰传感装置、烟雾传感装置、超声波传感装置和GPS定位装置)的检测数据)。

所述六翼飞行装置20包括六个飞行螺旋桨，六翼飞行装置20的底端通过连接柱19与主体支架的顶端固定连接，所述六翼飞行装置20为现有技术，对于六翼飞行装置20的控制采用第二控制主板进行单独控制，六翼飞行装置20的第二控制主板上集成了远程遥控通讯模块，从而实现远程控制终端对六翼飞行装置20的远程遥控。

使用时，本机器人具有爬行和车轮行进两种地面移动方式，以及飞行运动方式。两种地面移动方式可以根据路面的状况进行自由地切换，当在崎岖不平路况下，第一主控制板通过舵机驱动板驱动六个三关节仿生肢装置的舵机运动，实现机器人爬行移动；当在平整路面时，第一主控制板控制六个三关节仿生肢装置的第二舵机10和第三舵机11动作，调整第二连接臂7和支足8至合适的位置(调整时，第二连接臂7向上提升，支足8向内折叠)，下放轮系装置，使车轮接触地面，从而实现机器人的车轮行进方式，车轮行进时，通过控制轮系装置的减速电机实现前进，通过控制的轮系装置所在的三关节仿生肢装置的第一舵机9，实现转向；当需要开启飞行运动方式时，远程控制终端通过第二控制主板控制六翼飞行装置20即可实现机器人的飞行。

利用机器人上搭载的图像采集装置和图像传输通讯模块，实现图像信息的采集与远程传输；利用人体红外传感装置检测生命气息，便于在灾后的搜救工作；利用超声波传感装置检测机器人周围障碍物；利用火焰传感装置和烟雾传感装置检测机器人周围的火灾情况；利用GPS定位装置实现机器人的定位。

本发明的具有地面移动和飞行运动方式的轮腿复合式两栖机器人可以应用于救灾排险，防爆反恐、考古探测等。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种具有地面移动和飞行运动方式的轮腿复合式两栖机器人，其特征在于，包括主体支架、四个轮系装置和六个三关节仿生肢装置和一个六翼飞行装置；

所述六个三关节仿生肢装置分布在主体支架两侧，每侧三个；每个三关节防生肢包括第一连接臂、第二连接臂、支足，以及第一舵机、第二舵机、第三舵机；所述第一舵机紧固在主体支架上，第一舵机连接第一连接臂的一端，形成仿生肢的第一关节；所述第一连接臂的另一端与第二舵机紧固连接，第二舵机连接第二连接臂的一端，形成仿生肢的第二关节；所述第二连接臂的另一端与第三舵机紧固连接，第三舵机和支足紧固连接，形成仿生肢的第三关节；

所述四个轮系装置分别安装在六个三关节仿生肢装置中的两个前三关节仿生肢装置和两个后三关节仿生肢装置上；每个轮系装置由车轮、联轴器、电机组成，电机通过联轴器连接车轮，所述电机通过电机支架固定在三关节仿生肢装置的支足上；

主体支架上设置有第一控制主板和驱动板，所述驱动板分为电机驱动板和舵机驱动板，电机驱动板与轮系装置的减速电机电连接，舵机驱动板分别与舵机连接，且电机驱动板和舵机驱动板均与第一控制主板进行电信号连接。

在主体支架上还搭载了图像采集装置、人体红外传感装置、火焰传感装置、烟雾传感装置、超声波传感装置和GPS定位装置；图像采集装置和相应的图像传输通讯模块电连接，所述图像采集装置、图像传输通讯模块与第一控制主板之间电连接，通过图像传输通讯模块将图像采集装置采集的视频信号传送至远程控制终端；所述人体红外传感装置、火焰传感装置、烟雾传感装置、超声波传感装置和GPS定位装置均与第一控制主板之间电连接；第一主控制板还连接有数据传输通讯模块，远程控制终端通过数据传输通讯模块与第一控制主板进行通讯，一方面远程控制终端通过数据传输通讯模块向第一控制主板发送控制机器人进行地面移动的控制信号；另一方面，第一控制主板通过数据传输通讯模块向远程控制终端发送各传感器的检测数据；

所述六翼飞行装置固定设置在主体支架的顶端，六翼飞行装置的控制采用第二控制主板进行单独控制，六翼飞行装置的第二控制主板上集成了远程遥控通讯模块，从而实现远程控制终端对六翼飞行装置的远程遥控。

2.根据权利要求1所述的具有地面移动和飞行运动方式的轮腿复合式两栖机器人，其特征在于：所述主体支架包括上支撑板、中上支撑板、中下支撑板、下支撑板，四个支撑板之间均由铜柱进行紧固连接；进一步，所述中下支撑板、下支撑板形状相同，大小相同；所述上支撑板、中上支撑板形状和大小相同。

3.根据权利要求1所述的具有地面移动和飞行运动方式的轮腿复合式两栖机器人，其特征在于：所述轮系装置的电机优选为减速电机。

4.根据权利要求1所述的具有地面移动和飞行运动方式的轮腿复合式两栖机器人，其特征在于：所述轮系装置的车轮优选为全向轮，在变形的过程中能很好的减少舵机的受力。

5.如权利要求1-4之一所述的具有地面移动和飞行运动方式的轮腿复合式两栖机器人的运行方法，其特征在于：

使用时，本机器人具有爬行和车轮行进两种地面移动方式，以及飞行运动方式；两种地面移动方式可以根据路面的状况进行自由地切换，当在崎岖不平路况下，第一主控制板通过舵机驱动板驱动六个三关节仿生肢装置的舵机运动，实现机器人爬行移动；当在平整路面时，第一主控制板控制六个三关节仿生肢装置的第二舵机和第三舵机动作，调整第二连接臂和支足至合适的位置，下放轮系装置，使车轮接触地面，从而实现机器人的车轮行进方式，车轮行进时，通过控制轮系装置的减速电机实现前进，通过控制的轮系装置所在的三关节仿生肢装置的第一舵机，实现转向；当需要开启飞行运动方式时，远程控制终端通过第二控制主板启动六翼飞行装置即可实现机器人的飞行；

利用机器人上搭载的图像采集装置和图像传输通讯模块，实现图像信息的采集与远程传输；利用人体红外传感装置检测生命气息，便于在灾后的搜救工作；利用超声波传感装置检测机器人周围障碍物；利用火焰传感装置和烟雾传感装置检测机器人周围的火灾情况；利用GPS定位装置实现机器人的定位。

6.如权利要求1-4之一所述的具有地面移动和飞行运动方式的轮腿复合式两栖机器人，其特征在于，应用于救灾排险，防爆反恐、考古探测。