CN108394242A - 一种陆空两栖模块化机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种陆空两栖模块化机器人，属于机器人技术领域。其包括至少一个子单元，子单元包括机体以及安装于机体上的旋翼；机体包括壳体以及设置于壳体底部的全向轮，壳体包括容纳旋翼的空腔以及设置于壳体外侧的至少两个连接侧面，子单元通过连接侧面连接；旋翼包括与壳体旋转连接的环形骨架以及与环形骨架旋转连接的旋转组件，环形骨架的转动中心线与旋转组件的转动中心线垂直。本发明在不改变自身机体航向的情况下朝任意方向运动，可以弥补单个运动平台驱动力不足以及运动平台形状的限制。形状以及数量也可以根据任务需求来零活选取，提高了适应性。

Description

一种陆空两栖模块化机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种陆空两栖模块化机器人。

背景技术

机器人技术广泛应用与生产生活中，尤其是两栖机器人，扮演着更加重要的角色。目前，旋翼机器人因其稳定性、滞空性等特点广泛应用于航拍、快递运送等领域。

但是，现有的多旋翼机器人在出厂时就已经结构固定，其载重、尺寸等参数在后期是无法改变的，不能够根据任务载荷来灵活的选择。此外，在陆地应用最广的属于轮式机器人，尤其是以全向轮为驱动轮的机器人因其全向性的特点更是广泛应用与工厂生产等领域。但是以全向轮为驱动轮的轮式机器人因其全向轮对地面环境苛刻的要求，有杂质陆地表面很影响机器人的正常运动，甚至有的轮式机器人只能在光滑的陆地表面运动，更是限制了这类机器人的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种陆空两栖模块化机器人，以解决现有旋翼机器人尺寸、载重固定而导致灵活性不够以及地面全向轮机器人无法适应苛刻环境的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种陆空两栖模块化机器人，包括至少一个子单元，子单元包括机体以及安装于机体上的旋翼；

机体包括壳体以及设置于壳体底部的全向轮，壳体包括容纳旋翼的空腔以及设置于壳体外侧的至少两个连接侧面，子单元通过连接侧面连接；

旋翼包括与壳体旋转连接的环形骨架以及与环形骨架旋转连接的旋转组件，环形骨架的转动中心线与旋转组件的转动中心线交叉；旋转组件包括支架、设置于支架中部的驱动电机以及与驱动电机连接的螺旋桨，支架的两端分别与环形骨架旋转连接。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述壳体的顶部成对设置有第一安装座，环形骨架上分别成对设置有第二安装座和第三安装座，第二安装座与第一安装座对应，第二安装座与第三安装座交叉分布；

环形骨架通过同时与第一安装座、第二安装座配合的第一转轴与机体旋转连接，旋转组件通过与第三安装座配合的第二转轴与环形骨架旋转连接。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述第一转轴包括第一固定轴和第一转动轴，第一固定轴和第一转动轴均与第一安装座活动连接，并且第一固定轴与其中一个第二安装座固定连接，第一转动轴与另一个第二安装座活动连接。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述机体还包括齿轮组件和第一伺服电机，齿轮组件包括相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，主动齿轮的齿轮轴与第一伺服电机的驱动轴连接，从动齿轮的齿轮轴与第一固定轴连接，第一伺服电机通过齿轮组件和第一固定轴驱动环形骨架旋转。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述第二转轴包括第二固定轴和第二转动轴，第二固定轴与其中一个第三安装座固定连接，第二转动轴与另一个第三安装座活动连接。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述旋转组件还包括设置于支架上的第二伺服电机，第二伺服电机的驱动轴与第二固定轴连接，以驱动旋转组件转动。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述支架包括两个间隔设置的条形侧板以及连接两个条形侧板的端板，端板分别设置于条形侧板的两端，驱动电机固定在两个条形侧板之间并且位于环形骨架的几何中心处，第二伺服电机固定在端板上。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，每个连接侧面上设有电磁铁，并且每个连接侧面上设有凹槽或凸台，凹槽和凸台交叉分布在不同的连接侧面上。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，不同子单元上的连接侧面通过粘接、静电吸引或卡扣连接。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述壳体包括6个连接侧面，6个连接侧面首尾相连形成正六边形。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述陆空两栖模块化机器人包括4个或6个子单元。

本发明具有以下有益效果：

本发明的陆空两栖模块化机器人包括多个子单元，子单元的具体数目可以根据实际任务需求来确定，以满足不同的任务载荷以及不同尺寸大小的需求。子单元由螺旋桨提供推力，螺旋桨由驱动电机驱动，并且螺旋桨在第一伺服电机和第二伺服电机的带动下可以朝任意方向转动。

本发明的陆空两栖模块化机器人，其机体底部设有全向轮，能够在陆地上并且在不改变自身姿态的情况下朝任意方向运动。

本发明的壳体的连接侧面设有可控制极性的电磁铁，用于不同子单元之间的连接。并且在连接侧面设有凸台和凹槽，用于不同子单元之间的固定和定位。

本发明的陆空两栖模块化机器人以根据具体任务需求，选择不同数量的子单元进行连接，可以连接为四旋翼、六旋翼及其它可在空中飞行的模式。

附图说明

图1为本发明实施例的陆空两栖模块化机器人的结构示意图；

图2为本发明实施例的陆空两栖模块化机器人的子单元的立体结构示意图；

图3为本发明实施例的陆空两栖模块化机器人的子单元的底部结构示意图；

图4为本发明实施例的陆空两栖模块化机器人的子单元的局部结构示意图；

图5为本发明实施例的陆空两栖模块化机器人的旋翼的结构示意图；

图6为本发明另一个实施例的陆空两栖模块化机器人的结构示意图。

图中：100-陆空两栖模块化机器人；10-子单元；101-机体；201-旋翼；111-壳体；112-全向轮；113-空腔；114-连接侧面；115-凹槽；116-凸台；117-电磁铁；118-第一安装座；119-主动齿轮；120-从动齿轮；121-第一伺服电机；211-环形骨架；212-旋转组件；213-第二安装座；214-第三安装座；215-第一固定轴；216-第一转动轴；217-第二固定轴；218-第二转动轴；219-支架；220-驱动电机；221-螺旋桨；223-第二伺服电机；224-条形侧板；225-端板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

请参照图1所示出的陆空两栖模块化机器人100，包括4个子单元10。4个子单元10拼接成一个四旋翼201飞行平台的机器人。

请参照图2和图3，子单元10包括机体101以及安装于机体101上的旋翼201。请参照图3，机体101包括壳体111以及设置于壳体111底部的全向轮112。在本实施例中，全向轮112的个数为3个，3个全向轮112均匀分布在壳体111的底部。显然地，在本发明的其他实施例中，全向轮112的个数可以是2个或4个，甚至更多。

如图2和图3所示，壳体111包括容纳旋翼201的空腔113以及设置于壳体111外侧的连接侧面114。壳体111的空腔113的形状包括但不仅限于圆形，也可以是其他几何形状，只要能够容纳旋翼201即可。不同的两个子单元10通过连接侧面114连接。壳体111的横截面为轴对称结构，在本实施例中，壳体111为横截面呈正六边形的中空壳体111。显然地，在本发明的其他实施例中壳体111的横截面也可以是正三角形、正方形或正五边形等。连接侧面114的数量与壳体111的形状有关，例如在本实施例中，横截面为正六边形的壳体111，其外侧为6个连接侧面114，用于与其他相同的子单元10进行连接。6个连接侧面114首尾相连形成正六边形。如图2所示，每个连接侧面114上设有电磁铁117，并且每个连接侧面114上设有凹槽115或凸台116，凹槽115和凸台116交叉分布在不同的连接侧面114上。本实施例的连接侧面114通过电磁铁117吸附连接，并且通过凹槽115和凸台116的配合将连接的两个子单元10进行定位固定。凹槽115还可以被替换为是开设在壳体111侧壁上的通孔。如图2所示，该通孔为圆形孔，凸台116为相匹配的圆形凸台116。对于凹槽115和凸台116的形状包括但不限于图中所示的圆形，本领域技术人员可以自行调整为其他形状，例如方形。在本发明的其他实施例中，不同子单元10上的连接侧面114还可以通过粘接、静电吸引或卡扣连接。

请参照图2，壳体111的顶部成对设置有第一安装座118。第一安装座118分别位于壳体111顶部的两侧，并且两个第一安装座118之间的连线过壳体111的中心。第一安装座118用安装旋翼201。

请参照图4，机体101还包括齿轮组件和第一伺服电机121。齿轮组件和第一伺服电机121均安装在壳体111上。齿轮组件包括相互啮合的主动齿轮119和从动齿轮120，主动齿轮119的齿轮轴与第一伺服电机121的驱动轴连接，从动齿轮120的齿轮轴与安装在壳体111上的旋翼201连接。通过第一伺服电机121驱动齿轮组件转动，从而带动齿旋翼201转动。

请参照图2和图5，旋翼201包括与壳体111旋转连接的环形骨架211以及与环形骨架211旋转连接的旋转组件212。环形骨架211的转动中心线与旋转组件212的转动中心线交叉，两者的转动中心线均过环形骨架211的几何中心。优选地，环形骨架211与壳体111的空腔113具有相匹配的形状，并且两者的几何中心重合。更优选地，在本实施例中，环形骨架211为与空腔113相匹配的圆形。环形骨架211上分别成对设置有第二安装座213和第三安装座214，第二安装座213与第一安装座118对应，第二安装座213与第三安装座214交叉分布。如图5所示，第二安装座213和第三安装座214也均是成对设置，并且成对的两个第二安装座213分别位于环形骨架211的两侧，两个第二安装座213之间的连线过环形骨架211的中心。成对的两个第三安装座214也分别位于环形骨架211的两侧，两个第二安装座213之间的连线过环形骨架211的中心。

第一安装座118和第二安装座213用于将旋翼201安装至壳体111上。环形骨架211通过同时与第一安装座118、第二安装座213配合的第一转轴与机体101旋转连接。第三安装座214用于设置旋转组件212，将旋转组件212安装至环形骨架211上。旋转组件212通过与第三安装座214配合的第二转轴与环形骨架211旋转连接。第一安装座118、第二安装座213和第三安装座214在本实施例中均为圆弧形耳板，其上设有安装孔。

请参照图2，第一转轴包括第一固定轴215和第一转动轴216，第一固定轴215和第一转动轴216相对设置。第一固定轴215和第一转动轴216均与第一安装座118活动连接，并且第一固定轴215与其中一个第二安装座213固定连接，第一转动轴216与另一个第二安装座213活动连接。第一固定轴215穿过第一安装座118的安装孔，其一端与齿轮组件的从动轮连接，其另一端固定至第二安装座213的安装孔内。在第一伺服电机121的驱动下，通过齿轮组件传动，使得第一固定轴215相对于第一安装座118做0-360°范围内的旋转运动，由于第一固定轴215与第二安装座213固定连接，不发生旋转，因此在第一固定轴215转动的同时带动整个旋翼201转动。第一伺服电机121通过齿轮组件和第一固定轴215驱动环形骨架211旋转，进而驱动整个旋翼201。与第一固定轴215相对的第一转动轴216其与对应的第一安装座118和第二安装座213均为活动连接，能够在0-360°的范围内旋转。

请参照图5，第二转轴包括第二固定轴217和第二转动轴218，第二固定轴217和第二转动轴218相对设置。第二固定轴217与其中一个第三安装座214固定连接，第二转动轴218与另一个第三安装座214活动连接。

请参照图5，旋转组件212包括支架219、设置于支架219中部的驱动电机220、与驱动电机220连接的螺旋桨221以及设置于支架219上的第二伺服电机223。支架219大致呈条形框结构。支架219的两端分别与环形骨架211旋转连接。支架219包括两个间隔设置的条形侧板224以及连接两个条形侧板224的端板225，端板225分别设置于条形侧板224的两端，驱动电机220固定在两个条形侧板224之间并且位于环形骨架211的几何中心处，第二伺服电机223固定在端板225上。驱动电机220驱动螺旋桨221转动，其可以是直流无刷电机，也可以是空心杯电机，或者是安装了减速齿轮的空心杯电机。第二伺服电机223的驱动轴与第二固定轴217连接，以驱动旋转组件212转动。如图5所示，设置在支架219一端的第二固定轴217，其一端与第三安装座214固定连接，其另一端与驱动电机220的驱动轴连接；设置在支架219另一端的第二转动轴218，其分别与第三安装座214和端板225活动连接。当第二伺服电机223驱动轴转动时，由于第二固定轴217与第三安装座214固定连接，第二转动轴218与另一侧的第三安装座214活动连接，此时在第二伺服电机223驱动轴的作用下，第二伺服电机223会带动整个旋转组件212转动。

实施例2

请参照图6，实施例1基本相同，区别在于，本实施例的子单元10个数为6个。显然，在本发明的其他实施例中，子单元10的个数还可以是3个、5个，甚至更多，也可以是1个。本领域技术人员可以根据任务载荷进行适当调节。

下面对本发明实施例的陆空两栖模块化机器人100的工作原理进行说明。

在陆地上运行时，旋翼201在第一伺服电机121的驱动下转动，提供矢量推力，从而驱动机器人运动。在空中运动时，旋翼201提供的矢量推力一部分用于抵消其自身重力，另一部分用于运动飞行。

综上所述，在陆地上，本发明的陆空两栖模块化机器人100的各个子单元可以在不改变自身机体航向的情况下朝任意方向运动。相应的，由多个子单元合成的陆空两栖模块化机器人100也可以在不改变自身航向的前提下朝任意方向运动。在实际应用中，可以弥补单个运动平台驱动力不足以及运动平台形状的限制。在空中运动的时候，由多个子单元构成的陆空两栖模块化机器人100，形状以及数量也可以根据任务需求来零活选取，提高了适应性。在实际应用中，可以根据周围环境设计合理的陆空两栖模块化机器人100形状，也可以根据任务载荷来合理选取子单元的数量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种陆空两栖模块化机器人，其特征在于，包括至少一个子单元，所述子单元包括机体以及安装于所述机体上的旋翼；

所述机体包括壳体以及设置于所述壳体底部的全向轮，所述壳体包括容纳所述旋翼的空腔以及设置于所述壳体外侧的至少两个连接侧面，所述子单元通过所述连接侧面连接；

所述旋翼包括与所述壳体旋转连接的环形骨架以及与所述环形骨架旋转连接的旋转组件，所述环形骨架的转动中心线与所述旋转组件的转动中心线交叉；所述旋转组件包括支架、设置于所述支架中部的驱动电机以及与所述驱动电机连接的螺旋桨，所述支架的两端分别与所述环形骨架旋转连接。

2.根据权利要求1所述的陆空两栖模块化机器人，其特征在于，所述壳体的顶部成对设置有第一安装座，所述环形骨架上分别成对设置有第二安装座和第三安装座，所述第二安装座与所述第一安装座对应，所述第二安装座与所述第三安装座交叉分布；

所述环形骨架通过同时与所述第一安装座、第二安装座配合的第一转轴与所述机体旋转连接，所述旋转组件通过与所述第三安装座配合的第二转轴与所述环形骨架旋转连接。

3.根据权利要求2所述的陆空两栖模块化机器人，其特征在于，所述第一转轴包括第一固定轴和第一转动轴，所述第一固定轴和所述第一转动轴均与所述第一安装座活动连接，并且所述第一固定轴与其中一个第二安装座固定连接，所述第一转动轴与另一个第二安装座活动连接。

4.根据权利要求3所述的陆空两栖模块化机器人，其特征在于，所述机体还包括齿轮组件和第一伺服电机，所述齿轮组件包括相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮的齿轮轴与所述第一伺服电机的驱动轴连接，所述从动齿轮的齿轮轴与所述第一固定轴连接，所述第一伺服电机通过所述齿轮组件和所述第一固定轴驱动所述环形骨架旋转。

5.根据权利要求3所述的陆空两栖模块化机器人，其特征在于，所述第二转轴包括第二固定轴和第二转动轴，所述第二固定轴与其中一个第三安装座固定连接，所述第二转动轴与另一个第三安装座活动连接。

6.根据权利要求5所述的陆空两栖模块化机器人，其特征在于，所述旋转组件还包括设置于所述支架上的第二伺服电机，所述第二伺服电机的驱动轴与所述第二固定轴连接，以驱动所述旋转组件转动。

7.根据权利要求6所述的陆空两栖模块化机器人，其特征在于，所述支架包括两个间隔设置的条形侧板以及连接两个所述条形侧板的端板，所述端板分别设置于所述条形侧板的两端，所述驱动电机固定在两个条形侧板之间并且位于所述环形骨架的几何中心处，所述第二伺服电机固定在所述端板上。

8.根据权利要求1-7任一项所述的陆空两栖模块化机器人，其特征在于，每个连接侧面上设有电磁铁，并且每个连接侧面上设有凹槽或凸台，所述凹槽和凸台交叉分布在不同的连接侧面上。

9.根据权利要求1-7任一项所述的陆空两栖模块化机器人，其特征在于，不同子单元上的连接侧面通过粘接、静电吸引或卡扣连接。

10.根据权利要求1-7任一项所述的陆空两栖模块化机器人，其特征在于，所述壳体包括6个连接侧面，6个连接侧面首尾相连形成正六边形。