CN111516770A - 基于拟态的蛇态/四足态/旋翼飞行态机器人 - Google Patents

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Abstract

基于拟态的蛇态/四足态/旋翼飞行态机器人,属于机器人技术领域,结构上由一字支架、驱动器、控制芯片和横向电控式速接口连接构成两个本体,以及连接设置在两个本体间的腿部构成,其结构新颖,通过其结构变形,可实现蛇态、四足态和旋翼飞行态之间的快速切换,其切换原理清晰,横向连接时采用磁力连接的方式,响应速度快,通过变形能够适应各种环境,机器人应用范围广。

Description

基于拟态的蛇态/四足态/旋翼飞行态机器人
技术领域
本发明属于机器人技术领域,涉及一种飞行机器人,具体的说是涉及一种可在蛇态,四足态和旋翼飞行态之间变换的机器人。
背景技术
随着机器人技术的不断发展,四足机器人应用领域更加广泛。足式机器人的运动轨迹是一系列离散的足印,对地形的适应性较强,对地形的破坏程度也小,机器人变为蛇态时的腿部具有多个自由度,使运动的灵活性大大增强。蛇形机器人能够适应各种复杂地形,平均分配自己的体重;具有自封闭的结构;可以凭借自身的能力钻孔、爬悬崖或者进入狭窄的裂隙去进行探测活动。在面对某些狭窄的地形时,机器人四足态时宽度可能会限制其前进,此时需要对其变为蛇态以适应多变的环境。旋翼飞行态能够在机器人陆地无法通过的时候,机器人通过四足态变为旋翼飞行态,利用成熟可靠的旋翼飞控技术,进而实现稳定的垂直起降和空中悬停,使机器人突破天然或人为障碍的限制。而上述机器人无法适应多种环境的变换,响应速度较慢,适应能力弱,使用场合得不到广泛应用。
发明内容
本发明是为了解决现有机器人无法适应多种环境变换的问题,提出一种基于拟态的蛇态/四足态/旋翼飞行态机器人,可在蛇态/四足态/旋翼飞行态之间进行快速变换,提高其适应能力,可拓宽其使用场合。
本发明的技术方案:基于拟态的蛇态/四足态/旋翼飞行态机器人,其特征在于:所述机器人由本体A、本体B和腿部构成,所述本体A和本体B均由一字支架、第一驱动器、控制芯片和横向电控式速接口连接构成;所述控制芯片设置在所述一字支架上,所述一字支架上设有两根对置的第一驱动器,所述横向电控式速接口由横向对接槽和吸盘式电磁铁构成,所述横向电控式速接口设置在其中一个所述第一驱动器的一侧,所述本体A的腿部由斜U支架、长U支架、短U支架、小U支架、第二驱动器、第三驱动器和机械式速接公口连接构成,所述机械式速接公口由锁杆组成;所述本体B的腿部由斜U支架、长U支架、短U支架、小U支架、第二驱动器、第三驱动器和机械式速接母口连接构成,所述机械式速接母口由第四驱动器、锁闩和纵向对接槽组成;所述斜U支架顶部均安装有矢量推进组件;
对于四足态时,机器人横向连接,横向电控式速接口工作,所述本体A和本体B通过两对相互对应的横向电控式速接口连接,电磁铁正常工作,在磁力作用下,吸盘式电磁铁和横向对接槽相互连接;
对于蛇态时,机器人纵向连接,机械式速接公母口工作,所述锁杆进入所述纵向对接槽后,所述第四驱动器顺时针旋转90°,使用所述锁闩卡住锁杆的槽位,使锁杆不能退出纵向对接槽,达到锁闩旋转固定连接;
对于旋翼飞行态时,机器人横向连接,所述本体A与本体B上的第一驱动器绕轴中心旋转45°,第二驱动器旋转为180°与第三驱动器旋转为90°,所述斜U支架的矢量推进组件工作,失量推进组件中桨夹所连2个折叠桨叶打开。
所述机械式速接公口上的锁杆和机械式速接母口上的纵向对接槽在同一对接位置开有锁孔。
所述斜U支架、长U支架、短U支架两端侧缘处均设有两个卡槽,每端的两个卡槽互相对称,可与第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器固定。
所述第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器采用的伺服控制舵机型号相同,且可旋角度为180°。
所述第一驱动器与短U支架构成第一关节,第二驱动器与长U支架构成第二关节,第三驱动器与斜U支架构成第三关节。
所述第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器、第四驱动器、机械式速接公口、机械式速接母口、横向电控式速接口、矢量推进组件均与控制芯片相连,控制芯片上连接无线模块。
所述矢量推进组件由无刷电机、桨夹、折叠桨叶和桨夹上盖组成,第二关节通过改变一定的旋转角度,进而改变斜U支架上的矢量推进组件的矢量角度进而改变产生推力的方向。
所述折叠桨叶分为正旋折叠桨和逆旋折叠桨,且关于机器人本体中心对称。
本发明的有益效果为:本发明提出的基于拟态的蛇态/四足态/旋翼飞行态机器人,结构上由一字支架、驱动器、控制芯片和横向电控式速接口连接构成两个本体,以及连接设置在两个本体间的腿部构成,其结构新颖,通过其结构变形,可实现蛇态、四足态和旋翼飞行态之间的快速切换,其切换原理清晰,横向连接时采用磁力连接的方式,响应速度快,通过变形能够适应各种环境,机器人应用范围广。
附图说明
图1 为本发明中四足态结构示意图。
图2 为本发明中横向连接机构结构示意图。
图3 为本发明中机械式速接公口结构示意图。
图4 为本发明中机械式速接母口结构示意图。
图5 为本发明中矢量推进组件结构示意图。
图6 为本发明中正旋折叠桨结构示意图。
图7 为本发明中逆旋折叠桨结构示意图。
图8 为本发明蛇态结构示意图。
图9 为本发明拟态结构示意图。
图10 为本发明旋翼飞行态结构示意图。
图11 为本发明中机器人本体结构示意图。
图12为本发明中机器人腿部结构示意图。
图13 为本发明系统框图。
图中:斜U支架1、长U支架2、短U支架3、一字支架4、小U支架5、第一驱动器6、第二驱动器7、第三驱动器8、第一关节9、第二关节10、第三关节11、控制芯片12、横向对接槽13、吸盘式电磁铁14、第四驱动器15、锁闩16、纵向对接槽17、锁杆18、本体A 19、本体B 20、无线通信模块21、无刷电机22、固定螺栓23、桨夹24、桨夹上盖25、定位孔26、正旋折叠桨27、逆旋折叠桨28。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明:
如图1-13所示,基于拟态的蛇态/四足态/旋翼飞行态机器人,机器人由本体A19、本体B20和腿部构成,本体A19和本体B20均由一字支架4、第一驱动器6、控制芯片12和横向电控式速接口连接构成;控制芯片12设置在一字支架4上,一字支架4上设有两根对置的第一驱动器6,横向电控式速接口由横向对接槽13和吸盘式电磁铁14构成,横向电控式速接口设置在其中一个第一驱动器6的一侧,本体A19的腿部由斜U支架1、长U支架2、短U支架3、小U支架5、第二驱动器7、第三驱动器8和机械式速接公口连接构成,机械式速接公口由锁杆18组成;本体B20的腿部由斜U支架1、长U支架2、短U支架3、小U支架5、第二驱动器7、第三驱动器8和机械式速接母口连接构成,机械式速接母口由第四驱动器15、锁闩16和纵向对接槽17组成;斜U支架顶部均安装有矢量推进组件;
对于四足态时,机器人横向连接,横向电控式速接口工作,本体A19和本体B20通过两对相互对应的横向电控式速接口连接,电磁铁正常工作,在磁力作用下,吸盘式电磁铁13和横向对接槽14相互连接;
对于蛇态时,机器人纵向连接,机械式速接公母口工作,锁杆18进入纵向对接槽17后,第四驱动器15顺时针旋转90°,使用锁闩16卡住锁杆18的槽位,使锁杆18不能退出纵向对接槽17,达到锁闩16旋转固定连接;
对于旋翼飞行态时,机器人横向连接,本体A19与本体B20上的第一驱动器6绕轴中心旋转45°,第二驱动器7旋转为180°与第三驱动器8旋转为90°,斜U支架1的矢量推进组件工作,失量推进组件中桨夹所连2个折叠桨叶打开。
机械式速接公口上的锁杆18和机械式速接母口上的纵向对接槽17在同一对接位置开有锁孔;斜U支架1、长U支架2、短U支架3两端侧缘处均设有两个卡槽,每端的两个卡槽互相对称,可与第一驱动器6、第二驱动器7、第三驱动器8固定;第一驱动器6、第二驱动器7、第三驱动器8采用的伺服控制舵机型号相同,且可旋角度为180°;第一驱动器6与短U支架3构成第一关节9,第二驱动器7与长U支架2构成第二关节10,第三驱动器8与斜U支架1构成第三关节11;第一驱动器6、第二驱动器7、第三驱动器8、第四驱动器15、机械式速接公口、机械式速接母口、横向电控式速接口、矢量推进组件均与控制芯片12相连,控制芯片12上连接无线模块21;矢量推进组件由无刷电机22、桨夹24、折叠桨叶和桨夹上盖25组成,第二关节通过改变一定的旋转角度,进而改变斜U支架上的矢量推进组件的矢量角度进而改变产生推力的方向;折叠桨叶分为正旋折叠桨27和逆旋折叠桨28,且关于机器人本体中心对称。
工作原理如下:
如图8所示的蛇态变形为图1所示的四足态:
如图3所示,机器人本体A 19腿部的第三驱动器8绕轴中心逆时针旋转为90°,机器人本体B 20腿部的第三驱动器8绕轴中心顺时针旋转为90°。
如图2所示,横向电控式速接口的吸盘式电磁铁14进入横向对接槽13后,14.吸盘式电磁铁14开始工作,完成横向对接。变成拟态,如图9 所示。
第四驱动器15连接的锁闩16绕轴中心逆时针旋转90°后放开纵向机械式速接公口中的锁杆18,最后第一驱动器6和第二驱动器7绕轴中心变为45°,如图1所示的四足态。
如图1所示的四足态变形为如图8所示的蛇态:
如图3所示机器人本体A19处第三驱动器8绕轴中心逆时针旋转为90°,机器人本体B20处第三驱动器8绕轴中心顺时针旋转为90°,接着第一驱动器6和第二驱动器7绕轴中心变为180°,这时机器人本体A 19腿部的锁杆18插入本体B 20上的纵向对接槽17,接着机器人本体B 20一端的第四驱动器15连接的锁闩16绕轴中心顺时针旋转为90°,卡住锁杆18,变成拟态,如图9所示。接着图2 横向电控式速接口的吸盘式电磁铁14关闭,最后,第一驱动器6和第二驱动器7和第三驱动器8绕轴中心变为180°,变成如图8所示的蛇态。
如图1所示的四足态变形为如图10所示的旋翼飞行态:
如图11所示机器人本体A 19与本体B 20,第一驱动器6绕轴中心旋转为45°,第二驱动器7旋转为180°与第三驱动器8旋转为90,如图5所示,斜U支架1的矢量推进组件工作,失量推进组件中桨夹所连2个折叠桨叶打开。
第一驱动器6、第二驱动器7、第三驱动器8、第四驱动器15、吸盘式电磁铁14、无线通信模块21、无刷电机22与控制芯片12相连如图6所示。
第一驱动器6,第二驱动器7和第三驱动器8采用的伺服控制舵机型号相同。控制电路能够通过无线通信模块与PC端或移动终端等装置连接。PC端开发软件使用可视化编程,降低编程难度,适应不同开发人员的使用。PC端开发软件可以用于机器人后续的动作开发,移动终端APP软件,配有三维视图,动作实时更新。第二关节通过带动斜U支架的矢量推进组件的朝向进而改变产生推力的方向。在旋翼飞行态时折叠桨叶打开,蛇态和四足态时折叠桨叶关闭。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用斜U支架1、长U支架2、短U支架3、一字支架4、小U支架5、第一驱动器6、第二驱动器7、第三驱动器8、第一关节9、第二关节10、第三关节11、控制芯片12、横向对接槽13、吸盘式电磁铁14、第四驱动器15、锁闩16、纵向对接槽17、锁杆18、本体A19、本体B20、无线通信模块21、无刷电机22、固定螺栓23、桨夹24、桨夹上盖25、定位孔26、正旋折叠桨27、逆旋折叠桨28等术语,但是使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质,把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背。

Claims (8)

1.基于拟态的蛇态/四足态/旋翼飞行态机器人,其特征在于:所述机器人由本体A(19)、本体B(20)和腿部构成,所述本体A(19)和本体B(20)均由一字支架(4)、第一驱动器(6)、控制芯片(12)和横向电控式速接口连接构成;所述控制芯片(12)设置在所述一字支架(4)上,所述一字支架(4)上设有两根对置的第一驱动器(6),所述横向电控式速接口由横向对接槽(13)和吸盘式电磁铁(14)构成,所述横向电控式速接口设置在其中一个所述第一驱动器(6)的一侧,所述本体A(19)的腿部由斜U支架(1)、长U支架(2)、短U支架(3)、小U支架(5)、第二驱动器(7)、第三驱动器(8)和机械式速接公口连接构成,所述机械式速接公口由锁杆(18)组成;所述本体B(20)的腿部由斜U支架(1)、长U支架(2)、短U支架(3)、小U支架(5)、第二驱动器(7)、第三驱动器(8)和机械式速接母口连接构成,所述机械式速接母口由第四驱动器(15)、锁闩(16)和纵向对接槽(17)组成;所述斜U支架顶部均安装有矢量推进组件;
对于四足态时,机器人横向连接,横向电控式速接口工作,所述本体A(19)和本体B(20)通过两对相互对应的横向电控式速接口连接,电磁铁正常工作,在磁力作用下,吸盘式电磁铁(13)和横向对接槽(14)相互连接;
对于蛇态时,机器人纵向连接,机械式速接公母口工作,所述锁杆(18)进入所述纵向对接槽(17)后,所述第四驱动器(15)顺时针旋转90°,使用所述锁闩(16)卡住锁杆(18)的槽位,使锁杆(18)不能退出纵向对接槽(17),达到锁闩(16)旋转固定连接;
对于旋翼飞行态时,机器人横向连接,所述本体A(19)与本体B(20)上的第一驱动器(6)绕轴中心旋转45°,第二驱动器(7)旋转为180°与第三驱动器(8)旋转为90°,所述斜U支架(1)的矢量推进组件工作,失量推进组件中桨夹所连2个折叠桨叶打开。
2.根据权利要求1所述的基于拟态的蛇态/四足态/旋翼飞行态机器人,其特征在于:所述机械式速接公口上的锁杆(18)和机械式速接母口上的纵向对接槽(17)在同一对接位置开有锁孔。
3.根据权利要求1所述的基于拟态的蛇态/四足态/旋翼飞行态机器人,其特征在于:所述斜U支架(1)、长U支架(2)、短U支架(3)两端侧缘处均设有两个卡槽,每端的两个卡槽互相对称,可与第一驱动器(6)、第二驱动器(7)、第三驱动器(8)固定。
4.根据权利要求1所述的基于拟态的蛇态/四足态/旋翼飞行态机器人,其特征在于:所述第一驱动器(6)、第二驱动器(7)、第三驱动器(8)采用的伺服控制舵机型号相同,且可旋角度为180°。
5.根据权利要求1所述的基于拟态的蛇态/四足态/旋翼飞行态机器人,其特征在于:所述第一驱动器(6)与短U支架(3)构成第一关节(9),第二驱动器(7)与长U支架(2)构成第二关节(10),第三驱动器(8)与斜U支架(1)构成第三关节(11)。
6.根据权利要求1所述的基于拟态的蛇态/四足态/旋翼飞行态机器人,其特征在于:所述第一驱动器(6)、第二驱动器(7)、第三驱动器(8)、第四驱动器(15)、机械式速接公口、机械式速接母口、横向电控式速接口、矢量推进组件均与控制芯片(12)相连,控制芯片(12)上连接无线模块(21)。
7.根据权利要求1所述的基于拟态的蛇态/四足态/旋翼飞行态机器人,其特征在于:所述矢量推进组件由无刷电机(22)、桨夹(24)、折叠桨叶和桨夹上盖(25)组成,第二关节通过改变一定的旋转角度,进而改变斜U支架上的矢量推进组件的矢量角度进而改变产生推力的方向。
8.根据权利要求1所述的基于拟态的蛇态/四足态/旋翼飞行态机器人,其特征在于:所述折叠桨叶分为正旋折叠桨(27)和逆旋折叠桨(28),且关于机器人本体中心对称。
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