CN112498035A - 一种便携式水陆空三栖移动机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式水陆空三栖移动机器人，此移动机器人包括主机、驱动模块和防护模块，其中，主机，其机体侧壁上具有凸台；驱动模块，配合连接在所述凸台上，其包括固定件和驱动件，所述固定件与连接件配合相连；防护模块，对称设置于所述主机的两侧，并包覆于所述主机及驱动模块的外侧；本发明中的主机为防水密封设计，控制组件均放置于其中，与主机相连的驱动模块由主机控制，为机器人移动提供驱动力，而防护模块包覆在主机及驱动模块的外侧，既能够用于移动防护，也能够作为轮框用于在陆地上的移动；整体为模块化装配式结构，既方便携带也便于组装，实用性高。

Description

一种便携式水陆空三栖移动机器人

技术领域

本发明涉及移动机器人技术领域，尤其涉及一种便携式水陆空三栖移动机器人。

背景技术

随着现代社会的进步，在越来越多的领域需要使用到移动机器人，通过在移动机器人上安装不同的设备，可以用于解决不同领域的问题，但是当前市面上还没有一款能够适应水陆空三栖环境的通用型移动机器人，或者对水陆空三栖环境的适应性较差，安装或驱动存在各种各样的问题，从而导致此类移动机器人不能够广泛使用，限制了发展。为解决上述的问题，现提出一种便携式、结构简单的装配式三栖移动机器人。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有水陆空三栖移动机器人存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明要解决的技术问题是提供一种便携式水陆空三栖移动机器人，其目的在于通过设计便携式且能够模块化装配的移动机器人，来适配水陆空三栖环境。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种便携式水陆空三栖移动机器人，此移动机器人包括主机、驱动模块和防护模块，其中，主机，其机体侧壁上具有凸台；驱动模块，配合连接在所述凸台上，其包括固定件和驱动件，所述固定件与连接件配合相连；防护模块，对称设置于所述主机的两侧，并包覆于所述主机及驱动模块的外侧。

作为本发明所述便携式水陆空三栖移动机器人的一种优选方案，其中：所述主机两侧侧壁的中部开设有安装槽，所述安装槽的内腔两侧对称开设有卡合槽。

作为本发明所述便携式水陆空三栖移动机器人的一种优选方案，其中：所述凸台对称设置于所述主机两侧的侧壁上，且对称位于所述安装槽的两侧；所述凸台的中部开设有贯穿孔。

作为本发明所述便携式水陆空三栖移动机器人的一种优选方案，其中：所述固定件包括固定架和连接螺栓，所述固定架区分为连接端和固定端，所述连接端能够与所述凸台配合相连，且此端具有连接孔，固定端为上下对称结构，具有固定台；所述连接螺栓能够配合连接在所述贯穿孔及连接孔内。

作为本发明所述便携式水陆空三栖移动机器人的一种优选方案，其中：所述驱动件包括驱动电机和旋翼，所述旋翼安装于所述驱动电机的输出轴上。

作为本发明所述便携式水陆空三栖移动机器人的一种优选方案，其中：所述固定台上均安装有所述驱动件，且每组所述驱动件相对设置。

作为本发明所述便携式水陆空三栖移动机器人的一种优选方案，其中：所述防护模块包括连接杆，以及位于所述连接杆一端的防护壳，所述连接杆通过轴承转动连接于所述防护壳的轴心处。

作为本发明所述便携式水陆空三栖移动机器人的一种优选方案，其中：所述连接杆远离所述防护壳的一端具有矩形连接块，且所述矩形连接块的内部具有放置孔，且所述放置孔的两端连通有收纳槽；

作为本发明所述便携式水陆空三栖移动机器人的一种优选方案，其中：所述连接杆中还包括弹簧和型卡块，所述弹簧位于所述放置孔内，而所述型卡块滑动于所述收纳槽内，且所述弹簧的两端对称连接有所述型卡块；所述型卡块能够配合连接于所述卡合槽。

作为本发明所述便携式水陆空三栖移动机器人的一种优选方案，其中：所述防护壳的径向直径大于同侧相连所述旋翼的最大距离，而相邻所述防护壳的间距大于相对侧所述旋翼的最大距离。

本发明的有益效果：

本发明中的主机为防水密封设计，控制组件均放置于其中，与主机相连的驱动模块由主机控制，为机器人移动提供驱动力，而防护模块包覆在主机及驱动模块的外侧，既能够用于移动防护，也能够作为轮框用于在陆地上的移动；整体为模块化装配式结构，既方便携带也便于组装，实用性高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明便携式水陆空三栖移动机器人的整体连接结构示意图。

图2为本发明便携式水陆空三栖移动机器人的整体爆炸结构示意图。

图3为本发明便携式水陆空三栖移动机器人的主机及驱动模块连接结构示意图。

图4为本发明便携式水陆空三栖移动机器人的主机与驱动模块连接处爆炸结构示意图。

图5为本发明便携式水陆空三栖移动机器人的防护模块结构示意图。

图6为本发明便携式水陆空三栖移动机器人的防护模块A面剖视结构示意图。

图7为本发明便携式水陆空三栖移动机器人的整体俯视结构平面示意图。

图8为本发明便携式水陆空三栖移动机器人的整体折叠收纳结构示意图。

图9为本发明便携式水陆空三栖移动机器人的运动受力分析示意图。

图10为本发明便携式水陆空三栖移动机器人在地面滚动运动分析示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

实施例1

参照图1和2，为本发明第一个实施例，提供了一种便携式水陆空三栖移动机器人，此移动机器人包括有主机100、驱动模块200和防护模块300，其中，主机100，其机体侧壁上具有凸台101；驱动模块200，配合连接在凸台101上，其包括固定件201和驱动件202，固定件202与连接件201配合相连；防护模块300，对称设置于主机100的两侧，并包覆于主机100及驱动模块200的外侧。

其中，主机100为此移动机器人的核心控制部分，内部封装有飞控模块及电源模块等，主机100采用防水密封设计，以适应于此移动机器人在水中的移动，主机100整体呈长方体形状，位于长边的两侧设置有凸台101，而凸台101则用于安装驱动模块200，驱动模块200中包括固定件201和驱动件202，其中，固定件201用于将驱动件202安装固定在主机100两侧的凸台101上，而驱动件202用于提供移动所需的驱动力，进一步的，驱动件202由主机100内的电源模块供电，并由飞控模块进行驱动控制。在主机100及驱动模块200的外侧还设置有防护模块300，防护模块300用于提供防护，保护在移动过程中主机100和驱动模块200的安全，并且当此三栖机器人在陆地上移动时，防护模块300可作为移动轮框使用。

实施例2

参照图2～4，为本发明的第二个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是：主机100两侧侧壁的中部开设有安装槽102，安装槽102的内腔两侧对称开设有卡合槽102a。

凸台101对称设置于主机100两侧的侧壁上，且对称位于安装槽102的两侧；凸台101的中部开设有贯穿孔101a。

固定件201包括固定架201a和连接螺栓201b，固定架201a区分为连接端201a-1和固定端201a-2，连接端201a-1能够与凸台101配合相连，且此端具有连接孔201a-11，固定端201a-2为上下对称结构，具有固定台201a-21；连接螺栓201b能够配合连接在贯穿孔101a及连接孔201a-11内。

驱动件202包括驱动电机202a和旋翼202b，旋翼202b安装于驱动电机202a的输出轴上。

固定台201a-21上均安装有驱动件202，且每组驱动件202相对设置。

相较于实施例1，进一步的，在主机100两侧的凸台101具有至少4个，对称分布在靠近主机100的四角侧壁上，目的在于将驱动模块200均布在主机100的四周，使得主机100能够被驱动模块200充分驱动；进一步的，在主机100的长边侧壁上侧壁中部还开设有安装槽102，安装槽102位于同侧相邻凸台101之间，用于安装防护模块300，而安装槽102内的卡合槽102a则用于稳定卡接防护模块300。

更进一步的，驱动模块200中的固定件201与主机100两侧的凸台101配合相连，且每一凸台101均配合相连有一固定件201，其包括固定架201a和连接螺栓201b，固定架201a通过连接螺栓201b与凸台101中部的贯穿孔101a相连，具体的，固定件201中的固定架201a分为连接端201a-1和固定端201a-2，连接端201a-1具有连接孔201a-11，此连接孔201a-11能够与贯穿孔101a配合贯通，且连接螺栓201b能够插接于其中，实现固定架201a与凸台101的配合相连；固定架201a的另一端为固定端201a，固定端201a-2为上下对称结构，上下端各具有一固定台201a-21，固定台201a-21上用于安装驱动件202，此上下对称结构的目的在于采用四轴八旋翼结构，能够提升移动机器人的平稳性和驱动力；每个固定台201a-21上均安装有一组驱动件202，且上下两组驱动件202关于固定架201a的中部对称，每组驱动件202中均包括驱动电机202a和旋翼202b，且旋翼202b安装于驱动电机202a的输出轴上，需要说明的是，驱动电机202a能够防水，且上下两组驱动电机202a的输出轴位于同一直线上，旋翼202b采用可折叠式设计，方便此移动机器人在不使用时，折叠收纳，减少占用的空间。

其余结构与实施例1的结构相同。

实施例3

参照图5～7，为本发明的第三个实施例，该实施例不同于第二个实施例的是：该实施例通过在主机100及驱动模块200的外部设置有防护模块300，从而赋予移动机器人陆地上移动的能力，并且防护模块300还能够对主机100及驱动模块200全方位的防护，具体的，防护模块300包括连接杆301，以及位于连接杆301一端的防护壳302，连接杆301通过轴承Z转动连接于防护壳302的轴心处。

连接杆301远离防护壳302的一端具有矩形连接块301a，且矩形连接块301a的内部具有放置孔301a-1，且放置孔301a-1的两端连通有收纳槽301a-2；

连接杆301中还包括弹簧301b和C型卡块301c，弹簧301b位于放置孔301a-1内，而C型卡块301c滑动于收纳槽301a-1内，且弹簧301b的两端对称连接有C型卡块301c；C型卡块301c能够配合连接于卡合槽102a。

防护壳302的径向直径大于同侧相邻旋翼202b之间的最大距离，而相邻防护壳302的间距大于相对侧旋翼202b之间的最大距离。

相较于实施例2，进一步的，防护模块300包括有连接杆301和防护壳302，其中，连接杆301用于连接并支撑防护壳302，具体的，连接杆301在其杆体的一端具有矩形连接块301a，矩形连接块301a能够配合插接于主机100两侧内的安装槽102内，矩形连接块301a的内部具有放置孔301a-1，用于放置弹簧301b，而放置孔301a-1的两端为对称的收纳槽301a-2，槽底部通过收纳槽301a-2相连通，C型卡块301c能够配合放置于收纳槽301a-2内，且C型卡块301c连接在弹簧301b的端部，在弹簧301b初始长度下，C型卡块301c的C型端部凸出于收纳槽301a-2的槽口处，并能够卡合于卡合槽102a内。较佳的，为方便连接杆301的拆卸，卡合槽102a只能卡接C型卡块301c的一半，C型卡块301c的端部位于安装槽102的槽口外侧。

结合附图6和7所示，连接杆301的杆体另一端通过轴承Z配合连接在防护壳302的中心轴线上，防护壳302整体呈伞状轮式结构，主机100及驱动模块200位于两对称的防护壳302之间，需要说明的是防护壳302的径向直径D(设定其半径为R)大于同侧相邻两旋翼202b之间的最大间距L，而相邻两防护壳302的最大间距S大于相对侧两旋翼202b之间的最大间距W，目的在于，通过两防护壳302将主机100及驱动模块200完全包覆其中，提供移动机器人移动时的防护；而在陆地上移动时，防护壳302在提高防护的同时，其壳体边缘与地面接触，作为移动的车轮使用。

其余结构与实施例2的结构相同。

结合附图1～8所示，此移动机器人在安装过程中，可从防护壳302内部向外逐步安装，以主机100作为主体结构，先将固定架201a通过连接螺栓201b连接在主机100两侧的凸台101上，再将驱动电机202a分别安装在固定架201a的固定台201a-21上，可折叠的旋翼202b分别安装在驱动电机202a的输出轴上，在使用时展开，在不使用时可折叠收纳。连接杆301的一端通过轴承Z连接在防护壳302的中轴线处，另一端通过矩形连接块301a插接在主机100两侧壁中部的安装槽102内。矩形连接块301a在插接安装时，手动挤压两对称的C型卡块301c，压缩弹簧301b，使得C型卡块301c完全陷于收纳槽301a-2内，再完全插接于安装槽102内，完全插入时，再对C型卡块301c进行释放，C型卡块301c在弹簧301b的复位作用下，将C型卡块301c的C型端部限定在卡合槽102a内，进而完成整体的安装。携带收纳时如图8所示。

而在使用过程中，移动机器人可于水陆空三种环境中移动，由驱动电机202a驱动旋翼202b来提供动力，四组旋翼202b中相邻的桨叶方向相反(相对立的桨叶为同一种桨叶，用以抵消机器人运动时的旋转力矩)，主机100中的飞控模块通过调整四组电机的输出能够完成向前、向后、向左、向右的平移运动，同时还能够完成俯仰方向、横滚方向、偏航方向上的旋转运动。由于只能通过控制四组电机的转速以改变升力来完成六个自由度的运动，故四旋翼机器人是一个欠驱动系统，因此运动之间存在着耦合关系。结合附图8所示，当机器人保持水平状态时，旋翼产生的升力向上(四组旋翼202b提供的升力设定为F1、F2、F3和F4)，当升力大于机器人自身的重力(四组旋翼202b各自克服的对应重力为M1、M2、M3和M4)时，机器人便向上运动，而当升力小于机器人自身重力时，机器人便向下运动；当升力等于机器人自身重力时，机器人便能实现悬停动作。机器人实现在水中的运动和空中的运动有着相似的配置。

当机器人做地面运动时，由于需与地面时刻保持接触，首先要使四组旋翼202b产生的总体升力小于机器人自身重力，然后通过对四组旋翼进行类似飞行时的转速配置，可以实现机器人在地面上前后滚动和转弯运动。结合附图9，其滚动的原理为通过调整机体的俯仰角θ使整个机器人受到水平的力，该力是由四旋翼机体的倾斜使得升力F在水平方向上产生的分力。在水平力的作用下，机器人可以实现向前和向后的滚动。同理改变机体的横滚角(两端旋翼202b提供的水平分力不同)时，机器人可以实现向左和向右的移动，即该机器人可实现在滚动平面内的前后移动和转弯运动。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种便携式水陆空三栖移动机器人，其特征在于：包括，

主机(100)，其机体侧壁上具有凸台(101)；

驱动模块(200)，配合连接在所述凸台(101)上，其包括固定件(201)和驱动件(202)，所述固定件(202)与连接件(201)配合相连；

防护模块(300)，对称设置于所述主机(100)的两侧，并包覆于所述主机(100)及驱动模块(200)的外侧。

2.根据权利要求1所述的便携式水陆空三栖移动机器人，其特征在于：所述主机(100)两侧侧壁的中部开设有安装槽(102)，所述安装槽(102)的内腔两侧对称开设有卡合槽(102a)。

3.根据权利要求2所述的便携式水陆空三栖移动机器人，其特征在于：所述凸台(101)对称设置于所述主机(100)两侧的侧壁上，且对称位于所述安装槽(102)的两侧；

所述凸台(101)的中部开设有贯穿孔(101a)。

4.根据权利要求3所述的便携式水陆空三栖移动机器人，其特征在于：所述固定件(201)包括固定架(201a)和连接螺栓(201b)，所述固定架(201a)区分为连接端(201a-1)和固定端(201a-2)，所述连接端(201a-1)能够与所述凸台(101)配合相连，且此端具有连接孔(201a-11)，固定端(201a-2)为上下对称结构，具有固定台(201a-21)；

所述连接螺栓(201b)能够配合连接在所述贯穿孔(101a)及连接孔(201a-11)内。

5.根据权利要求1～4任一所述的便携式水陆空三栖移动机器人，其特征在于：所述驱动件(202)包括驱动电机(202a)和旋翼(202b)，所述旋翼(202b)安装于所述驱动电机(202a)的输出轴上。

6.根据权利要求4所述的便携式水陆空三栖移动机器人，其特征在于：所述固定台(201a-21)上均安装有所述驱动件(202)，且每组所述驱动件(202)相对设置。

7.根据权利要求2、4和6任一所述的便携式水陆空三栖移动机器人，其特征在于：所述防护模块(300)包括连接杆(301)，以及位于所述连接杆(301)一端的防护壳(302)，所述连接杆(301)通过轴承(Z)转动连接于所述防护壳(302)的轴心处。

8.根据权利要求7所述的便携式水陆空三栖移动机器人，其特征在于：所述连接杆(301)远离所述防护壳(302)的一端具有矩形连接块(301a)，且所述矩形连接块(301a)的内部具有放置孔(301a-1)，且所述放置孔(301a-1)的两端连通有收纳槽(301a-2)。

9.根据权利要求8所述的便携式水陆空三栖移动机器人，其特征在于：所述连接杆(301)中还包括弹簧(301b)和C型卡块(301c)，所述弹簧(301b)位于所述放置孔(301a-1)内，而所述C型卡块(301c)滑动于所述收纳槽(301a-1)内，且所述弹簧(301b)的两端对称连接有所述C型卡块(301c)；

所述C型卡块(301c)能够配合连接于所述卡合槽(102a)。

10.根据权利要求5所述的便携式水陆空三栖移动机器人，其特征在于：所述防护壳(302)的径向直径大于同侧相邻所述旋翼(202b)之间的最大距离，而相邻所述防护壳(302)的间距大于相对侧所述旋翼(202b)之间的最大距离。

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