CN113370729A - 一种陆空可变形四足侦察机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种陆空可变形四足侦察机器人，包括底座组件，旋转组件以及机尾组件：底座组件包括底壳、两个支撑底板、侦察摄像头、飞行方向控制机构、主驱动电机和液压升降机构；旋转组件包括上壳体、四个行走支臂、四个机翼、行走支臂锁解固定机构；侦察机器人处于飞行状态下，四个行走支臂分别嵌入上壳体的四个支臂卡槽内，行走支臂锁解固定机构与四个支臂锁定配合，液压升降机构处于下工作位且与四个行走支臂下端脱落接触；机尾处于伸长展开状态；侦察机器人处于着陆行走状态，四个行走支臂外转脱离对应支臂卡槽且与行走支臂锁解固定机构解除锁定，液压升降机构处于上工作位并与四个行走支臂下端部接触；机尾处于收回状态。本发明复杂地形通过性强。

Description

一种陆空可变形四足侦察机器人

技术领域

本发明属于机器人领域，具体涉及一种陆空可变形四足侦察机器人。

背景技术

随着机器人技术的不断发展，其应用领域也得到了不断地扩展。侦察机器人技术应用领域也得到了不断的壮大，但有些复杂地形并不能完全的凭借传统的机器人进行侦察，如何利用有限的资源与复杂的空间，快速准确的进入定点区域进行侦察成为现如今侦察领域的研究热点。在此背景下，研发一种具备陆空双工况均具备快速通过能力的机器人就能大大提高侦察效率。因此在该环境下的陆空全地形侦察机器人就显得尤为重要。

公开号为CN 112339516.A公开了一种陆空两栖全向机器人。该机器人包括壳体机构、控制系统、两个前腿机构和两个后腿机构，所述壳体机构包括机器人外壳、控制系统和电池，所述控制系统和电池固定在机器人外壳内部；两个前腿机构对称设置在机器人外壳的两侧前端，两个后退机构对称设置在机器人外壳的后侧两端；所述机器人外壳两侧设置有阶梯状的前腿收纳轨道和后腿收纳轨道，所述前腿收纳轨道的底面高度高于后腿收纳轨道的底面高度。由于其机翼设计在四足的关节上，且较脆弱，行走时机翼容易与复杂地形的变角磕碰，导致机翼损坏，实用性较差。

公开号为CN 209920967 U公开了一种空陆两用机器人。机器人机身的左右两侧各设有两个机械臂，所述机械臂包括舵机、第一驱动电机、用于安装第一驱动电机的支架、跑轮组件；所述舵机的固定端与机器人机身连接，所述舵机的输出端与支架连接并能作用支架转动；所述第一驱动电机的输出端与跑轮组件连接，所述跑轮组件包括跑轮外圈、副螺旋桨和跑轮固定圈，所述副螺旋桨处于跑轮外圈和跑轮固定圈之间；在所述机器人机身的中部设有第二驱动电机，第二驱动电机的输出端从机器人机身的顶部伸出，在第二驱动电机的输出端设有主螺旋桨。该机构的不足之处在于采用车轮行驶，对于复杂地形通过性较差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种体积小巧、复杂地形通过性强的陆空全地形侦察机器人。

本发明的上述目的通过如下技术方案来实现:

一种陆空可变形四足侦察机器人，其特征在于：包括底座组件，旋转组件以及机尾组件三部分：

所述底座组件包括底壳、固定在底壳下端的两个支撑底板、安装在底壳内部前端位置的侦察摄像头、安装在底壳内部中部位置的飞行方向控制机构、安装在飞行方向控制机构上端部的主驱动电机和安装在底壳内部位于飞行方向控制机构外围的液压升降机构；

所述旋转组件包括上壳体、四个行走支臂、四个机翼、行走支臂锁解固定机构；上壳体由支撑平板和四块球面形的外壳壁连接构成，四块球面形的外壳壁之间形成四个支臂卡槽，支撑平板中心设置有轴孔，通过安装传动轴与主驱动电机驱动连接；四个行走支臂的上端分别通过一舵机与四个机翼一一连接；四个行走支臂靠近下端的内部分别固定有一舵机，该舵机的输出端分别从对应行走支臂的一侧伸出并连接有滑块A，在四个行走支臂靠近下端的另一侧通过弯杆连接有滑块B；在上壳体内部位于每个支臂卡槽的两侧设置有弧形滑槽，滑块A和滑块B分别与支臂卡槽的两侧的弧形滑槽插装配合；所述行走支臂锁解固定机构安装在飞行方向控制机构的顶部；

所述机尾组件包括前机尾节、后机尾节、连接于前后机尾节之间的液压伸缩机构和安装于后机尾节外部的尾部旋桨构成；

在侦察机器人处于飞行状态下，四个行走支臂分别嵌入到上壳体的四个支臂卡槽内，行走支臂锁解固定机构与四个支臂形成锁定配合，液压升降机构处于下工作位，液压升降机构与四个行走支臂下端脱落接触；所述机尾组件处于伸长展开状态；

在侦察机器人处于着陆行走状态，四个行走支臂外转脱离对应支臂卡槽，行走支臂锁解固定机构与四个支臂解除锁定配合，液压升降机构处于上工作位，液压升降机构与四个行走支臂的下端部相接触；所述机尾组件处于收回状态。

进一步的：所述飞行方向控制机构包括由上至下四个柱形旋转节，分别为一号旋转节，二号旋转节，三号旋转节，四号旋转节；包括两个控制电机，分别为一号控制电机，二号控制电机：包括三个转动轴承，分别为一号轴承，二号轴承，三号轴承；其中，四号旋转节与底壳为一体式设计或固定连接，在四号旋转节上设置有外延伸台，所述二号控制电机固定在该外延伸台上，二号控制电机连接有一号齿轮；三号旋转节下端设置有外齿圈，该外齿圈与一号齿轮啮合；三号旋转节上设置有外延伸台，所述一号控制电机固定在该外延伸台上，一号控制电机连接有二号齿轮；二号旋转节的下端设置有外齿圈，该外齿圈与二号齿轮啮合；一号旋转节和二号旋转节通过一号轴承连接；二号旋转节与三号旋转节通过二号轴承连接；三号旋转节与四号旋转节通过三号轴承连接。

更进一步的：在二号旋转节内设置有电机支撑架，所述主驱动电机固定安装在电机支撑架上。

7、进一步的：所述液压升降机构包括至少两个升降支撑件、升降平台及四个舵机；升降支撑件的下端与底壳固定连接；升降支撑件的上端与升降平台支撑连接；所述升降平台设置有四个支撑座，四个支撑座与四个行走支臂的下端一一对应，四个支撑座的上端为圆弧形凹面并设置有舵机安装槽；四个舵机分别安装在四个支撑座的舵机安装槽内，在四个舵机的输出端各连接有一旋转托块，旋转托块的上端为圆弧形凹面；

在侦察机器人处于着陆行走状态，四个行走支臂的下端分别与四个支撑座上端的圆弧形凹面及旋转托块上端的圆弧形凹面形成面接触。

更进一步的：所述升降支撑件采用电动推杆。

进一步的：所述行走支臂锁解固定机构包括旋转支撑台架、锁解控制电机以及四根第一锁解臂；所述旋转支撑台架的内部设置有供主驱动电机通过的中心孔，其上端固定连接有从动锥齿轮，其下端沿圆周方向布设有四个销轴，其外圆沿圆周方向均布连接有四个第二锁解臂，四个第二锁紧臂均为L形弯臂；所述四根第一锁解臂为长边上设置有长圆槽的L形弯臂；所述四根第一锁解臂支撑于一号旋转节的顶面上；所述旋转支撑台架设置于四根第一锁解臂的上方并与一号旋转节呈同轴设置；在一号旋转节的顶面上设置有四个沿圆周方向布置的销轴，该四个销轴与旋转支撑台架下端的四个销轴一一配合，分别嵌入到四个第一锁解臂上的长圆槽内；所述锁解控制电机固定安装在上壳体内，锁解控制电机的输出端安装有主动锥齿轮，主动锥齿轮与所述从动锥齿轮啮合；在侦察机器人处于飞行状态下，四根第一锁解臂与四个第二锁解臂一一配合，分别插入到四个行走支臂两侧设置的插孔内，使四个行走支臂锁定。

进一步的：所述四个机翼均采用碳纤维复合材料制成，四个机翼与地面的接触端涂覆有橡胶层。

本发明具有的优点和积极效果：

1、本发明通过飞行方向控制机构、液压升降机构、行走支臂锁解固定机构、液压伸缩机构四大机构以及各个部件的相互配合，能实现侦察机器人两种姿态自由变换，环境适应能力强。

2、本发明行走支臂连接机翼，以直升飞机为载体，相较于目前的其他专利来说独具创新，整体体积小巧，在节省空间的同时，具有较大的观赏性。

3、本发明的四足爬行姿态可适应各种崎岖地形，遇到更为复杂的地形可转换为飞行姿态，复杂工况的通过性强，且相较于目前常见侦察机器人，机翼不易损坏，耐久性强。

附图说明

图1是本发明的飞行侦察姿态示意图；

图2是本发明的飞行姿态内部示意图；

图3是本发明的行走侦察姿态示意图；

图4是本发明的飞行方向控制机构的爆炸图；

图5是本发明的飞行方向控制机构的一号旋转节、二号旋转节和三号旋转节的爆炸连接图；

图6是本发明的飞行方向控制机构旋转过程示意图1；

图7是本发明的飞行方向控制机构旋转过程示意图2；

图8是本发明液压升降机构示意图；

图9是本发明的行走支臂侧方向示意图1；

图10是本发明的行走支臂侧方向示意图2；

图11是本发明的上壳体侧方向示意图；

图12是本发明的上壳体俯视图；

图13是本发明行走支臂锁解固定机构示意图。

具体实施方式

以下结合附图并通过实施例对本发明的结构作进一步说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而不是限定性的。

本发明提供一种陆空可变形四足侦察机器人，请参见图1-13。该侦察机由底座组件1，旋转组件2以及机尾组件3三部分组成。

底座组件包括两个起到启停支撑作用的支撑底板11，机器人承载件的底壳12，驱动旋转组件旋转的主驱动电机13，起到陆空侦察的侦察摄像头14，在机器人飞行时调控方向的飞行方向控制机构15，控制舵机163升降的液压升降机构16。其中主驱动电机安装在飞行方向控制机构上端部，通过控制主驱动电机的方向进而控制整个旋转组件的方向。

旋转组件包括上壳体21(起到上部连接承载件作用)、四个可变形的行走支臂22、四个机翼23、舵机24和行走支臂锁解固定机构25。上壳体由支撑平板和四块球面形的外壳壁连接构成，四块球面形的外壳壁之间形成四个支臂卡槽211；支撑平板中心设置有轴孔，通过安装传动轴与主驱动电机驱动连接。其中四个行走支臂与四个机翼、四个行走支臂与上壳体均通过舵机24连接，支臂和机翼通过舵机的转动完成不同姿态的变形。

机尾包括前机尾节31、后机尾节32、液压伸缩机构33和尾部旋桨34。前机尾节与底壳的后端固定连接，其中液压伸缩机构连接前机尾节和后机尾节，能在行走姿态时收缩，减少机器人体积，在飞行姿态时拉长，增加尾桨的恢复力矩。

所述飞行方向控制机构15包括由上到下四个柱形旋转节：一号旋转节151，二号旋转节152，三号旋转节153，四号旋转节154以及两个控制电机：一号控制电机155，二号控制电机156和三个转动轴承一号轴承157，二号轴承158，三号轴承159构成。其中四号旋转节与底壳为一体式设计或固定连接，在四号旋转节上设置有外延伸台来固定二号控制电机，二号控制电机上连接一号齿轮。三号旋转节下端附有外齿圈，与二号控制电机上的一号齿轮啮合，达到控制三号旋转节旋转的作用。三号旋转节上设置有外延伸台来固定一号控制电机，一号控制电机上连接二号齿轮。二号旋转节的下端固定外齿圈，与一号控制电机的二号齿轮啮合，进而达到控制二号旋转节旋转的目的。一号旋转节和二号旋转节通过一号轴承连接；二号旋转节与三号旋转节通过二号轴承连接；三号旋转节与四号旋转节通过三号轴承连接。进而使四个旋转节能够相互转动。其中一号旋转节的上端起到承载整个旋转组件的作用。

本侦察机器人完成飞行方向控制，是首先通过一号控制电机的旋转带动一号旋转节，一号轴承和二号旋转节的转动，进而带动整个旋转组件的转动。如图6所示。其次可通过二号控制电机的转动带动其上部分的旋转节的转动，进而使机器人完成不同方向的转向，如图7所示。

所述液压升降机构包括至少两个升降支撑件161、升降平台162和四个舵机163。升降支撑件可优选采用电动推杆或液压推杆。升降支撑件的下端与底壳固定连接。升降支撑件的上端与升降平台支撑连接。所述升降平台设置有四个支撑座，四个支撑座与四个行走支臂的下端一一对应，四个支撑座的上端为圆弧形凹面并设置有舵机安装槽。四个舵机分别安装在四个支撑座的舵机安装槽内，在四个舵机的输出端各连接有一旋转托块164，旋转托块的上端为圆弧形凹面。

当机器人处于行走模式时，升降支撑件上升，带动升降平台上升，位于升降平台四个支撑座内的舵机163随之上升，与行走支臂的下端接触，行走支臂结构如图9，图10所示。进而完成对行走支臂的行走控制。当机器人处于飞行姿态时，升降支撑件下降，带动四个舵机下降，使旋转组件在旋转时与四个舵机脱离，使整个旋转组件在飞行姿态下自由旋转。

对于行走支臂的支撑，该设计细节在于第一处：图8升降平台的四个支撑座的上端为圆弧形凹面，与图9行走支臂的下端圆弧面相配合接触，便于在行走姿态时对行走支臂的支撑。第二处：图8四个舵机163上端的旋转托块，正好与图9行走支臂下端的中部相配合，起到支撑和转动控制的作用；第三处在于图9行走支臂的左端的弯杆221连接一滑块B222，与图12中的支臂卡槽左侧的弧形滑道212相配合，支臂内的舵机延伸右端连接一滑块A(在附图中未示意图出)，与图12的支臂卡槽右侧的弧形滑道配合，进而完成支撑和导向作用。

所述行走支臂锁解固定机构包括旋转支撑台架251、锁解控制电机254以及四根第一锁解臂255。所述旋转支撑台架的内部设置有供主驱动电机通过的中心孔，其上端固定连接有从动锥齿轮252。具体的，旋转支撑平台搭在主驱动电机13的机体上端且设置于上壳体的支撑平板的下放，从动锥齿轮设置于上壳体的支撑平板的上方，从动锥齿轮上向下伸出两个驱动块，两个驱动块穿经上壳体的支撑平板与设置在于旋转支撑台架上的驱动插孔插装配合，以实现从动锥齿轮与旋转支撑台架的驱动连接。在旋转支撑平台下端沿圆周方向布设有四个销轴，在旋转支撑平台的外圆沿圆周方向均布连接有四个第二锁解臂，四个第二锁紧臂均为L形弯臂。所述四根第一锁解臂为长边上设置有长圆槽的L形弯臂。所述四根第一锁解臂支撑于一号旋转节的顶面上。所述旋转支撑台架设置于四根第一锁解臂的上方并与一号旋转节呈同轴设置。在一号旋转节的顶面上设置有四个沿圆周方向布置的销轴，该四个销轴与旋转支撑台架下端的四个销轴一一配合，分别嵌入到四个第一锁解臂上的长圆槽内；所述锁解控制电机固定安装在上壳体内，具体的，固定安装在上壳体的支撑平板的上端，锁解控制电机的输出端安装有主动锥齿轮253，主动锥齿轮与所述从动锥齿轮啮合。

采用本行走支臂锁解固定机构，通过锁解控制电机的旋转控制使旋转支撑平台旋转，其四个第二锁解臂的钩头部分插入行走支臂一侧的插孔内，达到固定的作用。同时旋转支撑平台的旋转带动下部第一锁解臂绕旋转节点旋转，使其产生与主旋转方向相反的方向旋转，进而插入设置在行走支臂另一侧的插孔内，达到双重固定，防止支臂在旋转时的离心力作用下向外部展开。

所要说明的是，主驱动电机设置于一号旋转节和二号旋转接的中心孔内，连接主驱动电机的驱动轴与上壳体的支撑平板的中间突起部分通过花键连接，行走支臂锁解固定机构2与主驱动电机之间无驱动配合。故在飞行模式下的驱动原理为：主驱动电机13带动上壳体的旋转，上壳体带动整个旋转组件的旋转，特别要说明的是，在旋转过程中，由于行走支臂固定机构与飞行方向控制机构15中的一号旋转节151的连接作用，会带动一号旋转节151的旋转，由于一号旋转节151与二号旋转节152通过旋转轴承157连接，故二号旋转节152固定不动。所以在飞行姿态时，一号旋转节与旋转组件同步旋转。

所述侦察摄像头14可上下旋转，进而在不同工况下灵活转动，拓宽侦察视野。

所述四个机翼23均采用碳纤维复合材料，与地面接触端涂抹橡胶材料。在机翼旋转停止时，在上壳体21上设有位置传感器213，能检测并控制四个机翼停止时的位置，能自动控制四个机翼停止时的位置，进而便于进入行走姿态。

本发明的工作原理和工作流程是：

本发明具有陆空两种不同工况下的姿态形式。

在所处空中侦察模式时，行走支臂通过内部舵机163控制与上壳体21接合，行走支臂锁解固定机构25通过锁解控制电机254带动相关附件的旋转锁死行走支臂，防止在旋转的过程中行走支臂发生脱离；四个机翼23通过舵机24控制调整好角度；液压升降机构16下降，完成空中侦察姿态。

在陆地侦察姿态时，行走支臂22通过内部舵机163控制与上壳体21接合脱离至一定角度，机翼23通过与行走支臂之间的舵机控制旋转一定角度，使机翼顶端与地面接触；液压升降机构上升，四个支撑座上的舵机控制行走支臂在X-Y面的旋转，完成行走姿态。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神范围内，各种替换、变化和修改都是可以的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (7)

1.一种陆空可变形四足侦察机器人，其特征在于：包括底座组件，旋转组件以及机尾组件三部分：

所述底座组件包括底壳、固定在底壳下端的两个支撑底板、安装在底壳内部前端位置的侦察摄像头、安装在底壳内部中部位置的飞行方向控制机构、安装在飞行方向控制机构上端部的主驱动电机和安装在底壳内部位于飞行方向控制机构外围的液压升降机构；

所述旋转组件包括上壳体、四个行走支臂、四个机翼、行走支臂锁解固定机构；所述上壳体由支撑平板和四块球面形的外壳壁连接构成，四块球面形的外壳壁之间形成四个支臂卡槽；支撑平板中心设置有轴孔，通过安装传动轴与主驱动电机驱动连接；四个行走支臂的上端分别通过一舵机与四个机翼一一连接；四个行走支臂靠近下端的内部分别固定有一舵机，该舵机的输出端分别从对应行走支臂的一侧伸出并连接有滑块A，在四个行走支臂靠近下端的另一侧通过弯杆连接有滑块B；在上壳体内部位于每个支臂卡槽的两侧设置有弧形滑槽，滑块A和滑块B分别与两侧的弧形滑槽插装配合；所述行走支臂锁解固定机构安装在飞行方向控制机构的顶部；

所述机尾组件包括前机尾节、后机尾节、连接于前后机尾节之间的液压伸缩机构和安装于后机尾节外部的尾部旋桨构成；

在侦察机器人处于飞行状态下，四个行走支臂分别嵌入到上壳体的四个支臂卡槽内，行走支臂锁解固定机构与四个支臂形成锁定配合，液压升降机构处于下工作位，液压升降机构与四个行走支臂下端脱落接触；所述机尾组件处于伸长展开状态；

在侦察机器人处于着陆行走状态，四个行走支臂外转脱离对应支臂卡槽，行走支臂锁解固定机构与四个支臂解除锁定配合，液压升降机构处于上工作位，液压升降机构与四个行走支臂的下端部相接触；所述机尾组件处于收回状态。

2.根据权利要求1所述的陆空可变形四足侦察机器人，其特征在于：所述飞行方向控制机构包括由上至下四个柱形旋转节，分别为一号旋转节，二号旋转节，三号旋转节，四号旋转节；包括两个控制电机，分别为一号控制电机，二号控制电机：包括三个转动轴承，分别为一号轴承，二号轴承，三号轴承；其中，四号旋转节与底壳为一体式设计或固定连接，在四号旋转节上设置有外延伸台，所述二号控制电机固定在该外延伸台上，二号控制电机连接有一号齿轮；三号旋转节下端设置有外齿圈，该外齿圈与一号齿轮啮合；三号旋转节上设置有外延伸台，所述一号控制电机固定在该外延伸台上，一号控制电机连接有二号齿轮；二号旋转节的下端设置有外齿圈，该外齿圈与二号齿轮啮合；一号旋转节和二号旋转节通过一号轴承连接；二号旋转节与三号旋转节通过二号轴承连接；三号旋转节与四号旋转节通过三号轴承连接。

3.根据权利要求2所述的陆空可变形四足侦察机器人，其特征在于：在二号旋转节内设置有电机支撑架，所述主驱动电机固定安装在电机支撑架上。

4.根据权利要求1所述的陆空可变形四足侦察机器人，其特征在于：所述液压升降机构包括至少两个升降支撑件、升降平台及四个舵机；升降支撑件的下端与底壳固定连接；升降支撑件的上端与升降平台支撑连接；所述升降平台设置有四个支撑座，四个支撑座与四个行走支臂的下端一一对应，四个支撑座的上端为圆弧形凹面并设置有舵机安装槽；四个舵机分别安装在四个支撑座的舵机安装槽内，在四个舵机的输出端各连接有一旋转托块，旋转托块的上端为圆弧形凹面；

在侦察机器人处于着陆行走状态，四个行走支臂的下端分别与四个支撑座上端的圆弧形凹面及旋转托块上端的圆弧形凹面形成面接触。

5.根据权利要求4所述的陆空可变形四足侦察机器人，其特征在于：所述升降支撑件采用电动推杆。

6.根据权利要求2所述的陆空可变形四足侦察机器人，其特征在于：所述行走支臂锁解固定机构包括旋转支撑台架、锁解控制电机以及四根第一锁解臂；所述旋转支撑台架的内部设置有供主驱动电机通过的中心孔，其上端固定连接有从动锥齿轮，其下端沿圆周方向布设有四个销轴，其外圆沿圆周方向均布连接有四个第二锁解臂，四个第二锁紧臂均为L形弯臂；所述四根第一锁解臂为长边上设置有长圆槽的L形弯臂；所述四根第一锁解臂支撑于一号旋转节的顶面上；所述旋转支撑台架设置于四根第一锁解臂的上方并与一号旋转节呈同轴设置；在一号旋转节的顶面上设置有四个沿圆周方向布置的销轴，该四个销轴与旋转支撑台架下端的四个销轴一一配合，分别嵌入到四个第一锁解臂上的长圆槽内；所述锁解控制电机固定安装在上壳体内，锁解控制电机的输出端安装有主动锥齿轮，主动锥齿轮与所述从动锥齿轮啮合；在侦察机器人处于飞行状态下，四根第一锁解臂与四个第二锁解臂一一配合，分别插入到四个行走支臂两侧设置的插孔内，使四个行走支臂锁定。

7.根据权利要求1所述的陆空可变形四足侦察机器人，其特征在于：所述四个机翼均采用碳纤维复合材料制成，四个机翼与地面的接触端涂覆有橡胶层。

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