CN113635721A - 一种空陆两栖双足轮多模式行走飞行仿生机器人 - Google Patents

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CN113635721A CN202110952279.3A CN202110952279A CN113635721A CN 113635721 A CN113635721 A CN 113635721A CN 202110952279 A CN202110952279 A CN 202110952279A CN 113635721 A CN113635721 A CN 113635721A
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王学锋
刘丹
武成菲
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Xi'an Daisen Electronic Technology Co ltd
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Abstract

本发明涉及机器人领域，特别是一种空陆两栖双足轮多模式行走飞行仿生机器人，一种能够飞行，地面仿生双足行走，又能双轮运动的带机械手臂机器人，包括空陆两栖双足多模式行走飞行仿生机器及设置在空路两栖双足多模式行走飞行仿生机器上的机械手，所述机身的两侧上分别设置有用于飞行的飞行装置，机身底部设置有行走装置，所述机械手通过机械手臂设置在机身顶部；本发明具有3种运动模式，其中，飞行模式下，双机械足轮折叠收纳到机身两侧的旋翼收缩台，减少飞行阻力，行走模式及轮动模式下，可折叠双旋翼收纳到机身两侧。同时顶部安装有机械手臂，可满足不同环境下的使用需求，可在巡逻、安保、排爆、救援、应急等领域发挥重大作用。

Description

一种空陆两栖双足轮多模式行走飞行仿生机器人
技术领域
本发明涉及机器人领域，特别是一种空陆两栖双足轮多模式行走飞行仿生机器人，一种能够飞行，地面仿生双足行走，又能双轮运动的带机械手臂机器人。
背景技术
随着智能化无人系统的概念的普及、传感器和微型处理器技术的发展，智能无人系统已开始在社会生活中崭露头角，大大地推动了信息融合技术的研究和应用。仿生机器人产业迎来了蓬勃发展。它可以代替人类在各个领域大展身手。无人机用途广泛，成本低，效率较高；无人员伤亡风险；生存能力强，机动性能好，使用方便，在现代战争中有极其重要的作用，在民用领域更有广阔的前景。
在机器人技术迅速发展的今天,机器人的移动技术也是不断发展的。目前按照机器人的行走方式分为：
轮式机器人，如：双轮平衡车，单轮平衡车等，只具备在平坦路面的移动。
足式机器人，具有灵活和良好的地形适应能力，如：国外的仿生机器人有波士顿动力公司设计研发的人形机器人Atlas，仿生狗机器人Spot；国内现有机器狗Max，,采用了足轮融合方案，有腿又有轮，拥有“崎岖路面走得稳,平坦路面跑得快”的本领。
国内宇树科技制造的一只叫做“Laikago（莱卡狗）”的四足机器人，其实在性能上与波士顿动力的机械狗并无较大差异。但移动方式都有一定的局限性,不具备三维空间内全姿态的移动能力。
虽然都具有在地面不同路况下稳定行进的能力，但无法满足空中活动。面对较严峻的宽度障碍，高度障碍，现有的仿生机器人就显得无能为力，只能借助与机器或人工搬运，工作效率降低。针对这一缺陷，本发明提出了一种空陆两栖双足轮多模式行走飞行仿生机器人，其具备飞行、双足行走、双轮运动等行走模式，同时自带机械手臂，可以跨越地理环境限制，提高工作效率，快速到达指定位置执行任务，在巡逻、安保、排爆、救援、应急等领域发挥极大作用。
发明内容
本发明提供一种将飞行器功能与智能机器相融合的一种空陆两栖双足轮多模式行走飞行仿生机器人。
本发明一种空陆两栖双足轮多模式行走飞行仿生机器人，包括空陆两栖双足多模式行走飞行仿生机器及设置在空陆两栖双足多模式行走飞行仿生机器上的机械手，所述空陆两栖双足多模式行走飞行仿生机器包括机身，所述机身的两侧上分别设置有用于飞行的飞行装置，机身底部设置有行走装置，所述机械手通过机械手臂设置在机身顶部；
所述飞行装置包括对应设置在机身两侧的旋翼杆，所述旋翼杆的一端均与机身转动相连，旋翼杆的另一端均通过第一旋翼电机连接有第二旋翼电机固定座，所述第二旋翼电机固定座通过第二旋翼电机连接有旋翼，所述第一旋翼电机的转动轴线水平设置，第二旋翼电机的转动轴线与第一旋翼电机的转动轴线垂直；
所述行走装置包括双轮行走装置和双足行走装置，所述双轮行走装置包括两个行走轮，两个行走轮分别通过车轮电机连接有连接装置，所述车轮电机与连接装置固定相连，两个连接装置均与机身固定相连；
所述双足行走装置均包括两个机械行走足，两个机械行走足与两个行走轮分别对应设置，所述机械行走足均包括机械足大臂和机械足小臂，所述机械足大臂通过大臂电机与连接装置转动相连，所述大臂电机与连接装置固定相连，机械小臂通过小臂电机与机械足大臂转动相连，小臂电机与机械足大臂固定相连，所述机械小臂远离机械大臂的一端上均铰接有板状的机械足；
所述机械足大臂、机械足小臂及行走轮的旋转轴线均水平且相互平行设置，且两个机械行走足位于两个行走轮之间的区域，且分别位于机身的两侧，所述旋翼的旋转轴线均竖直设置；
当行走轮行走，机械足小臂朝向机械足大臂收缩，机械足大臂旋转回缩，且在竖直方向上，机械行走足高于行走轮最低点；
当机械行走足行走，机械足在竖直方向上的高度低于行走轮的高度。
优选地，机械手臂包括辅臂和主臂，所述主臂的一端通过主臂电机连接有底座，所述底座通过底座电机与机身转动相连，主臂的另一端与辅臂铰接，辅臂远离主臂的一端通过手臂电机与所述机械手相连，机械手型号为柔触科技夹爪组合型号为：GC-4FMA4V5/FS3-SMP4S；
所述辅臂包括弧形连接臂和条状直臂，所述弧形连接臂的一端与条状直臂固定相连，弧形连接臂的另一端与主臂铰接，所述直臂远离弧形连接臂的一端与手臂电机固定相连；
所述条状直臂和主臂之间还设置有推动条状直臂上移并绕弧形连接臂与主臂铰接处转动的辅臂电动推杆，所述辅臂电动推杆竖直设置。
优选地，操机身上对应旋翼杆的位置均设置有容置旋翼杆的凹槽，所述凹槽内均设置有与旋翼杆相连的电动推拉杆，所述电动推拉杆的一端与凹槽底部固定相连，另一端与旋翼杆中部铰接，所述旋翼杆与机身相连的一端与机身铰接；
当电动推拉杆拉动旋翼杆朝向转动，且旋翼杆中部进入凹槽内，旋翼位于凹槽外部；
两个凹槽对称设置在机身的两侧。
优选地，连接装置包括旋转轴和旋转电机，旋转电机与旋转轴周向固定相连，旋转轴的另一端通过旋转轴承连接有旋转轴承座；
所述机身底部对应行走轮的位置设置有朝向机身顶部凹陷的安装凹槽，安装凹槽贯穿机身设置，所述旋转轴设置在安装凹槽内，且旋转轴的中心轴线与安装凹槽的中心线垂直设置；
旋转电机远离旋转轴的一端通过转轴固定件与安装凹槽一侧内壁固定相连，旋转轴承座与安装凹槽对应的另一侧内壁固定相连；
所述旋转轴中部均连接固定有大臂电机固定件，所述大臂电机固定件均通过大臂电机连接有机械足大臂，机械足大臂均通过车轮电机与所述行走轮转动相连，所述行走轮的转动轴线与机械足大臂的转动轴线位于同一直线上。
优选地，旋转电机驱动机械足大臂摆动的最大幅度与过旋转轴电机中心轴线的竖直面之间的夹角为±15度。
优选地，机身两侧均设置有侧边避障传感器，所述机身前端设置有前置照明灯和前置传感器及摄像头，机身后端设置有后端传感器和通讯天线。
本发明的有益之处将飞行器功能与机器人功能相融合，提出了一种适合于空陆两栖双足轮多模式行走飞行仿生机器人，通过操控平台对空陆两栖双足轮多模式行走飞行仿生机器人进行操控，本发明包含机身，可折叠双旋翼，机械足轮以及机械手四部分。本发明具有3种运动模式，行走模式、轮动模式、飞行模式。其中，飞行模式下，双机械足轮折叠收纳到机身两侧的旋翼收缩台，减少飞行阻力，行走模式及轮动模式下，可折叠双旋翼收纳到机身两侧。同时顶部安装有机械手臂，可满足不同环境下的使用需求，形成一种适合于空陆两栖双足轮多模式行走飞行仿生机器人，可在巡逻、安保、排爆、救援、应急等领域发挥重大作用。
附图说明
图1为本发明行走模式整体示意图。
图2为本发明轮动模式整体示意图。
图3为本发明飞行模式整体示意图。
图4为本发明后侧示意图。
图5为本发明旋翼示意图。
图6为本发明旋翼另一状态示意图。
图7为本发明俯视示意图。
图8为本发明机械足轮整体示意图。
图9为图8中A-A剖视图。
图10为图8中B-B剖视图。
图11为本发明侧面示意图。
图12为本发明机械足小臂示意图。
图13为本发明机械手臂示意图。
附图标记：1-机身，2-双轮行走装置，3-飞行装置，4-机械手臂；
12-前置照明灯，15-摄像头，16-前置传感器，18-侧边避障传感器，20-总开关，21-工作指示灯，23-通讯天线，26-后端传感器，29-凹槽；
101-旋翼杆， 103-第一旋翼电机，104-第二旋翼电机固定座，105-第二旋翼电机，106-旋翼，109-电动推拉杆；
201-旋转轴承座，202-转轴固定件，203-旋转电机，204-旋转轴，205-大臂电机固定件，206-大臂电机，207-机械足大臂，208-车轮电机，209-行走轮，210-旋转轴承， 212-小臂电机，213-机械足小臂， 215.机械足；
301-底座电机，302-底座，304-主臂电机，305-主臂， 307-辅臂，308-辅臂电动推杆， 312-机械电机，313-机械手。
具体实施方式
本发明一种空陆两栖双足轮多模式行走飞行仿生机器人，包括空陆两栖双足多模式行走飞行仿生机器及设置在空陆两栖双足多模式行走飞行仿生机器上的机械手313，所述空陆两栖双足多模式行走飞行仿生机器包括机身1，所述机身1的两侧上分别设置有用于飞行的飞行装置3，机身1底部设置有行走装置，所述机械手313通过机械手臂4设置在机身1顶部；
所述飞行装置3包括对应设置在机身1两侧的旋翼杆101，所述旋翼杆101的一端均与机身1转动相连，旋翼杆101的另一端均通过第一旋翼电机103连接有第二旋翼电机固定座104，所述第二旋翼电机固定座104通过第二旋翼电机105连接有旋翼106，所述第一旋翼电机103的转动轴线水平设置，第二旋翼电机105的转动轴线与第一旋翼电机103的转动轴线垂直；第一旋翼电机103负责旋翼106绕旋翼杆101中轴线的转动，控制飞行方向，第二旋翼电机固定座104用于安装固定第二旋翼电机105，第二旋翼电机105带动旋翼106绕旋翼106电机中轴线转动，用于飞行；
所述行走装置包括双轮行走装置2和双足行走装置，所述双轮行走装置2包括两个行走轮209，两个行走轮209分别通过车轮电机208连接有连接装置，所述车轮电机208与连接装置固定相连，两个连接装置均与机身1固定相连；
所述双足行走装置均包括两个机械行走足，两个机械行走足与两个行走轮209分别对应设置，所述机械行走足均包括机械足大臂207和机械足小臂213，所述机械足大臂207通过大臂电机206与连接装置转动相连，所述大臂电机206与连接装置固定相连，机械小臂通过小臂电机212与机械足大臂207转动相连，小臂电机212与机械足大臂207固定相连，所述机械小臂远离机械大臂的一端上均铰接有板状的机械足215；
所述机械足大臂207、机械足小臂213及行走轮209的旋转轴204线均水平且相互平行设置，且两个机械行走足位于两个行走轮209之间的区域，且分别位于机身1的两侧，所述旋翼106的旋转轴204线均竖直设置；
当行走轮209行走，机械足小臂213朝向机械足大臂207收缩，机械足大臂207旋转回缩，且在竖直方向上，机械行走足高于行走轮209最低点；
当机械行走足行走，机械足215在竖直方向上的高度低于行走轮209的高度。
机械手臂4包括辅臂307和主臂305，所述主臂305的一端通过主臂电机304连接有底座302，所述底座302通过底座电机301与机身1转动相连，主臂305的另一端与辅臂307铰接，辅臂307远离主臂305的一端通过手臂电机312与所述机械手313相连，实际使用时，机械手313为柔触科技夹爪组合型号为：GC-4FMA4V5/FS3-SMP4S。
所述辅臂307包括弧形连接臂和条状直臂，所述弧形连接臂的一端与条状直臂固定相连，弧形连接臂的另一端与主臂305铰接，所述直臂远离弧形连接臂的一端与手臂电机312固定相连；
所述条状直臂和主臂305之间还设置有推动条状直臂上移并绕弧形连接臂与主臂305铰接处转动的辅臂电动推杆308，所述辅臂电动推杆308竖直设置。
操机身1上对应旋翼杆101的位置均设置有容置旋翼杆101的凹槽29，所述凹槽29内均设置有与旋翼杆101相连的电动推拉杆109，所述电动推拉杆109的一端与凹槽29底部固定相连，另一端与旋翼杆101中部铰接，所述旋翼杆101与机身1相连的一端与机身1铰接；
当电动推拉杆109拉动旋翼杆101朝向转动，且旋翼杆101中部进入凹槽29内，旋翼106位于凹槽29外部；
两个凹槽29对称设置在机身1的两侧。
连接装置包括旋转轴204和旋转电机203，旋转电机203与旋转轴204周向固定相连，旋转轴204的另一端通过旋转轴承210连接有旋转轴承座201；
所述机身1底部对应行走轮209的位置设置有朝向机身1顶部凹陷的安装凹槽，安装凹槽贯穿机身1设置，所述旋转轴204设置在安装凹槽内，且旋转轴204的中心轴线与安装凹槽的中心线垂直设置；
旋转电机203远离旋转轴204的一端通过转轴固定件202与安装凹槽一侧内壁固定相连，旋转轴承座201与安装凹槽对应的另一侧内壁固定相连；
所述旋转轴204中部均连接固定有大臂电机固定件205，所述大臂电机固定件205均通过大臂电机206连接有机械足大臂207，机械足大臂207均通过车轮电机208与所述行走轮209转动相连，所述行走轮209的转动轴线与机械足大臂207的转动轴线位于同一直线上。
旋转电机203驱动机械足大臂207摆动的最大幅度与过旋转轴204电机中心轴线的竖直面之间的夹角为±10度。
机身1两侧均设置有侧边避障传感器18，所述机身1前端设置有前置照明灯12和前置传感器16及摄像头15，机身1后端设置有后端传感器26和通讯天线23。
打开本发明的总开关20，工作指示灯21亮起，此时一种空陆两栖双足轮多模式行走飞行仿生机器人处于轮动模式。此时，旋翼106折叠收纳在机身1两侧，如附图1所示，在轮动模式下，可以操控平台的左右摇杆控制空陆两栖双足多模式行走飞行仿生机器人运动方向。
当一种空陆两栖双足轮多模式行走飞行仿生机器人处于轮动模式时，车轮电机208转动，带动行走轮209转动，实现一种空陆两栖双足轮多模式行走飞行仿生机器人的移动。
当一种空陆两栖双足轮多模式行走飞行仿生机器人需要从轮动模式切换至行走模式时，小臂电机212驱动机械足小臂213绕小臂电机212的轴线转动，使得机械足小臂213上的机械足215朝向远离机械足大臂207的方向运动，直至合适距离，机械行走足展开下落，如附图1所示状态；然后大臂电机206驱动机械足大臂207动作、小臂电机212驱动机械足小臂213及旋转电机203驱动机械足大臂207摆动相互配合，实现一种空陆两栖双足轮多模式行走飞行仿生机器人的双足行走。
当一种空陆两栖双足轮多模式行走飞行仿生机器人需要从行走模式切换至飞行模式时，电动推拉杆109推动旋翼杆101从凹槽29内转出并展开，第一旋翼电机103负责旋翼106绕旋翼杆101中轴线的转动，用于控制飞行方向，第二旋翼电机固定座104用于安装固定第二旋翼电机105，第二旋翼电机105带动旋翼106绕旋翼106电机中轴线转动，用于飞行；当飞行高度达到一定高度后，旋转电机203驱动机械足大臂207复位，大臂电机206驱动机械足大臂207回缩，小臂电机212驱动机械足小臂213回缩，使得机械行走足回缩至机身1两侧，附图3，附图4所示。
在飞行模式下降落时，距离地面高度一定高度时，大臂电机206驱动机械足大臂207伸出，小臂电机212驱动机械足小臂213展开，使得机械行走足展开，当机械足215落地，机身1保持平稳后，电动推拉杆109拉动旋翼杆101折叠到机身1两侧。
在轮动模式下切换飞行模式时，旋翼106折叠收纳步骤省略。
机械臂动作时，本发明一种空陆两栖双足轮多模式行走飞行仿生机器人处于非运动状态，根据机械手313目标物的位置，利用底座电机301带动主臂305转动，主臂电机304带动主臂305绕主臂电机304轴线转动做抬升或者下落动作，辅臂电动推杆308推动辅臂307绕主臂305与辅臂307连接处转动的抬起动作，直至机械手313的位置调整至距目标物合适位置，然后手臂电机312驱动机械手313做相应的巡逻、安保、排爆、救援、应急的动作。

Claims (6)

1.一种空陆两栖双足轮多模式行走飞行仿生机器人，包括空陆两栖双足多模式行走飞行仿生机器及设置在空陆两栖双足多模式行走飞行仿生机器上的机械手（313），其特征在于，所述空陆两栖双足多模式行走飞行仿生机器包括机身（1），所述机身（1）的两侧上分别设置有用于飞行的飞行装置（3），机身（1）底部设置有行走装置，所述机械手（313）通过机械手臂（4）设置在机身（1）顶部；
所述飞行装置（3）包括对应设置在机身（1）两侧的旋翼杆（101），所述旋翼杆（101）的一端均与机身（1）转动相连，旋翼杆（101）的另一端均通过第一旋翼电机（103）连接有第二旋翼电机固定座（104），所述第二旋翼电机固定座（104）通过第二旋翼电机（105）连接有旋翼（106），所述第一旋翼电机（103）的转动轴线水平设置，第二旋翼电机（105）的转动轴线与第一旋翼电机（103）的转动轴线垂直；
所述行走装置包括双轮行走装置（2）和双足行走装置，所述双轮行走装置（2）包括两个行走轮（209），两个行走轮（209）分别通过车轮电机（208）连接有连接装置，所述车轮电机（208）与连接装置固定相连，两个连接装置均与机身（1）固定相连；
所述双足行走装置均包括两个机械行走足，两个机械行走足与两个行走轮（209）分别对应设置，所述机械行走足均包括机械足大臂（207）和机械足小臂（213），所述机械足大臂（207）通过大臂电机（206）与连接装置转动相连，所述大臂电机（206）与连接装置固定相连，机械小臂通过小臂电机（212）与机械足大臂（207）转动相连，小臂电机（212）与机械足大臂（207）固定相连，所述机械小臂远离机械大臂的一端上均铰接有板状的机械足（215）；
所述机械足大臂（207）、机械足小臂（213）及行走轮（209）的旋转轴（204）线均水平且相互平行设置，且两个机械行走足位于两个行走轮（209）之间的区域，且分别位于机身（1）的两侧，所述旋翼（106）的旋转轴（204）线均竖直设置；
当行走轮（209）行走，机械足小臂（213）朝向机械足大臂（207）收缩，机械足大臂（207）旋转回缩，且在竖直方向上，机械行走足高于行走轮（209）最低点；
当机械行走足行走，机械足（215）在竖直方向上的高度低于行走轮（209）的高度。
2.如权利要求1所述一种空陆两栖双足轮多模式行走飞行仿生机器人，其特征在于，所述机械手臂（4）包括辅臂（307）和主臂（305），所述主臂（305）的一端通过主臂电机（304）连接有底座（302），所述底座（302）通过底座电机（301）与机身（1）转动相连，主臂（305）的另一端与辅臂（307）铰接，辅臂（307）远离主臂（305）的一端通过手臂电机（312）与所述机械手（313）相连；
所述辅臂（307）包括弧形连接臂和条状直臂，所述弧形连接臂的一端与条状直臂固定相连，弧形连接臂的另一端与主臂（305）铰接，所述直臂远离弧形连接臂的一端与手臂电机（312）固定相连；
所述条状直臂和主臂（305）之间还设置有推动条状直臂上移并绕弧形连接臂与主臂（305）铰接处转动的辅臂电动推杆（308），所述辅臂电动推杆（308）竖直设置。
3.如权利要求2所述一种空陆两栖双足轮多模式行走飞行仿生机器人，其特征在于，所述操机身（1）上对应旋翼杆（101）的位置均设置有容置旋翼杆（101）的凹槽（29），所述凹槽（29）内均设置有与旋翼杆（101）相连的电动推拉杆（109），所述电动推拉杆（109）的一端与凹槽（29）底部固定相连，另一端与旋翼杆（101）中部铰接，所述旋翼杆（101）与机身（1）相连的一端与机身（1）铰接；
当电动推拉杆（109）拉动旋翼杆（101）朝向转动，且旋翼杆（101）中部进入凹槽（29）内，旋翼（106）位于凹槽（29）外部；
两个凹槽（29）对称设置在机身（1）的两侧。
4.如权利要求3所述一种空陆两栖双足轮多模式行走飞行仿生机器人，其特征在于，所述连接装置包括旋转轴（204）和旋转电机（203），旋转电机（203）与旋转轴（204）周向固定相连，旋转轴（204）的另一端通过旋转轴承（210）连接有旋转轴承座（201）；
所述机身（1）底部对应行走轮（209）的位置设置有朝向机身（1）顶部凹陷的安装凹槽，安装凹槽贯穿机身（1）设置，所述旋转轴（204）设置在安装凹槽内，且旋转轴（204）的中心轴线与安装凹槽的中心线垂直设置；
旋转电机（203）远离旋转轴（204）的一端通过转轴固定件（202）与安装凹槽一侧内壁固定相连，旋转轴承座（201）与安装凹槽对应的另一侧内壁固定相连；
所述旋转轴（204）中部均连接固定有大臂电机（206）固定件（205），所述大臂电机（206）固定件（205）均通过大臂电机（206）连接有机械足大臂（207），机械足大臂（207）均通过车轮电机（208）与所述行走轮（209）转动相连，所述行走轮（209）的转动轴线与机械足大臂（207）的转动轴线位于同一直线上。
5.如权利要求4所述一种空陆两栖双足轮多模式行走飞行仿生机器人，其特征在于，所述旋转电机（203）驱动机械足大臂（207）摆动的最大幅度与过旋转轴（204）电机中心轴线的竖直面之间的夹角为±15度。
6.如权利要求5所述一种空陆两栖双足轮多模式行走飞行仿生机器人，其特征在于，所述机身（1）两侧均设置有侧边避障传感器（18），所述机身（1）前端设置有前置照明灯（12）和前置传感器（16）及摄像头（15），机身（1）后端设置有后端传感器（26）和通讯天线（23）。
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