CN115230412A - 一种可变结构的地空两用机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可变结构的地空两用机器人，主要由机架、计算机控制系统模块、视觉摄像头云台、传感与检测模块、行走模块、飞行模块、动力模块组成。在机架前端安装视觉摄像头云台，在机架的四周安装传感与检测装置，以实现信息的采集，并把采集的信息传送到计算机控制系统模块进行判断处理，进而发出行走或飞行指令，完成速度、运动方向和运动方式等一系列的运动控制。本发明是在保证机器人具有陆地行走和空中飞行的能力的前提下，添加麦克纳姆轮和可变结构的机翼骨架，使机器人在地面工作时能实现全方位移动，且在通过狭窄区域时可收缩可变结构的机翼骨架改变机器人空间体积，保证顺利通行，在恢复到正常工作环境后，可变结构的机翼骨架伸出，不影响机器人的正常飞行，在整个过程中通过机架连接行走模块和飞行模块，从而实现了机器人陆空一体化。
Description
技术领域
本发明涉及一种地空两用机器人，具体是一种可变结构的地空两用机器人。
背景技术
在以往的信息采集过程中，基本上依靠摄像头、各类传感器等固定式装备获取单区域、固定的一些信息，特殊区域还得依靠人工定时定点巡逻，在此过程中采集的信息还得需要人工去整理识别，不但时效性差，效率也低。在随着地空两用信息采集机器人进入日常的生产生活中，分别有地空协同作业机器人和混合型地空两用机器人。但这些机器人有的功能比较单一，空间利用率低，很难去适应不同环境的信息采集。
本发明所述的是一种可变结构的地空两用机器人，该机器人采用陆空一体化设计，动作切换灵活，平稳性好，提高空间利用率，对工作环境要求低，节省能源增加续航时间，能准确快速地完成地空全方位采集信息，便于收集与汇总数据，有利于促进社区管理向智能化、自动化、信息化的方向发展。
发明内容
本发明针对上述提出的问题提供一种可变结构的地空两用机器人。
一种可变结构的地空两用机器人，其主要由行走模块(1)、飞行模块(2)、机架(3)、动力模块(4)、传感与检测模块(5)、计算机控制系统模块(6)、视觉摄像头云台(7)组成；在机架(3)前端安装视觉摄像头云台(7)，在机架(3)的四周安装传感与检测装置(5)，以实现信息的采集，并把采集的信息传送到计算机控制系统模块(6)进行判断处理，进而发出行走或飞行指令，完成速度、运动方向和运动方式等一系列的运动控制。本发明是在保证机器人具有陆地行走和空中飞行的能力的前提下，添加麦克纳姆轮(8)和可变结构的机翼骨架(22)，使机器人在地面工作时能实现全方位移动，且在通过狭窄区域时利用可变结构的机翼骨架(22)的可收缩功能改变机器人空间体积，保证顺利通行。在恢复到正常工作环境后，可变结构的机翼骨架(22)伸出，不影响机器人的正常飞行。以上机器人的运动是依靠蓄电池(16)提供动力。
所述机架(3)负责连接行走模块(1)、飞行模块(2)，和承载动力模块(4)、传感与检测模块(5)、计算机控制系统模块(6)、视觉摄像头云台(7)，从而实现了机器人陆空一体化。
所述行走模块(1)是由麦克纳姆轮(8)、连接杆(9)、减震弹簧(12)、上悬架(14)、下悬架(15)、直流伺服电机(19)、车轮架(20)组成；机架(3)通过连接杆(9)与上悬架(14)、下悬架(15)、减震弹簧(12)连接，减震弹簧(12)的一端连接着下悬架(15)，上悬架(14)、下悬架(15)的另一端与车轮架(20)连接，车轮架(20)上安装有直流伺服电机(19)，直流伺服电机(19)连接着麦克纳姆轮(8)，利用直流伺服电机(19)不同的转速和转向带动麦克纳姆轮(8)转动，实现机器人行走时的全方位移动。
所述飞行模块(2)是由四旋翼(21)、可变结构的机翼骨架(22)、可变结构的传动系统(23)、支撑架(24)、飞行模块支撑板(25)组成；其中，四旋翼(21)主要由无刷电机(27)和正反两叶螺旋桨(26)组成，无刷电机(27)带动正反两叶螺旋桨(26)的旋转，产生举升力使机器人完成飞行动作。
所述可变结构的传动系统(23)是由一个圆锥大齿轮(28)、可变结构的伸缩杆电机(29)、平键(30)、四个圆锥小齿轮(31)、轴承(32)、螺杆(33)、外伸缩杆(34)、端盖螺母(35)、内伸缩杆(36)组成；可变结构的伸缩杆电机(29)通过平键(30)连接一个圆锥大齿轮(28)，一个圆锥大齿轮(28)啮合四个圆锥小齿轮(31)，四个圆锥小齿轮(31)通过平键(30)分别连接四根螺杆(33)，轴承(32)固定在外伸缩杆(34)的一端，端盖螺母(35)安装在内伸缩杆(36)的一端，螺杆(33)转动时会带动内伸缩杆(36)在水平方向上作直线运动。
所述传感与检测模块(5)由超声波传感器(17)、声音传感器(18)以及视觉摄像头云台(10)组成；传感与检测模块(5)将接收到的外界信号传递给计算机控制系统模块(6)，计算机控制系统模块(6)对信号进行识别后，发出控制信号给直流伺服电机(19)、可变结构的伸缩杆电机(29)、无刷电机(27)，这些执行元件再分别驱动麦克纳姆轮(8)、一个圆锥大齿轮(28)、正反两叶螺旋桨(26)，使机器人向指定位置前进，在前进过程中，传感与检测模块(5)需要不断检测机器人位置和姿态，并将位置信息传递给计算机控制系统模块(6)，计算机控制系统模块(6)根据机器人的位置和姿态，发出控制指令至传感与检测模块(5)，调整机器人的位置和姿态。
所述动力模块(4)是一种安装在机架(3)最下层的蓄电池(16)，为机器人的各个动作提供动力。
本发明有以下有益效果：
一种可变结构的地空两用机器人主要由行走模块(1)、飞行模块(2)、机架(3)、动力模块(4)、传感与检测模块(5)、计算机控制系统模块(6)、视觉摄像头云台(7)组成；在机架(3)前端安装视觉摄像头云台(7)，在机架(3)的四周安装传感与检测装置(5)，以实现信息的采集，并把采集的信息传送到计算机控制系统模块(6)进行判断处理，进而发出行走或飞行指令，完成速度、运动方向和运动方式等一系列的运动控制。本发明是在保证机器人具有陆地行走和空中飞行的能力的前提下，添加麦克纳姆轮(8)和可变结构的机翼骨架(22)，使机器人在地面工作时能实现全方位移动，且在通过狭窄区域时利用可变结构的机翼骨架(22)的可收缩功能改变机器人空间体积，保证顺利通行。在恢复到正常工作环境后，可变结构的机翼骨架(22)伸出，不影响机器人的正常飞行。适合用于在社区内巡逻，尤其是针对狭窄区域，极大的提高机器人的空间利用率，具有很高的推广价值。
附图说明
图1为所述一种可变结构的地空两用机器人的结构示意图；
图2为所述一种可变结构的地空两用机器人行走模块的结构示意图；
图3为所述一种可变结构的地空两用机器人飞行模块的结构示意图；
图4为所述一种可变结构的地空两用机器人飞行模块可变结构的机翼骨架传动系统结构全剖视图。
图中序号：1-行走模块；2-飞行模块；3-机架；4-动力模块；5-传感与检测模块；6-计算机控制系统模块；7-视觉摄像头云台；8-麦克纳姆轮；9-连接杆；10-摄像头；11-摄像头支撑架；12-减震弹簧；13-主控板；14-上悬架；15-下悬架；16-蓄电池；17-超声波传感器；18-声音传感器；19-直流伺服电机；20-车轮架；21-四旋翼；22-可变结构的机翼骨架；23-可变结构的传动系统；24-支撑架；25-飞行模块支撑板；26-正反两叶螺旋桨；27-无刷电机；28-一个大圆锥齿轮；29-可变结构的伸缩杆电机；30-平键；31-四个小圆锥齿轮；32-轴承；33-螺杆；34-外伸缩杆；35-端盖螺母；36-内伸缩杆。
具体实施方式
如图1、图2、图3所示一种可变结构的地空两用机器人主要由行走模块(1)、飞行模块(2)、机架(3)、动力模块(4)、传感与检测模块(5)、计算机控制系统模块(6)、视觉摄像头云台(7)组成；在机架(3)前端安装视觉摄像头云台(7)，在机架(3)的四周安装传感与检测装置(5)，以实现信息的采集，并把采集的信息传送到计算机控制系统模块(6)进行判断处理，进而发出行走或飞行指令，完成速度、运动方向和运动方式等一系列的运动控制。四个麦克纳姆轮(8)之间转速和转向的配合可以使机器人在地面工作时能实现全方位移动，且在通过狭窄区域时利用可变结构的机翼骨架(22)的可收缩功能改变机器人空间体积，保证顺利通行。在恢复到正常工作环境后，可变结构的机翼骨架(22)伸出，不影响机器人的正常飞行。
如图2所示，机架(3)负责连接行走模块(1)、飞行模块(2)，和承载动力模块(4)、传感与检测模块(5)、计算机控制系统模块(6)、视觉摄像头云台(7)，从而实现了机器人陆空一体化。
如图1、图2所示，行走模块(1)是由麦克纳姆轮(8)、连接杆(9)、减震弹簧(12)、上悬架(14)、下悬架(15)、直流伺服电机(19)、车轮架(20)组成；机架(3)通过连接杆(9)与上悬架(14)、下悬架(15)、减震弹簧(12)连接，减震弹簧(12)的一端连接着下悬架(15)，上悬架(14)、下悬架(15)的另一端与车轮架(20)连接，车轮架(20)上安装有直流伺服电机(19)，直流伺服电机(19)连接着麦克纳姆轮(8)，利用直流伺服电机(19)不同的转速和转向带动麦克纳姆轮(8)转动，实现机器人行走时的全方位移动。
如图3所示，飞行模块(2)是由四旋翼(21)、可变结构的机翼骨架(22)、可变结构的传动系统(23)、支撑架(24)、飞行模块支撑板(25)组成；其中，四旋翼(21)主要由无刷电机(27)和正反两叶螺旋桨(26)组成，无刷电机(27)带动正反两叶螺旋桨(26)的旋转，产生举升力使机器人完成飞行动作。
如图4所示，可变结构的传动系统(23)是由一个圆锥大齿轮(28)、可变结构的伸缩杆电机(29)、平键(30)、四个圆锥小齿轮(31)、轴承(32)、螺杆(33)、外伸缩杆(34)、端盖螺母(35)、内伸缩杆(36)组成；可变结构的伸缩杆电机(29)通过平键(30)连接一个圆锥大齿轮(28)，一个圆锥大齿轮(28)啮合四个圆锥小齿轮(31)，四个圆锥小齿轮(31)通过平键(30)分别连接四根螺杆(33)，轴承(32)固定在外伸缩杆(34)的一端，端盖螺母(35)安装在内伸缩杆(36)的一端，螺杆(33)转动时会带动内伸缩杆(36)在水平方向上作直线运动，从而改变机器人体积。
如图1、图2、图3、图4所示，传感与检测模块(5)由超声波传感器(17)、声音传感器(18)以及视觉摄像头云台(10)组成；传感与检测模块(5)将接收到的外界信号传递给计算机控制系统模块(6)，计算机控制系统模块(6)对信号进行识别后，发出控制信号给直流伺服电机(19)、可变结构的伸缩杆电机(29)、无刷电机(27)，这些执行元件再分别驱动麦克纳姆轮(8)、一个圆锥大齿轮(28)、正反两叶螺旋桨(26)，使机器人向指定位置前进，在前进过程中，传感与检测模块(5)需要不断检测机器人位置和姿态，并将位置信息传递给计算机控制系统模块(6)，计算机控制系统模块(6)根据机器人的位置和姿态，发出控制指令至传感与检测模块(5)，调整机器人的位置和姿态。
如图1和图2所示，动力模块(4)是一种安装在机架(3)最下层的蓄电池(16)，为机器人的各个动作提供动力。
Claims (7)
1.一种可变结构的地空两用机器人，其特征在于：其主要由行走模块(1)、飞行模块(2)、机架(3)、动力模块(4)、传感与检测模块(5)、计算机控制系统模块(6)、视觉摄像头云台(7)组成；在机架(3)前端安装视觉摄像头云台(7)，在机架(3)的四周安装传感与检测装置(5)，以实现信息的采集，并把采集的信息传送到计算机控制系统模块(6)进行判断处理，进而发出行走或飞行指令，完成速度、运动方向和运动方式等一系列的运动控制。本发明是在保证机器人具有陆地行走和空中飞行的能力的前提下，添加麦克纳姆轮(8)和可变结构的机翼骨架(22)，使机器人在地面工作时能实现全方位移动，且在通过狭窄区域时利用可变结构的机翼骨架(22)的可收缩功能改变机器人空间体积，保证顺利通行。在恢复到正常工作环境后，可变结构的机翼骨架(22)伸出，不影响机器人的正常飞行。以上机器人的运动是依靠蓄电池(16)提供动力。
2.根据权利要求1所述的一种可变结构的地空两用机器人，其特征在于：所述机架(3)负责连接行走模块(1)和飞行模块(2)，承载动力模块(4)、传感与检测模块(5)、计算机控制系统模块(6)、视觉摄像头云台(7)，从而实现了机器人陆空一体化。
3.根据权利要求1所述的一种可变结构的地空两用机器人，其特征在于：所述行走模块(1)是由麦克纳姆轮(8)、连接杆(9)、减震弹簧(12)、上悬架(14)、下悬架(15)、直流伺服电机(19)、车轮架(20)组成；机架(3)通过连接杆(9)与上悬架(14)、下悬架(15)、减震弹簧(12)连接，减震弹簧(12)的一端连接着下悬架(15)，上悬架(14)、下悬架(15)的另一端与车轮架(20)连接，车轮架(20)上安装有直流伺服电机(19)，直流伺服电机(19)连接着麦克纳姆轮(8)，利用直流伺服电机(19)不同的转速和转向带动麦克纳姆轮(8)转动，实现机器人行走时的全方位移动。
4.根据权利要求1所述的一种可变结构的地空两用机器人，其特征在于：所述飞行模块(2)是由四旋翼(21)、可变结构的机翼骨架(22)、可变结构的传动系统(23)、支撑架(24)、飞行机构支撑板(25)组成；其中，四旋翼(21)主要由无刷电机(27)和正反两叶螺旋桨(26)组成，无刷电机(27)带动正反两叶螺旋桨(26)的旋转，产生举升力使机器人完成飞行动作。
5.根据权利要求1和权利要求4所述的一种可变结构的地空两用机器人，其特征在于：所述可变结构的传动系统(23)是由一个圆锥大齿轮(28)、可变结构的伸缩杆电机(29)、平键(30)、四个圆锥小齿轮(31)、轴承(32)、螺杆(33)、外伸缩杆(34)、端盖螺母(35)、内伸缩杆(36)组成；可变结构的伸缩杆电机(29)通过平键(30)连接一个圆锥大齿轮(28)，一个圆锥大齿轮(28)啮合四个圆锥小齿轮(31)，四个圆锥小齿轮(31)通过平键(30)分别连接四根螺杆(33)，轴承(32)固定在外伸缩杆(34)的一端，端盖螺母(35)安装在内伸缩杆(36)的一端，螺杆(33)转动时会带动内伸缩杆(36)在水平方向上作直线运动。
6.根据权利要求1所述的一种可变结构的地空两用机器人，其特征在于：所述传感与检测模块(5)由超声波传感器(17)、声音传感器(18)以及视觉摄像头云台(10)组成；传感与检测模块(5)将接收到的外界信号传递给计算机控制系统模块(6)，计算机控制系统模块(6)对信号进行识别后，发出控制信号给直流伺服电机(19)、可变结构的伸缩杆电机(29)、无刷电机(27)，这些执行元件再分别驱动麦克纳姆轮(8)、一个圆锥大齿轮(28)、正反两叶螺旋桨(26)，使机器人向指定位置前进，在前进过程中，传感与检测模块(5)需要不断检测机器人位置和姿态，并将位置信息传递给计算机控制系统模块(6)，计算机控制系统模块(5)根据机器人的位置和姿态，发出控制指令至传感与检测模块(5)，调整机器人的位置和姿态。
7.根据权利要求1所述的一种可变结构的地空两用机器人，其特征在于：所述动力模块(4)是一种安装在机架(3)最下层的蓄电池(16)，为机器人的各个动作提供动力。
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Cited By (1)
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| CN117572812A (zh) * | 2024-01-17 | 2024-02-20 | 山东科技大学 | 一种井下环境飞行与地面协同的监测机器人及其使用方法 |
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Cited By (2)
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| CN117572812A (zh) * | 2024-01-17 | 2024-02-20 | 山东科技大学 | 一种井下环境飞行与地面协同的监测机器人及其使用方法 |
| CN117572812B (zh) * | 2024-01-17 | 2024-04-09 | 山东科技大学 | 一种井下环境飞行与地面协同的监测机器人及其使用方法 |
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