CN214727996U - 一种陆空两栖机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于机器人技术领域，提供一种陆空两栖机器人，包括椭球形的壳体和设置在壳体内部的中心架、中心旋转轴、驱动电机、运动臂模块、升力模块；中心旋转轴的两端与壳体固定连接，其旋转中心线与壳体的长轴重合，中心旋转轴与中心架通过轴承可转动连接；升力模块固定在可伸出壳体的运动臂模块上，运动臂模块与中心架可滑动或转动连接；驱动电机固定在中心架上，驱动中心旋转轴旋转以带动壳体滚动。该机器人可以在空中前后、左右、上下飞行、空中悬停、定点360°连续转圈、在地面前后滚动、左右转弯，以及原地360°连续旋转。该陆空两栖机器人的工作效率高、结构紧凑、飞行和滚动时的稳定性和灵活性好，提高了该机器人的应用领域。

Description

一种陆空两栖机器人

技术领域

本实用新型属于机器人技术领域，特别涉及一种陆空两栖机器人。

背景技术

当前，机器人可以执行一些对人体有危险、甚至人工无法完成的任务，如在狭小空间、污染环境、危险环境中执行任务，还具备比人力成本低、耐用度高、无疲倦感等优点。现有的该类机器人大多为四足机器人或履带式机器人，体积庞大，不利于携带，而且转向能力差，适应复杂狭小环境的能力弱。还有一类球形机器人，球形机器人是一种以球形或近似球形为外壳形状的独立运动体，滚动运动是球形机器人的主要移动方式。球形机器人利用球壳作为机器人的行走装置，并将驱动机构和控制部件都包含在球壳内部，具有结构紧凑、运动灵活和在滚动过程中不会翻倒等优点。因此，球形机器人在国防、工业和行星探测等领域都具有十分广阔的应用前景。

球形机器人其运动时是依靠外壳和地面间的摩擦来提供运动力，因此，相比轮式、履带式机器人，球形机器人的爬坡和越障能力大幅度减弱。如申请号为CN102020000371181的专利申请给出了一种球形机器人，解决了现有的球形机器人防护能力差、通过性差的问题。通过增加表面球壳摩擦力增加了防护能力和通过性，但该方案给出的球形机器人任然没有越障能力。

陆空两栖机器人既能在空中快速飞行，又能在地面灵活运动，兼具良好的快速性、隐蔽性和越障能力，大幅度拓宽了应用场景，在非常多的军用和民用领域都具有重要的应用需求。现有的方案大部分都是在融合飞机和汽车一体化方面做工作，如将固定翼机翼设计成折叠以增加其地面移动时的通过性等。或者将多旋翼飞行器和轮式汽车底盘结合以实现陆空运动。固定翼折叠方案需要滑跑起飞和降落，多旋翼和汽车底盘结合方式导致飞行时汽车底盘完全成了“死重”而导致时间过短。

如申请号为CN201911392068.8专利申请给出了单涵道陆空跨域机器人及其控制方法，通过设置姿态平衡系统的控制力矩陀螺群获得X轴、Y轴和Z轴的扭矩控制量，进而通过扭矩控制量对机身进行姿态调整；通过两个轮足舵机控制轮足装置的腿部连杆和上腿关节，提升了轮足系统的灵活性和稳定性；根据环境识别系统对行进环境的判断，对轮足系统、涵道风扇系统以及飞行控制系统进行相应调整，使得机器人进入不同的行进模式。该方案飞行模式控制复杂、稳定性不好、结构复杂笨重，地面轮足式增加了通过性但也带来了重量和功耗大的缺点，另外空中飞行和地面运动功能也是简单叠加，整体性能不好。

再如申请号为CN201811409108的专利申请给出了用于桥梁检测的三维巡航方法及系统，技术方案：采用飞爬两栖机器人，飞爬两栖机器人包括飞行模块和爬行模块，所述爬行模块上设有吸附装置，飞爬两栖机器人的主控模块连接有GPS定位模块，所述飞爬两栖机器人搭载有桥梁检测装置。该方案的不足是爬行模块运动缓慢且容易失效，爬行时飞行模块的螺旋桨受风的影响极易打到作业线路上导致机器人损毁，另外飞行和爬行功能是也简单叠加，整体性能有限。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术中结构复杂、重量和功耗大、飞行和运动时间短、飞行和运动稳定性不好等不足，提出了一种陆空两栖机器人，该两栖机器人可以在空中前后、左右、上下快速飞行，还可以空中悬停、定点360°连续转圈；还可以在地面前后滚动、左右转弯、可以原地360°连续旋转，实现空中快速稳定飞行和地面灵活运动功能。为实现上述目的，本实用新型采用以下具体技术方案：

一种陆空两栖机器人，包括：椭球形的壳体和设置在壳体内部的中心架、中心旋转轴、驱动电机、运动臂模块、升力模块；

中心旋转轴的两端与壳体固定连接，其旋转中心线与壳体的长轴重合，中心旋转轴与中心架通过轴承可转动连接；

升力模块固定在可伸出壳体的运动臂模块上，运动臂模块与中心架可滑动或转动连接；

驱动电机固定在中心架上，驱动中心旋转轴旋转以带动壳体滚动。

优选地，壳体以中心环为对称中心，其两侧沿长轴方向分别对称连接圆环，对称分布的圆环另一侧各与带有切面的半球相连；半球的切面与壳体短轴所在的平面相互平行。

优选地，在对称分布的半球的切面开设有活动的侧窗板，侧窗板通过窗板弹簧和旋转轴与半球连接，使得侧窗板受力时能够向外打开，不受力时在窗板弹簧的作用下收拢。

优选地，运动臂模块的长度延伸方向与中心旋转轴平行，包括位于中心架底面的第一运动臂和第二运动臂；第一运动臂和第二运动臂平行并排设置，沿相反方向运动，推开两侧的侧窗板伸出壳体。

优选地，壳体长轴所在的圆周上对称开设有两组窗板组，窗板组在受力时向外打开。

优选地，运动臂模块的旋转轴与中心旋转轴垂直，包括位于中心架底面的第一运动臂、第二运动臂、第三运动臂和第四运动臂；第一运动臂与第二运动臂叠加设置，其旋转轴心相对；同时与叠加设置的第三运动臂和第四运动臂并排设置；第三运动臂和第四运动臂的旋转轴心相对；第一运动臂与第二运动臂绕各自旋转轴向壳体外旋转，推开窗板组；第三运动臂与第四运动臂绕相对方向旋转，推开另一侧的窗板组。

优选地，窗板组包括搭在第一运动臂与第三运动臂上的小窗板和搭在第二运动臂和第四运动臂上的大窗板，窗板组随运动臂模块回收而关闭。

优选地，升力模块包括：升力电机和旋翼，升力电机分别固定在第一运动臂和第二运动臂上，升力电机的运动轴连接旋翼，升力电机带动旋翼旋转产生升力。

优选地，运动臂模块上设置有收桨模块，用以收拢旋翼。

优选地，还包括用于带动机器人左右转弯的重心移动模块，重心移动模块固定在中心架底面。

优选地，重心移动模块包括：舵机、舵机座、摇摆轴、摇摆臂、电池座和电池；舵机座连接在中心架上，舵机与舵机座相连，舵机输出轴与摇摆轴连接，摇摆轴与摇摆臂相连，摇摆臂与电池座连接，电池安放在电池座上，舵机带动摇摆轴、电池座和电池一起摆动，进而改变重心移动模块的重心位置来带动机器人左右转弯。

优选地，还包括用来连接中心旋转轴和驱动电机的传动模块；传动模块包括：相互啮合的第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮连接驱动电机，第二齿轮与中心旋转轴连接，使驱动电机驱动传动模块带动中心旋转轴旋转。

优选地，还包括设置在中心架上方的相机模块、运动驱动模块、控制模块和运动臂驱动电机，相机模块透过透明的圆环获取环境信息的；控制模块联合运动驱动模块控制壳体完成运动指令；运动臂驱动电机驱动运动臂模块伸出壳体。

本实用新型能够取得以下技术效果：

1、本实用新型提供的机器人可以在空中前后、左右、上下快速飞行，还可以空中悬停、定点360度连续转圈。

2、本实用新型提供的机器人可以在地面前后滚动、左右转弯，还可以原地360度连续旋转。

3、工作效率高、结构紧凑、飞行和滚动时的稳定性和灵活性好。

4、可以获得环境图像信息，还可以用来避障，大幅度提高了两栖机器人的避障能力和复杂环境下工作性能。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的一种陆空两栖机器人的整体结构示意图；

图2是本实用新型一个实施例的整体三维结构示意图；

图3是本实用新型一个实施例的外壳结的构示意图；

图4是本实用新型一个实施例的传动模块的结构示意图；

图5是本实用新型一个实施例的重心移动模块的结构示意图；

图6是本实用新型一个实施例的运动臂模块与升力模块的结构示意图；

图7是本实用新型另一个实施例的运动臂模块与壳体的结构示意图。

附图标记：

壳体1、中心环11、圆环12、半球13、侧窗板131、窗板弹簧132、旋转轴133、窗板组14、小窗板141、大窗板142、

中心架2、中心旋转轴3、

驱动电机4、

运动臂模块5、第一运动臂51、第二运动臂52、第三运动臂53、第四运动臂54、

升力模块6、升力电机61、旋翼62、

传动模块7、第一齿轮71、第二齿轮72、

重心移动模块8、舵机81、舵机座82、摇摆轴83、摇摆臂84、电池座85、电池86、

收桨模块9、相机模块10、驱动模块110、控制模块120、运动臂驱动电机130。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，而不构成对本实用新型的限制。

本实用新型的目的是提供一种工作效率高、结构紧凑、飞行和滚动时的稳定性和灵活性好且具有避障能力，能在复杂环境下工作的陆空两栖机器人。下面将对本实用新型提供的一种陆空两栖机器人，通过具体实施例来进行详细说明。

图1示出了本实用新型的整体结构，包括长轴方向两端为平面的椭球形壳体1和设置在壳体1内部的中心架2、中心旋转轴3、驱动电机4、运动臂模块5、升力模块6；中心旋转轴3两端与壳体1固定连接，其旋转中心线与壳体1的长轴重合，中心旋转轴3与中心架2通过轴承可转动连接；升力模块6固定在可伸出壳体1的运动臂模块5上，运动臂模块5与中心架2可滑动或转动连接；驱动电机4固定在中心架2上，驱动中心旋转轴3旋转以带动壳体1滚动；

如图1所示，以壳体1的长轴方向为中心旋转轴3的轴向，将中心旋转轴3固定到壳体1的内部；中心架2设有与中心旋转轴3相适配的轴承，通过轴承与中心旋转轴3连接，同时可以绕其旋转。

在中心架2与中心旋转轴3围成的空间内放置有驱动电机4，驱动电机4与中心架2固定连接，同时通过传动模块7与中心旋转轴3连接，使得机器人在驱动电机4的驱动下，能够前后滚动。

在本实用新型的一个优选实施例中，如图4所示，驱动电机4与第一齿轮71连接，第一齿轮71与第二齿轮72相互啮合，第二齿轮72与中心旋转轴3连接，在驱动电机4的驱动下传动模块7带动中心旋转轴3自转。

继续参照图1，中心架2底面固定有重心移动模块8，通过改变重心移动模块8的中心控制机器人左右转弯。

运动臂模块5与中心架2底面连接，升力模块6固定在运动臂模块5底面，升力模块6可以随运动臂模块5伸出壳体1，利用产生的升力控制机器人升降。整体结构图参照图2。

在本实用新型的一个优选实施例中，如图3所示，壳体1为长轴方向两端为平面的椭球形壳体，中心环11中心位于短轴处，以中心环11为对称中心沿长轴方向依次对称连接圆环12和半球13；其中，半球13的切面与短轴所在平面平行，并且在切面上开设有活动的侧窗板131，侧窗板131通过窗板弹簧132和旋转轴133与半球13连接，使得运动臂模块5能够推动侧窗板131向外打开，不受力时侧窗板131可以在窗板弹簧132的作用下收拢。

在本实用新型的另一个优选实施例中，如图7所示，壳体1上对应于第一运动臂51、第二运动臂52、第三运动臂53和第四运动臂54的位置上开设有窗板组14，窗板组14的一端与壳体1转动连接，另一端搭在对应的运动臂上，使窗板组14能够受力打开和关闭。

在本实用新型的一个优选实施例中，如图6所示，运动臂模块5包括并排设置的，延伸方向与中心旋转轴3平行的第一运动臂51和第二运动臂52，第一运动臂51和第二运动臂52底面均固定有升力模块6，第一运动臂51和第二运动臂52外侧的面上设有齿条，且中心架2上设有与齿条配合的齿轮副，使得第一运动臂51和第二运动臂52在运动臂驱动电机130的驱动下，沿中心架2上的导轨，通过齿条和齿轮副运动实现沿长轴方向的相对直线运动，推开各自对应的侧窗板131伸出壳体1，同时升力模块6也一起伸出壳体1。

在本实用新型的另一个优选实施例中，继续参见图7，第一运动臂51与第二运动臂52叠加设置，旋转轴心相对；第三运动臂53和第四运动臂54叠加设置，旋转轴心相对且第一运动臂51与第三运动臂53并排设置；

伸出时，第一运动臂51与第二运动臂52绕各自旋转轴向壳体1外旋转120°，推开一侧窗板组14；第三运动臂53与第四运动臂54绕相对方向旋转，推开另一侧的窗板组14；

收缩时，小窗板141对应的运动臂先缩回，搭在运动臂上的小窗板141也随之关上；大窗板142对应的运动臂后缩回，搭在运动臂上的大窗板142也随之关上，完成运动臂模块5的收缩。

升力电机61的运动轴连接旋翼62，旋翼62在升力电机61的带动下旋转产生升力，使机器人能够升降。

第一运动臂51和第二运动臂52上设置有收桨模块9用以收拢旋翼62。具体的，当该机器人降落在地面，旋翼62在壳体1外旋转速度慢时，收桨模块9中的运动器伸出，顶在旋翼62的叶片下部使得叶片的一侧停住，叶片的另一侧在惯性与摩擦力的作用下合拢。

在本实用新型的一个优选实施例中，重心移动模块8包括：舵机81、舵机座82、摇摆轴83、摇摆臂84、电池座85和电池86，参见图5，舵机座82连接在中心架2上，舵机81与舵机座82相连，舵机81的输出轴与摇摆轴83连接，摇摆轴83与摇摆臂84相连，摇摆臂84与电池座85连接，电池86安放在电池座85上，舵机81带动摇摆轴83、电池座85和电池86一起摆动，进而改变重心移动模块8的重心位置来带动机器人左右转弯。

在本实用新型的一个优选实施例中，相机模块10对称固定在中心架2上，与透明材质的圆环12的位置相对应，可以透过圆环12对环境成像并将其传给控制模块120，控制模块120运算后对环境中的障碍物进行识别然后进行避障，相机模块10的成像还可以通过控制模块120传回给地面控制人员或地面站；接收操作人员或地面站的控制指令发送给控制模块120，驱动模块110把驱动信号发送给驱动电机4、舵机81、运动臂驱动电机130、升力电机61使机器人执行相应指令动作。

在本实用新型的另一个实施例中，运动臂模块5带动升力模块6移动到壳体1外，驱动电机4联合升力模块6、重心移动模块8作用在机器人上时，可以控制机器人原地垂直地面360°连续旋转，大大增加了运动的灵活性和隐蔽性。

在本实用新型的另一个实施例中，运动臂模块5带动升力模块6移动到壳体1外，此时机器人处于飞行模式；

升力模块6、重心移动模块8联合控制滚转通道和左右方向飞行；

升力模块6、驱动电机4联合控制俯仰通道和前后方向飞行；

升力模块6、重心移动模块8联合控制航向通道；

升力模块6控制飞行高度。

在本实用新型的另一个实施例中，当机器人从地面滚动模式改变为空中飞行模式时，可以通过运动臂模块5将升力模块6从壳体1里面运动至壳体1外，此时驱动电机4联合升力模块6、重心移动模块8可以控制两栖机器人在空中前后、左右、上下自由飞行，还可以控制两栖机器人垂直起降、空中悬停、空中360°连续旋转。

在本实用新型的另一个实施例中，机器人从飞行模式变为地面滚动模式时，机器人先垂直降落到地面，收桨模块9收拢旋翼62，运动臂模块5将升力模块6收回到壳体1内，控制模块120联合驱动模块110控制驱动电机4、舵机81来驱动机器人前后滚动和左右转弯，或者将升力模块6运动到壳体1外并联合重心移动模块8来控制两栖机器人原地360°连续旋转。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本实用新型的具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何根据本实用新型的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (13)

1.一种陆空两栖机器人，其特征在于，包括：椭球形的壳体(1)和设置在所述壳体(1)内部的中心架(2)、中心旋转轴(3)、驱动电机(4)、运动臂模块(5)、升力模块(6)；

所述中心旋转轴(3)的两端与所述壳体(1)固定连接，其旋转中心线与所述壳体(1)的长轴重合，所述中心旋转轴(3)与所述中心架(2)通过轴承可转动连接；

所述升力模块(6)固定在可伸出所述壳体(1)的所述运动臂模块(5)上，所述运动臂模块(5)与所述中心架(2)可滑动或转动连接；

所述驱动电机(4)固定在所述中心架(2)上，驱动所述中心旋转轴(3)旋转以带动所述壳体(1)滚动。

2.根据权利要求1所述的陆空两栖机器人，其特征在于，所述壳体(1)包括中心环(11)、圆环(12)和半球(13)；

所述壳体(1)以所述中心环(11)为对称中心，其两侧沿长轴方向分别对称连接所述圆环(12)，对称分布的所述圆环(12)另一侧各与带有切面的所述半球(13)相连；所述半球(13)的切面与所述壳体(1)的短轴所在的平面相互平行。

3.根据权利要求2所述的陆空两栖机器人，其特征在于，在所述对称分布半球(13)的所述切面开设有活动的侧窗板(131)，所述侧窗板(131)通过窗板弹簧(132)和旋转轴(133)与所述半球(13)连接，使得所述侧窗板(131)受力时能够向外打开，不受力时在所述窗板弹簧(132)的作用下收拢。

4.根据权利要求3所述的陆空两栖机器人，其特征在于，所述运动臂模块(5)的长度延伸方向与所述中心旋转轴(3)平行，包括位于所述中心架(2)底面的第一运动臂(51)和第二运动臂(52)；所述第一运动臂(51)和所述第二运动臂(52)平行并排设置，沿相反方向运动，推开两侧的所述侧窗板(131)伸出所述壳体(1)。

5.根据权利要求2所述的陆空两栖机器人，其特征在于，所述壳体(1)长轴所在的圆周上对称开设有两组窗板组(14)，所述窗板组(14)在受力时向外打开。

6.根据权利要求5所述的陆空两栖机器人，其特征在于，所述运动臂模块(5)的旋转轴与所述中心旋转轴(3)垂直，包括位于所述中心架(2)底面的第一运动臂(51)、第二运动臂(52)、第三运动臂(53)和第四运动臂(54)；所述第一运动臂(51)与所述第二运动臂(52)叠加设置，其旋转轴心相对；同时与所述叠加设置的所述第三运动臂(53)和第四运动臂(54)并排设置；所述第三运动臂(53)和所述第四运动臂(54)的旋转轴心相对；所述第一运动臂(51)与所述第二运动臂(52)绕各自旋转轴向所述壳体(1)外旋转，推开所述窗板组(14)；所述第三运动臂(53)与所述第四运动臂(54)绕相对方向旋转，推开另一侧的所述窗板组(14)。

7.根据权利要求6所述的陆空两栖机器人，其特征在于，所述窗板组(14)包括搭在所述第一运动臂(51)与所述第三运动臂(53)上的小窗板(141)和搭在所述第二运动臂(52)和第四运动臂(54)上的大窗板(142)，所述窗板组(14)随所述运动臂模块(5)回收而关闭。

8.根据权利要求4所述的陆空两栖机器人，其特征在于，所述升力模块(6)包括：升力电机(61)和旋翼(62)，所述升力电机(61)分别固定在所述第一运动臂(51)和所述第二运动臂(52)上，所述升力电机(61)的运动轴连接旋翼(62)，升力电机(61)带动旋翼(62)旋转产生升力。

9.根据权利要求8所述的陆空两栖机器人，其特征在于，所述运动臂模块(5)上设置有收桨模块(9)，用以收拢所述旋翼(62)。

10.根据权利要求1所述的陆空两栖机器人，其特征在于，还包括用于带动机器人左右转弯的重心移动模块(8)，所述重心移动模块(8)固定在所述中心架(2)底面。

11.根据权利要求10所述的陆空两栖机器人，其特征在于，所述重心移动模块(8)包括：舵机(81)、舵机座(82)、摇摆轴(83)、摇摆臂(84)、电池座(85)和电池(86)；所述舵机座(82)连接在中心架(2)上，舵机(81)与舵机座(82)相连，舵机(81)输出轴与摇摆轴(83)连接，摇摆轴(83)与摇摆臂(84)相连，摇摆臂(84)与电池座(85)连接，电池(86)安放在电池座(85)上，舵机(81)带动摇摆轴(83)、电池座(85)和电池(86)一起摆动，进而改变重心移动模块(8)的重心位置来带动机器人左右转弯。

12.根据权利要求1所述的陆空两栖机器人，其特征在于，还包括用来连接所述中心旋转轴(3)和所述驱动电机(4)的传动模块(7)；所述传动模块(7)包括：相互啮合的第一齿轮(71)和第二齿轮(72)，所述第一齿轮(71)连接所述驱动电机(4)，所述第二齿轮(72)与所述中心旋转轴(3)连接，使所述驱动电机(4)驱动所述传动模块(7)带动所述中心旋转轴(3)旋转。

13.根据权利要求2所述的陆空两栖机器人，其特征在于，还包括设置在所述中心架(2)上方的相机模块(10)、驱动模块(110)、控制模块(120)和运动臂驱动电机(130)，所述相机模块(10)透过透明的所述圆环(12)获取环境信息的；所述控制模块(120)联合所述驱动模块(110)控制所述壳体(1)完成运动指令；所述运动臂驱动电机(130)驱动所述运动臂模块(5)伸出所述壳体(1)。

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