[发明专利]可变形多模态陆空飞行机器人

说明书

技术领域

本发明涉及移动机器人领域，具体地说是一种复杂恶劣环境下可变形的多模态陆空飞行机器人。

背景技术

目前，军事侦察、城市安防、灾害救援等许多应用领域都要求机器人在复杂恶劣的环境下具有很强的环境适应能力和多任务处理能力，而单一运动模态的机器人很难同时满足这些需求。例如：地面移动机器人具有很好的可靠性和负载能力，但难以完成翻越障碍、涉水等任务；多旋翼飞行器具有很好的稳定性和机动性，但续航时间较短，难以完成长时工作。因此，将各种运动模态的优点集成起来，研究多模态机器人，具有重要的理论意义和应用价值。

当前阶段，国内外对于多模态机器人的研究很少，且将其应用于复杂恶劣环境下都有明显的局限性。水上飞机能实现水空两栖作业，但大多应用于开阔水面，很难在城市安防、灾害救援等局部狭小范围内应用，且无法完成地面作业；申请号201410716895.9名称为“陆空两栖机器人”的发明专利，设计了一种直升机共轴双桨搭配不完全轮的陆空两栖机器人，但其采用的直升机构型飞行模式稳定性远远不及多旋翼构型，而陆行装置与飞行装置的简单直接连接也增加了机器人自重，减小了有效负载；最近，加州大学伯克利分校研究了一种用机器蟑螂VelociRoACH搭载机器鸟H2Bird的合体机器人，机器蟑螂利用地面移动速度为机器鸟的起飞提供初速，但这本质上是两个机器人的配合使用，而非一个机器人的“两栖”功能，且该机器鸟尺寸很小，起飞速度要求较低。

综上所述，旨在克服现有技术困难和系统缺陷，本发明提出了一种能适用于复杂恶劣环境的可变形陆空多模态飞行机器人。

发明内容

本发明旨在复杂恶劣环境下提供一种能实现行走、飞行、吸附三种运动模态的可变形多模态陆空飞行机器人，降低功耗，提高环境适应能力和多任务处理能力。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种可变形多模态陆空飞行机器人，包括：本体、自动驾驶仪、翼臂装置、轮毂装置和吸附装置；

所述本体上呈十字形安装有四组翼臂装置，所述翼臂装置包括翼大臂、翼小臂、旋转关节、安装支架、电机和减震套筒，所述翼大臂安装在本体上，所述翼小臂通过旋转关节与翼大臂连接，安装支架通过减震套筒与翼小臂连接，在安装支架上竖直安装两台互为逆向运转的电机；

所述轮毂装置分别安装在四组翼臂装置上，并且，通过电机驱动轮毂装置的运转；所述吸附装置安装在本体上部，用于以指定角度吸附在物体表面；所述自动驾驶仪安装在本体上，自动驾驶仪分别驱动轮毂装置与吸附装置运转，同时，自动驾驶仪驱动翼臂装置的旋转关节旋转，使翼小臂带动轮毂装置旋转到指定角度，实现飞行模态和地面行走模态的切换。

进一步的，所述四组成十字形的翼臂装置分为等长的前翼臂装置、后翼臂装置、左翼臂装置和右翼臂装置，所述前翼臂装置和后翼臂装置位于同一轴线上，所述左翼臂装置和右翼臂装置位于同一轴线上，并且，前翼臂装置和后翼臂装置的翼大臂、翼小臂的长度分别大于、小于左翼臂装置和右翼臂装置的翼大臂、翼小臂的长度。

进一步的，在飞行模态时，四组翼臂装置的翼小臂在旋转关节的带动下展开为水平位置，机器人呈共轴双桨八旋翼飞行器构型。

进一步的，在行走模态时，左翼臂装置和右翼臂装置均向下旋转到竖直位置，轮毂装置接触地面成为地面行走轮，用于控制方向；前翼臂装置和后翼臂装置的翼小臂向下旋转0-90度，由轮毂装置产生的空气动力提供前进、后退的推进力。

进一步的，所述轮毂装置包括上轮毂机构和下轮毂机构，所述上轮毂机构和下轮毂机构均包括轴座、轮辐、轮毂圈，上轮毂机构和下轮毂机构分别通过轴座安装在互为逆向运转的电机轴上；所述轴座与轮毂圈之间环设有多条轮辐，所述轮辐为桨叶状，上轮毂机构和下轮毂机构上安装的轮辐的桨叶构型互为反向。

进一步的，所述吸附装置包括基座、吸附臂、吸盘臂、吸盘、吸附臂舵机、吸盘臂舵机、吸气管道和真空泵；

所述基座安装在本体上部，安装在本体上的吸附臂舵机、吸盘臂舵机分别通过吸附臂、吸盘臂控制吸盘运转，所述吸盘内设有真空负压腔，负压腔通过吸气管道与真空隔离泵连通，真空隔离泵通过吸气管道不断抽气，在吸盘内形成负压，保障吸盘牢固地吸附在物体表面。

进一步的，在吸盘上固装有连接耳，所述吸附臂的两端分别与吸附臂舵机和连接耳铰接，所述吸盘臂的两端分别与吸盘臂舵机和连接耳连接；所述吸附臂舵机转动时，带动吸附臂和吸盘臂整体转动，进而调整吸盘臂相对于基座的角度；所述吸盘臂舵机转动时，吸附臂保持不动，进而调整吸盘相对于吸附臂的角度。