專利名稱：多運(yùn)動(dòng)模態(tài)機(jī)器人及其運(yùn)動(dòng)模態(tài)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多運(yùn)動(dòng)模態(tài)機(jī)器人及其運(yùn)動(dòng)模態(tài)，屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
機(jī)器人技術(shù)是國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略中必爭(zhēng)的核心技術(shù)之一，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)家安全中起 著重要的推動(dòng)作用并具有重大的戰(zhàn)略意義。近年來(lái)，各國(guó)有關(guān)移動(dòng)機(jī)器人的研究進(jìn)入了一個(gè)迅猛發(fā)展的階段。目前研究最多 的有輪式、履帶式、仿生式、桿式、飛行機(jī)器人移動(dòng)系統(tǒng)。但是，現(xiàn)有的移動(dòng)機(jī)器人一般只具 有1個(gè)工作模態(tài)，所以開發(fā)具有多模態(tài)的移動(dòng)機(jī)器人將會(huì)以其環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)在救 災(zāi)、安保等環(huán)境復(fù)雜多變的任務(wù)中發(fā)揮更實(shí)用的、更廣泛的作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠爬行、飛行、輪式滾動(dòng)以適應(yīng)不同運(yùn)動(dòng)條件的多 運(yùn)動(dòng)模態(tài)機(jī)器人及其運(yùn)動(dòng)模態(tài)。一種多運(yùn)動(dòng)模態(tài)機(jī)器人，其特征在于包括機(jī)架、通過(guò)模態(tài)調(diào)節(jié)器連接于機(jī)架的飛行滾動(dòng)足；上述模態(tài)調(diào)節(jié)器依次包括 安裝于機(jī)架上的第一伺服電機(jī)、安裝于第一伺服電機(jī)輸出軸上的第二伺服電機(jī)、安裝于第 二伺服電機(jī)輸出軸上的搖臂、安裝于搖臂上的第三伺服電機(jī)，其中第二伺服電機(jī)的輸出軸 與第一伺服電機(jī)的輸出軸垂直、第三伺服電機(jī)的輸出軸與第二伺服電機(jī)的輸出軸垂直；上 述飛行滾動(dòng)足包括位于一端的爬行足和位于另一端的涵道車輪，且爬行足的軸線與涵道車 輪的軸線重合，爬行足安裝在上述第三伺服電機(jī)的輸出軸上；還包括安裝于涵道車輪內(nèi)的 涵道風(fēng)扇與用于驅(qū)動(dòng)涵道風(fēng)扇的無(wú)刷電機(jī)；還包括用于驅(qū)動(dòng)涵道車輪做整體轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)滾動(dòng) 前進(jìn)的直流電機(jī)；上述模態(tài)調(diào)節(jié)器與飛行滾動(dòng)足至少為三組。上述述多運(yùn)動(dòng)模態(tài)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模態(tài)，其特征在于(a)、爬行移動(dòng)模態(tài)初始化通過(guò)控制第一伺服電機(jī)和第三伺服電機(jī)使爬行足的軸線垂直于地面且搖 臂平行于地面；爬行控制通過(guò)控制第一伺服電機(jī)和第三伺服電機(jī)使爬行足脫離地面，通 過(guò)控制第二伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)搖臂使爬行足向前邁進(jìn)或后退；(b)、飛行模態(tài)初始化通過(guò)控制第一伺服電機(jī)和第三伺服電機(jī)使爬行足的軸線垂直于地面且搖 臂平行于地面；飛行控制通過(guò)電子調(diào)速器經(jīng)集流環(huán)驅(qū)動(dòng)無(wú)刷電機(jī)帶動(dòng)涵道風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，提 供飛行推力；保持第一伺服電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)角不變，通過(guò)調(diào)整第二伺服電機(jī)和第三伺服電機(jī) 的輸出軸轉(zhuǎn)角改變爬行足的位姿，通過(guò)爬行足帶動(dòng)涵道風(fēng)扇和涵道車輪改變位姿，實(shí)現(xiàn)矢 量噴氣，控制機(jī)器人在飛行模式下的前進(jìn)后退等動(dòng)作；(C)、輪式移動(dòng)模態(tài)初始化通過(guò)控制第一伺服電機(jī)和第三伺服電機(jī)使搖臂和涵道車輪的軸線平行于地面；輪式控制通過(guò)控制直流電機(jī)帶動(dòng)涵道車輪整體轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)輪式前進(jìn)；通過(guò)調(diào)整第二 伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)角帶動(dòng)搖臂在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)涵道車輪改變涵道車輪的軸線與機(jī)器人前進(jìn) 方向的夾角以此實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在輪式移動(dòng)過(guò)程中的轉(zhuǎn)彎動(dòng)作。有益效果該機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)模態(tài)切換簡(jiǎn)單，能夠?qū)崿F(xiàn)爬行、飛行、輪式滾動(dòng) 以適應(yīng)不同運(yùn)動(dòng)要求。本發(fā)明具有多種運(yùn)動(dòng)模態(tài)。此機(jī)器人是基于現(xiàn)有的移動(dòng)機(jī)器人的原 理和各種任務(wù)環(huán)境的分析研究之上設(shè)計(jì)而成的一種多運(yùn)動(dòng)模態(tài)機(jī)器人。它將車輪、涵道風(fēng) 扇和爬行足三者結(jié)合，涵道風(fēng)扇尾椎與爬行足固定，涵道同時(shí)作為車輪使用，涵道風(fēng)扇電機(jī) 通過(guò)集流環(huán)與電子調(diào)速器連接。單腿設(shè)計(jì)為3D0F，由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。通過(guò)關(guān)節(jié)的動(dòng)作實(shí)現(xiàn) 輪式移動(dòng)模式、爬行移動(dòng)模式、越障飛行模式以及這三種模式之間的無(wú)接縫切換。此機(jī)器人 通過(guò)輪子實(shí)現(xiàn)在平地上的移動(dòng)，通過(guò)爬行足實(shí)現(xiàn)在較小障礙上的通行，通過(guò)涵道風(fēng)扇實(shí)現(xiàn) 越障飛行。本發(fā)明具有比傳統(tǒng)陸地機(jī)器人越障能力強(qiáng)，比飛行機(jī)器人續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)的突出優(yōu) 點(diǎn)，能夠大幅提升移動(dòng)機(jī)器人的任務(wù)適應(yīng)能力。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。圖中標(biāo)號(hào)名稱1、涵道風(fēng)扇；2、涵道車輪；3、集流環(huán)；4、機(jī)架；5、第一伺服電機(jī)； 6、第二伺服電機(jī)；7、爬行足；8、第三伺服電；9、搖臂；10、無(wú)刷電機(jī)；11、直流電機(jī)；12、模態(tài) 調(diào)節(jié)器；13、飛行滾動(dòng)足。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖1對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。如附圖1所示，第一伺服電機(jī)5安裝在機(jī)架4上，第二伺服電機(jī)6與第一伺服電機(jī) 5的輸出軸固定，第二伺服電機(jī)6的輸出軸與搖臂9固定，第三伺服電機(jī)8安裝在搖臂9上， 第三伺服電機(jī)8的輸出軸與爬行足7固定，固定在爬行足7中的直流電機(jī)11與涵道車輪2 連接。涵道風(fēng)扇2安裝在涵道車輪2中的無(wú)刷電機(jī)10的輸出軸上。無(wú)刷電機(jī)10的電源線 與信號(hào)線通過(guò)集流環(huán)3連接電子調(diào)速器。三種移動(dòng)模式及切換過(guò)程的描述1、爬行移動(dòng)模式通過(guò)單片機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)第一伺服電機(jī)5和第三伺服電機(jī)8使爬行足7的軸線垂直于地面 且搖臂9平行于地面，然后通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)第一伺服電機(jī)5和第三伺服電機(jī)8使爬行足7脫離地 面，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)第二伺服電機(jī)6轉(zhuǎn)動(dòng)搖臂9使爬行足7實(shí)現(xiàn)向前邁進(jìn)或者后退。多只爬行足 7協(xié)調(diào)執(zhí)行以上描述的單腿動(dòng)作實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的爬行移動(dòng)。2、越障飛行模式通過(guò)單片機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)第一伺服電機(jī)5和第三伺服電機(jī)8使爬行足7的軸線垂直于地面 且搖臂9平行于地面，通過(guò)電子調(diào)速器經(jīng)集流環(huán)3驅(qū)動(dòng)涵道車輪2中的無(wú)刷電機(jī)10，帶動(dòng) 涵道風(fēng)扇1轉(zhuǎn)動(dòng)，提供并且調(diào)節(jié)飛行所需的推力，保持第一伺服電機(jī)5的輸出軸轉(zhuǎn)角不變， 通過(guò)調(diào)整第二伺服電機(jī)6和第三伺服電機(jī)8的輸出軸轉(zhuǎn)角改變爬行足7的位姿，通過(guò)爬行 足7帶動(dòng)涵道風(fēng)扇1和涵道車輪2改變位姿，實(shí)現(xiàn)矢量噴氣，控制機(jī)器人在飛行模式下的前 進(jìn)、后退等動(dòng)作。
3、輪式移動(dòng)模式通過(guò)單片機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)第一伺服電機(jī)5和第三伺服電機(jī)8使搖臂9和涵道車輪2的軸線 平行于地面，通過(guò)單片機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)第二伺服電機(jī)6使涵道車輪2的軸線垂直于前進(jìn)方向，通過(guò)電 路驅(qū)動(dòng)爬行足7中的直流電機(jī)11轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)涵道車輪2整體轉(zhuǎn)動(dòng)，以此實(shí)現(xiàn)輪式前進(jìn)。通 過(guò)單片機(jī)調(diào)整第二伺服電機(jī)6的轉(zhuǎn)角帶動(dòng)搖臂9在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)涵道車輪2改變涵道 車輪2的軸線與機(jī)器人前進(jìn)方向的夾角，以此實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在輪式移動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)彎等動(dòng)作。4、移動(dòng)模式間切換每條腿安裝有第一伺服電機(jī)5、第二伺服電機(jī)6、第三伺服電機(jī)8，具有3D0F，通過(guò) 單片機(jī)驅(qū)動(dòng)第一伺服電機(jī)5、第二伺服電機(jī)6、第三伺服電機(jī)8改變轉(zhuǎn)角，改變腿上各部分的 位姿，從而使腿的位姿在不同的移動(dòng)模式之間切換。通過(guò)對(duì)電子調(diào)速器對(duì)涵道車輪2中的 無(wú)刷電機(jī)10驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)越障飛行模式的開啟與關(guān)閉。通過(guò)對(duì)爬行足7中的直流電機(jī)11的 驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)輪式移動(dòng)模式的開啟與關(guān)閉。
權(quán)利要求
一種多運(yùn)動(dòng)模態(tài)機(jī)器人，其特征在于包括機(jī)架(4)、通過(guò)模態(tài)調(diào)節(jié)器(12)連接于機(jī)架(4)的飛行滾動(dòng)足(13)；上述模態(tài)調(diào)節(jié)器(12)依次包括安裝于機(jī)架(4)上的第一伺服電機(jī)(5)、安裝于第一伺服電機(jī)(5)輸出軸上的第二伺服電機(jī)(6)、安裝于第二伺服電機(jī)(6)輸出軸上的搖臂(9)、安裝于搖臂(9)上的第三伺服電機(jī)(8)，其中第二伺服電機(jī)(6)的輸出軸與第一伺服電機(jī)(5)的輸出軸垂直、第三伺服電機(jī)(8)的輸出軸與第二伺服電機(jī)(6)的輸出軸垂直；上述飛行滾動(dòng)足(13)包括位于一端的爬行足(7)和位于另一端的涵道車輪(2)，且爬行足(7)的軸線與涵道車輪(2)的軸線重合，爬行足(7)安裝在上述第三伺服電機(jī)(8)的輸出軸上；還包括安裝于涵道車輪(2)內(nèi)的涵道風(fēng)扇(1)與用于驅(qū)動(dòng)涵道風(fēng)扇(1)的無(wú)刷電機(jī)(10)；還包括用于驅(qū)動(dòng)涵道車輪(2)做整體轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)前進(jìn)的直流電機(jī)(11)；上述模態(tài)調(diào)節(jié)器(12)與飛行滾動(dòng)足(13)至少為三組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多運(yùn)動(dòng)模態(tài)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模態(tài)，其特征在于(a)、爬行移動(dòng)模態(tài)初始化通過(guò)控制第一伺服電機(jī)(5)和第三伺服電機(jī)(8)使爬行足(7)的軸線垂直于 地面且搖臂(9)平行于地面；爬行控制通過(guò)控制第一伺服電機(jī)(5)和第三伺服電機(jī)(8)使爬行足(7)脫離地面，通 過(guò)控制第二伺服電機(jī)(6)轉(zhuǎn)動(dòng)搖臂(9)使爬行足(7)向前邁進(jìn)或后退；(b)、飛行模態(tài)初始化通過(guò)控制第一伺服電機(jī)(5)和第三伺服電機(jī)⑶使爬行足(7)的軸線垂直于 地面且搖臂(9)平行于地面；飛行控制通過(guò)電子調(diào)速器經(jīng)集流環(huán)⑶驅(qū)動(dòng)無(wú)刷電機(jī)(10)帶動(dòng)涵道風(fēng)扇(1)轉(zhuǎn)動(dòng)， 提供飛行推力；保持第一伺服電機(jī)(5)輸出軸轉(zhuǎn)角不變，通過(guò)調(diào)整第二伺服電機(jī)(6)和第三 伺服電機(jī)⑶的輸出軸轉(zhuǎn)角改變爬行足(7)的位姿，通過(guò)爬行足(7)帶動(dòng)涵道風(fēng)扇⑴和 涵道車輪(2)改變位姿，實(shí)現(xiàn)矢量噴氣，控制機(jī)器人在飛行模式下的前進(jìn)后退等動(dòng)作； (C)、輪式移動(dòng)模態(tài)初始化通過(guò)控制第一伺服電機(jī)(5)和第三伺服電機(jī)⑶使搖臂(9)和涵道車輪(2) 的軸線平行于地面；輪式控制通過(guò)控制直流電機(jī)(11)帶動(dòng)涵道車輪(2)整體轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)輪式前進(jìn)；通過(guò) 調(diào)整第二伺服電機(jī)(6)的轉(zhuǎn)角帶動(dòng)搖臂(2)在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)涵道車輪(2)改變涵道車 輪(2)的軸線與機(jī)器人前進(jìn)方向的夾角以此實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在輪式移動(dòng)過(guò)程中的轉(zhuǎn)彎動(dòng)作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多運(yùn)動(dòng)模態(tài)機(jī)器人及其運(yùn)動(dòng)模態(tài)，屬機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。包括機(jī)架(4)、通過(guò)模態(tài)調(diào)節(jié)器(12)連接于機(jī)架(4)的飛行滾動(dòng)足(13)；上述模態(tài)調(diào)節(jié)器(12)依次包括安裝于機(jī)架(4)上的第一伺服電機(jī)(5)、安裝于第一伺服電機(jī)(5)輸出軸上的第二伺服電機(jī)(6)、安裝于第二伺服電機(jī)(6)輸出軸上的搖臂(9)、安裝于搖臂(9)上的第三伺服電機(jī)(8)；上述飛行滾動(dòng)足(13)包括爬行足(7)和涵道車輪(2)，且爬行足(7)的軸線與涵道車輪(2)的軸線重合，爬行足(7)安裝在上述第三伺服電機(jī)(8)的輸出軸上。該機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)模態(tài)切換簡(jiǎn)單，能夠?qū)崿F(xiàn)爬行、飛行、輪式滾動(dòng)以適應(yīng)不同運(yùn)動(dòng)要求。
文檔編號(hào)B60F5/02GK101913311SQ20101024153
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月30日
發(fā)明者付小坤, 任龍, 朱林軍, 陳仁文 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)