新型四旋翼兩棲機器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及機器人領(lǐng)域，特別涉及一種新型四旋翼兩棲機器人。可以應用于緊急時刻的救援搜索，以及在不便于人出沒的地方進行勘探等地質(zhì)工作。例如在有積水的坍塌礦洞，陸空兩棲明顯成為了首選，特別適合在有毒有害氣體、核物質(zhì)泄漏等特殊場合應用。而在人質(zhì)救援中，異常明顯的空中偵察又顯得過于顯眼，所以飛到特定位置，進行地面圖像傳輸無疑是最好的選擇。
【背景技術(shù)】
[0002]當前國內(nèi)四旋翼飛行器剛剛起步，發(fā)展比較緩慢，目前已有四旋翼飛行器還是以玩具為主，無實際應用價值，載重小，質(zhì)量大，所以多功能、多用途的新型四旋翼機器人在該領(lǐng)域有很大發(fā)展空間，四旋翼飛行器發(fā)展了近一個世紀，從原來機械時代直徑十幾米長、幾米高的龐然大物，到當今電子時代直徑幾十厘米甚至更小的微型“碟形”飛行器。其實用性也從原來單純的運載工具，發(fā)展為現(xiàn)在集軍用、商用、民用多位一體的無人駕駛工具。目前，國內(nèi)的四旋翼飛行器的發(fā)展還處于初級發(fā)展階段，缺乏獨自的核心技術(shù)，能應用于專業(yè)領(lǐng)域的相關(guān)產(chǎn)品未大批量生產(chǎn)。國外的四旋翼因擁有悠久的科學文化歷史和研發(fā)團體機構(gòu)，加快了多旋翼飛行器發(fā)展。歐美發(fā)達國家四旋翼飛行器已投入了商業(yè)、軍事領(lǐng)域，獲得了顯著的效果。
[0003]目前四旋翼飛行器在軍事，救援，勘測等方面確有獨特優(yōu)越性，所以，大力發(fā)展多旋翼飛行器將會在未來成為趨勢，在如人質(zhì)救援，礦洞勘測等危險環(huán)境，又急需多功能、多用途、體積小，載重大的新型兩棲四旋翼機器人。目前市場前景樂觀，是國內(nèi)外軍方，科研以及其他團隊研究熱點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型的目的在于提供一種新型四旋翼兩棲機器人，解決了現(xiàn)有四旋翼飛行器無實際應用價值，載重小，質(zhì)量大等問題。用于一些不便人類直接操作、勞動強度大、工作繁瑣、危險性大、工作質(zhì)量差等情況?；贑atia和ADAMS的聯(lián)合仿真技術(shù)的新型四旋翼機器人擁有載重大，材質(zhì)輕，體積小，兩棲操作性強的特點并且具有圖像傳輸?shù)榷喙δ苡猛?，這無疑將使之成為一大優(yōu)勢，其涵蓋了巨大經(jīng)濟和社會意義，具有很好的應用推廣前景。四旋翼飛行器是一種布局形式比較新穎的飛行器，其結(jié)構(gòu)較為緊湊。本實用新型主要是通過改變4個電機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)螺旋漿轉(zhuǎn)速，由旋翼升力的變化實現(xiàn)對飛行器的控制。由于能夠垂直起降，自由懸停，可適應于各種速度及各種飛行剖面航路的飛行狀況。這些優(yōu)勢決定了本實用新型的廣泛的應用范圍，可以實現(xiàn)在緊急時刻的救援搜索，在不便于人出沒的地方進行勘探等地質(zhì)工作。
[0005]本實用新型的上述目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0006]新型四旋翼兩棲機器人，包括旋翼飛行器機構(gòu)、控制機構(gòu)、地面行走機構(gòu)和信息采集機構(gòu)，其中飛行器機構(gòu)是由旋翼5、電機a、b、c、dl、2、3、4和機架7組成；控制機構(gòu)包括一個控制盒6，內(nèi)部裝有高蓄能電池17、小型PLC控制系統(tǒng)15及模擬量模塊16 ;信息采集機構(gòu)是由機載部分和無線傳輸系統(tǒng)組成，所述機載部分包括微型攝像頭8及視頻發(fā)射器14，無線傳輸系統(tǒng)采用集成度高、耗電低的電子元器件實現(xiàn)微型化；地面行走機構(gòu)通過四個足部19兩段化設計，實現(xiàn)快速平移和轉(zhuǎn)向；照明設備由兩個小型高聚光、遠照程的鈉燈18組成。
[0007]所述的機架7采用納米碳纖維新型材料制成，其外面包覆薄合金鋁，四個角為圓環(huán)形的鏤空結(jié)構(gòu)，其直徑為旋翼5的最大長度的1.1~1.2倍，在每個圓環(huán)中間分別設有電機安裝凹槽，電機a、b、c、dl、2、3、4分別安裝在機架四角的圓環(huán)中心凹槽內(nèi)，四個旋翼5分別安裝在四個電機軸上。
[0008]所述的機a、b、C、dl、2、3、4均采用相同的高精度無刷直流電機，通過調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速關(guān)系，實現(xiàn)機體垂直、俯仰、滾轉(zhuǎn)、偏航、前后、側(cè)向的運動。
[0009]所述的旋翼5是由兩個互成角度的金屬片，通過一個短圓柱軸連接而成；該旋翼5采用耐磨輕質(zhì)合金材料制成,其表面經(jīng)過耐高溫處理。
[0010]所述的飛行器機構(gòu)的機架7底面與控制機構(gòu)的控制盒6的上端面固連在一起，對角兩個旋翼的連線與控制盒6的兩個側(cè)面分別平行；信息采集機構(gòu)安裝在控制盒6的內(nèi)部，微型攝像頭8安裝在控制盒6的底面外側(cè)；鈉燈18安裝在控制盒6的前側(cè)面上，與機器人的主運動方向一致。
[0011 ] 所述的地面行走機構(gòu)的足部19包括四條相同的腿，每條腿都是由腿支架和足組成，所述腿支架采用兩段化設計，簡化并模仿螃蟹的足部結(jié)構(gòu)，是由大腿支架9、小腿支架10和微型銷軸電機組成，所述大腿支架9與控制盒6通過固連在一起，大腿支架9和小腿支架10通過通過微型銷軸電機連接在一起，微型銷軸電機的磁極焊接在小腿支架10下端的孔內(nèi)，微型銷軸電機的線圈繞在大腿支架9的中心軸上；旋翼5上下設有墊片，通過螺栓螺母連接在機架四角。
[0012]所述的足是由支座11，無刷輪轂電機和小輪12組成，所述支座11上端是與小腿支架9下端等直徑的圓柱，其下端是扁平狀的結(jié)構(gòu)，在下端中部鉆有圓形的軸承座孔；四條腿上分別在機架內(nèi)部焊接有無刷輪轂電機，通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)不同方向的旋轉(zhuǎn)。
[0013]所述的支座11下端扁平狀結(jié)構(gòu)外表面上固定有圓環(huán)形磁極,小輪12是短圓柱形狀，內(nèi)側(cè)開有圓環(huán)槽，其中心主軸上繞有輪轂電機的線圈；深溝球軸承13安裝在支座11下端中心圓形的軸承座孔內(nèi)；小輪12的中心軸安裝在深溝球軸承13孔內(nèi)，支座11與小輪12組成無刷直驅(qū)輪轂電機，足通過支座11與小腿支架10下端固連在一起。
[0014]所述的旋翼飛行器機構(gòu)、控制機構(gòu)、地面行走機構(gòu)和信息采集機構(gòu)均安裝有傳感器，小型PLC控制系統(tǒng)15采集各傳感器的信息，利用閉環(huán)信息反饋調(diào)節(jié)方式，與發(fā)出指令進行比較處理，然后再作出相應指令，直到執(zhí)行部件達到預設位置。
[0015]所述的照明設備處安裝有光傳感器，通過微型攝像頭8拍攝地面的情況，并由視頻發(fā)射器14將視頻信號實時發(fā)送回地面。
[0016]本實用新型采用PLC控制各執(zhí)行部件，在本實用新型各個執(zhí)行部件處均安裝有傳感器，PLC實時采集各傳感器的信息，通過利用閉環(huán)信息反饋調(diào)節(jié)方式，與發(fā)出指令進行比較處理作出，然后再作出相應指令，直到執(zhí)行部件達到預設位置，這樣大大提高了飛行器飛行時的準確度和可靠度。
[0017]當PLC接受到開始指令時，機器人便以設定的功能實現(xiàn)陸地爬行或空中飛行。于此同時，信息采集機構(gòu)也開啟，并將采集信息時時傳達給通訊中心。當機器人在陸地爬行時，其旋翼5停止旋轉(zhuǎn)。地面行走機構(gòu)開始運行，由于機器人四條腿上分別安裝有輪轂電機，并且能夠通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)不同方向的旋轉(zhuǎn)，當其在行走過程時遇到簡單障礙時，安裝于該機器人上的傳感器會將信息傳達給控制系統(tǒng)，進而控制系統(tǒng)會通過控制微型銷軸電機的旋轉(zhuǎn)，來彎曲機器人的腿部結(jié)構(gòu)使其越過障礙。因此機器人能夠在復雜地形里實現(xiàn)任意方向快速轉(zhuǎn)向。由于該機器人在照明設備處安裝有光傳感器，當飛行到黑暗地方時，會將信號反饋給控制系統(tǒng)，進而照明設備被開啟，保障了信息采集的順利進行。當機器人在空中執(zhí)行飛行指令時，能夠按照控制系統(tǒng)的制定目標進行飛行，并將飛行速度，飛行距離及飛行方向時時傳達給控制系統(tǒng)，通過閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)控制方式，時時控制四個電機的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)機器人的垂直運動，俯仰運動，滾轉(zhuǎn)運動，偏航運動，前后運動和側(cè)向運動。從而實現(xiàn)機器人準確無誤地到達指定位置。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比本實用新型的有益效果在于:
[0019]1.載重大，材質(zhì)輕，體積小，成本較低，不易發(fā)現(xiàn)等特點。
[0020]2.智能強度高，較原有單一四旋翼飛行器具有多功能，多用途。腿部采用兩段設計，綜合運用仿生學原理，兩棲操作性強。
[0021]3.并能夠?qū)崟r與通訊中心進行無線通訊，將采集到的畫面準確無誤傳達給通訊中心。
[0022]4.機器人腿部和足部采用輪轂電機設