[發(fā)明專利]一種空陸兩棲球形機器人

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810497774.8
• 申請日: 2018-05-23
• 公開（公告）號: CN108583182B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發(fā)明（設計）人: 戰(zhàn)強;馬逸君
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B60F5/02
• 分類號: B60F5/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明是一種空陸兩棲球形機器人，由球形外框、機架、連接裝置、動力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和電源系統(tǒng)組成，兼具球形機器人和多軸飛行器的特性。通過控制兩組橫列旋翼提供的升力大小和方向，實現(xiàn)機器人在地面上的直線運動、原地轉(zhuǎn)向和在空中的起飛降落、空中機動等運動形式。使用者可以通過手控器與機器人通信，實時監(jiān)測機器人的運行情況，并由主控板控制其運動。該機器人內(nèi)部有較大空間，可以安裝多種擴展功能組件，完成多種任務。該機器人還可以通過配備不同的末端裝置執(zhí)行不同類型的作業(yè)。該機器人結構精簡、運動靈活，具備獨特的環(huán)境適應性，可以在三維復雜環(huán)境中運動。

技術領域

本發(fā)明屬于機器人技術和自動化領域，涉及一種球形機器人，具體涉及一種空陸兩棲球形機器人。

背景技術

近年來，多軸飛行器迅速發(fā)展，無人機風潮席卷世界，傳統(tǒng)的球形機器人也不斷推陳出新，持續(xù)發(fā)揮著其各自的影響力。無人機和球形機器人在反恐排爆、搶險救災等環(huán)境下有出色的表現(xiàn)。但是兩種設備都有其較難應對的特殊環(huán)境，在不擅長的環(huán)境下就可能會產(chǎn)生不必要的損失。若將兩者有機地結合起來，將雙方的優(yōu)勢集合在一起，就能實現(xiàn)完成三維復雜環(huán)境下特種任務的目標，因此空陸兩棲球形機器人有重要應用價值。

球形機器人重點在于驅(qū)動方式，現(xiàn)有驅(qū)動方式主要有輪驅(qū)動、移動質(zhì)量塊驅(qū)動、偏心質(zhì)量塊驅(qū)動等。輪驅(qū)動依靠滾輪與球殼內(nèi)壁的摩擦從內(nèi)部提供動力，使球體沿滾輪擺動方向運動；移動質(zhì)量塊驅(qū)動通過改變球殼內(nèi)部的配重塊位置調(diào)節(jié)重心，使球體向重心方向運動；偏心質(zhì)量塊驅(qū)動通過內(nèi)部非對稱安裝的配重塊的運動產(chǎn)生慣性力使球體運動。其可行性在實踐中均得到了驗證。然而對于兩棲球形機器人，上述驅(qū)動方式無法提供升力，因此均不適用。另一方面，多軸飛行器采用螺旋槳提供動力，顯然適合空中環(huán)境。

目前，國內(nèi)外在空陸兩棲球形機器人領域已有初步研究。加拿大Concordia大學與Quanser公司共同研制了Q-Ball X4無人機，該無人機將一個典型的四旋翼飛行器通過軸承安裝在球形網(wǎng)格架中，以確保飛行安全，本質(zhì)仍屬于飛行器，沒有球形機器人的功能；伊利諾伊大學研制了HyTAQ混合運動機器人，是將四旋翼飛行器安裝在圓柱籠中，在地面也可以完成滾動。此外，國內(nèi)北京郵電大學也研制了一種飛行球形機器人，同時具備螺旋槳和重擺，可以實現(xiàn)陸地運動和空中飛行功能，但空陸運動未能實現(xiàn)結合。

專利申請方面，申請?zhí)枮?01110262699.5的中國專利公開了一種飛行球形機器人，該機器人分別采用重擺和螺旋槳實現(xiàn)地面和空中運動；申請?zhí)枮?01711193778.9的中國專利公開了一種飛行球形機器人，該機器人采用可變式機構，使用三組螺旋槳實現(xiàn)地面和空中運動。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：針對球形機器人和多軸飛行器在復雜環(huán)境下工作能力的局限性，設計一種具備空陸兩棲能力的飛行球形機器人，實現(xiàn)對三維復雜環(huán)境的探測，為未來災難救援提供一種新型的輔助偵察裝置。

本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的：空陸兩棲球形機器人主要由球形外框、機架、連接裝置、動力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和電源系統(tǒng)組成。球形外框為機器人提供支撐和維持形狀，同時輔助完成球形機器人地面運動。機架安裝在球形外框的水平直徑上，為動力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、通信模塊和電源系統(tǒng)提供安裝位置。球形外框與機架通過連接裝置連接在一起。動力系統(tǒng)通過改變推力的大小和方向，帶動機器人整體運動。控制系統(tǒng)通過慣性測量單元獲得機器人當前的位姿，并通過通信模塊與手控器通信，上傳狀態(tài)數(shù)據(jù)，接收控制指令，完成對動力系統(tǒng)的控制。電源系統(tǒng)為動力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)提供能源。

球形外框由導軌環(huán)(一)、導軌環(huán)(二)和連接環(huán)組成。導軌環(huán)(一)和導軌環(huán)(二)共軸且平行，兩環(huán)所在平面間隔一定距離。連接環(huán)位于導軌環(huán)(一)、導軌環(huán)(二)的內(nèi)側(cè)，與導軌環(huán)(一)、導軌環(huán)(二)均垂直，且所在平面經(jīng)過導軌環(huán)(一)、導軌環(huán)(二)的圓心連線。連接環(huán)與導軌環(huán)(一)、導軌環(huán)(二)在交點處固連，共同組成球形外框，形成地面運動軌道，并起到保護作用。