[發明專利]一種納型空陸兩用機器人

在審

• 申請號: 201811231271.2
• 申請日: 2018-10-22
• 公開（公告）號: CN109228809A
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發明（設計）人: 孟子陽;劉嘉誠
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B60F5/02
• 分類號: B60F5/02;B64C27/08
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

本發明提出一種納型空陸兩用機器人，屬于納型機器人技術領域。包括含有一X型機器人控制電路板的機器人控制單元，機器人控制電路板的四臂末端分別固定一組螺旋槳電機和螺旋槳；通過貫穿機器人控制電路板的兩個對稱設置的導電排針在機器人控制單元的上方和下方分別固定輪式系統驅動電路模塊和基于光流的輔助自主定位電路模塊，且在機器人控制電路板的底部通過分布式車輪固定裝置在機器人的頭部和尾部分別固定一個無動力的全向球形輪和兩個輪式系統電機，由各輪式系統電機分別連接一車輪。該納型兩用機器人具有緊湊的機械結構和對自然環境以及人造環境的感知能力，飛行穩定性高、通用性強，便于設計人員對其控制算法的二次開發。

技術領域

本發明涉及納型機器人技術領域，具體涉及一種納型空陸兩用機器人。

背景技術

近年來，受便攜式電子設備行業發展的主要推動，一些電子元件，包括微處理器、傳感器、電池和無線通信設備等逐漸趨于小型化、低功耗和低成本化，這從硬件上支持了對納型機器人的研究。從運動形式的角度看，一般的小型自主運動機器人可以分為飛行機器人和地面移動機器人兩大類。飛行機器人通常都具有運動速度快、機動性強的特點。相比于飛行機器人，地面移動機器人的效率更高，因為從運動形式上看，飛行對能量的消耗是巨大的。特別的，納型飛行機器人的功率幾乎需要全部分配到其用于產生起飛和空中停留的主功率驅動器上，導致這類飛行機器人攜帶外部傳感器等負載的能力降低，可執行飛行任務的時間變短，通常只有幾分鐘甚至幾十秒。另一方面，在地面移動的機器人又受到工作條件的限制，大多數在地面移動的機器人需要運行在較為平坦的地面上。

綜上所述，誕生了對納型陸空兩用機器人研究的需要：兩用機器人通過融合飛行、移動兩種形式的運動，可以補償能量限制、空間限制等問題，擁有明顯優于飛行機器人的長效工作時間，更大的工作半徑及工作距離；擁有運輸較重的負荷的能力，從而執行更為復雜的任務。

2009年，Frank J.Boria等研究者開發出了一種仿生的兩用機器人“MMALV”，這個機器人采用模仿蝙蝠的弦式、弧形、柔順的機翼作為飛行執行機構和一對腿型輪作為行走機構。2014年，Arash Kalantari等研究者研發了一種不需要外加額外的地面運動裝置的小型籠式陸空兩用機器人，這種機器人將一個四旋翼無人機通過球形軸承固定在一個由碳纖維和聚酯纖維組成的籠子中，通過令四旋翼產生一定的俯仰角實現在地面上的滾動。2015年，北京理工大學的朱航、馬建等人研發了一種較大型的陸空兩棲機器人，該機器人的機體為X型框架，需要使用8塊側板和2塊中間板共10塊板及連接件組成，機體具有較大的尺寸，其組件長626mm，寬436mm，高36mm。在機體的四個角，分別通過機械安裝架連接四個車輪，車輪的直徑為300mm，其中兩前輪為驅動輪，連接有驅動電機，兩后輪為從動輪。在機體的前后左右四個方向，又通過連接桿安裝四個電機及螺旋槳，構成十字形。機器人控制電路板安裝在機器人機體上方。最終整體的機器人形成八爪形結構。該機器螺旋槳的直徑受到X型框架間距及車輪直徑的限制，為了彌補這一限制，該發明需要將左右旋翼向內縮進。同時由于縮進后的旋翼會與機器人控制電路板發生干涉，又不得不將左右旋翼抬高，這將導致四個旋翼的分布非對稱，從而無法使用通用的飛行控制算法，而需要設計使用較為復雜的非對稱四旋翼無人機控制算法，導致機器人的應用開發受限制。最終機器人的總重量約為2.6kg，尺寸約為長900mm，寬800mm，高300mm。

上述現有技術中所開發的機器人平臺均具有較大的尺寸、重量，以及具有能耗較高等特點；相對而言，納型兩用機器人是一種對人類友好的機器人平臺，尤其是其執行任務時可以做到更安全、靈活、隱蔽，以及可以在復雜的自然和人造等受限環境中通過靈活分配運動模式完成任務。