本發(fā)明屬于無人機(jī)平臺(tái)及機(jī)器人智能設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種陸空兩棲多用機(jī)器人。

背景技術(shù)：

自無人機(jī)開始發(fā)展以來，大都是僅可以在天空中飛行，傳統(tǒng)無人機(jī)的起落架形式雖然多樣化，強(qiáng)度高，但是缺乏有效的地面運(yùn)動(dòng)能力。而傳統(tǒng)的機(jī)器人在執(zhí)行任務(wù)時(shí)快速運(yùn)送現(xiàn)場，操作人員運(yùn)用遙控設(shè)備將機(jī)器人駛向危險(xiǎn)區(qū)域工作。但傳統(tǒng)的機(jī)器人都是通過車輪、履帶在陸地上進(jìn)行工作，受地形影響較大，僅適用于土地平坦無起伏地勢(shì)的危險(xiǎn)區(qū)域，而一些地形復(fù)雜、溝壑縱橫的地帶便會(huì)對(duì)機(jī)器人的行動(dòng)造成極大阻礙，因而對(duì)機(jī)器人執(zhí)行工作產(chǎn)生很不利的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對(duì)現(xiàn)有無人機(jī)或機(jī)器人的缺陷，設(shè)計(jì)一種既可以和傳統(tǒng)多旋翼無人機(jī)一樣垂直起降、又可以在地面上依靠自身動(dòng)力前行的陸空兩棲多用機(jī)器人。

技術(shù)方案：一種陸空兩棲多用機(jī)器人，包括機(jī)器人本體、電源與控制系統(tǒng)、應(yīng)用設(shè)備，其特征在于：

所述機(jī)器人本體包括兩側(cè)機(jī)身、設(shè)備艙面板、飛行動(dòng)力系統(tǒng)、地面動(dòng)力系統(tǒng)，所述兩側(cè)機(jī)身包括對(duì)稱設(shè)置的左側(cè)板、右側(cè)板，所述左側(cè)板和右側(cè)板又分別包括互相平行且中部鏤空的內(nèi)側(cè)板和外側(cè)板，所述內(nèi)側(cè)板和外側(cè)板之間通過設(shè)在邊緣的若干帶有齒輪的皮帶輪和軸承連接在一起，所述若干皮帶輪的外部嚙合一圈帶有齒輪的履帶；所述內(nèi)側(cè)板和外側(cè)板在中部鏤空部分之間固定一根水平方向的碳管，在所述碳管上裝有與碳管垂直設(shè)置的兩組共軸雙旋翼；所述兩個(gè)內(nèi)側(cè)板之間通過若干對(duì)稱設(shè)置的連桿、螺絲與中間的設(shè)備艙面板連接固定；所述飛行動(dòng)力系統(tǒng)包括四組飛行直流無刷電動(dòng)機(jī)、直流調(diào)速變頻器，分別安裝在所述每組共軸雙旋翼的中間；所述地面動(dòng)力系統(tǒng)包括兩組地面驅(qū)動(dòng)直流無刷電動(dòng)機(jī)、直流調(diào)速變頻器，分別安裝在左側(cè)板、右側(cè)板上，所述地面驅(qū)動(dòng)直流無刷電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)皮帶輪與履帶，完成所述機(jī)器人在地面的行走；所述電源與控制系統(tǒng)及所述應(yīng)用設(shè)備都通過設(shè)在設(shè)備艙面板上的懸掛點(diǎn)和尼龍繩固定在所述設(shè)備艙面板上；

所述電源與控制系統(tǒng)包括電源、飛控芯片、地面控制芯片、應(yīng)用設(shè)備主控芯片，所述飛控芯片和地面控制芯片分別通過產(chǎn)生pwm脈沖信號(hào)來驅(qū)動(dòng)所述飛行直流無刷電動(dòng)機(jī)和地面驅(qū)動(dòng)直流無刷電動(dòng)機(jī)，控制所述陸空兩棲多用機(jī)器人的飛行和地面行走；所述應(yīng)用設(shè)備主控芯片控制各種所述應(yīng)用設(shè)備的動(dòng)作和功能；

所述應(yīng)用設(shè)備包括運(yùn)動(dòng)傳感組件、弱磁傳感器、氣壓傳感器、機(jī)械臂、煙霧及溫度檢測模塊、攝像頭、紅外鏡片、語音模塊；所述應(yīng)用設(shè)備一律購買，僅對(duì)程序算法進(jìn)行調(diào)整，不做過多的敘述。

優(yōu)選的，所述履帶由聚氨酯材料制成，所述皮帶輪為尼龍材料制成；

優(yōu)選的，所述兩側(cè)機(jī)身的內(nèi)側(cè)板、外側(cè)板及設(shè)備艙面板均為碳纖板材質(zhì)，碳纖維比重為1.732，比強(qiáng)度高，密度低；防塵防水，同時(shí)在一定程度上隔絕高溫?cái)U(kuò)大其應(yīng)用范圍；

優(yōu)選的，所述連桿為鋁鎂合金材質(zhì)，耐沖擊，減震性能良好；

優(yōu)選的，所述地面控制芯片包括閉環(huán)控制系統(tǒng)、前進(jìn)穩(wěn)定系統(tǒng)。

由于采用皮帶輪和履帶傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)，履帶所特有的耐沖擊、大接近角、大離去角的特性得以發(fā)揮，它的前進(jìn)、后退、速度及功率變化是通過遙控器、電腦、智能手機(jī)等的遙控控制所述地面驅(qū)動(dòng)直流無刷電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶輪和履帶的控制。

而飛行動(dòng)力系統(tǒng)保護(hù)在履帶內(nèi)部，一般的沖撞不足以對(duì)飛行機(jī)構(gòu)造成損害；所述飛控芯片受到安裝在遙控器、電腦、智能手機(jī)等內(nèi)部的飛控模塊的遙控控制，產(chǎn)生pwm脈沖信號(hào)來驅(qū)動(dòng)所述飛行直流無刷電動(dòng)機(jī)，從而控制所述陸空兩棲多用機(jī)器人的飛行狀態(tài)。

所述共軸雙旋翼與傳統(tǒng)單旋翼的主要區(qū)別是采用上下共軸反轉(zhuǎn)的兩組旋翼，用來平衡旋翼扭矩，使得本機(jī)器人即使在傾覆后也可以以倒飛狀態(tài)離開地面，可以主動(dòng)抵抗傾覆；在結(jié)構(gòu)上，由于采用兩副旋翼，與相同重量的單旋翼相比，若采用相同的槳盤載荷，其旋翼半徑僅為單旋翼的70％。

下面按照加工工藝的過程順序來敘述所述機(jī)器人本體的制作過程：

首先是用雕刻機(jī)加工成型機(jī)身所需的左側(cè)板、右側(cè)板、設(shè)備艙面板；然后將處理后的尼龍材質(zhì)的皮帶輪與軸承結(jié)合，將預(yù)加工的左側(cè)板、右側(cè)板、設(shè)備艙面板與相對(duì)應(yīng)的鋁鎂合金材質(zhì)的連桿連接在一起，固定在對(duì)應(yīng)位置；將左側(cè)板、右側(cè)板與設(shè)備艙面板連接，并置于工裝平臺(tái)上校準(zhǔn)水平；然后將皮帶輪、履帶、共軸雙旋翼、飛行動(dòng)力系統(tǒng)、地面動(dòng)力系統(tǒng)分別安裝于所述機(jī)器人本體上。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明將無人機(jī)與陸地履帶式機(jī)器人相結(jié)合，取長補(bǔ)短，既具有了履帶式機(jī)器人大負(fù)載能力，強(qiáng)越野能力，長作業(yè)半徑；又具有了多旋翼無人機(jī)快速爬升能力和高速穿越能力，兩相結(jié)合使其具有了極大的實(shí)用性；可以進(jìn)行陸空兩用模式間任意切換；可在地面站上顯示實(shí)時(shí)圖像，同時(shí)無人機(jī)內(nèi)部可以對(duì)數(shù)據(jù)存檔，便于后期圖像影像分析；有機(jī)械臂，看到東西可以感應(yīng)抓?。谎b有煙霧及溫濕度傳感器和紅外鏡片，探測到火災(zāi)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述陸空兩棲多用機(jī)器人正視圖(從右側(cè)板前方正視)；

圖2為本發(fā)明所述陸空兩棲多用機(jī)器人立體透視圖(從前方往下俯視)。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

一種陸空兩棲多用機(jī)器人，包括機(jī)器人本體a、電源與控制系統(tǒng)b、應(yīng)用設(shè)備c，其特征在于：

所述機(jī)器人本體a包括兩側(cè)機(jī)身a1、設(shè)備艙面板a2、飛行動(dòng)力系統(tǒng)a3、地面動(dòng)力系統(tǒng)a4，所述兩側(cè)機(jī)身a1包括對(duì)稱設(shè)置的左側(cè)板a11、右側(cè)板a12，所述左側(cè)板a11和右側(cè)板a12又分別包括互相平行且中部鏤空的內(nèi)側(cè)板1和外側(cè)板2，所述內(nèi)側(cè)板1和外側(cè)板2之間通過設(shè)在邊緣的若干帶有齒輪的皮帶輪3和軸承連接在一起，所述若干皮帶輪3的外部嚙合一圈帶有齒輪的履帶4；所述內(nèi)側(cè)板1和外側(cè)板2在中部鏤空部分之間固定一根水平方向的碳管5，在所述碳管5上裝有與碳管垂直設(shè)置的兩組共軸雙旋翼6；所述兩個(gè)內(nèi)側(cè)板1之間通過若干對(duì)稱設(shè)置的連桿7、螺絲與中間的設(shè)備艙面板a2連接固定；所述飛行動(dòng)力系統(tǒng)a3包括四組飛行直流無刷電動(dòng)機(jī)9、直流調(diào)速變頻器，分別安裝在每組所述共軸雙旋翼6的中間；所述地面動(dòng)力系統(tǒng)a4包括兩組地面驅(qū)動(dòng)直流無刷電動(dòng)機(jī)10、直流調(diào)速變頻器，分別安裝在左側(cè)板a11、右側(cè)板a12上，所述地面驅(qū)動(dòng)直流無刷電動(dòng)機(jī)10帶動(dòng)皮帶輪3與履帶4，完成所述陸空兩棲多用機(jī)器人在地面的行走；所述電源與控制系統(tǒng)b及所述應(yīng)用設(shè)備c都通過設(shè)在設(shè)備艙面板a2上的懸掛點(diǎn)11和尼龍繩固定在所述設(shè)備艙面板a2上；

所述電源與控制系統(tǒng)b包括電源b1、飛控芯片b2、地面控制芯片b3、應(yīng)用設(shè)備主控芯片b4，所述飛控芯片b1和地面控制芯片b2分別通過產(chǎn)生pwm脈沖信號(hào)來驅(qū)動(dòng)所述飛行直流無刷電動(dòng)機(jī)9和地面驅(qū)動(dòng)直流無刷電動(dòng)機(jī)10，控制所述陸空兩棲多用機(jī)器人的飛行和地面行走；所述應(yīng)用設(shè)備主控芯片b4控制各種應(yīng)用設(shè)備的動(dòng)作和功能；

所述應(yīng)用設(shè)備c包括運(yùn)動(dòng)傳感組件c1、弱磁傳感器c2、氣壓傳感器c3、機(jī)械臂c4、煙霧及溫濕度檢測模塊c5、攝像頭c6、紅外鏡片c7、語音模塊c8；所述應(yīng)用設(shè)備一律購買，僅對(duì)程序算法進(jìn)行調(diào)整，不做過多的敘述。

優(yōu)選的，所述履帶4由聚氨酯材料制成，所述皮帶輪3為尼龍材料制成；

優(yōu)選的，所述兩側(cè)機(jī)身a1的內(nèi)側(cè)板a11、外側(cè)板a12及設(shè)備艙面板a2均為碳纖板材質(zhì)，碳纖維比重為1.732，比強(qiáng)度高，密度低；防塵防水，同時(shí)在一定程度上隔絕高溫?cái)U(kuò)大其應(yīng)用范圍；

優(yōu)選的，所述連桿7為鋁鎂合金材質(zhì)，耐沖擊，減震性能良好；

優(yōu)選的，所述地面控制芯片b3包括閉環(huán)控制系統(tǒng)、前進(jìn)穩(wěn)定系統(tǒng)。

由于采用皮帶輪3和履帶4傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)，履帶所特有的耐沖擊、大接近角、大離去角的特性得以發(fā)揮，它的前進(jìn)、后退、速度及功率變化是通過遙控器、電腦、智能手機(jī)等的遙控控制所述地面驅(qū)動(dòng)直流無刷電動(dòng)機(jī)10的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶輪3和履帶4的控制。

而飛行動(dòng)力系統(tǒng)a3保護(hù)在履帶4內(nèi)部，一般的沖撞不足以對(duì)飛行機(jī)構(gòu)造成損害；所述飛控芯片b2受到安裝在遙控器、電腦、智能手機(jī)等內(nèi)部的飛控模塊的遙控控制，產(chǎn)生pwm脈沖信號(hào)來驅(qū)動(dòng)所述飛行直流無刷電動(dòng)機(jī)9，從而控制所述陸空兩棲多用機(jī)器人的飛行狀態(tài)。

所述共軸雙旋翼6與傳統(tǒng)單旋翼的主要區(qū)別是采用上下共軸反轉(zhuǎn)的兩組旋翼，用來平衡旋翼扭矩，使得本機(jī)器人即使在傾覆后也可以以倒飛狀態(tài)離開地面，可以主動(dòng)抵抗傾覆；在結(jié)構(gòu)上，由于采用兩副旋翼，與相同重量的單旋翼相比，若采用相同的槳盤載荷，其旋翼半徑僅為單旋翼的70％。

下面按照加工工藝的過程順序來敘述所述機(jī)器人本體a的制作過程：

首先是用雕刻機(jī)加工成型機(jī)身所需的左側(cè)板a11、右側(cè)板a12、設(shè)備艙面板a2；然后將處理后的尼龍材質(zhì)的皮帶輪3與軸承結(jié)合，將預(yù)加工的左側(cè)板a11、右側(cè)板a12、設(shè)備艙面板a2與相對(duì)應(yīng)的鋁鎂合金材質(zhì)的連桿7連接在一起，固定在對(duì)應(yīng)位置；將左側(cè)板a11、右側(cè)板a12與設(shè)備艙面板a2連接，并置于工裝平臺(tái)上校準(zhǔn)水平；然后將皮帶輪3、履帶4、共軸雙旋翼6、飛行動(dòng)力系統(tǒng)a3、地面動(dòng)力系統(tǒng)a4分別安裝于所述機(jī)器人本體a上。

實(shí)施例：軸距900mm八旋翼履帶無人機(jī)(左側(cè)板和右側(cè)板各有2組雙旋翼,一共是4組雙旋翼,也就是八旋翼),空重4.2kg，無負(fù)載有效滯空時(shí)間可達(dá)25min，地面有效前進(jìn)30km。

所述飛行動(dòng)力系統(tǒng)a3，為機(jī)器人本體飛行提供動(dòng)力；采用型號(hào)為150mnk的共軸反向電機(jī)，直徑35英寸、推力為50kg的螺旋槳，整機(jī)負(fù)重可達(dá)到80kg。

所述地面動(dòng)力系統(tǒng)a4，采用2820的直流無刷電動(dòng)機(jī)，電壓16v，與飛行系統(tǒng)共用動(dòng)力電源；電動(dòng)機(jī)搭配14.5:1的減速齒輪波箱，以增大其扭矩，提高履帶前進(jìn)的力量；電動(dòng)機(jī)的控制采用開源vesc本杰明電調(diào)，結(jié)構(gòu)簡單，功能強(qiáng)大,除具備一般車用電調(diào)特點(diǎn)外，可以通過foc方式進(jìn)行控制，特別適合于大扭矩工作狀況；啟動(dòng)力度大，控制精確，有感無感都支持；帶can總線接口，支持pwm/can/uart和模擬電壓信號(hào)的速度給定,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)履帶前進(jìn)速度的無級(jí)調(diào)節(jié)；功率可達(dá)3000w，滿足常規(guī)使用與負(fù)重要求；帶剎車能量再生功能，可精確調(diào)節(jié)pid參數(shù)。

所述應(yīng)用設(shè)備主控芯片b4采用的是stm32f1系列芯片，其內(nèi)核采用cortex—m3，最高72mhz工作頻率，在存儲(chǔ)器的0等待周期訪問時(shí)可達(dá)1.25dmips/mhz,可以進(jìn)行單周期乘法和硬件除法等運(yùn)算,其運(yùn)行速度快，功耗低的特點(diǎn)使其可以應(yīng)用于電力電子系統(tǒng)方面的應(yīng)用，電機(jī)驅(qū)動(dòng)，應(yīng)用控制，醫(yī)療，手持設(shè)備，gps平臺(tái)編程控制器(plc)，變頻器掃描儀等方面開發(fā)。

所述應(yīng)用設(shè)備c,列舉其中組成和功能如下：

所述機(jī)械臂c4為6自由度機(jī)械臂，方便靈活地抓取東西；

所述煙霧及溫濕度傳感器c5對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，如遇到有毒氣體，會(huì)發(fā)生警報(bào)；mq135模塊用來檢測空氣中二氧化硫，含氮元素，酒精等有毒氣體的濃度，該濃度通過arduino板驅(qū)動(dòng)，采用相關(guān)的電壓轉(zhuǎn)為有毒氣體濃度的標(biāo)準(zhǔn)公式，通過arduino模擬口接受數(shù)據(jù)，當(dāng)空氣質(zhì)量越好的時(shí)候，該數(shù)值越大，當(dāng)數(shù)值越小，達(dá)到我們所設(shè)置的警報(bào)線的時(shí)候，arduino板會(huì)觸動(dòng)蜂鳴器，從而使機(jī)器人發(fā)出報(bào)警聲；所述攝像頭：采用700線的索尼攝像頭，通過ts5832圖傳模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)圖傳。

所述攝像頭c6采用高清700線fqv，其特點(diǎn)為：攝像頭專為fpv定制的，致力于fpv高清航拍攝像頭打造，微型超輕的設(shè)計(jì)，圖像清晰細(xì)膩，高清畫質(zhì)，色彩逼真，照度低，寬電壓，微功耗，有普通(百萬)高清鏡頭，超小體積25mm*25mm，重量僅15克左右。

所述紅外鏡片c7利用熱成像的原理，用于監(jiān)測火災(zāi)；當(dāng)森林發(fā)生火災(zāi)時(shí)，大火的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于周圍環(huán)境的溫度，熊熊火焰會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的熱輻射，與周圍形成差異巨大的輻射差；紅外鏡片可以敏銳地捕捉到熱輻射強(qiáng)烈的區(qū)域，進(jìn)行成像后，通過無線通訊傳輸給基站，幫助工作人員發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，且確定火區(qū)范圍，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)警與救火于一體的功能；而且，實(shí)現(xiàn)該功能的費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于市面上的熱成像儀，維修成本低，方便無人機(jī)裝載和大規(guī)模推廣。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)例而已，并不用以限制本發(fā)明，在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)之內(nèi)。