專利名稱：一種多旋翼腿輪式多功能空中機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種空中機(jī)器人，具體涉及一種多旋翼腿輪式多功能空中機(jī)器人。
背景技術(shù)：
目前，許多應(yīng)用領(lǐng)域都要求飛行器能夠進(jìn)行低空低速的飛行，進(jìn)行低空作業(yè)，并且有良 好的機(jī)動性和隱蔽性。因此，出現(xiàn)了以單旋翼直升機(jī)為平臺的飛行器系統(tǒng)。這種單旋翼飛行 器能夠?qū)崿F(xiàn)低空低速飛行，也能夠完成一定的低空作業(yè)，但是，由于釆用一個旋翼，所以旋 翼的尺寸一般都比較大，工作時比較危險，且單旋翼翼面攻角控制機(jī)構(gòu)復(fù)雜，而且是單一失 效點(diǎn)，所以故障容度較差。而多旋翼飛行器具有良好的飛行機(jī)動性和穩(wěn)定性，能夠完成許多 復(fù)雜的低空作業(yè)，具有垂直起落簡單、懸停加速靈活，機(jī)動性能強(qiáng)、空中調(diào)姿能力強(qiáng)等特點(diǎn)， 相對于單旋翼飛行器在相同的運(yùn)作空間內(nèi)更易實(shí)現(xiàn)較大的推重比，增加任務(wù)載荷在總體載荷 中的比重。
在以飛行器為平臺的空中機(jī)器人領(lǐng)域的研究中，空中機(jī)器人大多只局限于單一的任務(wù)， 限制了其應(yīng)用范圍。機(jī)器人的任務(wù)由單一化向多功能化方向發(fā)展是空中機(jī)器人的一個發(fā)展趨
勢。將飛行和爬壁功能集成于一體，設(shè)計兼具飛行和爬壁功能的多功能空中機(jī)器人是當(dāng)前需
要解決的問題。
發(fā)明 內(nèi) 容
本實(shí)用新型的目的是為了實(shí)現(xiàn)兼具飛行和爬壁功能的多功能空中機(jī)器人，釆用基于多旋 翼飛行平臺包含腿輪式爬壁結(jié)構(gòu)的空中機(jī)器人結(jié)構(gòu)，提出一種多旋翼腿輪式多功能空中機(jī)器人。
本實(shí)用新型的一種多旋翼腿輪式多功能空中機(jī)器人，包括旋翼、旋翼驅(qū)動電機(jī)、爬壁大 腿、爬壁小腿、髖關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)、膝關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)、剛度加強(qiáng)環(huán)、機(jī)器人主體、壁面行走輪、 落地支撐桿、旋翼支撐桿。
機(jī)器人主體為圓形盤狀結(jié)構(gòu)，四個旋翼支撐桿沿著機(jī)器人主體的下表面四周呈對稱分布， 并用螺釘固定于機(jī)器人主體上。旋翼驅(qū)動電機(jī)用螺釘固定于旋翼支撐桿的外端，旋翼依次固 定在旋翼驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)動軸上。且旋翼的旋轉(zhuǎn)平面位于旋翼支撐桿的下方。落地支撐桿固定 連接于旋翼支撐桿下方。落地支撐桿上安裝彈簧，在機(jī)器人落地時起支撐和緩沖作用。剛度 加強(qiáng)環(huán)與機(jī)器人主體同心，緊固于旋翼支撐桿的上方。爬壁大腿通過髖關(guān)節(jié)與機(jī)器人主體上表面連接，爬壁小腿通過膝關(guān)節(jié)與爬壁大腿連接， 兩組爬壁大腿及爬壁小腿位于機(jī)器人的一個對稱平面內(nèi)。壁面行走輪位于爬壁小腿的末端。 在髖關(guān)節(jié)與膝關(guān)節(jié)上分別固定有髖關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)、膝關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)。
為提高機(jī)器人的安全性，可以在機(jī)器人的外圍安裝一個保護(hù)性裝置一保護(hù)架。保護(hù)架由
四個u形鐵絲與一個圓環(huán)鐵絲焊接組成，u形鐵絲的一端與機(jī)器人的落地支撐桿相固定，另
一端焊接圓環(huán)鐵絲，u形鐵絲的高度到達(dá)旋翼所在平面。
所述旋翼的翼型采用CLARK-Y翼型。所述旋翼支撐桿外形橫截面設(shè)置為圓形。所述機(jī) 器人各旋翼1之間間距大于旋翼1直徑的兩倍，所述的間距為旋翼的旋轉(zhuǎn)中心的距離。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于
(1) 本實(shí)用新型是一種新型的多旋翼多功能空中機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)了旋翼式飛行器與腿輪式 運(yùn)動機(jī)構(gòu)的融合；
(2) 機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)；
(3) 機(jī)器人在飛行中具有穩(wěn)定性高、體積小等優(yōu)點(diǎn)；
(4) 機(jī)器人在爬壁中具有壁面適應(yīng)性強(qiáng)、越障能力強(qiáng)、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。

圖1是本實(shí)用新型一種多旋翼腿輪式多功能空中機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本實(shí)用新型一種多旋翼腿輪式多功能空中機(jī)器人加保護(hù)架后的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖中
1-旋翼 2-旋翼驅(qū)動電機(jī) 3-爬壁大腿 4-爬壁小腿
5-髖關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī) 6-膝關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)7-剛度加強(qiáng)環(huán) 8-機(jī)器人主體 9-壁面行走輪 10-落地支撐桿11-旋翼支撐桿 12-保護(hù)架
13-U形鐵絲 14-圓環(huán)鐵絲具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
本實(shí)用新型是是一種多旋翼腿輪式多功能空中機(jī)器人，如圖1所示，包括旋翼1、旋翼 驅(qū)動電機(jī)2、爬壁大腿3、爬壁小腿4、髖關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)5、膝關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)6、剛度加強(qiáng)環(huán) 7、機(jī)器人主體8、壁面行走輪9、落地支撐桿IO、旋翼支撐桿ll。
如圖1所示，機(jī)器人主體8為圓形盤狀結(jié)構(gòu)，四個旋翼支撐 11沿著機(jī)器人主體8的 下表面四周呈對稱分布，并用螺釘固定于機(jī)器人主體8上。旋翼驅(qū)動電機(jī)2用螺釘固定于旋 翼支撐桿U的外端，旋翼1依次固定在旋翼驅(qū)動電機(jī)2的轉(zhuǎn)動軸上，其旋轉(zhuǎn)動力由旋翼驅(qū)動電機(jī)2提供。且旋翼1的旋轉(zhuǎn)平面位于旋翼支撐桿11的下方。落地支撐桿11固定連接 于旋翼支撐桿8下方。落地支撐桿11上安裝了彈簧，在機(jī)器人落地時起支撐和緩沖作用。 剛度加強(qiáng)環(huán)7與機(jī)器人主體8同心，緊固于旋翼支撐桿11的上方，用于加強(qiáng)旋翼支撐桿11 的剛度。
爬壁大腿3通過髖關(guān)節(jié)與機(jī)器人主體8上表面連接，爬壁小腿4通過膝關(guān)節(jié)與爬壁大腿 3連接，兩組爬壁大腿3及爬壁小腿4位于機(jī)器人的一個對稱平面內(nèi)。壁面行走輪9位于爬 壁小腿4的末端。壁面行走輪9為被動式行走輪，無電機(jī)驅(qū)動。
在髖關(guān)節(jié)與膝關(guān)節(jié)上分別固定有髖關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)5、膝關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)6。所述爬壁大腿4 與機(jī)器人主體8之間的髖關(guān)節(jié)、爬壁大腿4與爬壁小腿3之間的膝關(guān)節(jié)，轉(zhuǎn)動角度由髖關(guān)節(jié) 驅(qū)動電機(jī)5、膝關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)6。動力設(shè)備及機(jī)載傳感器系統(tǒng)置于機(jī)器人主體8上，通過對 四個旋翼1的聯(lián)合控制可以精確控制機(jī)器人主體8在飛行過程中的姿態(tài)角，并為機(jī)器人實(shí)現(xiàn)
爬壁功能提供可靠的保障。
為提高機(jī)器人的安全性，可以在機(jī)器人的外圍安裝一個保護(hù)性裝置一保護(hù)架12。如圖2 所示，保護(hù)架12由四個U形鐵絲13與一個圓環(huán)鐵絲14焊接組成，安裝保護(hù)架12時，將 落地支撐桿10的彈簧去掉，然后將保護(hù)架12的U形鐵絲13 —端與機(jī)器人的落地支撐桿 IO相固定，另一端焊接圓環(huán)鐵絲14， U形鐵絲13的高度到達(dá)旋翼1所在平面。增加的保 護(hù)性裝置可以有效避免機(jī)器人的旋翼l在飛行過程中碰傷周圍的人和物，同時也可以避免機(jī) 器人在爬壁狀態(tài)下旋翼1與壁面發(fā)生碰撞干涉。為增加機(jī)器人的實(shí)用性，還可以在機(jī)器人的 兩個爬壁小腿4上增加作業(yè)裝置，如夾持器等，使機(jī)器人在爬壁過程中可以針對壁面上的對 象進(jìn)行簡單的夾持作業(yè)等操作。
為提高本實(shí)用新型的一種多旋翼腿輪式多功能空中機(jī)器人在飛行中的氣動性能及整體推 重比，所述旋翼1的翼型采用CLARK-Y翼型。它的特點(diǎn)是在功率不變的情況下，又釆用了 寬葉片，小槳葉角的設(shè)計，使機(jī)器人在一定的條件下達(dá)到了最大的推力，提高了機(jī)器人整體 的推重比。
所述旋翼支撐桿11外形橫截面設(shè)置為圓形，采用N-S方程的數(shù)值解法對旋翼繞流場進(jìn) 行數(shù)值模擬，模擬旋翼支撐桿11對旋翼流場的影響。分析結(jié)果得，旋翼支撐桿外11形橫截 面設(shè)置為圓形可以有效減小旋翼支撐桿對旋翼流場的不利影響。
所述機(jī)器人各旋翼1之間間距大于旋翼1直徑的兩倍，所述的間距為旋翼1的旋轉(zhuǎn)中心 的距離，采用N-S方程的數(shù)值解法模擬旋翼之間相互的氣動干擾，分析旋翼1之間相互間距 對各自旋翼流場的影響。分析結(jié)果得，機(jī)器人各旋翼1之間間距大于旋翼1直徑的兩倍，從 而有效避免旋翼1相互之間的氣動干擾。對所述的旋翼支撐桿ll、機(jī)器人主體8、爬壁大腿3、爬壁小腿4等部件的重量進(jìn)行優(yōu) 化。即在滿足機(jī)器人使用強(qiáng)度的前提下，將上述部件的重量降低到最小。
權(quán)利要求1、一種多旋翼腿輪式多功能空中機(jī)器人，其特征在于包括旋翼、旋翼驅(qū)動電機(jī)、機(jī)器人主體、落地支撐桿、旋翼支撐桿、爬壁大腿、爬壁小腿、髖關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)、膝關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)、剛度加強(qiáng)環(huán)、壁面行走輪；機(jī)器人主體為圓形盤狀結(jié)構(gòu)，四個旋翼支撐桿沿著機(jī)器人主體的下表面四周呈對稱分布，并用螺釘固定于機(jī)器人主體上；旋翼驅(qū)動電機(jī)用螺釘固定于旋翼支撐桿的外端，旋翼依次固定在旋翼驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)動軸上；且旋翼的旋轉(zhuǎn)平面位于旋翼支撐桿的下方；落地支撐桿固定連接于旋翼支撐桿下方；落地支撐桿上安裝彈簧，在機(jī)器人落地時起支撐和緩沖作用；剛度加強(qiáng)環(huán)與機(jī)器人主體同心，緊固于旋翼支撐桿的上方；爬壁大腿通過髖關(guān)節(jié)與機(jī)器人主體上表面連接，爬壁小腿通過膝關(guān)節(jié)與爬壁大腿連接，兩組爬壁大腿及爬壁小腿位于機(jī)器人的一個對稱平面內(nèi)；壁面行走輪位于爬壁小腿的末端；在髖關(guān)節(jié)與膝關(guān)節(jié)上分別固定有髖關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)、膝關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多旋翼腿輪式多功能空中機(jī)器人，其特征在于所述的 旋翼為CLARK-Y翼型；旋翼支撐桿外形橫截面為圓形；旋翼之間間距大于旋翼直徑的兩倍， 所述的間距為旋翼的旋轉(zhuǎn)中心的距離。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多旋翼腿輪式多功能空中機(jī)器人，其特征在于落地支撐 桿連接U形鐵絲一端，U形鐵絲另一端與一個圓環(huán)鐵絲焊接，形成保護(hù)架，罩在所述空中機(jī) 器人的外部。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種多旋翼腿輪式多功能空中機(jī)器人，包括旋翼、旋翼驅(qū)動電機(jī)、爬壁大腿、爬壁小腿、髖關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)、膝關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)、剛度加強(qiáng)環(huán)、機(jī)器人主體、壁面行走輪、落地支撐桿、旋翼支撐桿。機(jī)器人主體為圓形盤狀結(jié)構(gòu)，四個旋翼支撐桿沿著機(jī)器人主體的下表面四周呈對稱分布。旋翼驅(qū)動電機(jī)用螺釘固定于旋翼支撐桿的外端，旋翼依次固定在旋翼驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)動軸上。落地支撐桿固定連接于旋翼支撐桿下方。剛度加強(qiáng)環(huán)緊固于旋翼支撐桿的上方。本實(shí)用新型的機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)了旋翼式飛行器與腿輪式運(yùn)動機(jī)構(gòu)的融合，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)，機(jī)器人在飛行中具有穩(wěn)定性高、體積小，在爬壁中具有壁面適應(yīng)性強(qiáng)、越障能力強(qiáng)、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B62D57/024GK201380964SQ200920105770
公開日2010年1月13日 申請日期2009年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月9日
發(fā)明者丁希侖, 俞玉樹, 磊 米 申請人:北京航空航天大學(xué)