一種飛行機器人足部結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種飛行機器人的足部結(jié)構(gòu)，特別是用于工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的多旋翼飛行機器人的足部結(jié)構(gòu)，屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]無人駕駛飛行器(UAV)近10多年來隨著機械制造、計算機技術(shù)、控制技術(shù)、傳感技術(shù)等多種科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，獲得了長足進(jìn)展。當(dāng)無人駕駛飛行器帶有傳感器、感知力和智能的時候，一般將這種UAV稱為飛行機器人。飛行機器人具有廣闊的應(yīng)用前景，能夠被更廣泛地在各行業(yè)使用。例如它們可以用于檢測各種大型工程結(jié)構(gòu)、橋梁、水壩的健康狀況，相比懸吊在繩子上的工人，一個小型飛行機器人能以快得多的速度、更節(jié)約成本的方式完成這項任務(wù)；飛行機器人還可以幫助一些農(nóng)民管理稻田，監(jiān)測谷物生長，播撒農(nóng)藥；也可以用于各種自然災(zāi)害的救災(zāi)工作、追蹤罪犯，例如捕殺野生動物的人。有專家預(yù)測:2015年后飛行機器人的商業(yè)應(yīng)用將出現(xiàn)爆炸增長。廣闊的應(yīng)應(yīng)用前景也促進(jìn)了飛行機器人技術(shù)的發(fā)展，但是由于飛行機器人在懸停時仍要消耗較多電能，而飛行機器人一般采用電池供電，難以儲備大量電能，這就導(dǎo)致了監(jiān)測的時間受到限制，成為飛行機器人發(fā)展的瓶頸。當(dāng)前飛行機器人仍在采用普通的起落架結(jié)構(gòu)，在著陸時存在不平穩(wěn)現(xiàn)象，尤其是在狹小的受限空間內(nèi)，容易造成機器人的翻倒，這主要是機器人不能感知自己的著陸過程造成的。另外，飛行機器人目前還主要靠操作者的遙控，其自身對環(huán)境的感知能力還比較薄弱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型提供了一種飛行機器人的足部結(jié)構(gòu)，特別適用于工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的多旋翼飛行機器人。主要目的是解決飛行機器人在做定點監(jiān)測時的電能消耗問題、飛行機器人在起飛和降落時的穩(wěn)定問題、以及工作過程中的蔽障問題；另外本實用新型還解決了在增設(shè)傳感器的情況下，主控制器存在超負(fù)荷運行的問題。
[0004]本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0005]對于定點監(jiān)測時的電能消耗問題，采用永久磁鐵，使飛行機器人能夠吸附在鐵磁性材料上，這樣在有些場合就不必采用懸停的方式來檢測，從而減少在定點監(jiān)測時機器人的懸停電能消耗，在機器人飛離時，通過通電線圈產(chǎn)生的磁性及旋翼產(chǎn)生的升力抵消磁鐵的磁力來實現(xiàn)機器人的飛離過程。
[0006]對于飛行機器人在起飛和降落時的穩(wěn)定問題，采用緩沖彈簧與滑動變阻式位移傳感器結(jié)合，使得機器人能夠感知整個降落時的著陸過程；另外，采用當(dāng)前技術(shù)比較成熟的超聲波檢測技術(shù)方案，通過各個足部下方超聲波傳感器的檢測值比較來判斷要著陸的地方是否平整，可否著陸等問題，從而實現(xiàn)平穩(wěn)著陸的過程，避免了機器人翻倒等現(xiàn)象的發(fā)生；在機器人穩(wěn)定著陸后，可以通過檢測傳感器電阻大小計算出機器人的負(fù)載，從而使主控器能感知起飛前的負(fù)載大小，并對控制策略提前做出相應(yīng)調(diào)整，使得起飛過程更加穩(wěn)定。
[0007]對蔽障的問題，通過分別在足部的側(cè)面及下方裝設(shè)超聲波探頭及相關(guān)檢測電路，飛行機器人可以感知相關(guān)方向的障礙物距離，并及時調(diào)整控制算法，從而避開障礙物，飛行機器人一般會有多個足部結(jié)構(gòu)(一般為3-4個)，可以通過調(diào)整各個足部的側(cè)面超聲波探頭的方向形成平面上各個方位的探測，從而實現(xiàn)有效蔽障。
[0008]對于在增設(shè)傳感器的情況下，主控制器存在超負(fù)荷運行的問題，采用在足部加設(shè)一個微處理器為控制器的方案，實現(xiàn)對以上提到的各個傳感器的檢測、計算，全部由該控制器完成，通過高速的現(xiàn)場總線技術(shù)(CAN總線)來實現(xiàn)與主控制器的通訊，主控制器要知道足部的狀態(tài)，只需要發(fā)一個命令，足部控制器會自動檢測這些狀態(tài)值，并以報文的形式發(fā)給主控制器，從而有效地減少了主控制器的計算負(fù)荷。
[0009]本實用新型的有益效果:相對于當(dāng)前使用較多的起落架結(jié)構(gòu)，本實用新型的足部結(jié)構(gòu)能在定點監(jiān)測時通過磁力吸附節(jié)省電能，能夠讓機器人感知自己的起落過程，從而實現(xiàn)穩(wěn)定著陸；飛行機器人能夠通過足部的傳感器計算出負(fù)載的大小，增加了起飛的穩(wěn)定性；通過裝設(shè)的超聲波傳感器可以計算下方和側(cè)面的障礙物距離，從而提高了機器人的感知能力，再通過多個足部的配合可以實現(xiàn)多方向有效蔽障；足部內(nèi)置微處理器，可以獨自完成上述各種感知計算，并通過CAN總線接口與飛行機器人主控制器通訊，有效地減少了主控制器的計算負(fù)荷。
【附圖說明】
[0010]圖1為本實用新型的飛行機器人足部結(jié)構(gòu)圖；
[0011]圖中:1001連接活塞、1002上端蓋、1003緩沖彈簧、1004彈簧底盤、1005筒體、1006彈簧底盤固定螺栓、1007線路板固定螺栓及墊片、1008線路板、1009側(cè)面超聲波探頭固定螺栓、1010側(cè)面超聲波探頭、1011線圈壓板、1012下端蓋固定螺栓、1013線圈、1014下端蓋、1015永久磁鐵、1016磁鐵及線圈固定螺栓、1017下方超聲波探頭、1018下部接線端子、1019上部接線端子、1020電阻條、1021滑動觸頭、1022壓緊彈簧、1023引線固定膠帽、1024傳感器引線。
[0012]圖2為連接活塞結(jié)構(gòu)圖；
[0013]圖中:1001-1足部固定外螺紋、1001-2穿線圓腔、1001-3滑動觸頭容腔、1001-4滑動觸頭穿線腔。
[0014]圖3為滑動觸頭結(jié)構(gòu)圖；
[0015]圖中:1021-1為壓線螺釘、1021-2為壓線墊片。
[0016]圖4為筒體結(jié)構(gòu)圖；
[0017]圖中:A是主視圖，B是俯視圖，1005-1筒體外螺紋、1005-2筒體穿線孔、1005-3線路板固定孔、1005-4彈簧底盤固定孔、1005-5側(cè)面超聲波探頭固定孔、1005-6側(cè)面超聲波探頭裝配孔、1005-7電阻條穿線孔、1005-8筒體與下端蓋固定孔。
[0018]圖5為下端蓋結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖中:1004-1下端蓋固定孔、1004-2下方超聲波探頭固定孔、1004-3下方超聲波探頭裝配孔、1004-4磁鐵及線圈固定孔。
[0020]圖6為接線端子編號圖。
[0021]圖7為線路板電路圖。
【具體實施方式】
[0022]實施例1:一種飛行機器人足部結(jié)構(gòu)，如圖1、2、3所示，連接活塞1001的上部是外螺紋，用于將足部連接到飛行機器人的本體；下部是緩沖彈簧的固定槽，用于固定緩沖彈簧；連接活塞與筒體1005接觸處開有圓孔型滑動觸頭容腔1001-3及圓孔型穿線圓腔1001-4，用于安裝滑動觸頭1021及其引出線，如圖3所示，滑動觸頭處有壓線用的螺釘1021-1及墊片1021-2，連接活塞中心開有圓孔型穿線容腔1001-2，用于滑動觸頭引出線、電源進(jìn)線及CAN總線的穿線。
[0023]如圖1所示，上端蓋1002的里面是內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)，與筒體1005的外螺紋裝配，用于對連接活塞1001進(jìn)行限位；上端蓋1002的中心開有圓孔，以便于連接活塞1001能夠上下移動。
[0024]如圖1所示，緩沖彈簧1003由連接活塞1001的彈簧固定槽及彈簧底盤1004固定；彈簧底盤1004分別在中心和靠近電阻條1020的引出線處開有圓形線槽，用于通過滑動觸頭1021的引出線、外部電源進(jìn)線及CAN總線；如圖4所示，彈簧底盤1004的固定，通過均布于自身及筒體上的3個固定孔1005-4，使用螺栓1006來固定。
[0025]如圖1、4所示，筒體1005由上、下兩腔組成，上腔功能:通過筒體外螺紋1005-1及上端蓋1002用來組裝連接活塞1001、緩沖彈簧1003、彈簧底盤1004、電阻條1020及滑動觸頭1021部分；下腔功能:通過固定孔1005-3、線路板固定螺栓及墊片來組裝線路板1008 ;通過側(cè)面超聲波探頭固定孔1005-5、側(cè)面超聲波探頭裝配孔1005-6及側(cè)面超聲波探頭固定螺栓1009來裝配側(cè)面超聲波探頭；筒體中心和靠近電阻條1020的引出線處開有圓形孔，用于通過滑動觸頭1021的引出線、外部電源進(jìn)線及CAN總線；筒體1005的下部有與下端蓋1014固定用的8個均布的固定孔，通過螺栓1012固定。
[0026]如圖1、4所示，下端蓋1014通過均布的8個固定孔1004-1及螺栓1012與筒體固定；中心加工有圓形空腔用于嵌入固定永久磁鐵1015，并通過磁鐵及線圈固定孔1004-4、線圈壓板1011及磁鐵及線圈固定螺栓1016來固定線圈及永久磁鐵，中間部分的凹槽用于裝配線圈1013 ;通過下方超聲波探頭固定孔1004-2、下方超聲波探頭裝配孔1004-3及下方超聲波探頭固定螺栓來裝配下方超聲波探頭。
[0027]如圖1、4所示，電阻條1020嵌入式安裝在筒體1005的內(nèi)壁上，下部引出導(dǎo)線；裝配在連接活塞1001上的滑動觸頭1021由壓緊彈簧1022頂住以保證與電阻條1020可靠接觸；滑動觸頭1021的引線經(jīng)連接活塞1001的圓形線槽引出；這樣由電阻條1020、滑動觸頭1021、壓緊彈簧1022、傳感器引出線，共同構(gòu)成了滑動變阻式位移傳感器。
[0028]如圖1、6所示，飛行機器人足部結(jié)構(gòu)的電氣接線包括傳感器引出線2根、線圈電源線2根，側(cè)面超聲波探頭接線4根，下方超聲波