一种陆空两栖多用机器人的制作方法

本发明属于无人机平台及机器人智能设备领域，特别涉及一种陆空两栖多用机器人。

背景技术：

自无人机开始发展以来，大都是仅可以在天空中飞行，传统无人机的起落架形式虽然多样化，强度高，但是缺乏有效的地面运动能力。而传统的机器人在执行任务时快速运送现场，操作人员运用遥控设备将机器人驶向危险区域工作。但传统的机器人都是通过车轮、履带在陆地上进行工作，受地形影响较大，仅适用于土地平坦无起伏地势的危险区域，而一些地形复杂、沟壑纵横的地带便会对机器人的行动造成极大阻碍，因而对机器人执行工作产生很不利的影响。

技术实现要素：

发明目的：针对现有无人机或机器人的缺陷，设计一种既可以和传统多旋翼无人机一样垂直起降、又可以在地面上依靠自身动力前行的陆空两栖多用机器人。

技术方案：一种陆空两栖多用机器人，包括机器人本体、电源与控制系统、应用设备，其特征在于：

所述机器人本体包括两侧机身、设备舱面板、飞行动力系统、地面动力系统，所述两侧机身包括对称设置的左侧板、右侧板，所述左侧板和右侧板又分别包括互相平行且中部镂空的内侧板和外侧板，所述内侧板和外侧板之间通过设在边缘的若干带有齿轮的皮带轮和轴承连接在一起，所述若干皮带轮的外部啮合一圈带有齿轮的履带；所述内侧板和外侧板在中部镂空部分之间固定一根水平方向的碳管，在所述碳管上装有与碳管垂直设置的两组共轴双旋翼；所述两个内侧板之间通过若干对称设置的连杆、螺丝与中间的设备舱面板连接固定；所述飞行动力系统包括四组飞行直流无刷电动机、直流调速变频器，分别安装在所述每组共轴双旋翼的中间；所述地面动力系统包括两组地面驱动直流无刷电动机、直流调速变频器，分别安装在左侧板、右侧板上，所述地面驱动直流无刷电动机带动皮带轮与履带，完成所述机器人在地面的行走；所述电源与控制系统及所述应用设备都通过设在设备舱面板上的悬挂点和尼龙绳固定在所述设备舱面板上；

所述电源与控制系统包括电源、飞控芯片、地面控制芯片、应用设备主控芯片，所述飞控芯片和地面控制芯片分别通过产生pwm脉冲信号来驱动所述飞行直流无刷电动机和地面驱动直流无刷电动机，控制所述陆空两栖多用机器人的飞行和地面行走；所述应用设备主控芯片控制各种所述应用设备的动作和功能；

所述应用设备包括运动传感组件、弱磁传感器、气压传感器、机械臂、烟雾及温度检测模块、摄像头、红外镜片、语音模块；所述应用设备一律购买，仅对程序算法进行调整，不做过多的叙述。

优选的，所述履带由聚氨酯材料制成，所述皮带轮为尼龙材料制成；

优选的，所述两侧机身的内侧板、外侧板及设备舱面板均为碳纤板材质，碳纤维比重为1.732，比强度高，密度低；防尘防水，同时在一定程度上隔绝高温扩大其应用范围；

优选的，所述连杆为铝镁合金材质，耐冲击，减震性能良好；

优选的，所述地面控制芯片包括闭环控制系统、前进稳定系统。

由于采用皮带轮和履带传动的结构，履带所特有的耐冲击、大接近角、大离去角的特性得以发挥，它的前进、后退、速度及功率变化是通过遥控器、电脑、智能手机等的遥控控制所述地面驱动直流无刷电动机的转动，进而实现对皮带轮和履带的控制。

而飞行动力系统保护在履带内部，一般的冲撞不足以对飞行机构造成损害；所述飞控芯片受到安装在遥控器、电脑、智能手机等内部的飞控模块的遥控控制，产生pwm脉冲信号来驱动所述飞行直流无刷电动机，从而控制所述陆空两栖多用机器人的飞行状态。

所述共轴双旋翼与传统单旋翼的主要区别是采用上下共轴反转的两组旋翼，用来平衡旋翼扭矩，使得本机器人即使在倾覆后也可以以倒飞状态离开地面，可以主动抵抗倾覆；在结构上，由于采用两副旋翼，与相同重量的单旋翼相比，若采用相同的桨盘载荷，其旋翼半径仅为单旋翼的70％。

下面按照加工工艺的过程顺序来叙述所述机器人本体的制作过程：

首先是用雕刻机加工成型机身所需的左侧板、右侧板、设备舱面板；然后将处理后的尼龙材质的皮带轮与轴承结合，将预加工的左侧板、右侧板、设备舱面板与相对应的铝镁合金材质的连杆连接在一起，固定在对应位置；将左侧板、右侧板与设备舱面板连接，并置于工装平台上校准水平；然后将皮带轮、履带、共轴双旋翼、飞行动力系统、地面动力系统分别安装于所述机器人本体上。

本发明的有益效果：本发明将无人机与陆地履带式机器人相结合，取长补短，既具有了履带式机器人大负载能力，强越野能力，长作业半径；又具有了多旋翼无人机快速爬升能力和高速穿越能力，两相结合使其具有了极大的实用性；可以进行陆空两用模式间任意切换；可在地面站上显示实时图像，同时无人机内部可以对数据存档，便于后期图像影像分析；有机械臂，看到东西可以感应抓取；装有烟雾及温湿度传感器和红外镜片，探测到火灾可以进行实时报警。

附图说明

图1为本发明所述陆空两栖多用机器人正视图(从右侧板前方正视)；

图2为本发明所述陆空两栖多用机器人立体透视图(从前方往下俯视)。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

一种陆空两栖多用机器人，包括机器人本体a、电源与控制系统b、应用设备c，其特征在于：

所述机器人本体a包括两侧机身a1、设备舱面板a2、飞行动力系统a3、地面动力系统a4，所述两侧机身a1包括对称设置的左侧板a11、右侧板a12，所述左侧板a11和右侧板a12又分别包括互相平行且中部镂空的内侧板1和外侧板2，所述内侧板1和外侧板2之间通过设在边缘的若干带有齿轮的皮带轮3和轴承连接在一起，所述若干皮带轮3的外部啮合一圈带有齿轮的履带4；所述内侧板1和外侧板2在中部镂空部分之间固定一根水平方向的碳管5，在所述碳管5上装有与碳管垂直设置的两组共轴双旋翼6；所述两个内侧板1之间通过若干对称设置的连杆7、螺丝与中间的设备舱面板a2连接固定；所述飞行动力系统a3包括四组飞行直流无刷电动机9、直流调速变频器，分别安装在每组所述共轴双旋翼6的中间；所述地面动力系统a4包括两组地面驱动直流无刷电动机10、直流调速变频器，分别安装在左侧板a11、右侧板a12上，所述地面驱动直流无刷电动机10带动皮带轮3与履带4，完成所述陆空两栖多用机器人在地面的行走；所述电源与控制系统b及所述应用设备c都通过设在设备舱面板a2上的悬挂点11和尼龙绳固定在所述设备舱面板a2上；

所述电源与控制系统b包括电源b1、飞控芯片b2、地面控制芯片b3、应用设备主控芯片b4，所述飞控芯片b1和地面控制芯片b2分别通过产生pwm脉冲信号来驱动所述飞行直流无刷电动机9和地面驱动直流无刷电动机10，控制所述陆空两栖多用机器人的飞行和地面行走；所述应用设备主控芯片b4控制各种应用设备的动作和功能；

所述应用设备c包括运动传感组件c1、弱磁传感器c2、气压传感器c3、机械臂c4、烟雾及温湿度检测模块c5、摄像头c6、红外镜片c7、语音模块c8；所述应用设备一律购买，仅对程序算法进行调整，不做过多的叙述。

优选的，所述履带4由聚氨酯材料制成，所述皮带轮3为尼龙材料制成；

优选的，所述两侧机身a1的内侧板a11、外侧板a12及设备舱面板a2均为碳纤板材质，碳纤维比重为1.732，比强度高，密度低；防尘防水，同时在一定程度上隔绝高温扩大其应用范围；

优选的，所述连杆7为铝镁合金材质，耐冲击，减震性能良好；

优选的，所述地面控制芯片b3包括闭环控制系统、前进稳定系统。

由于采用皮带轮3和履带4传动的结构，履带所特有的耐冲击、大接近角、大离去角的特性得以发挥，它的前进、后退、速度及功率变化是通过遥控器、电脑、智能手机等的遥控控制所述地面驱动直流无刷电动机10的转动，进而实现对皮带轮3和履带4的控制。

而飞行动力系统a3保护在履带4内部，一般的冲撞不足以对飞行机构造成损害；所述飞控芯片b2受到安装在遥控器、电脑、智能手机等内部的飞控模块的遥控控制，产生pwm脉冲信号来驱动所述飞行直流无刷电动机9，从而控制所述陆空两栖多用机器人的飞行状态。

所述共轴双旋翼6与传统单旋翼的主要区别是采用上下共轴反转的两组旋翼，用来平衡旋翼扭矩，使得本机器人即使在倾覆后也可以以倒飞状态离开地面，可以主动抵抗倾覆；在结构上，由于采用两副旋翼，与相同重量的单旋翼相比，若采用相同的桨盘载荷，其旋翼半径仅为单旋翼的70％。

下面按照加工工艺的过程顺序来叙述所述机器人本体a的制作过程：

首先是用雕刻机加工成型机身所需的左侧板a11、右侧板a12、设备舱面板a2；然后将处理后的尼龙材质的皮带轮3与轴承结合，将预加工的左侧板a11、右侧板a12、设备舱面板a2与相对应的铝镁合金材质的连杆7连接在一起，固定在对应位置；将左侧板a11、右侧板a12与设备舱面板a2连接，并置于工装平台上校准水平；然后将皮带轮3、履带4、共轴双旋翼6、飞行动力系统a3、地面动力系统a4分别安装于所述机器人本体a上。

实施例：轴距900mm八旋翼履带无人机(左侧板和右侧板各有2组双旋翼,一共是4组双旋翼,也就是八旋翼),空重4.2kg，无负载有效滞空时间可达25min，地面有效前进30km。

所述飞行动力系统a3，为机器人本体飞行提供动力；采用型号为150mnk的共轴反向电机，直径35英寸、推力为50kg的螺旋桨，整机负重可达到80kg。

所述地面动力系统a4，采用2820的直流无刷电动机，电压16v，与飞行系统共用动力电源；电动机搭配14.5:1的减速齿轮波箱，以增大其扭矩，提高履带前进的力量；电动机的控制采用开源vesc本杰明电调，结构简单，功能强大,除具备一般车用电调特点外，可以通过foc方式进行控制，特别适合于大扭矩工作状况；启动力度大，控制精确，有感无感都支持；带can总线接口，支持pwm/can/uart和模拟电压信号的速度给定,从而实现对履带前进速度的无级调节；功率可达3000w，满足常规使用与负重要求；带刹车能量再生功能，可精确调节pid参数。

所述应用设备主控芯片b4采用的是stm32f1系列芯片，其内核采用cortex—m3，最高72mhz工作频率，在存储器的0等待周期访问时可达1.25dmips/mhz,可以进行单周期乘法和硬件除法等运算,其运行速度快，功耗低的特点使其可以应用于电力电子系统方面的应用，电机驱动，应用控制，医疗，手持设备，gps平台编程控制器(plc)，变频器扫描仪等方面开发。

所述应用设备c,列举其中组成和功能如下：

所述机械臂c4为6自由度机械臂，方便灵活地抓取东西；

所述烟雾及温湿度传感器c5对周围环境进行实时监测，如遇到有毒气体，会发生警报；mq135模块用来检测空气中二氧化硫，含氮元素，酒精等有毒气体的浓度，该浓度通过arduino板驱动，采用相关的电压转为有毒气体浓度的标准公式，通过arduino模拟口接受数据，当空气质量越好的时候，该数值越大，当数值越小，达到我们所设置的警报线的时候，arduino板会触动蜂鸣器，从而使机器人发出报警声；所述摄像头：采用700线的索尼摄像头，通过ts5832图传模块进行实时传输，对周围环境进行实时图传。

所述摄像头c6采用高清700线fqv，其特点为：摄像头专为fpv定制的，致力于fpv高清航拍摄像头打造，微型超轻的设计，图像清晰细腻，高清画质，色彩逼真，照度低，宽电压，微功耗，有普通(百万)高清镜头，超小体积25mm*25mm，重量仅15克左右。

所述红外镜片c7利用热成像的原理，用于监测火灾；当森林发生火灾时，大火的温度远远高于周围环境的温度，熊熊火焰会产生强烈的热辐射，与周围形成差异巨大的辐射差；红外镜片可以敏锐地捕捉到热辐射强烈的区域，进行成像后，通过无线通讯传输给基站，帮助工作人员发现火灾，且确定火区范围，从而实现预警与救火于一体的功能；而且，实现该功能的费用远远低于市面上的热成像仪，维修成本低，方便无人机装载和大规模推广。

以上所述仅为本发明的较佳实例而已，并不用以限制本发明，在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的系统结构之内。