一种陆空巡检机器人的制作方法

本实用新型涉及机器人领域，尤其是涉及一种陆空巡检机器人。

背景技术：

随着科学技术的发展和社会的进步，人们研制出了各种工具来方便工业生产和生活,机器人就是其中一种。机器人是自动执行工作的机器装置，它的任务是解放劳动力、协助或替代人类进行危险作业或在人类无法到达的区域进行作业。由于机动灵活、结构简单、在复杂的作业环境中具有较高的操纵性能，机器人在军事和民用领域都有很好的应用。

目前，现有的机器人大多是为解决某特定问题而设计的单一功能的机器人，然而在实际生活中，人们往往需要机器人可同时执行多种任务，如事故救援、森林防火、运输紧急药物等。而现在飞行机器人存在耗电快、续航能力弱和成本等问题；传统的陆地机器人受地形因素的影响较大，在实际任务开展的过程中，不仅工作效率难以提升，而且很多复杂地域机器人无法到达，限制机器人的工作范围。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种陆空巡检机器人，解决了现有技术中机器人应用受限，工作效率不高的技术问题。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种陆空巡检机器人，由智能车与四轴旋翼机结合设计，采用自动驾驶系统，即在无人驾驶模式下自主运行。实际运行中，陆空巡检机器人摄像头进行路面检测，无障碍时，智能车按照预设的轨迹进行运动；存在障碍物时，由摄像头机构配合旋翼机构工作，越过障碍物后继续沿地面轨迹行驶。同时拥有陆地行驶和空中飞行功能，可用于森林防火、运输药品、山地救援、特种监测等场合。

该陆空巡检机器人的具体结构包括飞行器主体、电源及其组件、旋翼机构、摄像头机构、四轮车主体、基于单片机处理器的自动控制主板、马达机构、舵机转向机构，

所述基于单片机处理器的自动控制主板、电源及其组件、四个旋翼机构、摄像头机构均安装在飞行器主体上，

所述马达机构、舵机转向机构均与四轮车体连接，

所述飞行器主体、四轮车主体由四个支撑铜柱和可伸缩支柱连接。

所述飞行器主体包括两个飞行器托盘、四个机翼支架、电控模块支撑柱、八个托盘固定架，

八个托盘固定架通过两两凹槽相对连接，支撑两个飞行器托盘，机翼支架的内侧端放置在中间凹槽内，通过螺栓夹锁紧，四个电控模块支撑柱与飞行器托盘连接，固定电控模块。

所述旋翼机构包括螺旋桨、旋转电机、电机托盘和电机托盘固定架，

所述电机托盘与电机托盘固定架连接，电机托盘固定架设有两个，经螺栓贯穿连接，并安装在飞行器主体的机翼支架的外侧端，所述旋转电机固定在所述电机托盘上，所述螺旋桨与所述旋转电机的电机输出轴过盈连接。

所述摄像头机构包括双头摄像头、摄像头支撑柱、摄像头支架，所述双头摄像头与所述摄像头支架连接，摄像头支架固定在摄像头支撑柱上，含有一个自由度，带动双头摄像头上下摆动，实现摄像头对陆空巡检机器人前端障碍物检测。

所述四轮车主体包括车底盘及安装在所述车底盘上的四个车轮、防撞杆及载物台构成。

所述基于单片机处理器的自动控制主板包括k60单片机、上位机、串口模块、无线模块，安装在所述四轮车主体上。

所述马达机构包括马达，减速器，所述马达固定于四轮车主体的车底盘上，马达的输出轴与所述减速器相连，减速器输出端与所述四轮车主体的后车轮连接，实现机器人在陆地行走时速度的控制。

所述舵机转向机构包括舵机、舵机支撑架，前轮转动轴，万向联轴器，所述舵机支撑架固定舵机，与四轮车主体的车底盘连接，所述舵机的输出端与前车轮的转动轴通过万向联轴器连接，前轮转动轴的另一端与前轮连接，实现通过控制舵机进而控制车轮转向。

该陆空巡检机器人兼顾陆航运行，既可以驱动车体前进、后退及转向，又可以通过改变四个螺旋桨的速度来实现各种动作，悬停、前进、后退等飞行动作。地面行驶功能时，车体马达机构带动驱动后轮，转向舵机带动转向机构，通过单片机控制实现小车运动；空中飞行功能时，单片机采集姿态检测传感器(陀螺仪、加速度计和磁力计)数据，融合分析机体姿态，通过控制算法驱动螺旋桨电机转速，进而控制四个旋翼机构来实现各种飞行动作。

与现有技术相比，本实用新型所公开的技术方案两栖运动机器人，运动方式包括陆地长途行驶和空中短距飞行。陆地上行驶时该车功能等同于智能汽车，能够实现自控转向、加减速等运动状态；遇障碍时，由飞行器上摄像头探测，并能够通过单片机传送信息自动实现升降运动，从而达到陆空结合具备更强的地形适应性，具备地面行驶与空中短距飞行能力。机器人作业高度低，可空中悬停，无需专用起降机场，易保养，使用、维护成本低，自动化程度高，工作效率高。

附图说明

图1为实施例中本实用新型的结构示意图；

图2为飞行器主体的结构示意图；

图3为旋翼机构的结构示意图；

图4为摄像头机构的结构示意图；

图5为四轮车主体的结构示意图；

图6为马达机构的结构示意图；

图7为后轮驱动机构的结构示意图；

图8为舵机机构的结构示意图；

图9为舵机及其转向机构的结构示意图。

图中，1-机翼支架、2-旋转电机、3-电机托盘、4-托盘固定架、5-车轮、6-马达、7-减速器、8-载物台、9-可伸缩支柱、10-自动控制主板、11-车底盘、12-支撑铜柱、13-前轮转动轴、14-舵机、15-防撞杆、16-摄像头支撑柱、17-电机托盘固定架、18-螺旋桨、19-双头摄像头、20-摄像头支架、21-电控模块、22-飞行器托盘、23-后轮主轴、24-前轮定位架、25-万向联轴器、26-舵机固定架、27-舵机输出拉杆、28-电控模块支撑柱、29-车主轴支撑板、30-减速齿轮、31-编码器、32-舵机输出齿轮轴、33-舵机支撑柱。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

实施例

一种陆空巡检机器人，其结构如图1所示。包括飞行器主体、四轮车主体、旋翼机构、摄像头机构、马达机构、舵机转向机构等组件，飞行器主体、四轮车主体由四个支撑铜柱12和可伸缩支柱9连接。

飞行器主体的结构如图2所示，由两个飞行器托盘22、四个机翼支架1、四个电控模块支撑柱28、八个托盘固定架4组成，八个托盘固定架4中每两个进行凹槽相对连接，无凹槽一面通过m4沉头螺栓和飞行器托盘22贯穿连接，用于支撑两个飞行器托盘22，机翼支架1一端插入托盘固定架凹槽中，通过贯穿螺栓锁紧，对机翼支架进行固定。四个电控模块支撑柱28向下一端与飞行器托盘通过m2平头螺栓连接，其向上一端与固定电控模块21连接，对其进行固定。

旋翼机构的结构如图3所示，与机翼支架1一端相连，旋翼机构包括螺旋桨18、旋转电机2、电机托盘3和电机托盘固定架17，两个电机托盘固定架凹槽相对用螺栓贯穿连接，电机托盘3与电机托盘固定架17经沉头螺栓连接，旋转电机2固定在电机托盘3上，螺旋桨18与电机输出轴过盈连接。

摄像头机构的结构如图4所示，由双头摄像头19、摄像头支撑柱16、摄像头支架20组成，双头摄像头19与摄像头支架20连接，摄像头支架20固定在摄像头支撑柱16上，并且摄像头支架20含有一个自由度，可实现双头摄像头19的上下摆动，当双头摄像头19感应到前端障碍物检测时，将信号输送给单片机，通过主控器分析计算控制实现飞行驾驶等功能，如垂直起飞、悬停、水平前进及后退、柔性降落等。巡检机器人用于飞行姿态检测的传感器主要有陀螺仪、加速度计和磁力计。其中，陀螺仪作为主要的姿态角测量器件提供机体的旋转角速度，用于计算相对角度；加速度计用于测量机体与重力加速度的绝对夹角，对陀螺仪计算误差进行融合矫正；磁力计测量机体与地磁场的绝对夹角，也可以对陀螺仪误差进行矫正。

四轮车主体的结构如图5所示，由车底盘11、四个车轮5、防撞杆15、载物台8、后轮主轴23、前轮定位架24等组成，前轮定位架24的一端与车底盘11通过一个平头螺栓连接，前轮定位架24以该螺栓为中心，可进行360°旋转，为后续实现前轮同步转动打下基础。前轮定位架l型的另一端和前轮轴孔螺栓连接，将前轮固定在前轮定位架上。后轮主轴23与马达机构中的马达支架29贯穿相连，通过垫片固定，主轴两端与两后轮连接，防撞杆15通过两个u型件螺栓连接固定安装在四轮车前端。

基于单片机处理器的自动控制主板10包括k60单片机、上位机、串口模块、无线模块，都安装在四轮车主体上。

马达机构的结构如图6所示，由马达6、减速器7、马达支架29组成，马达支架29固定于四轮车主体的车底盘11上，马达支架29安装有马达6和减速器7，马达的输出轴与减速器7相连，该减速器由两级减速齿轮30传动组成，减速比为12.4:1，另外减速齿轮30上还连接安装有编码器31。减速器7输出一端与四轮车主体后车轮主轴23连接，并且通过车主轴支撑板29进行固定，如图7所示，作为机器人在陆地行走时主驱动，工作中配合电控系统实现小车前进、后退及方向控制。

舵机机构以及其转向机构的结构如图8-9所示，包括舵机14、舵机支撑架26、前轮转动轴13、万向联轴器25、舵机输出齿轮轴32、舵机支撑柱33，舵机支撑架26与四轮车主体的车底盘11连接，舵机支撑架26用于固定舵机14，舵机输出端与舵机输出拉杆27用平头螺栓连接，舵机输出拉杆两个支脚通过万向联轴器25与前轮转动轴13一端连接，前轮转动轴13通过万向联轴器与前轮定位架24连接。当电控系统输出转向指令时，舵机输出端按输入占空比大小进行相应的角度转动，通过前轮转动轴13牵引作用，控制两前轮实现智能车路面行驶转向功能。

本实用新型具有强地形适应性。陆空巡检机器人在遇到障碍物时，无论地面何种情况，在面临无法越过的障碍时，可以自启动旋翼装置，将智能车的车身带离地面，从而达到陆空结合具备更强的地形适应性，在障碍物密集环境下的操控性较高。

另外，本实用新型还具有良好的续航能力。陆空巡检机器人主要实现的是地面长时间运行，空中短距飞行，克服了无人机无法在空中长时间作业，续航时间短，往返距离有限的缺陷。

第三，本实用新型具有良好的机械性能。在垂直起降状态单螺旋桨失效时自动着陆，倾转过程可能由于机翼产生升力不够影响性能，装载空间较大，机身短、体量小，机翼支撑杆使用碳纤管，成本较低。部件数量和类别较少，互换性较好。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语、“上方”、“底部”、“中间”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。