一种变形多栖机器人及控制方法与流程

本发明属于机器人技术领域，特别是涉及一种变形多栖机器人及控制方法。

背景技术：

根据工作环境的不同，机器人可分为空中飞行类机器人、陆地航行类机器人和水中航行类机器人。空中方面，最有代表的便是无人机，而无人机目前已经广泛的应用到诸多领域和行业中。陆地方面，轮式、履带式、肢节式机器人都在快速发展，技术也越发成熟，同样也已经广泛的应用到诸多领域和行业中。水中方面，无论是水面航行器，还是潜航器，在水文科研、资源勘探等领域的地位已经越来越重要。

目前，种类繁多的机器人主要以单栖机器人为主，但面对复杂的工作环境，单栖单栖机器人越来越难以完成任务，为此越来越多的两栖机器人逐渐被研发和制造，虽然两栖机器人能够在一定程度上弥补单栖机器人的弱点，但在复杂的工作环境下仍然存在很大的局限性，特殊情况下两栖机器人仍然不能很好的完成任务目标。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种变形多栖机器人及控制方法，能够实现水陆空三栖作业，能够在复杂工作环境下无间隙的进行不同工作模式下的转换，为完成特殊情况下的任务目标提供了可行性方案。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种变形多栖机器人，包括机身、机翼、多功能车轮及车轮姿态调整组件，所述机翼数量为两个，两个机翼对称安装在机身顶部左右两侧；所述多功能车轮数量为四个，四个多功能车轮在机身四周均布设置，机身与每个多功能车轮之间均通过车轮姿态调整组件相连。

所述机身内部分别设有前货仓、中部货仓、后货仓、左货仓及右货仓；所述中部货仓分为上下两层，两层之间由密封隔板进行分隔，上层空间用于储物，在下层空间分别安装有主控制器、重心调节器、通讯器、压力调节器、电源管理器及卫星导航器；在所述机身前端安装有图像识别相机、激光雷达及空速管；所述左货仓分为上下两层，两层之间由密封隔板进行分隔，上层空间用于储物，下层空间包括第一机身重心调节室和第一蓄水舱，在第一机身重心调节室内安装有第一机身重心调节机构，在第一机身重心调节机构上设置有蓄水舱调压组件；所述右货仓分为上下两层，两层之间由密封隔板进行分隔，上层空间用于储物，下层空间包括第二机身重心调节室和第二蓄水舱，在第二机身重心调节室内安装有第二机身重心调节机构，在第二机身重心调节机构上设置有中枢供能组件；在所述第一蓄水舱和第二蓄水舱内均设置有水压传感器；所述第一机身重心调节室与第二机身重心调节室左右对称分布，所述第一蓄水舱与第二蓄水舱左右对称分布。

所述第一机身重心调节机构和第二机身重心调节机构结构相同，均包括矢量电机、主动带轮、从动带轮、皮带、导向滑轨、滑块及滑台板；所述导向滑轨采用平行双轨结构，所述皮带传动连接在主动带轮与从动带轮之间，皮带位于两根导向滑轨中间，皮带与导向滑轨相平行，所述主动带轮固装在矢量电机的电机轴上；所述滑块安装在导向滑轨上，所述滑台板水平固装在滑块上，滑台板通过滑块可沿导向滑轨直线移动，滑台板下表面与皮带相固连；所述蓄水舱调压组件安装在第一机身重心调节机构的滑台板上，所述中枢供能组件安装在第二机身重心调节机构的滑台板上。

所述第一蓄水舱和第二蓄水舱结构相同，均分为上下两层，两层之间由隔水膜进行分隔，上层空间作为气体仓，下层空间作为水仓，所述水仓的仓底板上开设有通水孔，水仓通过通水孔与机身外部连通，在通水孔处设置有电动密封盖；所述蓄水舱调压组件包括空压机及高压气瓶，空压机的吸气口通过管路与气体仓相连通，空压机的排气口与高压气瓶的进气口相连通，高压气瓶的出气口通过管路与气体仓相连通。

所述中枢供能组件包括燃料电池、蓄电池及电源转换器，所述燃料电池和蓄电池通过电源线与电源转换器的电力输入端口相连，电源转换器的电力输出端口通过电源线为机器人的全部用电部件进行供电。

所述机翼上表面安装有太阳能电池，在机翼的翼根处连接有机翼收展驱动电机，机翼收展驱动电机嵌装在机身上。

所述车轮姿态调整组件包括第一调姿电机、第一支臂、第二调姿电机及第二支臂，所述第一调姿电机嵌装在机身上，所述第一支臂一端固连在第一调姿电机的电机轴上，第一支臂另一端与第二支臂一端相铰接，所述多功能车轮连接在第二支臂另一端；所述第二调姿电机安装在第一支臂与第二支臂的铰接处，第二调姿电机用于驱动第二支臂做摆转运动，所述第一调姿电机用于驱动第一支臂做回转运动。

所述多功能车轮包括橡胶轮胎、原磁体轮毂、电磁套筒、转接轴及涵道动力机构；所述橡胶轮胎固定套装在原磁体轮毂上，原磁体轮毂套装在电磁套筒上，原磁体轮毂内表面与电磁套筒外表面滑动接触配合；所述涵道动力机构位于电磁套筒内侧，所述转接轴穿过原磁体轮毂的中心孔，转接轴一端与第二支臂相固连，所述涵道动力机构连接在转接轴的另一端。

所述涵道动力机构包括叶片、外转子电机及整流罩；所述外转子电机的内定子轴与转接轴相固连，外转子电机的转子外套上均布有若干叶片安装座，叶片安装座采用直杆形结构，每个叶片安装座上均固装有一个叶片，叶片的根部固连在叶片安装座上，在叶片的顶部中心固设有销柱，在所述电磁套筒的内表面开设有销孔，销柱位于销孔内，销柱可在销孔内自由转动；在所述外转子电机的转子外套表面开设有滑槽，叶片安装座滑动连接在滑槽内，所述整流罩扣装在外转子电机顶部，在整流罩内部的外转子电机上设置有叶片转角调整电机，在叶片转角调整电机的电机轴上串联固装有第一卷线轮和第二卷线轮，在所述外转子电机上分别设置有第一导向器、第二导向器、第一分向柱及第二分向柱，所述第一卷线轮与线索一端缠绕连接，线索另一端首先穿过第一导向器，再绕过第一分向柱，然后依次固定穿过所有叶片安装座端部穿线孔，之后再绕过第二分向柱，最后穿过第二导向器后缠绕连接在第二卷线轮上，且线索在第一卷线轮和第二卷线轮上的缠绕方向相反。

所述的变形多栖机器人的控制方法，包括如下步骤：

步骤一：设定变形多栖机器人的工作模式，分别为地面工作模式、空中工作模式、水面工作模式及水下工作模式；

步骤二：设定叶片转角，分别为第一档叶片转角、第二档叶片转角及第三档叶片转角；当叶片处于第一档叶片转角时，涵道动力机构不产生推力；当叶片处于第二档叶片转角时，涵道动力机构在空中产生最大推力；当叶片处于第三档叶片转角时，涵道动力机构在水中产生最大推力；

步骤三：设定机翼展角，分别为第一档机翼展角、第二档机翼展角及第三档机翼展角；当机翼处于第一档机翼展角时，机翼在空中不产生升力；当机翼处于第二档机翼展角时，机翼在空中产生中等升力；当机翼处于第三档机翼展角时，机翼在空中产生最大升力；

步骤四：设定车轮姿态，分别为地面行驶姿态、空中垂直飞行姿态、空中水平飞行姿态、水面滑行姿态、水中水平航行姿态、水中下潜姿态及水中上浮姿态；当车轮姿态处于地面行驶姿态时，四个车轮的姿态相同，四个车轮姿态调整组件中的第一支臂与第二支臂的夹角均为90°，左前车轮和左后车轮均水平朝向机身左侧，右前车轮和右后车轮均水平朝向机身右侧；当车轮姿态处于空中垂直飞行姿态时，四个车轮的姿态相同，四个车轮姿态调整组件中的第一支臂与第二支臂的夹角均为90°，四个车轮均竖直朝向机身正上方；当车轮姿态处于空中水平飞行姿态或水中水平航行姿态时，四个车轮的姿态相同，车轮姿态调整组件中的第一支臂与第二支臂的夹角均为180°，左前车轮和右前车轮均水平朝向机身正前方，左后车轮和右后车轮均水平朝向机身正后方；当车轮姿态处于水面滑行姿态时，左前车轮和右前车轮的姿态相同，左后车轮和右后车轮的姿态相同，左前车轮和右前车轮的车轮姿态调整组件中的第一支臂与第二支臂的夹角均为120°，左前车轮和右前车轮均倾斜朝向机身斜上方，左后车轮和右后车轮的车轮姿态调整组件中的第一支臂与第二支臂的夹角均为180°，左后车轮和右后车轮均水平朝向机身正后方；当车轮姿态处于水中下潜姿态时，左前车轮和右前车轮的姿态相同，左后车轮和右后车轮的姿态相同，左前车轮和右前车轮的车轮姿态调整组件中的第一支臂与第二支臂的夹角均为90°～120°，左前车轮和右前车轮均倾斜朝向机身斜下方，下潜过程中左前车轮和右前车轮相对于水体始终保持竖直朝下，左后车轮和右后车轮的车轮姿态调整组件中的第一支臂与第二支臂的夹角均为180°，左后车轮和右后车轮均水平朝向机身正后方；当车轮姿态处于水中上浮姿态时，左前车轮和右前车轮的姿态相同，左后车轮和右后车轮的姿态相同，左前车轮和右前车轮的车轮姿态调整组件中的第一支臂与第二支臂的夹角均为90°～120°，左前车轮和右前车轮均倾斜朝向机身斜上方，上浮过程中左前车轮和右前车轮相对于水体始终保持竖直朝上，左后车轮和右后车轮的车轮姿态调整组件中的第一支臂与第二支臂的夹角均为180°，左后车轮和右后车轮均水平朝向机身正后方；

步骤五：执行地面工作模式、空中工作模式、水面工作模式或水下工作模式，以及在不同工作模式间转换；

一、地面工作模式

叶片转角调整到第一档叶片转角，机翼展角调整到第一档机翼展角，车轮姿态调整到地面行驶姿态，电磁套筒通电，使电磁套筒与原磁体轮毂吸附在一起，外转子电机启动，依次带动叶片、电磁套筒、原磁体轮毂及橡胶轮胎转动，使变形多栖机器人行驶在地面上；

二、地面工作模式转换到空中工作模式

①、垂直起飞

首先使变形多栖机器人静止在地面上，叶片转角调整到第二档叶片转角，机翼展角调整到第二档机翼展角，车轮姿态调整到空中垂直飞行姿态，电磁套筒断电，电磁套筒与原磁体轮毂脱离吸附，外转子电机启动，依次带动叶片及电磁套筒转动，此时叶片产生向下的推力，使变形多栖机器人垂直升空；

②、慢速行驶起飞

变形多栖机器人保持地面慢速行驶状态，机翼展角调整到第二档机翼展角，右前车轮和左后车轮翻转到竖直朝上状态，电磁套筒断电，然后将右前车轮和左后车轮内的叶片转角调整到第二档叶片转角，使右前车轮和左后车轮内的叶片产生向下的推力，变形多栖机器人在叶片推力作用下初步离开地面，同时完成变形多栖机器人的重心调整，然后关闭左前车轮和右后车轮内的外转子电机，再将左前车轮翻转到水平朝前状态，将右后车轮翻转到水平朝后状态，电磁套筒断电，然后将左前车轮和右后车轮内的叶片转角调整到第二档叶片转角，之后重新启动左前车轮和右后车轮内的外转子电机，使左前车轮和右后车轮内的叶片产生向后的推力，当变形多栖机器人完全离开地面后，先关闭右前车轮和左后车轮内的外转子电机，再将右前车轮翻转到水平朝前状态，将左后车轮翻转到水平朝后状态，同时将机翼展角调整到第三档机翼展角，然后重新启动右前车轮和左后车轮内的外转子电机，使右前车轮和左后车轮内的叶片产生向后的推力，此时变形多栖机器人的车轮姿态完全调整到空中水平飞行姿态，变形多栖机器人在空中水平飞行姿态下实现高速飞行；

③、高速滑跑起飞

变形多栖机器人保持地面高速行驶状态，机翼展角调整到第三档机翼展角，变形多栖机器人在机翼升力作用下初步离开地面，同时完成变形多栖机器人的重心调整，先关闭右前车轮和左后车轮内的外转子电机，然后将右前车轮翻转到水平朝前状态，将左后车轮翻转到水平朝后状态，电磁套筒断电，再将右前车轮和左后车轮内的叶片转角调整到第二档叶片转角，然后重新启动右前车轮和左后车轮内的外转子电机，使右前车轮和左后车轮内的叶片产生向后的推力，当变形多栖机器人完全离开地面后，先关闭左前车轮和右后车轮内的外转子电机，然后将左前车轮翻转到水平朝前状态，将右后车轮翻转到水平朝后状态，电磁套筒断电，再将左前车轮和右后车轮内的叶片转角调整到第二档叶片转角，然后重新启动左前车轮和右后车轮内的外转子电机，使左前车轮和右后车轮内的叶片产生向后的推力，此时变形多栖机器人的车轮姿态完全调整到空中水平飞行姿态，变形多栖机器人在空中水平飞行姿态下实现高速飞行；

三、空中工作模式

①、多旋翼飞行

在变形多栖机器人垂直升空后，四个车轮内的叶片均产生向下的推力，此过程中只需改变车轮的倾斜角度，就可以实现多旋翼飞行转向；

②、固定翼飞行

在变形多栖机器人慢速行驶起飞或高速滑跑起飞后，四个车轮内的叶片均产生向后的推力，此过程中只需改变车轮的倾斜角度，就可以实现固定翼飞行转向；

③、多旋翼飞行转换为固定翼飞行

变形多栖机器人进行多旋翼飞行时，先关闭左前车轮和右后车轮内的外转子电机，同时完成变形多栖机器人的重心调整，然后将左前车轮翻转到水平朝前状态，将右后车轮翻转到水平朝后状态，再重新启动左前车轮和右后车轮内的外转子电机，使左前车轮和右后车轮内的叶片产生向后的推力，同时将机翼展角调整到第三档机翼展角，之后关闭右前车轮和左后车轮内的外转子电机，然后将右前车轮翻转到水平朝前状态，将左后车轮翻转到水平朝后状态，最后重新启动右前车轮和左后车轮内的外转子电机，使右前车轮和左后车轮内的叶片产生向后的推力，此时变形多栖机器人的车轮姿态完全调整到空中水平飞行姿态，变形多栖机器人在空中水平飞行姿态下实现高速飞行；

④、固定翼飞行转换为多旋翼飞行

变形多栖机器人进行固定翼飞行时，先关闭左前车轮和右后车轮内的外转子电机，同时完成变形多栖机器人的重心调整，然后将左前车轮和右后车轮均调整到竖直朝上状态，再重新启动左前车轮和右后车轮内的外转子电机，使左前车轮和右后车轮内的叶片产生向下的推力，同时将机翼展角调整到第二档机翼展角，之后关闭右前车轮和左后车轮内的外转子电机，然后将右前车轮和左后车轮均调整到竖直朝上状态，最后重新启动右前车轮和左后车轮内的外转子电机，使右前车轮和左后车轮内的叶片产生向下的推力，此时变形多栖机器人的车轮姿态完全调整到空中垂直飞行姿态；

四、空中工作模式转换到水面工作模式

①、垂直降落

变形多栖机器人进行多旋翼飞行时，逐渐降低四个车轮内的叶片产生的向下推力，直到变形多栖机器人的机身降落到水面，然后将机翼展角调整到第一档机翼展角；

②、滑翔降落

变形多栖机器人进行固定翼飞行时，逐渐降低四个车轮内的叶片产生的向后推力，直到变形多栖机器人的机身滑行降落到水面，然后将机翼展角调整到第一档机翼展角；

五、水面工作模式

①、水面缓慢移动

变形多栖机器人依靠浮力漂浮在水面上，车轮姿态调整到水中水平航行姿态，机翼展角调整到第一档机翼展角，启动四个车轮内的外转子电机，使四个车轮内的叶片产生向后的推力，此时变形多栖机器人可实现水面缓慢移动；

②、水面慢速滑翔

变形多栖机器人依靠浮力漂浮在水面上，车轮姿态调整到水面滑行姿态，机翼展角调整到第一档机翼展角，启动四个车轮内的外转子电机，使左前车轮和右前车轮内的叶片产生斜向下的推力，使左后车轮和右后车轮内的叶片产生向后的推力，此时变形多栖机器人可实现水面慢速滑翔；

③、水面高速滑翔

变形多栖机器人依靠浮力漂浮在水面上，车轮姿态调整到水面滑行姿态，机翼展角调整到第三档机翼展角，启动四个车轮内的外转子电机，使左前车轮和右前车轮内的叶片产生斜向下的推力，使左后车轮和右后车轮内的叶片产生向后的推力，此时变形多栖机器人可实现水面高速滑翔；

六、水面工作模式转换到水下工作模式

变形多栖机器人依靠浮力漂浮在水面上，当需要进行下潜时，车轮姿态调整到水中下潜姿态，机翼展角调整到第一档机翼展角，叶片转角调整到第三档叶片转角，蓄水舱进行排气注水，启动四个车轮内的外转子电机，使左前车轮和右前车轮内的叶片产生向上的推力，使左后车轮和右后车轮内的叶片产生向后的推力，当达到设定下潜深度后，蓄水舱停止排气注水，变形多栖机器人姿态调整到水中水平航行姿态；

七、水下工作模式

当变形多栖机器人下潜到设定深度后处于水中水平航行姿态时，四个车轮内的叶片均产生向后的推力，此过程中只需改变车轮的倾斜角度，就可以实现水平航行转向；

八、水下工作模式转换到水面工作模式

当变形多栖机器人需要从水下上浮到水面时，车轮姿态调整到水中上浮姿态，机翼展角调整到第一档机翼展角，叶片转角调整到第三档叶片转角，蓄水舱进行充气排水，启动四个车轮内的外转子电机，使左前车轮和右前车轮内的叶片产生向下的推力，使左后车轮和右后车轮内的叶片产生向后的推力，当上浮到水面后，蓄水舱停止充气排水，变形多栖机器人依靠浮力漂浮在水面上；

九、水面工作模式转换到空中工作模式

①、垂直起飞

变形多栖机器人依靠浮力漂浮在水面上，车轮姿态调整到空中垂直飞行姿态，叶片转角调整到第二档叶片转角，机翼展角调整到第二档机翼展角，启动四个车轮内的外转子电机，使四个车轮内的叶片均产生向下的推力，使变形多栖机器人垂直升空；

②、滑翔起飞

变形多栖机器人依靠浮力漂浮在水面上，车轮姿态调整到水面滑行姿态，叶片转角调整到第二档叶片转角，机翼展角调整到第三档机翼展角，启动四个车轮内的外转子电机，使左前车轮和右前车轮内的叶片产生斜向下的推力，使左后车轮和右后车轮内的叶片产生向后的推力，变形多栖机器人在机翼升力作用下离开水面，然后将车轮姿态调整到空中水平飞行姿态，此时四个车轮内的叶片均产生向后的推力；

十、空中工作模式转换到地面工作模式

①、垂直降落

变形多栖机器人进行多旋翼飞行时，机翼展角调整到第二档机翼展角，先关闭左前车轮和右后车轮内的外转子电机，然后将左前车轮和右后车轮内的叶片转角调整到第一档叶片转角，同时完成变形多栖机器人的重心调整，再将左前车轮翻转到水平朝左状态，将右后车轮翻转到水平朝右状态，然后逐渐降低右前车轮和左后车轮内的叶片产生的向下推力，使变形多栖机器人缓慢下落，直到左前车轮和右后车轮接触地面，之后关闭右前车轮和左后车轮内的外转子电机，再将右前车轮和左后车轮内的叶片转角调整到第一档叶片转角，再将右前车轮翻转到水平朝右状态，将左后车轮翻转到水平朝左状态，最后将机翼展角调整到第一档机翼展角，使变形多栖机器人姿态变为地面行驶姿态，然后将四个车轮内的电磁套筒全部通电，再启动四个车轮内的外转子电机，带动四个车轮转动，最终使变形多栖机器人行驶在地面上；

②、滑翔降落

变形多栖机器人进行固定翼飞行时，首先关闭四个车轮内的外转子电机，然后将四个车轮内的叶片转角调整到第一档叶片转角，同时完成变形多栖机器人的重心调整，再将车轮姿态调整到地面行驶姿态，直到变形多栖机器人通过机翼滑翔降落至地面，当四个车轮全部接触地面后，将机翼展角调整到第一档机翼展角，再将四个车轮内的电磁套筒全部通电，然后启动四个车轮内的外转子电机，带动四个车轮转动，最终使变形多栖机器人行驶在地面上。

本发明的有益效果：

本发明的变形多栖机器人及控制方法，能够实现水陆空三栖作业，能够在复杂工作环境下无间隙的进行不同工作模式下的转换，为完成特殊情况下的任务目标提供了可行性方案。

附图说明

图1为本发明的一种变形多栖机器人的结构示意图；

图2为本发明变形多栖机器人的机身立体图；

图3为本发明变形多栖机器人的机身俯视图；

图4为本发明变形多栖机器人的机翼结构示意图；

图5为本发明变形多栖机器人的车轮姿态调整组件爆炸示意图；

图6为本发明变形多栖机器人的多功能车轮爆炸示意图；

图7为本发明变形多栖机器人的外转子电机结构示意图；

图8为本发明变形多栖机器人的第一机身重心调节机构与蓄水舱调压组件的装配结构示意图；

图9为本发明变形多栖机器人的第二机身重心调节机构与中枢供能组件的装配结构示意图；

图10为本发明变形多栖机器人在水面缓慢移动、水面慢速滑翔及水面高速滑翔之间的状态转换示意图；

图11为本发明变形多栖机器人在固定翼飞行和多旋翼飞行之间的状态转换示意图；

图12为本发明变形多栖机器人在不同工作模式间的状态转换示意图(一)；

图13为本发明变形多栖机器人在不同工作模式间的状态转换示意图(二)；

图14为本发明变形多栖机器人在不同工作模式间的状态转换示意图(三)；

图15为本发明变形多栖机器人在不同工作模式间的状态转换示意图(四)；

图16为本发明变形多栖机器人在不同工作模式间的状态转换示意图(五)；

图17为本发明变形多栖机器人在不同工作模式间的状态转换示意图(六)；

图中，1—机身，2—机翼，3—多功能车轮，4—车轮姿态调整组件，5—前货仓，6—中部货仓，7—后货仓，8—左货仓，9—右货仓，10—主控制器，11—重心调节器，12—通讯器，13—压力调节器，14—电源管理器，15—空速管，16—卫星导航器，17—第一机身重心调节室，18—第一蓄水舱，19—第一机身重心调节机构，20—蓄水舱调压组件，21—第二机身重心调节室，22—第二蓄水舱，23—第二机身重心调节机构，24—中枢供能组件，25—矢量电机，26—主动带轮，27—从动带轮，28—皮带，29—导向滑轨，30—滑块，31—滑台板，32—通水孔，33—电动密封盖，34—空压机，35—高压气瓶，36—燃料电池，37—蓄电池，38—电源转换器，39—太阳能电池，40—机翼收展驱动电机，41—第一调姿电机，42—第一支臂，43—第二调姿电机，44—第二支臂，45—橡胶轮胎，46—原磁体轮毂，47—电磁套筒，48—转接轴，49—叶片，50—外转子电机，51—整流罩，52—叶片安装座，53—销柱，54—销孔，55—滑槽，56—叶片转角调整电机，57—第一卷线轮，58—第二卷线轮，59—第一导向器，60—第二导向器，61—第一分向柱，62—第二分向柱，63—线索。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1～9所示，一种变形多栖机器人，包括机身1、机翼2、多功能车轮3及车轮姿态调整组件4，所述机翼2数量为两个，两个机翼2对称安装在机身1顶部左右两侧；所述多功能车轮3数量为四个，四个多功能车轮3在机身1四周均布设置，机身1与每个多功能车轮3之间均通过车轮姿态调整组件4相连。

所述机身1内部分别设有前货仓5、中部货仓6、后货仓7、左货仓8及右货仓9；所述中部货仓6分为上下两层，两层之间由密封隔板进行分隔，上层空间用于储物，在下层空间分别安装有主控制器10、重心调节器11、通讯器12、压力调节器13、电源管理器14及卫星导航器16；在所述机身1前端安装有图像识别相机、激光雷达及空速管15；所述左货仓8分为上下两层，两层之间由密封隔板进行分隔，上层空间用于储物，下层空间包括第一机身重心调节室17和第一蓄水舱18，在第一机身重心调节室17内安装有第一机身重心调节机构19，在第一机身重心调节机构19上设置有蓄水舱调压组件20；所述右货仓9分为上下两层，两层之间由密封隔板进行分隔，上层空间用于储物，下层空间包括第二机身重心调节室21和第二蓄水舱22，在第二机身重心调节室21内安装有第二机身重心调节机构23，在第二机身重心调节机构23上设置有中枢供能组件24；在所述第一蓄水舱18和第二蓄水舱22内均设置有水压传感器；所述第一机身重心调节室17与第二机身重心调节室21左右对称分布，所述第一蓄水舱18与第二蓄水舱22左右对称分布。

所述第一机身重心调节机构19和第二机身重心调节机构23结构相同，均包括矢量电机25、主动带轮26、从动带轮27、皮带28、导向滑轨29、滑块30及滑台板31；所述导向滑轨29采用平行双轨结构，所述皮带28传动连接在主动带轮26与从动带轮27之间，皮带28位于两根导向滑轨29中间，皮带28与导向滑轨29相平行，所述主动带轮26固装在矢量电机25的电机轴上；所述滑块30安装在导向滑轨29上，所述滑台板31水平固装在滑块30上，滑台板31通过滑块31可沿导向滑轨29直线移动，滑台板31下表面与皮带28相固连；所述蓄水舱调压组件20安装在第一机身重心调节机构19的滑台板31上，所述中枢供能组件24安装在第二机身重心调节机构23的滑台板31上。

机身重心调节过程为：主控制器10首先将控制指令传输给重心调节器11，重心调节器11进而控制矢量电机25转动，在矢量电机25的驱动下，将依次带动主动带轮26、皮带28及从动带轮27转动，随着皮带28的转动，将带动滑台板31沿着导向滑轨29移动，此时蓄水舱调压组件20或中枢供能组件24同步随着滑台板31移动，实现机身重心的改变，直到主控制器10检测到重心调整满足要求后，重心调节器11控制矢量电机25停机。

所述第一蓄水舱18和第二蓄水舱22结构相同，均分为上下两层，两层之间由隔水膜进行分隔，上层空间作为气体仓，下层空间作为水仓，所述水仓的仓底板上开设有通水孔32，水仓通过通水孔32与机身1外部连通，在通水孔32处设置有电动密封盖33；所述蓄水舱调压组件20包括空压机34及高压气瓶35，空压机34的吸气口通过管路与与气体仓相连通，空压机34的排气口通过管路与高压气瓶35的进气口相连通，高压气瓶35的出气口通过管路与气体仓相连通。

蓄水舱调压过程为：当机器人需要下潜时，蓄水舱则需要进行排气注水，主控制器10首先将控制指令传输给压力调节器13，压力调节器13进而控制空压机34启动，空压机34开始将气体仓内的空气抽出并返回到高压气瓶35中，同时控制电动密封盖33开启，随着抽气的进行，气体仓内压力逐渐降低，隔水膜逐渐向上回缩，在机身外部的水压作用下，水会通过通水孔32进入水仓中，直到气体仓内的压力降低到设定压力为止，机器人开始匀速下潜，此时空压机34停机，电动密封盖33关闭，通过电动密封盖33将通水孔32封堵住。当机器人需要上浮时，蓄水舱则需要进行充气排水，主控制器10首先将控制指令传输给压力调节器13，压力调节器13进而控制高压气瓶35开启，高压气瓶35开始向气体仓内充入空气，同时控制电动密封盖33开启，随着充气的进行，隔水膜逐渐向下膨胀，而膨胀的隔水膜逐渐将水仓中的水通过通水孔32排挤出机身，直到气体仓内的压力达到设定压力为止，此时高压气瓶35关闭，同时电动密封盖33关闭，通过电动密封盖33将通水孔32封堵住。

所述中枢供能组件24包括燃料电池36、蓄电池37及电源转换器38，所述燃料电池36和蓄电池37通过电源线与电源转换器38的电力输入端口相连，电源转换器38的电力输出端口通过电源线为机器人的全部用电部件进行供电。

所述机翼2上表面安装有太阳能电池39，在机翼2的翼根处连接有机翼收展驱动电机40，机翼收展驱动电机40嵌装在机身1上。

所述车轮姿态调整组件4包括第一调姿电机41、第一支臂42、第二调姿电机43及第二支臂44，所述第一调姿电机41嵌装在机身1上，所述第一支臂42一端固连在第一调姿电机41的电机轴上，第一支臂42另一端与第二支臂44一端相铰接，所述多功能车轮3连接在第二支臂44另一端；所述第二调姿电机43安装在第一支臂42与第二支臂44的铰接处，第二调姿电机43用于驱动第二支臂44做摆转运动，所述第一调姿电机41用于驱动第一支臂42做回转运动。

车轮姿态调整过程为：当第一调姿电机41启动时，可以控制第一支臂42绕其中轴线旋转，如果此时第一支臂42与第二支臂44具有夹角，则在第一支臂42旋转过程中，可以实现多功能车轮3在竖直平面内位置的回转调整。当第二调姿电机43启动时，可以控制第二支臂44相对于第一支臂42的夹角，在第一支臂42的回转角度固定后，通过第二支臂44的摆转过程，可以实现多功能车轮3在同一平面内的朝向调整。

所述多功能车轮3包括橡胶轮胎45、原磁体轮毂46、电磁套筒47、转接轴48及涵道动力机构；所述橡胶轮胎45固定套装在原磁体轮毂46上，原磁体轮毂46套装在电磁套筒47上，原磁体轮毂46内表面与电磁套筒47外表面滑动接触配合；所述涵道动力机构位于电磁套筒47内侧，所述转接轴48穿过原磁体轮毂46的中心孔，转接轴48一端与第二支臂44相固连，所述涵道动力机构连接在转接轴48的另一端。

所述涵道动力机构包括叶片49、外转子电机50及整流罩51；所述外转子电机50的内定子轴与转接轴48相固连，外转子电机50的转子外套上均布有若干叶片安装座52，叶片安装座52采用直杆形结构，每个叶片安装座52上均固装有一个叶片49，叶片49的根部固连在叶片安装座52上，在叶片49的顶部中心固设有销柱53，在所述电磁套筒47的内表面开设有销孔54，销柱53位于销孔54内，销柱53可在销孔54内自由转动；在所述外转子电机50的转子外套表面开设有滑槽55，叶片安装座52滑动连接在滑槽55内，所述整流罩51扣装在外转子电机50顶部，在整流罩51内部的外转子电机50上设置有叶片转角调整电机56，在叶片转角调整电机56的电机轴上串联固装有第一卷线轮57和第二卷线轮58，在所述外转子电机50上分别设置有第一导向器59、第二导向器60、第一分向柱61及第二分向柱62，所述第一卷线轮57与线索63一端缠绕连接，线索63另一端首先穿过第一导向器59，再绕过第一分向柱61，然后依次固定穿过所有叶片安装座52端部穿线孔，之后再绕过第二分向柱62，最后穿过第二导向器60后缠绕连接在第二卷线轮58上，且线索63在第一卷线轮57和第二卷线轮58上的缠绕方向相反。

叶片转角调整过程为：首先启动叶片转角调整电机56，带动第一卷线轮57和第二卷线轮58同步转动，以第一卷线轮57进行收线为例，则第二卷线轮58进行同步放线，在此过程中，线索63会相对于外转子电机50圆周方向移动，并带动叶片安装座52在滑槽55内移动，进而带动叶片49顶部中心的销柱53在电磁套筒47内表面的销孔54内转动，最终实现叶片49转角的调整。

所述的变形多栖机器人的控制方法，包括如下步骤：

步骤一：设定变形多栖机器人的工作模式，分别为地面工作模式、空中工作模式、水面工作模式及水下工作模式；

步骤二：设定叶片转角，分别为第一档叶片转角、第二档叶片转角及第三档叶片转角；当叶片处于第一档叶片转角时，涵道动力机构不产生推力；当叶片处于第二档叶片转角时，涵道动力机构在空中产生最大推力；当叶片处于第三档叶片转角时，涵道动力机构在水中产生最大推力；

步骤三：设定机翼展角，分别为第一档机翼展角(0°)、第二档机翼展角(25°)及第三档机翼展角(75°)；当机翼处于第一档机翼展角时，机翼在空中不产生升力；当机翼处于第二档机翼展角时，机翼在空中产生中等升力；当机翼处于第三档机翼展角时，机翼在空中产生最大升力；

步骤四：设定车轮姿态，分别为地面行驶姿态、空中垂直飞行姿态、空中水平飞行姿态、水面滑行姿态、水中水平航行姿态、水中下潜姿态及水中上浮姿态；当车轮姿态处于地面行驶姿态时，四个车轮的姿态相同，四个车轮姿态调整组件4中的第一支臂42与第二支臂44的夹角均为90°，左前车轮和左后车轮均水平朝向机身1左侧，右前车轮和右后车轮均水平朝向机身1右侧；当车轮姿态处于空中垂直飞行姿态时，四个车轮的姿态相同，四个车轮姿态调整组件4中的第一支臂42与第二支臂44的夹角均为90°，四个车轮均竖直朝向机身1正上方；当车轮姿态处于空中水平飞行姿态或水中水平航行姿态时，四个车轮的姿态相同，车轮姿态调整组件4中的第一支臂42与第二支臂44的夹角均为180°，左前车轮和右前车轮均水平朝向机身1正前方，左后车轮和右后车轮均水平朝向机身1正后方；当车轮姿态处于水面滑行姿态时，左前车轮和右前车轮的姿态相同，左后车轮和右后车轮的姿态相同，左前车轮和右前车轮的车轮姿态调整组件4中的第一支臂42与第二支臂44的夹角均为120°，左前车轮和右前车轮均倾斜朝向机身1斜上方，左后车轮和右后车轮的车轮姿态调整组件4中的第一支臂42与第二支臂44的夹角均为180°，左后车轮和右后车轮均水平朝向机身1正后方；当车轮姿态处于水中下潜姿态时，左前车轮和右前车轮的姿态相同，左后车轮和右后车轮的姿态相同，左前车轮和右前车轮的车轮姿态调整组件4中的第一支臂42与第二支臂44的夹角均为90°～120°，左前车轮和右前车轮均倾斜朝向机身1斜下方，下潜过程中左前车轮和右前车轮相对于水体始终保持竖直朝下，左后车轮和右后车轮的车轮姿态调整组件4中的第一支臂42与第二支臂44的夹角均为180°，左后车轮和右后车轮均水平朝向机身1正后方；当车轮姿态处于水中上浮姿态时，左前车轮和右前车轮的姿态相同，左后车轮和右后车轮的姿态相同，左前车轮和右前车轮的车轮姿态调整组件4中的第一支臂42与第二支臂44的夹角均为90°～120°，左前车轮和右前车轮均倾斜朝向机身1斜上方，上浮过程中左前车轮和右前车轮相对于水体始终保持竖直朝上，左后车轮和右后车轮的车轮姿态调整组件4中的第一支臂42与第二支臂44的夹角均为180°，左后车轮和右后车轮均水平朝向机身1正后方；

步骤五：执行地面工作模式、空中工作模式、水面工作模式或水下工作模式，以及在不同工作模式间转换；

一、地面工作模式

叶片转角调整到第一档叶片转角，机翼展角调整到第一档机翼展角，车轮姿态调整到地面行驶姿态，电磁套筒47通电，使电磁套筒47与原磁体轮毂46吸附在一起，外转子电机50启动，依次带动叶片49、电磁套筒47、原磁体轮毂46及橡胶轮胎45转动，使变形多栖机器人行驶在地面上；

二、地面工作模式转换到空中工作模式

①、垂直起飞

如图12a～12c所示，首先使变形多栖机器人静止在地面上，叶片转角调整到第二档叶片转角，机翼展角调整到第二档机翼展角，车轮姿态调整到空中垂直飞行姿态，电磁套筒47断电，电磁套筒47与原磁体轮毂46脱离吸附，外转子电机50启动，依次带动叶片49及电磁套筒47转动，此时叶片49产生向下的推力，使变形多栖机器人垂直升空；

②、慢速行驶起飞

如图13a～13d所示，变形多栖机器人保持地面慢速行驶状态，机翼展角调整到第二档机翼展角，右前车轮和左后车轮翻转到竖直朝上状态，电磁套筒47断电，然后将右前车轮和左后车轮内的叶片转角调整到第二档叶片转角，使右前车轮和左后车轮内的叶片49产生向下的推力，变形多栖机器人在叶片推力作用下初步离开地面，同时完成变形多栖机器人的重心调整，然后关闭左前车轮和右后车轮内的外转子电机50，再将左前车轮翻转到水平朝前状态，将右后车轮翻转到水平朝后状态，电磁套筒47断电，然后将左前车轮和右后车轮内的叶片转角调整到第二档叶片转角，之后重新启动左前车轮和右后车轮内的外转子电机50，使左前车轮和右后车轮内的叶片49产生向后的推力，当变形多栖机器人完全离开地面后，先关闭右前车轮和左后车轮内的外转子电机50，再将右前车轮翻转到水平朝前状态，将左后车轮翻转到水平朝后状态，同时将机翼展角调整到第三档机翼展角，然后重新启动右前车轮和左后车轮内的外转子电机50，使右前车轮和左后车轮内的叶片49产生向后的推力，此时变形多栖机器人的车轮姿态完全调整到空中水平飞行姿态，变形多栖机器人在空中水平飞行姿态下实现高速飞行；

③、高速滑跑起飞

如图14a～14c所示，变形多栖机器人保持地面高速行驶状态，机翼展角调整到第三档机翼展角，变形多栖机器人在机翼升力作用下初步离开地面，同时完成变形多栖机器人的重心调整，先关闭右前车轮和左后车轮内的外转子电机50，然后将右前车轮翻转到水平朝前状态，将左后车轮翻转到水平朝后状态，电磁套筒47断电，再将右前车轮和左后车轮内的叶片转角调整到第二档叶片转角，然后重新启动右前车轮和左后车轮内的外转子电机50，使右前车轮和左后车轮内的叶片49产生向后的推力，当变形多栖机器人完全离开地面后，先关闭左前车轮和右后车轮内的外转子电机50，然后将左前车轮翻转到水平朝前状态，将右后车轮翻转到水平朝后状态，电磁套筒47断电，再将左前车轮和右后车轮内的叶片转角调整到第二档叶片转角，然后重新启动左前车轮和右后车轮内的外转子电机50，使左前车轮和右后车轮内的叶片49产生向后的推力，此时变形多栖机器人的车轮姿态完全调整到空中水平飞行姿态，变形多栖机器人在空中水平飞行姿态下实现高速飞行；

三、空中工作模式

①、多旋翼飞行

如图11b所示，在变形多栖机器人垂直升空后，四个车轮内的叶片49均产生向下的推力，此过程中只需改变车轮的倾斜角度，就可以实现多旋翼飞行转向；

②、固定翼飞行

如图11a所示，在变形多栖机器人慢速行驶起飞或高速滑跑起飞后，四个车轮内的叶片49均产生向后的推力，此过程中只需改变车轮的倾斜角度，就可以实现固定翼飞行转向；

③、多旋翼飞行转换为固定翼飞行

如图12c～12e所示，变形多栖机器人进行多旋翼飞行时，先关闭左前车轮和右后车轮内的外转子电机50，同时完成变形多栖机器人的重心调整，然后将左前车轮翻转到水平朝前状态，将右后车轮翻转到水平朝后状态，再重新启动左前车轮和右后车轮内的外转子电机50，使左前车轮和右后车轮内的叶片49产生向后的推力，同时将机翼展角调整到第三档机翼展角，之后关闭右前车轮和左后车轮内的外转子电机50，然后将右前车轮翻转到水平朝前状态，将左后车轮翻转到水平朝后状态，最后重新启动右前车轮和左后车轮内的外转子电机50，使右前车轮和左后车轮内的叶片49产生向后的推力，此时变形多栖机器人的车轮姿态完全调整到空中水平飞行姿态，变形多栖机器人在空中水平飞行姿态下实现高速飞行；

④、固定翼飞行转换为多旋翼飞行

如图12e～12g所示，变形多栖机器人进行固定翼飞行时，先关闭左前车轮和右后车轮内的外转子电机50，同时完成变形多栖机器人的重心调整，然后将左前车轮和右后车轮均调整到竖直朝上状态，再重新启动左前车轮和右后车轮内的外转子电机50，使左前车轮和右后车轮内的叶片49产生向下的推力，同时将机翼展角调整到第二档机翼展角，之后关闭右前车轮和左后车轮内的外转子电机50，然后将右前车轮和左后车轮均调整到竖直朝上状态，最后重新启动右前车轮和左后车轮内的外转子电机50，使右前车轮和左后车轮内的叶片49产生向下的推力，此时变形多栖机器人的车轮姿态完全调整到空中垂直飞行姿态；

四、空中工作模式转换到水面工作模式

①、垂直降落

如图15a～15b所示，变形多栖机器人进行多旋翼飞行时，逐渐降低四个车轮内的叶片49产生的向下推力，直到变形多栖机器人的机身1降落到水面，然后将机翼展角调整到第一档机翼展角；

②、滑翔降落

如图16a～16b所示，变形多栖机器人进行固定翼飞行时，逐渐降低四个车轮内的叶片49产生的向后推力，直到变形多栖机器人的机身1滑行降落到水面，然后将机翼展角调整到第一档机翼展角；

五、水面工作模式

①、水面缓慢移动

如图10a所示，变形多栖机器人依靠浮力漂浮在水面上，车轮姿态调整到水中水平航行姿态，机翼展角调整到第一档机翼展角，启动四个车轮内的外转子电机50，使四个车轮内的叶片49产生向后的推力，此时变形多栖机器人可实现水面缓慢移动；

②、水面慢速滑翔

如图10b所示，变形多栖机器人依靠浮力漂浮在水面上，车轮姿态调整到水面滑行姿态，机翼展角调整到第一档机翼展角，启动四个车轮内的外转子电机50，使左前车轮和右前车轮内的叶片49产生斜向下的推力，使左后车轮和右后车轮内的叶片49产生向后的推力，此时变形多栖机器人可实现水面慢速滑翔；

③、水面高速滑翔

如图10c所示，变形多栖机器人依靠浮力漂浮在水面上，车轮姿态调整到水面滑行姿态，机翼展角调整到第三档机翼展角，启动四个车轮内的外转子电机50，使左前车轮和右前车轮内的叶片49产生斜向下的推力，使左后车轮和右后车轮内的叶片49产生向后的推力，此时变形多栖机器人可实现水面高速滑翔；

六、水面工作模式转换到水下工作模式

如图16a～16d所示，变形多栖机器人依靠浮力漂浮在水面上，当需要进行下潜时，车轮姿态调整到水中下潜姿态，机翼展角调整到第一档机翼展角，叶片转角调整到第三档叶片转角，蓄水舱进行排气注水，启动四个车轮内的外转子电机50，使左前车轮和右前车轮内的叶片49产生向上的推力，使左后车轮和右后车轮内的叶片49产生向后的推力，当达到设定下潜深度后，蓄水舱停止排气注水，变形多栖机器人姿态调整到水中水平航行姿态；

七、水下工作模式

如图16d所示，当变形多栖机器人下潜到设定深度后处于水中水平航行姿态时，四个车轮内的叶片49均产生向后的推力，此过程中只需改变车轮的倾斜角度，就可以实现水平航行转向；

八、水下工作模式转换到水面工作模式

如图16d～16f所示，当变形多栖机器人需要从水下上浮到水面时，车轮姿态调整到水中上浮姿态，机翼展角调整到第一档机翼展角，叶片转角调整到第三档叶片转角，蓄水舱进行充气排水，启动四个车轮内的外转子电机50，使左前车轮和右前车轮内的叶片49产生向下的推力，使左后车轮和右后车轮内的叶片49产生向后的推力，当上浮到水面后，蓄水舱停止充气排水，变形多栖机器人依靠浮力漂浮在水面上；

九、水面工作模式转换到空中工作模式

①、垂直起飞

如图17a～17c所示，变形多栖机器人依靠浮力漂浮在水面上，车轮姿态调整到空中垂直飞行姿态，叶片转角调整到第二档叶片转角，机翼展角调整到第二档机翼展角，启动四个车轮内的外转子电机50，使四个车轮内的叶片49均产生向下的推力，使变形多栖机器人垂直升空；

②、滑翔起飞

如图17c～17f所示，变形多栖机器人依靠浮力漂浮在水面上，车轮姿态调整到水面滑行姿态，叶片转角调整到第二档叶片转角，机翼展角调整到第三档机翼展角，启动四个车轮内的外转子电机50，使左前车轮和右前车轮内的叶片49产生斜向下的推力，使左后车轮和右后车轮内的叶片49产生向后的推力，变形多栖机器人在机翼升力作用下离开水面，然后将车轮姿态调整到空中水平飞行姿态，此时四个车轮内的叶片49均产生向后的推力；

十、空中工作模式转换到地面工作模式

①、垂直降落

如图12g～12i所示，变形多栖机器人进行多旋翼飞行时，机翼展角调整到第二档机翼展角，先关闭左前车轮和右后车轮内的外转子电机50，然后将左前车轮和右后车轮内的叶片转角调整到第一档叶片转角，同时完成变形多栖机器人的重心调整，再将左前车轮翻转到水平朝左状态，将右后车轮翻转到水平朝右状态，然后逐渐降低右前车轮和左后车轮内的叶片49产生的向下推力，使变形多栖机器人缓慢下落，直到左前车轮和右后车轮接触地面，之后关闭右前车轮和左后车轮内的外转子电机50，再将右前车轮和左后车轮内的叶片转角调整到第一档叶片转角，再将右前车轮翻转到水平朝右状态，将左后车轮翻转到水平朝左状态，最后将机翼展角调整到第一档机翼展角，使变形多栖机器人姿态变为地面行驶姿态，然后将四个车轮内的电磁套筒47全部通电，再启动四个车轮内的外转子电机50，带动四个车轮转动，最终使变形多栖机器人行驶在地面上；

②、滑翔降落

如图13d～13f所示，变形多栖机器人进行固定翼飞行时，首先关闭四个车轮内的外转子电机50，然后将四个车轮内的叶片转角调整到第一档叶片转角，同时完成变形多栖机器人的重心调整，再将车轮姿态调整到地面行驶姿态，直到变形多栖机器人通过机翼滑翔降落至地面，当四个车轮全部接触地面后，将机翼展角调整到第一档机翼展角，再将四个车轮内的电磁套筒47全部通电，然后启动四个车轮内的外转子电机50，带动四个车轮转动，最终使变形多栖机器人行驶在地面上。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。