统会通过控制微型销轴电机的旋转，来弯曲机器人的腿部结构使其越过障碍。因此机器人够在复杂地形里实现任意方向快速转向。由于该机器人在照明设备处安装有光传感器，当飞行到黑暗地方时，会将信号反馈给控制系统，进而照明设备被开启，保障了信息采集的顺利进行。当机器人在空中执行飞行指令时，能够按照控制系统的制定目标进行飞行，并将飞行速度，飞行距离及飞行方向时时传达给控制系统，通过闭环反馈调节控制方式，时时控制四个电机的转速实现机器人的垂直运动，俯仰运动，滚转运动，偏航运动，前后运动和侧向运动。从而实现机器人准确无误地到达指定位置。
[0054]下面结合图10至图15对该机器人飞行时各个动作进行详细的描述:
[0055]1、垂直运动的实现(参阅图10)
[0056]同时增大或减小4个电机的输出功率，使旋翼产生的升力大于或小于自身重力，实现垂直升降运动，若升力等于重力，则悬停状态。
[0057]2、俯仰运动的实现(参阅图11)
[0058]电机a I转速上升，电机c 3转速下降，电机b、d 2，4不变实现俯仰运动。
[0059]3、滚转运动的实现(参阅图12)
[0060]改变电机b 2和电机d 4的转速，保持电机a I和电机c 3的转速不变，则可使机身旋转(正向和反向)，实现飞行器的滚转运动。
[0061]4、偏航运动的实现(参阅图13 )
[0062]旋翼转动过程中由于空气阻力作用会形成与转动方向相反的反扭矩，为了克服反扭矩影响，可使四个旋翼中的两个正转，两个反转，且对角线上的各个旋翼转动方向相同。当电机a I和电机c 3的转速上升，电机b 2和电机d 4的转速下降时，与电机a I和电机c 3相连的两旋翼对机身的反扭矩，大于与电机b 2和电机d 4相连的两旋翼对机身的反扭矩，机身便在富余反扭矩的作用下绕z轴转动，实现飞行器的偏航运动，转向与电机a1、电机c 3的转向相反。
[0063]5、前后运动的实现(参阅图14)
[0064]增加电机c 3转速，使拉力增大，相应减小电机a I转速，使拉力减小，同时保持其它两个电机转速不变，反扭矩仍然要保持平衡。按图11的理论，飞行器首先发生一定程度的倾斜，从而使旋翼拉力产生水平分量，因此可以实现飞行器的前飞运动。
[0065]6、侧向运动的实现(参阅图15)
[0066]由于结构对称，所以侧向飞行的工作原理与前后运动完全一样。
[0067]以上所述仅为本实用新型的优选实例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡对本实用新型所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种新型四旋翼两栖机器人，其特征在于:包括旋翼飞行器机构、控制机构、地面行走机构和信息采集机构，其中飞行器机构是由旋翼(5)、电机a、b、c、d(l、2、3、4)和机架(7)组成；控制机构包括一个控制盒(6)，内部装有高蓄能电池(17)、小型PLC控制系统(15)及模拟量模块(16);信息采集机构是由机载部分和无线传输系统组成，所述机载部分包括微型摄像头(8)及视频发射器(14);地面行走机构通过四个足部(19)两段化设计，实现快速平移和转向；照明设备由两个钠灯(18)组成。
2.根据权利要求1所述的新型四旋翼两栖机器人，其特征在于:所述的机架(7)采用纳米碳纤维新型材料制成，其外面包覆薄合金铝，四个角为圆环形的镂空结构，其直径为旋翼(5)的最大长度的1.1-1.2倍,在每个圆环中间分别设有电机安装凹槽，电机a、b、c、d (1、2、3、4)分别安装在机架四角的圆环中心凹槽内，四个旋翼(5)分别安装在四个电机轴上。
3.根据权利要求1或2所述的新型四旋翼两栖机器人，其特征在于:所述的机a、b、c、d(l、2、3、4)均采用相同的高精度无刷直流电机，通过调整电机的转速关系，实现机体垂直、俯仰、滚转、偏航、前后、侧向的运动。
4.根据权利要求1或2所述的新型四旋翼两栖机器人，其特征在于:所述的旋翼(5)是由两个互成角度的金属片,通过一个短圆柱轴连接而成；该旋翼(5)采用耐磨轻质合金材料制成，其表面经过耐高温处理。
5.根据权利要求1所述的新型四旋翼两栖机器人，其特征在于:所述的飞行器机构的机架(7)底面与控制机构的控制盒(6)的上端面固连在一起，对角两个旋翼的连线与控制盒(6)的两个侧面分别平行；信息采集机构安装在控制盒(6)的内部，微型摄像头(8)安装在控制盒(6)的底面外侧；钠灯(18)安装在控制盒(6)的前侧面上，与机器人的主运动方向—致。
6.根据权利要求1所述的新型四旋翼两栖机器人，其特征在于:所述的地面行走机构的足部(19)包括四条相同的腿，每条腿都是由腿支架和足组成，所述腿支架采用两段化设计，是由大腿支架(9)、小腿支架(10)和微型销轴电机组成，所述大腿支架(9)与控制盒(6)通过固连在一起，大腿支架(9)和小腿支架(10)通过微型销轴电机连接在一起，微型销轴电机的磁极焊接在小腿支架(10)下端的孔内，微型销轴电机的线圈绕在大腿支架(9)的中心轴上；旋翼(5)上下设有垫片，通过螺栓螺母连接在机架四角。
7.根据权利要求6所述的新型四旋翼两栖机器人，其特征在于:所述的足是由支座(11)，无刷轮毂电机和小轮(12)组成，所述支座(11)上端是与小腿支架(9)下端等直径的圆柱，其下端是扁平状的结构，在下端中部钻有圆形的轴承座孔；四条腿上分别在机架内部焊接有无刷轮毂电机，通过控制系统实现不同方向的旋转。
8.根据权利要求7所述的新型四旋翼两栖机器人，其特征在于:所述的支座(11)下端扁平状结构外表面上固定有圆环形磁极，小轮(12)是短圆柱形状，内侧开有圆环槽，其中心主轴上绕有轮毂电机的线圈；深沟球轴承(13)安装在支座(11)下端中心圆形的轴承座孔内；小轮(12)的中心轴安装在深沟球轴承(13)孔内，支座(11)与小轮(12)组成无刷直驱轮毂电机，足通过支座(11)与小腿支架(10 )下端固连在一起。
9.根据权利要求1所述的新型四旋翼两栖机器人，其特征在于:所述的旋翼飞行器机构、控制机构、地面行走机构和信息采集机构均安装有传感器，小型PLC控制系统(15)采集各传感器的信息。
10.根据权利要求1所述的新型四旋翼两栖机器人，其特征在于:所述的照明设备处安装有光传感器，通过微型摄像头(8)拍摄地面的情况，并由视频发射器(14)将视频信号实时发送回地面。
【专利摘要】本实用新型涉及一种新型四旋翼两栖机器人，属于机器人领域。包括旋翼飞行器机构、控制机构、地面行走机构和信息采集机构，其中飞行器机构是由旋翼、电机a、b、c、d和机架组成；控制机构包括一个控制盒，内部装有高蓄能电池、小型PLC控制系统及模拟量模块；信息采集机构是由机载部分和无线传输系统组成，机载部分包括微型摄像头及视频发射器；地面行走机构通过四个足部两段化设计，实现快速平移和转向；照明设备由两个钠灯组成。优点在于：载重大，材质轻，体积小，成本较低，不易发现。智能强度高，多功能，多用途，两栖操作性强。可以使每一个行走结构都自由进行旋转和驱动，地面行走结构更加快速有效，有利于地面快速行动。实用性强。
【IPC分类】B60F5-02, B64D47-00, B64C27-08, B62D57-028
【公开号】CN204368417
【申请号】CN201420726669
【发明人】徐博达, 骆广杰, 赵宏伟, 于丹阳, 杨宇恒, 任帅, 李佳思
【申请人】吉林大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2014年11月28日