(19)中华人民共和国国家知识产权局 ▣▣ (12)发明专利申请 (10)申请公布号CN104442248A (43)申请公布日2015.03.25 (21)申请号201410716895.9 (51)1nt.Cl (22)申请日2014.12.02 B60F502(2006.01) (71)申请人长春工业大学 地址130012吉林省长春市延安大街2055 号 申请人吉林省电力科学研究院有限公司 国网吉林省电力有限公司电力科学 研究院 (72)发明人张邦成庞在祥魏艳辉 赵金锋 刘一凡姜大伟胡艳娟张冰 孔清屿顾宪强赵锐董新 吕宝家高斯高梓峰 (74)专利代理机构吉林长春新纪元专利代理有 限责任公司22100 代理人魏征骥 权利要求书1页说明书3页附图5页 (54)发明名称 陆空两栖机器人 (57)摘要 本发明涉及一种陆空两栖机器人，属于一种 仿生外型的陆空两栖机器人装置。陆行装置与飞 行装置固定连接。本发明的有益效果是，具有很强 的越障能力和通过能力，与此同时兼顾其飞行能 力，主要包括：1、平台设计仿生化：便于保证该机 器人在执行任务时的隐蔽性。不仅要整体机械设 计体积小，而且外观要做仿生性伪装。2、采用仿生 结构的不完全轮结构，在很小的重量和采用同样 尺寸的条件下达到了高于轮式、履带式结构的通 过能力。3、简化自动倾斜器和共轴双桨方式机械 结构简捷紧凑、体积小、重量轻、控制简单。 石
CN104442248A 权利要求书 1/1页 1.一种陆空两栖机器人，其特征在于：陆行装置与飞行装置固定连接， 所述陆行装置的结构是：电机支架与地盘固定连接，电机A通过螺钉固定安装在该电 机支架上，电机A通过键与小齿轮连接，该小齿轮与大齿轮啮合连接，该大齿轮通过键与大 齿轮轴固定连接，蜗杆B与蜗杆B支架转动连接，蜗杆B、蜗杆A分别和该大齿轮轴同轴连 接，蜗轮B与蜗轮B支架转动连接，该蜗杆B与蜗轮B啮合，蜗轮轴B与蜗轮B固定连接，该 涡轮轴B与仿生轮同轴连接，蜗杆A与蜗轮A啮合连接； 飞行装置的结构是：由电动机一、拉杆机构、外轴管、上主旋头、轴承、下主旋头紧定螺 钉、下主旋头、旋翼紧定螺钉、电动机二、齿轮一、齿轮紧定螺钉、齿轮二、齿轮固定套、齿轮 三、齿轮四、内轴管组成； 电动机一通过键与齿轮四连接，齿轮固定套将齿轮三和内轴管固定在一起，齿轮三、齿 轮四相互啮合，上主旋头与内轴管固定连接：电动机二通过键与齿轮一连接，齿轮固定套同 时将齿轮二和外轴管固定在一起，齿轮一、齿轮二相互啮合，下主旋头通过紧定螺钉与外轴 管固定连接； 拉杆机构由舵机、动拉杆、十字盘、倾斜外盘、连杆、限位架、旋翼组成，舵机与动拉杆连 接，动拉杆与十字盘连接，十字盘与限位架连接，倾斜盘通过连杆与旋翼连接：自动倾斜器 包括稳定锤、主旋翼、稳定锤连杆、连杆螺柱、旋转夹头连杆，主旋翼与旋转夹头连杆连接， 旋转夹头连杆通过连杆螺柱与稳定锤连杆连接在一起，稳定锤连杆与稳定锤连接。 2
CN104442248A 说明书 1/3页 陆空两栖机器人 技术领域 [0001]本发明属于一种仿生外型的陆空两栖机器人装置，尤其是能越障和侦查功能的机 器人。 背景技术 [0002]目前，常见的陆地行走机构有：轮式、履带式、腿式三种结构。轮式，越障能力有限， 在冰面、雪地、泥地沙石地的行进性能不足：履带式，无法达到平台的轻量化的需求以及保 障高通过能力：普通腿式结构现在还处于概念研究阶段，并且大多结构比较复杂，控制起来 复杂且十分笨重。常见的飞行机构有：固定翼、旋翼、扑翼、火箭推进四种结构。火箭推进式 可控性要求高，结构复杂不适合作为小型化侦查机器人：扑翼式结构复杂，对结构和材料要 求高，控制困难：固定翼，不能悬停，可操作性差，固定的机翼体积较大。在查阅过程中发现， 国内外将行走与飞行结合的两栖机器人研究甚少，几乎都属于空白。 发明内容 [0003] 本发明提供一种陆空两栖机器人，以解决目前存在的克服越障性、平滑性、地面 自适应性不足的问题。本发明陆行结构采用仿生装置的不完全轮结构，可以在很小的重量 和采用同样尺寸的条件下达到了高于轮式、履带式结构的越障能力。飞行结构采用共轴双 桨和自动倾斜器简化方式，不仅减轻了质量，简化了结构，而且控制方法也比较简单。 [0004]本发明采用的技术方案是：陆行装置与飞行装置固定连接， 所述陆行装置的结构是：电机支架与地盘固定连接，电机A通过螺钉固定安装在该电 机支架上，电机A通过键与小齿轮连接，该小齿轮与大齿轮啮合连接，该大齿轮通过键与大 齿轮轴固定连接，蜗杆B与蜗杆B支架转动连接，蜗杆B、蜗杆A分别和该大齿轮轴同轴连 接，蜗轮B与蜗轮B支架转动连接，该蜗杆B与蜗轮B啮合，蜗轮轴B与蜗轮B固定连接，该 涡轮轴B与仿生轮同轴连接，蜗杆A与蜗轮A啮合连接： 飞行装置的结构是：由电动机一、拉杆机构、外轴管、上主旋头、轴承、下主旋头紧定螺 钉、下主旋头、旋翼紧定螺钉、电动机二、齿轮一、齿轮紧定螺钉、齿轮二、齿轮固定套、齿轮 三、齿轮四、内轴管组成； 电动机一通过键与齿轮四连接，齿轮固定套将齿轮三和内轴管固定在一起，齿轮三、齿 轮四相互啮合，上主旋头与内轴管固定连接：电动机二通过键与齿轮一连接，齿轮固定套同 时将齿轮二和外轴管固定在一起，齿轮一、齿轮二相互啮合，下主旋头通过紧定螺钉与外轴 管固定连接： 拉杆机构由舵机、动拉杆、十字盘、倾斜外盘、连杆、限位架、旋翼组成，舵机与动拉杆连 接，动拉杆与十字盘连接，十字盘与限位架连接，倾斜盘通过连杆与旋翼连接：自动倾斜器 包括稳定锤、主旋翼、稳定锤连杆、连杆螺柱、旋转夹头连杆，主旋翼与旋转夹头连杆连接， 旋转夹头连杆通过连杆螺柱与稳定锤连杆连接在一起，稳定锤连杆与稳定锤连接。 [0005] 本发明的有益效果是，具有很强的越障能力和通过能力，与此同时兼顾其飞行能 3
CN104442248A 说明书 2/3页 力，主要包括：1、平台设计仿生化：便于保证该机器人在执行任务时的隐蔽性。不仅要整体 机械设计体积小，而且外观要做仿生性伪装。2、采用仿生结构的不完全轮结构，在很小的重 量和采用同样尺寸的条件下达到了高于轮式、履带式结构的通过能力。3、简化自动倾斜器 和共轴双桨方式机械结构简捷紧凑、体积小、重量轻、控制简单。 附图说明 [0006]图1是本发明的结构示意图： 图2是图1的俯视图： 图3是图1的左视图； 图4是本发明陆行的结构示意图： 图5是本发明仿生轮的结构示意图： 图6是本发明飞行的结构示意图： 图7是本发明拉杆机构的结构示意图； 图8是本发明自动倾斜器的结构示意图。 具体实施方式 [0007]陆行装置1与飞行装置2固定连接， 所述陆行装置1的结构是：电机支架102与地盘106固定连接，电机A103通过螺钉固 定安装在该电机支架102上，电机A103通过键与小齿轮111连接，该小齿轮111与大齿轮 110啮合连接，该大齿轮通过键与大齿轮轴112固定连接，蜗杆B107与蜗杆B支架101转动 连接，蜗杆B、蜗杆A113分别和该大齿轮轴同轴连接，蜗轮B108与蜗轮B支架104转动连 接，该蜗杆B与蜗轮B啮合，蜗轮轴B109与蜗轮B固定连接，该祸轮轴B与仿生轮105同轴 连接，蜗杆A与蜗轮A114啮合连接： 飞行装置2的结构是：由电动机一201、拉杆机构300、外轴管203、上主旋头204、轴承 205、下主旋头紧定螺钉206、下主旋头207、旋翼紧定螺钉208、电动机二209、齿轮一210、齿 轮紧定螺钉211、齿轮二212、齿轮固定套213、齿轮三214、齿轮四215、内轴管216组成： 电动机一201通过键与齿轮四215连接，齿轮固定套213将齿轮三214和内轴管216 固定在一起，齿轮三214、齿轮四215相互啮合，上主旋头204与内轴管216固定连接：电动 机二209通过键与齿轮一210连接，齿轮固定套213同时将齿轮二212和外轴管203固定 在一起，齿轮一210、齿轮二212相互啮合，下主旋头207通过紧定螺钉208与外轴管203固 定连接： 拉杆机构300由舵机301、动拉杆302、十字盘303、倾斜外盘304、连杆305、限位架306、 旋翼307组成，舵机301与动拉杆302连接，动拉杆302与十字盘303连接，十字盘303与 限位架306连接，倾斜盘304通过连杆305与旋翼307连接：自动倾斜器包括稳定锤401、 主旋翼402、稳定锤连杆403、连杆螺柱404、旋转夹头连杆405，主旋翼402与旋转夹头连杆 405连接，旋转夹头连杆405通过连杆螺柱404与稳定锤连杆403连接在一起，稳定锤连杆 403与稳定锤401连接。 [0008]本发明陆空两栖机器人，由陆行装置1和飞行装置2组成：陆行装置结构具有四 个仿生腿各由两台无刷直流电机驱动，飞行装置具有简化自动倾斜器和四片共轴双桨由两 4
CN104442248A 说明书 3/3页 台外转子无刷电机驱动。 [0009]该陆空两栖机器人陆行装置具有四个仿生腿，四个轮式仿生腿结构之间彼此相邻 的两个相差180度。左右两侧分别有两个轮式仿生腿，一级减速由电机输出端通过齿轮传 动将运动传递到传动轴，传动轴两端分别采用蜗轮蜗杆装置进行二级减速，蜗轮旋转从而 实现了腿部的直线行走运动。两个轮式仿生腿通过调节左右两侧轮式腿的差速，可以使陆 行机器人完成转向运动。该陆空两栖机器人飞行装置采用两个主螺旋桨相对旋转的方式。 共轴反桨方式使两个螺旋桨产生的旋转力矩互相抵消，使直升机平衡。上旋翼由电机输出 端通过齿轮传递到上旋翼主轴上，从而实现上旋翼的旋转运动。下旋翼由电机输出端通过 齿轮传递到下旋翼主轴上，从而实现下旋翼的旋转运动。整个装置旋转时，只要减小一个螺 旋桨的转速，加大另一个螺旋桨的转速即可。采用旋转环和不旋转环来改变升力的大小和 方向，从而实现对直升机飞行状态的控制。飞行装置通过螺丝安装固定于陆行机构壳体上。 5
CN104442248A 说明书附图 1/5页 G 2 图1 6
CN104442248A 说明书附图 2/5页 图2 7
CN104442248A 说明书附图 3/5页 0 图3 110 107 108 109 113 111 112 101 106 7777777 105 114 104 103 102 图4 8
CN104442248A 说明书附图 4/5页 图5 204 0 205 206 300 203 207 208 201 209 210 215 214213216212 211 图6 9
CN104442248A 说明书附图 5/5页 305 307 306 304 302 303 301 图7 401 403 402 404 405 图8 10