一种变构空中作业机器人的制作方法

一种变构空中作业机器人
【技术领域】
1.本实用新型涉及机器人技术领域，特别涉及一种变构空中作业机器人。


背景技术：

2.小型无人机具有体积小、重量轻，航时长，便于携带的特点；结构采用模块化设计，可快速组装拆卸，便于运输；动力系统采用成熟高效无刷电机及碳纤维螺旋桨，电池采用高能量密度电池，使无人机航时得到进一步提高；同时，小型无人机系统智能化程度高，具备环境感知能力与图像采集功能，可对目标进行图像识别、锁定与跟踪。因此，小型无人机将在未来的空中作业中担任更加重要的角色。
3.四旋翼无人机是最常用的一种无人机，目前被广泛应用在航拍、快递运送、巡检等领域；例如，申请日为2022.06.01，申请号为cn202210619623.1的中国发明专利公开了一种变结构四旋翼无人机，变结构四旋翼无人机的机臂由内段机臂和外段机臂组成，且各段机臂上均安装有可变形机构；所述内段机臂上设计的限位齿轮结构与所述机臂驱动齿轮相啮合，机臂驱动齿轮通过伺服电机的驱动可绕固定在底板上的固定轴转动，从而构成内段机臂变形机构，使内段机臂可绕机臂驱动齿轮的转轴横向转动；所述外段机臂驱动伺服电机可带动外段机臂的纵向转动，且在内段机臂上设计有对外段机臂的转动起限位作用的结构；所述电机座与电机倾转机构从动齿轮固连，通过电机倾转机构驱动齿轮的带动，可带动无刷电机前后倾转；通过上述机臂的变形原理，可以使四旋翼无人机更灵活地在狭窄的空间中飞行。然而，现有四旋翼无人机在使用的过程中，不方便搬运物体飞行，这给实际的使用带来了限制。鉴于上述存在的问题，本案发明人对该问题进行深入研究，遂有本案产生。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种变构空中作业机器人，解决现有四旋翼无人机在使用的过程中，不方便搬运物体飞行，给实际的使用带来了限制的问题。
5.本实用新型是这样实现的：一种变构空中作业机器人，包括机身本体以及与所述机身本体相连接的四个支撑臂，每个所述支撑臂上均设置有旋翼组件；四个所述支撑臂以两两为一组对称设置在所述机身本体上，任意一组所述支撑臂为可折叠支撑臂，且可折叠支撑臂的自由端底部固设有夹持件。
6.进一步的，所述机身本体的底部设置有栖停夹持槽。
7.进一步的，四个所述支撑臂均为可折叠支撑臂。
8.进一步的，每个所述支撑臂均包括与所述机身本体固定连接的支撑架、与所述支撑架相铰接的折叠支臂以及驱使所述折叠支臂向下旋转实现折叠的驱动部件。
9.进一步的，所述机身本体为方形结构，且四个所述支撑臂分别设置在所述机身本体的四个边角位置。
10.进一步的，所述机身本体为正方形结构。
11.进一步的，所述夹持件呈方框结构。
12.进一步的，所述机身本体的底部沿着中线的两侧各固设有一块固定板，且两块所述固定板之间形成所述栖停夹持槽。
13.进一步的，还包括电池、控制装置以及视觉装置；所述控制装置和视觉装置均与所述电池电线连接。
14.进一步的，所述控制装置固定在所述机身本体顶部的中间位置，所述电池固定在所述控制装置的一侧，所述视觉装置固定在所述控制装置的另一侧。
15.通过采用本实用新型的技术方案，至少具有如下有益效果：
16.1、通过设计机器人的任意一组支撑臂为可折叠支撑臂，且在两个可折叠支撑臂的自由端底部均固设有夹持件，使得在具体使用时，该组可折叠支撑臂能够向下旋转实现折叠，且在可折叠支撑臂向下折叠的过程中，该组可折叠支撑臂底部的两个夹持件会向中间靠拢，从而能够夹持物品实现空中搬运。
17.2、通过在机身本体的底部设置栖停夹持槽，使得在具体使用的过程中，可利用该栖停夹持槽实现机器人在空中进行栖停，这样当机器人需要在空中进行侦察时，可以通过栖停的方式使机器人保持在空中侦察状态，而无需利用旋翼组件提供升力，因此能够有效提升机器人在空中的滞留时间，从而更好地满足特定的侦察任务需求。
18.3、整个机器人体型小，成本低，携带方便，既能够实现空中搬运功能，又能够实现空中栖停功能，能够很好地满足多场景使用需求。
【附图说明】
19.下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。
20.图1是本实用新型变构空中作业机器人处于空中正常飞行状态下的顶部结构图；
21.图2是本实用新型变构空中作业机器人处于空中正常飞行状态下的底部结构图；
22.图3是本实用新型变构空中作业机器人处于空中搬运状态下的顶部结构图；
23.图4是本实用新型变构空中作业机器人处于空中搬运状态下的底部结构图；
24.图5是本实用新型变构空中作业机器人处于空中栖停状态下的顶部结构图；
25.图6是本实用新型变构空中作业机器人处于空中栖停状态下的底部结构图。
26.附图标记说明：
27.机器人100；
28.机身本体1，上机身板11，下机身板12，锁付件13；
29.支撑臂2，支撑架21，折叠支臂22；
30.旋翼组件3，底部支座31，驱动电机32，旋翼33；
31.夹持件4；
32.栖停夹持槽5；
33.固定板6；
34.电池7；
35.控制装置8；
36.视觉装置9。
【具体实施方式】
37.为了更好地理解本实用新型的技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对本实用新型的技术方案进行详细的说明。
38.在此需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述这些实施方式和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
39.实施例1
40.请参阅图1至图6所示，本实用新型一种变构空中作业机器人100的较佳实施例，所述机器人100包括机身本体1以及与所述机身本体1相连接的四个支撑臂2，每个所述支撑臂2上均设置有旋翼组件3，工作时可利用旋翼组件3提供上升力来带动机器人100进行飞行；四个所述支撑臂2以两两为一组对称设置在所述机身本体1上，任意一组所述支撑臂2为可折叠支撑臂，且可折叠支撑臂的自由端底部固设有夹持件4，以便于利用夹持件4实现夹持功能。
41.本实用新型通过设计机器人100的任意一组支撑臂2为可折叠支撑臂，且在两个可折叠支撑臂的自由端底部均固设有夹持件4，使得在具体使用时，该组可折叠支撑臂能够向下旋转实现折叠，且在可折叠支撑臂向下折叠的过程中，该组可折叠支撑臂底部的两个夹持件4会向中间靠拢，从而能够夹持物品实现空中搬运。
42.在本实用新型的较佳实施例中，所述机身本体1的底部设置有栖停夹持槽5。本实用新型通过在机身本体1的底部设置栖停夹持槽5，使得在具体使用的过程中，可利用该栖停夹持槽5实现机器人100在空中进行栖停，这样当机器人100需要在空中进行侦察时，可以通过栖停的方式使机器人100保持在空中侦察状态，而无需利用旋翼组件3提供升力，因此能够有效提升机器人100在空中的滞留时间，从而更好地满足特定的侦察任务需求。例如，在实际使用的过程中，可以将栖停夹持槽5卡持到电线等细条状的物体之上，以此实现机器人100的栖停。同时，本实用新型的整个机器人100体型小，成本低，携带方便，既能够实现空中搬运功能，又能够实现空中栖停功能，能够很好地满足多场景使用需求。
43.在本实用新型的较佳实施例中，四个所述支撑臂2均为可折叠支撑臂，这样当机器人100处于栖停状态时，可以将四个可折叠支撑臂均向下旋转进行折叠，从而使机器人100能够在栖停的物体上更好地保持平衡状态。
44.在本实用新型的较佳实施例中，每个所述支撑臂2均包括与所述机身本体1固定连接的支撑架21、与所述支撑架21相铰接的折叠支臂22以及驱使所述折叠支臂22向下旋转实现折叠的驱动部件(未图示)。在工作时，可通过驱动部件输出动力驱使折叠支臂22向下旋转实现折叠，也可以通过驱动部件输出动力驱使折叠支臂22向上旋转实现展开。
45.作为本实用新型的一种具体实施方式，四个所述折叠支臂22的转动角度范围均为0～90
°
，且当驱动部件驱使折叠支臂22向下旋转到位时，折叠支臂22与支撑架21相互垂直；而当驱动部件驱使折叠支臂22向上旋转到位时，折叠支臂22与支撑架21处于同一水平直线
上。
46.作为本实用新型的一种具体实施方式，所述驱动部件可以采用舵机，并且将舵机固定在支撑架21上，舵机的输出端与折叠支臂22相连接，使得舵机能够驱使折叠支臂22进行旋转。
47.作为本实用新型的一种具体实施方式，所述旋翼组件3包括固定在所述折叠支臂22的自由端顶部的底部支座31、固定在所述底部支座31上的驱动电机32以及与驱动电机32的输出端相连接的旋翼33，工作时通过驱动电机32输出动力驱动旋翼33进行旋转产生升力，从而带动整个机器人100上升实现飞行。
48.在本实用新型的较佳实施例中，所述机身本体1为方形结构，且四个所述支撑臂2分别设置在所述机身本体1的四个边角位置，这样可以使机器人100更好地保持平衡状态。
49.作为本实用新型的一种具体实施方式，为了进一步提升机器人100在栖停时的平稳性，所述机身本体1为正方形结构。
50.作为本实用新型的一种具体实施方式，所述机身本体1包括上机身板11和下机身板12，所述支撑架21伸入至上机身板11与下机身板12之间，并通过锁付件13(螺栓和螺母)将上机身板11、支撑架21和下机身板12锁付连接在一起。
51.在本实用新型的较佳实施例中，所述夹持件4呈方框结构，这样既能够满足夹持功能，又有助于降低整个机器人100的重量。当然，本实用新型并不仅限于此，在具体实施时还可以采用其它结构的夹持件4，例如该夹持件4还可以采用杆状结构、块状结构等。
52.在本实用新型的较佳实施例中，所述机身本体1的底部沿着中线的两侧各固设有一块固定板6，且两块所述固定板6之间形成所述栖停夹持槽5，这样在将机器人100栖停到电线等细条状的物体上时，可以使机器人100更好地保持在平衡状态。当然，本实用新型在具体实施时，还可以在所述固定板6的内侧设置防滑软垫(未图示)，这样既能够起到防滑的效果，又能够避免对电线等细条状的物体造成伤害。
53.在本实用新型的较佳实施例中，所述机器人100还包括电池7、控制装置8以及视觉装置9(即摄像头)；所述控制装置8和视觉装置9均与所述电池7电线连接，当然，旋翼组件3和驱动部件也需要与电池7电线连接，以利用电池7对控制装置8、视觉装置9、旋翼组件3和驱动部件进行供电。
54.在本实用新型的较佳实施例中，所述控制装置8固定在所述机身本体1顶部的中间位置，所述电池7固定在所述控制装置8的一侧，所述视觉装置9固定在所述控制装置8的另一侧。在具体实施时，将电池7、控制装置8以及视觉装置9沿着中线分布设置在机身本体1的顶部，这样机器人100在栖停在电线等细条状的物体上时，各个位置的受力更加均匀，从而确保机器人100在栖停时的稳定性。
55.本实用新型机器人100的整体工作原理如下：
56.当机器人100处于空中正常飞行状态时，如图1和图2所示，四个支撑臂2的驱动部件驱使折叠支臂22处于水平展开状态；同时四个支撑臂2上的旋翼组件3工作为飞行提供动力。
57.当机器人100处于空中搬运状态时，如图3和图4所示，使机器人100先飞行至搬运区域，控制机器人100落到待搬运的物体之上，并使四个支撑臂2上的旋翼组件3停止工作；控制设置有夹持件4的一组支撑臂2上的驱动部件工作，使驱动部件驱使折叠支臂22向下旋
转，以利用两个夹持件4将待搬运的物体夹持住；之后控制未设置夹持件4的一组支撑臂2上的旋翼组件3工作，并搬运物体飞往目的地。
58.当机器人100处于空中栖停状态时，如图5和图6所示，使机器人100先飞行至栖停区域，控制机器人100向待栖停的目标物体靠近，直至使机器人100底部的栖停夹持槽5卡持到目标物体之上；之后控制四个支撑臂2上的旋翼组件3停止工作，并控制四个支撑臂2上的驱动部件驱使折叠支臂22向下旋转90
°
，使机器人100在目标物体上保持平衡。
59.虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。

技术特征：
1.一种变构空中作业机器人，包括机身本体以及与所述机身本体相连接的四个支撑臂，每个所述支撑臂上均设置有旋翼组件；其特征在于：四个所述支撑臂以两两为一组对称设置在所述机身本体上，任意一组所述支撑臂为可折叠支撑臂，且可折叠支撑臂的自由端底部固设有夹持件。2.如权利要求1所述的一种变构空中作业机器人，其特征在于：所述机身本体的底部设置有栖停夹持槽。3.如权利要求2所述的一种变构空中作业机器人，其特征在于：四个所述支撑臂均为可折叠支撑臂。4.如权利要求3所述的一种变构空中作业机器人，其特征在于：每个所述支撑臂均包括与所述机身本体固定连接的支撑架、与所述支撑架相铰接的折叠支臂以及驱使所述折叠支臂向下旋转实现折叠的驱动部件。5.如权利要求1所述的一种变构空中作业机器人，其特征在于：所述机身本体为方形结构，且四个所述支撑臂分别设置在所述机身本体的四个边角位置。6.如权利要求5所述的一种变构空中作业机器人，其特征在于：所述机身本体为正方形结构。7.如权利要求1所述的一种变构空中作业机器人，其特征在于：所述夹持件呈方框结构。8.如权利要求2所述的一种变构空中作业机器人，其特征在于：所述机身本体的底部沿着中线的两侧各固设有一块固定板，且两块所述固定板之间形成所述栖停夹持槽。9.如权利要求1-8任意一项所述的一种变构空中作业机器人，其特征在于：还包括电池、控制装置以及视觉装置；所述控制装置和视觉装置均与所述电池电线连接。10.如权利要求9所述的一种变构空中作业机器人，其特征在于：所述控制装置固定在所述机身本体顶部的中间位置，所述电池固定在所述控制装置的一侧，所述视觉装置固定在所述控制装置的另一侧。

技术总结
本实用新型提供了一种变构空中作业机器人，包括机身本体以及与所述机身本体相连接的四个支撑臂，每个所述支撑臂上均设置有旋翼组件；四个所述支撑臂以两两为一组对称设置在所述机身本体上，任意一组所述支撑臂为可折叠支撑臂，且可折叠支撑臂的自由端底部固设有夹持件。本实用新型的优点在于：通过可折叠支撑臂和夹持件配合，能够夹持物品实现空中搬运；在机身本体的底部设置栖停夹持槽，可以通过栖停的方式使机器人保持在空中侦察状态，而无需利用旋翼组件提供升力，因此能够有效提升机器人在空中的滞留时间，从而更好地满足特定的侦察任务需求。任务需求。任务需求。


技术研发人员：何小林 王志宏
受保护的技术使用者：泉州中国兵器装备集团特种机器人研发中心
技术研发日：2022.12.27
技术公布日：2023/5/23