[0001] 本发明属于多栖机器人领域，具体为一种陆空壁多栖机器人。

[0002] 近年来，随着电子信息技术和控制理论技术的不断发展，机器人变得越来越智能化，因此能够代替人类完成越来越复杂的工作。由于现代工作环境的复杂化和功能需求的多样化，传统的单栖机器人已经无法满足当今人类的需求，所以需要研发一种陆空壁多栖机器人来适应当今复杂多变的工作环境。此次发明的多栖机器人具有陆地行走、壁面攀爬和空中飞行能力，可以广泛应用于外墙清洗、反恐侦查和排爆检测等重要民用军事领域，在未来将有更广阔的应用领域。

[0003] 中国专利CN116001938A公开了一种履带式双旋翼爬壁机器人。它能稳定吸附在不同建筑物壁面上，具有一定的越障能力，且不容易发生滑移和倾覆。该爬壁机器人包括：机器人底板、两自由度反推力吸附单元、前行驶单元和后行驶单元；所述后行驶单元为履带行驶单元。由于其采用履带行驶，增加了机器人与接触面的接触面积，从而增加了机器人的附着力和摩擦力。但其自由度较多，结构复杂，控制难度较大。

[0004] 中国专利CN 216709629U公开了一种多旋翼爬壁机器人。其包括机器人本体、旋转结构和爬壁组件。其有效解决了无人机悬停定位困难、易受环境因素干扰、受使用壁面材料及粗糙度影响较大的问题，可实现无人机巡检、贴壁巡检、无损探伤等功能。但其工作效率较低，无地面越障能力且结构不够紧凑。

[0005] 中国专利CN108819630A公开了一种水陆空壁多栖机器人及其控制方法。该机器人包括桨叶轮组件、转动桨叶轮组件、本体、翻转支撑轮组件和万向轮组件；其中左右2个桨叶轮组件分别通过转动桨叶轮组件与本体连接，且桨叶轮组件通过转动桨叶轮组件在本体上转动，翻转支撑轮组件设置在本体前端，万向轮组件设置在本体末端。该方案中的转动旋翼轮组件较复杂，不适合多模式高效率自动控制调整。

[0006] 上述多栖机器人存在结构复杂、控制系统复杂和全地形适应性低等问题。

[0040] 一种陆空壁多栖机器人，地面模式采用履带和摆臂相结合的移动方式，爬壁模式采用履带和旋翼相结合的运动模式，飞行模式依靠四旋翼产生的升力实现，详细结构及传动方式如下：

[0041] 如图1所示，一种陆空壁多栖机器人，包括机架模块(1)、涵道旋翼模块(2)、电源控制模块(3)、两个移动模块(4)和两个陆壁转换模块(5)，机架模块(1)对机身和其他模块起支撑作用，两个移动模块(4)分别设置在机架模块(1)的两侧，通过移动模块(4)实现机器人在陆地及壁面的移动，两个陆壁转换模块(5)分别设置在机架模块(1)的两侧，通过陆壁转换模块(5)实现机器人在陆地及壁面的移动转换，所述涵道旋翼模块(2)设置在机架模块(1)顶面，用于提供指向移动模块(4)接触表面的推力。电源控制模块(3)用于为机器人提供电源动力及控制信号。

[0042] 为了实现陆空壁多栖机器人运动模式变换的功能要求，本发明采用双履带、双摆臂加四旋翼的结构方案。其中，履带用于实现机体的移动，包括地面移动和壁面移动；摆臂用于实现机体的越障和陆壁转换，当舵机带动摆臂绕机架的一端转动时，摆臂与地面接触，由于反作用力，使机身抬起贴近壁面，完成陆壁转换过程；涵道式旋翼提供机身与壁面之间的推附力和空中飞行所需的升力。

[0043] 进一步的实施例中，如图2所示，所述机架模块(1)包括圆柱形管夹(6)、碳管(7)、半圆形管夹(8)、中间支撑架(9)和侧板(10)。所述碳管(7)共有两根，平行设置。中间支撑架(9)的两端通过半圆形管夹(8)分别固定在两根碳管(7)的中心。其中，碳管(7)的两端通过圆柱形管夹(6)与侧板(10)连接，从而实现碳管(7)和侧板(10)固连。两个移动模块(4)对应安装在机器人左右两个侧板(10)上。电源控制模块(3)放置在机架的中间支撑架上，可给电机和舵机等器件发出控制命令。涵道旋翼模块(2)通过方形管夹固定在机架的圆柱形碳管上。

[0044] 具体的，如图3所示，每个移动模块(4)包括一个履带子模块(11)、两个张紧子模块(12)、三个支重子模块(13)、两个避震子模块(14)。所述张紧子模块(12)设置在侧板(10)上，两个张紧子模块分别靠近主动带轮(17)与从动带轮(19)，用于为履带子模块(11)提供张进力。两个支重子模块(13)分别设置在侧板(10)的两边，与两个避震子模块(14)直接相连，一个支重子模块设置在侧板(10)中间。

[0045] 如图4、图5所示，所述履带子模块(11)包括电机(15)、减速箱(16)、主动带轮(17)、履带(18)、从动带轮(19)，所述电机(15)及减速箱(16)通过电机轴固定架(20)设置在侧板(10)上，所述减速箱(16)设置在电机(15)上，电机(15)的输出轴插入减速箱(16)，与减速箱(16)的输出轴同轴，所述减速箱(16)的输出轴通过紧固螺钉(21)和径向螺钉(22)与主动带轮(17)连接，减速箱(16)的输出轴通过平键把扭矩传给主动带轮(17)；从动带轮(19)通过从动带轮轴连接在机架模块的侧板(10)上，履带(18)套在主动带轮(17)和从动带轮(19)上。电机(15)带动主动带轮(17)运动，进而带动整个履带(18)运动，实现机体的移动。

[0046] 进一步的，如图6所示，所述张紧子模块(12)包括张紧轮(23)，张紧轮轴固定板(24)，张紧轮轴(25)，轴承(26)组成。所述张紧轮(23)与张紧轮轴(25)之间通过轴承(26)形成转动连接，张紧轮轴(25)通过张紧轮轴固定板(24)固定在侧板(10)。通过张紧子模块(12)的作用，履带(18)将与主动带轮(17)、从动带轮(19)啮合更加平稳。张紧子模块使得履带始终以合适的压力压在带轮上，防止履带打滑，提供更好的传动性能和稳定性。

[0047] 具体地，所述履带子模块，履带带齿形状为圆弧齿，但不限于平顶圆弧齿、凹顶抛物线齿、梯形齿、双面对称齿等齿形，其具体形状如图14所示。履带材料可为橡胶、尼龙、硅胶、聚氨酯等抗弯曲、抗裂性、减震性强的材料。

[0048] 进一步的，如图7所示，所述支重子模块(13)包括销轴(27)、支重轮(28)、连杆(29)、弹簧固定轴(30)。所述销轴(27)通过轴承与支重轮(28)形成转动连接，支重轮(28)与履带(18)直接啮合，销轴(27)与连杆(29)的一端固连，连杆(29)的另一端与弹簧固定轴(30)之间形成转动连接，弹簧固定轴(30)与侧板(10)上的通过安装孔螺钉固连。支重子模块可将整机质量传递给地面，并且能够防止履带产生横向相对移动。

[0049] 进一步的，如图8所示，所述避震子模块(14)包括弹簧(31)，减震筒身(32)，预载螺帽(33)等零件组成。减震筒身(32)一端与弹簧固定轴转动连接，另一端与支重子模块(13)的连杆转动连接，弹簧(31)和预载螺帽(33)固定于减震筒身(32)。避震子模块可吸收来自路面的冲击和震荡，防止其直接作用于机架导致零件损坏。

[0050] 具体的，如图9、图10所示，所述陆壁转换模块(5)包括舵机(34)、舵机盘(35)、摆臂轴(36)、八边形块(37)和摆臂(38)。其中，舵机(34)通过螺栓固定在机架的侧板(10)上，输出轴通过舵机盘(35)插入从动带轮(19)的轴中，且与从动带轮的转动中心同轴，即实心轴为舵机轴，空心轴为从动带轮轴，舵机输出轴与从动带轮轴之间通过轴承实现隔离与支承；舵机的输出轴通过平键和八边形块(37)与摆臂(38)连接，从而可以传递更大的扭矩。陆壁转换模块(5)与从动带轮中心同轴心，通过舵机带动其转动。

[0051] 具体的，当机器人需要在地面或壁面移动时，电机(15)带动主动带轮(17)转动，通过履带(18)将运动依次传递给支重轮(28)、从动带轮(19)、张紧轮(23)；履带(18)与地面或壁面接触，产生摩擦力，提供前进或后退的驱动力；机器人的转向采用差速的方式，通过控制左右电机的速度来实现转向，例如当需要向右转向时，左侧电机速度大于右侧，机器人即可实现向右转向。机器人通过障碍或凹凸不平的路面时，地面产生的冲击和弹簧产生的振荡，会直接作用在避震子模块(14)上，避免其直接作用在侧板(10)上，起到对机器人结构和部件的保护作用。

[0052] 进一步的，所述越障过程如图11所示，当传感器检测到机身快要靠近墙壁时，如状态1所示，电源控制模块通过控制舵机带动舵机盘旋转，舵机盘带动摆臂旋转，摆臂通过支撑地面将机身抬起，使机体如状态2所示，然后继续通过履带向前移动，当履带与障碍物接触时，如状态3所示，此时继续转动摆臂，使机身底面和障碍物上表面平行，如状态4所示，在此状态下继续通过履带向前移动，如状态5所示，然后收回摆臂，完成越障过程，此机器人采用履带移动方式，可以增大与地面之间的接触面积，不易打滑，全地形适用性较好。

[0053] 进一步的，所述陆壁转换过程如图12所示，通过摆臂使机身贴近墙壁，如状态2所示，然后驱动旋翼电机，产生一个指向墙壁的推附力，同时通过履带与墙壁接触，从而实现机器人在墙壁上移动。

[0054] 具体地，所述涵道旋翼模块(2)包括旋翼(39)、涵道(40)、旋翼电机(41)、电机固定板(42)、半圆形管夹(43)。其中，通过螺栓把电机固定板(42)、半圆形管夹(43)紧固在碳管(7)上，进一步的，将旋翼电机(41)、涵道(40)和电机固定板(42)固连在一起，完成对涵道旋翼模块的固定与配合。

[0055] 具体地，旋翼桨叶数量为2叶，但不限于3叶、4叶、5叶、6叶等其他桨叶数量，其桨叶层数为1层，但不限于2层及以上的桨叶层数，具体如图15所示。桨叶截面形状为常规直线形，但不限于马刀形、椭圆形、弯曲不规则形等其他截面形式，具体如图16所示。

[0056] 涵道剖面为常规直线型，但不限于内凹型、外凸型的涵道剖面形状，其涵道倾斜角度为垂直于旋翼基座，但不限于与铅垂线呈负8度至正8度的涵道倾斜角度，其涵道填充类型为实体或半镂空，具体如图17所示。

[0057] 旋翼及涵道材料可为胶木、胶合板、碳纤维、尼龙、塑料、玻璃等高强度低密度的材料。