1.本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种伸缩机翼式可飞行双臂空中作业机器人。


背景技术：

2.工业生产和日常生活中充斥着高空作业的场景，如大型船舶的清洗除锈喷涂、火电锅炉的检测探伤维修等场景目前传统的解决方案是蜘蛛人、脚手架、吊篮作业和高空作业车，最终完成工作的都是工人。
3.高空作业具有高危、低效、高成本和低质量的特点，尤其是高危，我国每年因高空作业死亡的人数近千人，有意愿从事高空作业的工人越来越少，因此，使用高空作业机器人替代人来执行作业是一个必然的趋势。
4.现有技术中的空中作业机器人一般具有作业续航时间短、整体体积大、灵活度差，无法进入较小的空间等缺陷。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种节约电能、提高作业续航时间、灵活度高、可以进入较小的空间进行作业的伸缩机翼式可飞行双臂空中作业机器人。
6.一种伸缩机翼式可飞行双臂空中作业机器人，包括：
7.机器人本体；
8.可伸缩悬挂机构部分，设置在所述机器人本体的上方，所述可伸缩悬挂机构部分将所述机器人本体悬挂在空中；
9.机器人飞行动力源部分，用于给所述机器人本体提供飞行动力；
10.作业机械臂部分，设置在所述机器人本体上，所述作业机械臂部分用于进行机械作业；
11.机翼伸缩部分，用于将所述机器人飞行动力源部分进行伸缩折叠。
12.在其中一个实施例中，所述可伸缩悬挂机构部分包括：
13.一级套管，所述一级套管的顶部和底部分别设有防尘顶盖和底盖，所述一级套管的内壁设有滑槽；
14.二级套管，所述二级套管设置在所述一级套管的内部，所述二级套管的外壁上均布有多个支撑柱；
15.多个止动片，所述多个止动片分别经弹簧对应地安装在所述支撑柱上，且每个所述止动片滑动连接在所述滑槽中；
16.挂钩，所述挂钩的下端与所述二级套管上部的螺纹连接。
17.在其中一个实施例中，所述可伸缩悬挂机构部分的底部设有万向结构，所述万向结构包括：
18.球体柱，所述球体柱的上端与所述底盖螺纹连接；
19.万向结构上板和万向结构下板，所述万向结构上板和所述万向结构下板的内部设有球体凹槽，所述球体柱的下端与所述球体凹槽相配合，所述万向结构上板与所述万向结构下板螺纹连接。
20.在其中一个实施例中，所述机器人飞行动力源部分包括：
21.第一承载板，所述第一承载板与所述万向结构下板螺纹连接；
22.第二承载板，所述第二承载板设置在所述第一承载板的下方；
23.多个机臂支座，多个所述机臂支座周向间隔地设置在所述第一承载板和所述第二承载板之间；
24.旋翼机臂，所述旋翼机臂的一端安装在所述机臂支座上，所述旋翼机臂的另一端安装有电机支座，所述电机支座上安装有旋翼电机；
25.螺旋桨，所述螺旋桨安装在所述旋翼电机上。
26.在其中一个实施例中，所述第一承载板上安装有多目摄像头。
27.在其中一个实施例中，所述机翼伸缩部分包括：
28.驱动电机，所述驱动电机安装在所述第二承载板上，所述驱动电机的输出轴装配有一级联轴器和二级联轴器；
29.丝杆，所述丝杆的一端与所述二级联轴器相连接，所述丝杆的另一端与轴承相连接，所述轴承安装在轴承座中；
30.丝杆螺母，所述丝杆螺母螺纹连接在所述丝杆上，所述丝杆螺母上铰链连接连杆的一端，所述连杆的另一端与所述旋翼机臂靠近所述机臂支座的一端相铰接。
31.在其中一个实施例中，所述作业机械臂部分包括：
32.机械臂，所述机械臂包括大u型钢板和小u型钢板，所述大u型钢板和所述小u型钢板依次交错连接；
33.末端执行器部分，设置在所述机械臂的末端，所述末端执行器部分能够进行机械作业；
34.大扭力舵机，所述大扭力舵机的上端与所述第二承载板相连接，所述大扭力舵机的下端通过舵机支撑架与第三承载板连接固定，其中，所述大扭力舵机用于驱动整个所述机械臂转动；
35.小扭力舵机，所述小扭力舵机设置在所述大u型钢板上，且所述小扭力舵机用于驱动所述大u型钢板进行机械臂的关节旋转。
36.在其中一个实施例中，所述第三承载板的底部设有支撑腿，所述轴承座安装在所述第三承载板上。
37.一种伸缩机翼式可飞行双臂空中作业机器人的控制方法，包括以下步骤：
38.s1：预设多种工作模式，所述工作模式包括空中飞行作业模式、空中悬挂作业模式；
39.s2：根据实际需求选择所需的所述工作模式作为目标工作模式；
40.s3：根据当前所述工作模式和所述目标工作模式确定工作模式转换方案；
41.s4：根据所述工作模式转换方案将所述伸缩机翼式可飞行双臂空中作业机器人的当前所述工作模式切换至所述目标工作模式。
42.上述伸缩机翼式可飞行双臂空中作业机器人，通过设置所述机器人飞行动力源部
分，实现所述空中飞行作业模式，所述机器人飞行动力源部分可以承载所述伸缩机翼式可飞行双臂空中作业机器人进行空中飞行，从地面飞到空中作业点附近。通过设置所述可伸缩悬挂机构部分，可以实现在一定工作环境下的所述空中悬挂作业模式，在无需所述机器人飞行动力源部分继续提供升力的情况下保持高空作业的能力，节约电能，提高作业续航时间。通过设置所述作业机械臂部分，实现在所述空中悬挂作业模式或者所述空中飞行作业模式下的机械作业。通过设置所述机翼伸缩部分，实现在所述空中悬挂作业模式下的所述机器人飞行动力源部分的伸缩，减少所述伸缩机翼式可飞行双臂空中作业机器人的整体体积，其能实现更高的灵活度，可以进入较小的空间，从而增大了所述作业机械臂部分的作业范围。
附图说明
43.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。因而，实施例中的某些细节不应构成对本实用新型的限定，本实用新型将以所附权利要求书界定的范围作为本实用新型的保护范围。
44.图1是本实用新型的伸缩机翼式可飞行双臂空中作业机器人的结构示意图；
45.图2是本实用新型的可伸缩悬挂机构部分的剖视图；
46.图3是本实用新型的可伸缩悬挂机构部分的半剖图；
47.图4是本实用新型的万向结构的结构示意图；
48.图5是本实用新型的万向结构的半剖图；
49.图6是本实用新型的机器人飞行动力源部分的俯视图；
50.图7是本实用新型的机器人主要结构部分的主视图；
51.图8是本实用新型的机翼伸缩部分的结构示意图；
52.图9是本实用新型的作业机械臂部分的主视图；
53.图10是本实用新型的作业机械臂部分的左视图；
54.图11是本实用新型的第一承载板的结构示意图；
55.图12是本实用新型的第二承载板的结构示意图；
56.图13是本实用新型的第三承载板的结构示意图；
57.图14是本实用新型的舵机支撑架的结构示意图；
58.图15是本实用新型的机臂支座的结构示意图；
59.图16是本实用新型的末端执行器的打开状态图；
60.图17是本实用新型的末端执行器的闭合状态图；
61.图18是本实用新型的机翼伸缩机构工作示意图；
62.图19是本实用新型的伸缩机翼式可飞行双臂空中作业机器人空中悬挂作业模式下的位姿改变示意图。
具体实施方式
63.为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描
述。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。
64.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
65.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
66.参阅图1-19所示，本实用新型一实施例提供一种伸缩机翼式可飞行双臂空中作业机器人，包括机器人本体、可伸缩悬挂机构部分1、机器人飞行动力源部分2、作业机械臂部分3和机翼伸缩部分4。
67.所述可伸缩悬挂机构部分1设置在所述机器人本体的上方，所述可伸缩悬挂机构部分1将所述机器人本体悬挂在空中；所述机器人飞行动力源部分2用于给所述机器人本体提供飞行动力；所述作业机械臂部分3设置在所述机器人本体上，所述作业机械臂部分3用于进行机械作业；所述机翼伸缩部分4用于将所述机器人飞行动力源部分2进行伸缩折叠。
68.上述伸缩机翼式可飞行双臂空中作业机器人，通过设置所述机器人飞行动力源部分2，实现所述空中飞行作业模式，所述机器人飞行动力源部分2可以承载所述伸缩机翼式可飞行双臂空中作业机器人进行空中飞行，从地面飞到空中作业点附近。通过设置所述可伸缩悬挂机构部分1，可以实现在一定工作环境下的所述空中悬挂作业模式，在无需所述机器人飞行动力源部分2继续提供升力的情况下保持高空作业的能力，节约电能，提高作业续航时间。通过设置所述作业机械臂部分3，实现在所述空中悬挂作业模式或者所述空中飞行作业模式下的机械作业。通过设置所述机翼伸缩部分4，实现在所述空中悬挂作业模式下的所述机器人飞行动力源部分2的伸缩，减少所述伸缩机翼式可飞行双臂空中作业机器人的整体体积，其能实现更高的灵活度，可以进入较小的空间，从而增大了所述作业机械臂部分3的作业范围。
69.在本实用新型一实施例中，所述可伸缩悬挂机构部分1包括一级套管11、二级套管12、多个止动片8和挂钩5。
70.所述一级套管11的顶部和底部分别设有防尘顶盖6和底盖10，所述一级套管11的内壁设有滑槽7；所述二级套管12设置在所述一级套管11的内部，所述二级套管12的外壁上均布有多个支撑柱38；所述多个止动片8分别经弹簧9对应地安装在所述支撑柱38上，且每个所述止动片8滑动连接在所述滑槽7中；所述挂钩5的下端与所述二级套管12上部的螺纹连接。
71.本实施例中，例如：所述止动片8按圆周均布有4个，当所述二级套管12的外部装配好四个所述弹簧9与所述止动片8后，由于所述弹簧9的弹力会使得所述止动片8被紧紧的贴合在所述一级套管11内壁的所述滑槽7中，不同的所述弹簧9刚度会影响整个伸缩机构在工作时的阻尼效果。整个所述二级套管12具有的轴向行程为60mm，在一些实施例中，还可通过
相同结构添加第三级套管，以增加可伸缩的行程。
72.需要说明的是，所述可伸缩悬挂机构部分1的工作方式可分为两种：
73.第一种是：选择较小刚度的所述弹簧9使得伸缩阻尼较小，当伸缩机翼式可飞行双臂空中作业机器人进入空中悬挂作业模式后，会因自身重量自然伸长。该种工作方式的主要目的是避免无阻尼伸缩机构的快速伸展，造成所述机器人本体快速下坠，对伸缩机翼式可飞行双臂空中作业机器人的稳定性、结构安全性产生影响。
74.第二种是：选用刚度较大的所述弹簧9产生较大的伸缩阻尼，这时，伸缩机翼式可飞行双臂空中作业机器人悬挂后并不会因其自身重量而立即进行伸展，需要通过控制伸缩机翼式可飞行双臂空中作业机器人的所述机器人飞行动力源部分2产生向下的拉力实现，但其下降的行程就可以人为控制，达到稳定伸展的目的。
75.在本实用新型一实施例中，所述可伸缩悬挂机构部分1的底部设有万向结构，所述万向结构包括球体柱39、万向结构上板13和万向结构下板14。
76.所述球体柱39的上端与所述底盖10螺纹连接；所述万向结构上板13和所述万向结构下板14的内部设有球体凹槽，所述球体柱39的下端与所述球体凹槽相配合，所述万向结构上板13与所述万向结构下板14螺纹连接。
77.本实施例中，设置万向结构的主要作用其一是：伸缩机翼式可飞行双臂空中作业机器人在空中悬挂作业模式下可通过控制螺旋桨16的差速运动，实现伸缩机翼式可飞行双臂空中作业机器人的转向，增大所述作业机械臂部分3的工作范围。其二是：空中悬挂作业模式下的伸缩机翼式可飞行双臂空中作业机器人，可通过所述作业机械臂部分3的一机械臂抓住周围环境中的可支撑物，进而通过对机械臂的控制改变伸缩机翼式可飞行双臂空中作业机器人的位姿，进一步增大另一机械臂的活动范围。
78.在本实用新型一实施例中，所述机器人飞行动力源部分2包括：第一承载板15、第二承载板30、多个机臂支座20、旋翼机臂19和所述螺旋桨16。
79.所述第一承载板15与所述万向结构下板14螺纹连接；所述第二承载板30设置在所述第一承载板15的下方；多个所述机臂支座20周向间隔地设置在所述第一承载板15和所述第二承载板30之间；所述旋翼机臂19的一端安装在所述机臂支座20上，所述旋翼机臂19的另一端安装有电机支座18，所述电机支座18上安装有旋翼电机17；所述螺旋桨16安装在所述旋翼电机17上。本实施例中，所述机臂支座20的数量为4个。
80.需要说明的是，本实施例中，采用四旋翼所述螺旋桨16产生的升力实现整个伸缩机翼式可飞行双臂空中作业机器人的空中飞行能力，其所述螺旋桨16的尺寸为9寸，经过仿真计算，结合所搭配的所述旋翼电机17，其产生升力大于伸缩机翼式可飞行双臂空中作业机器人整体的重量，且具有一定的载重能力，伸缩机翼式可飞行双臂空中作业机器人可以摘取并携带一定重量的物品，实现连续空中作业的要求。
81.还需要说明的是，本实施例中，伸缩机翼式可飞行双臂空中作业机器人在空中的姿态以及飞行轨迹等都是通过飞控板控制实现的，通过改变四个所述旋翼电机17的转速，可以实现在空中的升力大小变化、改变俯仰角度、改变飞行方向等功能。
82.在本实用新型一实施例中，所述第一承载板15上安装有多目摄像头。该多目摄像头的主要作用是：给伸缩机翼式可飞行双臂空中作业机器人提供图像数据，配合gps、飞控板等其他设备，实现伸缩机翼式可飞行双臂空中作业机器人的航迹规划。同时，多目摄像头
也是机械臂工作目标的图像来源，在对多目摄像头进行标定后，结合机械臂的逆运动学算法，通过单片机控制舵机，实现对目标物的精确抓取等操作。
83.在本实用新型一实施例中，所述机翼伸缩部分4包括：驱动电机21、丝杆26和丝杆螺母25。
84.所述驱动电机21安装在所述第二承载板30上，所述驱动电机21的输出轴装配有一级联轴器23和二级联轴器24；所述丝杆26的一端与所述二级联轴器24相连接，所述丝杆26的另一端与轴承28相连接，所述轴承28安装在轴承座27中；所述丝杆螺母25螺纹连接在所述丝杆26上，所述丝杆螺母25上铰链连接连杆22的一端，所述连杆22的另一端与所述旋翼机臂19靠近所述机臂支座20的一端相铰接。
85.本实施例中，所述机翼伸缩部分4的工作过程如下：
86.所述驱动电机21的旋转通过所述一级联轴器23和所述二级联轴器24带动所述丝杆26旋转，所述丝杆26上的所述丝杆螺母25沿着所述丝杆26向下滑动，进而使得所述连杆22与所述旋翼机臂19产生绕所述机臂支座20中心的旋转运动，向内折叠，实现所述旋翼机臂19伸缩的功能，所述驱动电机21反转可以实现所述旋翼机臂19的展开。
87.需要说明的是，所述机翼伸缩部分4的主要设计目的是：使得伸缩机翼式可飞行双臂空中作业机器人在进入空中悬挂作业模式后，伸缩所述旋翼机臂19在空中悬挂作业模式下进行伸缩，使得整体结构呈一柱状体，该结构能够大幅度减少其整体体积，减少伸缩机翼式可飞行双臂空中作业机器人在发生位姿的改变时与环境发生干涉的现象，提高伸缩机翼式可飞行双臂空中作业机器人工作的安全性，同时，也能使伸缩机翼式可飞行双臂空中作业机器人实现更高的灵活度，增加其活动范围，可以进入较小的空间，进一步实现工作范围的扩大。
88.在本实用新型一实施例中，所述作业机械臂部分3包括：机械臂、末端执行器部分35、大扭力舵机31和小扭力舵机32。
89.所述机械臂包括大u型钢板33和小u型钢板34，所述大u型钢板33和所述小u型钢板34依次交错连接；所述末端执行器部分35设置在所述机械臂的末端，所述末端执行器部分35能够进行机械作业；所述大扭力舵机31的上端与所述第二承载板30相连接，所述大扭力舵机31的下端通过舵机支撑架36与第三承载板37连接固定，其中，所述大扭力舵机31用于驱动整个所述机械臂转动；所述小扭力舵机32设置在所述大u型钢板33上，且所述小扭力舵机32用于驱动所述大u型钢板33进行旋转从而实现机械臂的关节旋转。
90.本实施例中，伸缩机翼式可飞行双臂空中作业机器人的主要作业能力来源于其装配的双机械臂，两机械臂采用五自由度的结构设计。以其中一个机械臂为例，机械臂的自由度动力来源为所述大扭力舵机31，以及另外3个相对较小扭力型号的所述小扭力舵机32。由于所述大扭力舵机31承载了整个外延机械臂的重量，因此，其对扭力的要求更大。机械臂是通过u型钢板连接的，主要分为所述大u型钢板33与所述小u型钢板34。所述小扭力舵机32安装在所述大u型钢板33上，而所述小u型钢板34主要起到了连接两个所述小扭力舵机32的作用。所述末端执行器部分35是决定伸缩机翼式可飞行双臂空中作业机器人具体工作种类的部分，如：机械爪可以完成抓取的作业内容，而通过更换机械臂的末端执行器35部分的装置，如更换为剪切装置、喷火装置等可以实现高空树木的修剪作业、高压电线的异物清除等工作。
91.在本实用新型一实施例中，所述第三承载板37的底部设有支撑腿29，所述轴承座27安装在所述第三承载板37上。本实施例中，所述支撑腿29有三个，三个所述支撑腿29可以让伸缩机翼式可飞行双臂空中作业机器人能够支立起来并与地面有一定的空间，在之后的设计中也可以利用该部分的空余空间增加上装载装置，实现载物的功能。可选地，所述轴承座27通过四个螺纹孔与所述第三承载板37上的孔对齐链接。
92.本实用新型一实施例提供一种伸缩机翼式可飞行双臂空中作业机器人的控制方法，包括以下步骤：
93.s1：预设多种工作模式，所述工作模式包括空中飞行作业模式、空中悬挂作业模式；
94.s2：根据实际需求选择所需的所述工作模式作为目标工作模式；
95.s3：根据当前所述工作模式和所述目标工作模式确定工作模式转换方案；
96.s4：根据所述工作模式转换方案将所述伸缩机翼式可飞行双臂空中作业机器人的当前所述工作模式切换至所述目标工作模式。
97.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
98.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。