一种飞行机器人足部结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种飞行机器人的足部结构，特别是用于工程结构健康监测的多旋翼飞行机器人的足部结构，属于机器人技术领域。
【背景技术】
[0002]无人驾驶飞行器(UAV)近10多年来随着机械制造、计算机技术、控制技术、传感技术等多种科学技术的发展，获得了长足进展。当无人驾驶飞行器带有传感器、感知力和智能的时候，一般将这种UAV称为飞行机器人。飞行机器人具有广阔的应用前景，能够被更广泛地在各行业使用。例如它们可以用于检测各种大型工程结构、桥梁、水坝的健康状况，相比悬吊在绳子上的工人，一个小型飞行机器人能以快得多的速度、更节约成本的方式完成这项任务；飞行机器人还可以帮助一些农民管理稻田，监测谷物生长，播撒农药；也可以用于各种自然灾害的救灾工作、追踪罪犯，例如捕杀野生动物的人。有专家预测:2015年后飞行机器人的商业应用将出现爆炸增长。广阔的应应用前景也促进了飞行机器人技术的发展，但是由于飞行机器人在悬停时仍要消耗较多电能，而飞行机器人一般采用电池供电，难以储备大量电能，这就导致了监测的时间受到限制，成为飞行机器人发展的瓶颈。当前飞行机器人仍在采用普通的起落架结构，在着陆时存在不平稳现象，尤其是在狭小的受限空间内，容易造成机器人的翻倒，这主要是机器人不能感知自己的着陆过程造成的。另外，飞行机器人目前还主要靠操作者的遥控，其自身对环境的感知能力还比较薄弱。
【发明内容】
[0003]本实用新型提供了一种飞行机器人的足部结构，特别适用于工程结构健康监测的多旋翼飞行机器人。主要目的是解决飞行机器人在做定点监测时的电能消耗问题、飞行机器人在起飞和降落时的稳定问题、以及工作过程中的蔽障问题；另外本实用新型还解决了在增设传感器的情况下，主控制器存在超负荷运行的问题。
[0004]本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:
[0005]对于定点监测时的电能消耗问题，采用永久磁铁，使飞行机器人能够吸附在铁磁性材料上，这样在有些场合就不必采用悬停的方式来检测，从而减少在定点监测时机器人的悬停电能消耗，在机器人飞离时，通过通电线圈产生的磁性及旋翼产生的升力抵消磁铁的磁力来实现机器人的飞离过程。
[0006]对于飞行机器人在起飞和降落时的稳定问题，采用缓冲弹簧与滑动变阻式位移传感器结合，使得机器人能够感知整个降落时的着陆过程；另外，采用当前技术比较成熟的超声波检测技术方案，通过各个足部下方超声波传感器的检测值比较来判断要着陆的地方是否平整，可否着陆等问题，从而实现平稳着陆的过程，避免了机器人翻倒等现象的发生；在机器人稳定着陆后，可以通过检测传感器电阻大小计算出机器人的负载，从而使主控器能感知起飞前的负载大小，并对控制策略提前做出相应调整，使得起飞过程更加稳定。
[0007]对蔽障的问题，通过分别在足部的侧面及下方装设超声波探头及相关检测电路，飞行机器人可以感知相关方向的障碍物距离，并及时调整控制算法，从而避开障碍物，飞行机器人一般会有多个足部结构(一般为3-4个)，可以通过调整各个足部的侧面超声波探头的方向形成平面上各个方位的探测，从而实现有效蔽障。
[0008]对于在增设传感器的情况下，主控制器存在超负荷运行的问题，采用在足部加设一个微处理器为控制器的方案，实现对以上提到的各个传感器的检测、计算，全部由该控制器完成，通过高速的现场总线技术(CAN总线)来实现与主控制器的通讯，主控制器要知道足部的状态，只需要发一个命令，足部控制器会自动检测这些状态值，并以报文的形式发给主控制器，从而有效地减少了主控制器的计算负荷。
[0009]本实用新型的有益效果:相对于当前使用较多的起落架结构，本实用新型的足部结构能在定点监测时通过磁力吸附节省电能，能够让机器人感知自己的起落过程，从而实现稳定着陆；飞行机器人能够通过足部的传感器计算出负载的大小，增加了起飞的稳定性；通过装设的超声波传感器可以计算下方和侧面的障碍物距离，从而提高了机器人的感知能力，再通过多个足部的配合可以实现多方向有效蔽障；足部内置微处理器，可以独自完成上述各种感知计算，并通过CAN总线接口与飞行机器人主控制器通讯，有效地减少了主控制器的计算负荷。
【附图说明】
[0010]图1为本实用新型的飞行机器人足部结构图；
[0011]图中:1001连接活塞、1002上端盖、1003缓冲弹簧、1004弹簧底盘、1005筒体、1006弹簧底盘固定螺栓、1007线路板固定螺栓及垫片、1008线路板、1009侧面超声波探头固定螺栓、1010侧面超声波探头、1011线圈压板、1012下端盖固定螺栓、1013线圈、1014下端盖、1015永久磁铁、1016磁铁及线圈固定螺栓、1017下方超声波探头、1018下部接线端子、1019上部接线端子、1020电阻条、1021滑动触头、1022压紧弹簧、1023引线固定胶帽、1024传感器引线。
[0012]图2为连接活塞结构图；
[0013]图中:1001-1足部固定外螺纹、1001-2穿线圆腔、1001-3滑动触头容腔、1001-4滑动触头穿线腔。
[0014]图3为滑动触头结构图；
[0015]图中:1021-1为压线螺钉、1021-2为压线垫片。
[0016]图4为筒体结构图；
[0017]图中:A是主视图，B是俯视图，1005-1筒体外螺纹、1005-2筒体穿线孔、1005-3线路板固定孔、1005-4弹簧底盘固定孔、1005-5侧面超声波探头固定孔、1005-6侧面超声波探头装配孔、1005-7电阻条穿线孔、1005-8筒体与下端盖固定孔。
[0018]图5为下端盖结构图；
[0019]图中:1004-1下端盖固定孔、1004-2下方超声波探头固定孔、1004-3下方超声波探头装配孔、1004-4磁铁及线圈固定孔。
[0020]图6为接线端子编号图。
[0021]图7为线路板电路图。
【具体实施方式】
[0022]实施例1:一种飞行机器人足部结构，如图1、2、3所示，连接活塞1001的上部是外螺纹，用于将足部连接到飞行机器人的本体；下部是缓冲弹簧的固定槽，用于固定缓冲弹簧；连接活塞与筒体1005接触处开有圆孔型滑动触头容腔1001-3及圆孔型穿线圆腔1001-4，用于安装滑动触头1021及其引出线，如图3所示，滑动触头处有压线用的螺钉1021-1及垫片1021-2，连接活塞中心开有圆孔型穿线容腔1001-2，用于滑动触头引出线、电源进线及CAN总线的穿线。
[0023]如图1所示，上端盖1002的里面是内螺纹结构，与筒体1005的外螺纹装配，用于对连接活塞1001进行限位；上端盖1002的中心开有圆孔，以便于连接活塞1001能够上下移动。
[0024]如图1所示，缓冲弹簧1003由连接活塞1001的弹簧固定槽及弹簧底盘1004固定；弹簧底盘1004分别在中心和靠近电阻条1020的引出线处开有圆形线槽，用于通过滑动触头1021的引出线、外部电源进线及CAN总线；如图4所示，弹簧底盘1004的固定，通过均布于自身及筒体上的3个固定孔1005-4，使用螺栓1006来固定。
[0025]如图1、4所示，筒体1005由上、下两腔组成，上腔功能:通过筒体外螺纹1005-1及上端盖1002用来组装连接活塞1001、缓冲弹簧1003、弹簧底盘1004、电阻条1020及滑动触头1021部分；下腔功能:通过固定孔1005-3、线路板固定螺栓及垫片来组装线路板1008 ;通过侧面超声波探头固定孔1005-5、侧面超声波探头装配孔1005-6及侧面超声波探头固定螺栓1009来装配侧面超声波探头；筒体中心和靠近电阻条1020的引出线处开有圆形孔，用于通过滑动触头1021的引出线、外部电源进线及CAN总线；筒体1005的下部有与下端盖1014固定用的8个均布的固定孔，通过螺栓1012固定。
[0026]如图1、4所示，下端盖1014通过均布的8个固定孔1004-1及螺栓1012与筒体固定；中心加工有圆形空腔用于嵌入固定永久磁铁1015，并通过磁铁及线圈固定孔1004-4、线圈压板1011及磁铁及线圈固定螺栓1016来固定线圈及永久磁铁，中间部分的凹槽用于装配线圈1013 ;通过下方超声波探头固定孔1004-2、下方超声波探头装配孔1004-3及下方超声波探头固定螺栓来装配下方超声波探头。
[0027]如图1、4所示，电阻条1020嵌入式安装在筒体1005的内壁上，下部引出导线；装配在连接活塞1001上的滑动触头1021由压紧弹簧1022顶住以保证与电阻条1020可靠接触；滑动触头1021的引线经连接活塞1001的圆形线槽引出；这样由电阻条1020、滑动触头1021、压紧弹簧1022、传感器引出线，共同构成了滑动变阻式位移传感器。
[0028]如图1、6所示，飞行机器人足部结构的电气接线包括传感器引出线2根、线圈电源线2根，侧面超声波探头接线4根，下方超声波