一種四旋翼兩棲機(jī)器人的設(shè)計(jì)分析*

徐博達(dá)，于丹陽(yáng)，趙宏偉，楊宇恒，任 帥，李佳思

(吉林大學(xué) 機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130022)

一種四旋翼兩棲機(jī)器人的設(shè)計(jì)分析*

徐博達(dá)，于丹陽(yáng)，趙宏偉，楊宇恒，任 帥，李佳思

(吉林大學(xué) 機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130022)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)得到普遍重視和廣泛應(yīng)用。結(jié)合陸地、空間兩棲機(jī)器人的特定需求，設(shè)計(jì)了一種四旋翼兩棲機(jī)器人，針對(duì)機(jī)器人飛行特點(diǎn)和路面運(yùn)動(dòng)特性，研究了其工作機(jī)理，結(jié)合Pro/E軟件對(duì)機(jī)器人進(jìn)行了建模分析，通過(guò)ANSYS軟件對(duì)機(jī)器人關(guān)鍵部件進(jìn)行了靜力學(xué)分析研究，對(duì)機(jī)器人和新結(jié)構(gòu)進(jìn)行了試制加工，并進(jìn)行了模態(tài)試驗(yàn)分析。結(jié)合控制系統(tǒng)策略和主要傳感器對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)反饋，提出了機(jī)器人的主要運(yùn)動(dòng)模式和控制策略。設(shè)計(jì)的機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)輕巧、控制方便和適合復(fù)雜工作環(huán)境等特點(diǎn)，在特殊環(huán)境勘察和災(zāi)害探測(cè)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。

四旋翼；兩棲機(jī)器人；靜力學(xué)分析；運(yùn)動(dòng)模式；模態(tài)分析

當(dāng)前國(guó)內(nèi)四旋翼飛行器剛剛起步，發(fā)展比較緩慢，目前已有的四旋翼飛行器還是以玩具為主，載重小，質(zhì)量大，無(wú)實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，所以多功能、多用途的新型四旋翼機(jī)器人有很大的發(fā)展空間。四旋翼飛行器發(fā)展了近1個(gè)世紀(jì)，從原來(lái)機(jī)械時(shí)代(直徑十幾米、高幾米的龐然大物)發(fā)展到當(dāng)今電子時(shí)代(直徑幾十厘米甚至更小的微型“碟形”飛行器)，其實(shí)用性也從原來(lái)單純的運(yùn)載工具，發(fā)展為現(xiàn)在集軍用、商用和民用多位一體的無(wú)人駕駛工具。目前，國(guó)內(nèi)的四旋翼飛行器的發(fā)展還處于初級(jí)階段，缺乏獨(dú)自的核心技術(shù)，能應(yīng)用于專業(yè)領(lǐng)域的相關(guān)產(chǎn)品還未大批量生產(chǎn)。國(guó)外的四旋翼領(lǐng)域因擁有悠久的科學(xué)文化歷史和研發(fā)團(tuán)體機(jī)構(gòu)，加快了多旋翼飛行器的發(fā)展。歐美發(fā)達(dá)國(guó)家四旋翼飛行器已投入了商業(yè)和軍事領(lǐng)域，獲得了顯著的效果[1-2]。

目前，四旋翼飛行器在軍事、救援和勘測(cè)等方面具有獨(dú)特優(yōu)越性，所以，大力發(fā)展多旋翼飛行器將會(huì)成為趨勢(shì)，在如人質(zhì)救援和礦洞勘測(cè)等危險(xiǎn)環(huán)境中，又急需多功能、多用途、體積小和載重大的新型兩棲四旋翼機(jī)器人。目前，市場(chǎng)前景樂(lè)觀，是國(guó)內(nèi)、外軍方，科研以及其他團(tuán)隊(duì)研究的熱點(diǎn)。

基于軟件Pro/E和ADAMS的聯(lián)合仿真技術(shù)的新型四旋翼機(jī)器人擁有載重大、材質(zhì)輕、體積小和兩棲操作性強(qiáng)的特點(diǎn)，并且具有圖像傳輸?shù)榷喙δ苡猛?其涵蓋了巨大經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義，具有很好的推廣應(yīng)用前景。

1 新型四旋翼兩棲機(jī)器人的設(shè)計(jì)研究

本文將研究一種新型四旋翼兩棲機(jī)器人的結(jié)構(gòu)。它可以應(yīng)用于緊急時(shí)刻的救援搜索和在不便于人出沒(méi)的地方進(jìn)行勘探等地質(zhì)工作。例如，在有積水的坍塌礦洞和陸空兩棲，且特別適合在有毒有害氣體、核物質(zhì)泄漏等特殊場(chǎng)合應(yīng)用。而在人質(zhì)救援中，異常明顯的空中偵察又顯得過(guò)于顯眼，所以當(dāng)其飛到特定位置，進(jìn)行地面圖像傳輸無(wú)疑是最好的選擇。

1.1 新型四旋翼兩棲機(jī)器人的工作原理

本文研究四旋翼兩棲機(jī)器人的目的是為解決人類生活和工作環(huán)境中,一些不便于人類直接操作、勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作繁瑣、危險(xiǎn)性高和工作質(zhì)量差等問(wèn)題。

四旋翼兩棲機(jī)器人是一種結(jié)構(gòu)新穎、緊湊的雙模式探測(cè)裝置。四旋翼兩棲機(jī)器人在爬行狀態(tài)檢測(cè)到障礙物時(shí)，會(huì)通過(guò)調(diào)節(jié)足部伺服電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退或是轉(zhuǎn)彎；當(dāng)檢測(cè)到矮的障礙物時(shí)，會(huì)通過(guò)腿部關(guān)節(jié)的伺服電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)抬腿和收縮功能。在飛行模式下，四旋翼飛行器主要是通過(guò)改變4個(gè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)螺旋漿的轉(zhuǎn)速，由旋翼升力的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行器的控制。四旋翼飛行器能夠垂直起降，自由懸停，可適應(yīng)各種速度及各種飛行剖面航路的飛行狀況。這些優(yōu)勢(shì)決定了四旋翼飛行器具有廣泛的應(yīng)用范圍，可以實(shí)現(xiàn)在緊急時(shí)刻的救援搜索，在不便于人出沒(méi)的地方進(jìn)行勘探等地質(zhì)工作[3-4]。

1.2 新型四旋翼兩棲機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

新型四旋翼兩棲機(jī)器人由四旋翼飛行器機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)、地面行走機(jī)構(gòu)和信息采集機(jī)構(gòu)等4部分組成。

1.2.1 四旋翼飛行器機(jī)構(gòu)

四旋翼飛行器機(jī)構(gòu)是由旋翼、4個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)和機(jī)架組成，如圖1和圖2所示。旋翼是由2個(gè)互成角度的金屬片通過(guò)1個(gè)短軸連接而成。該旋翼采用耐磨輕質(zhì)合金材料制成[5]，大大減小了自身質(zhì)量。其表面經(jīng)過(guò)耐高溫處理，在空中高速旋轉(zhuǎn)與空氣極速摩擦?xí)r能夠承受高溫。4個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)均采用相同的高精度無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī),能夠精確地按照控制系統(tǒng)發(fā)出的信息帶動(dòng)旋翼按指定旋向旋轉(zhuǎn)。機(jī)架采用工程塑料通過(guò)3D打印技術(shù)制成。機(jī)架4個(gè)角為圓環(huán)形的鏤空結(jié)構(gòu)，其直徑比旋翼的最大長(zhǎng)度稍大，在每個(gè)圓環(huán)中間有電動(dòng)機(jī)安裝凹槽。4個(gè)電動(dòng)機(jī)安裝在機(jī)架4角的圓環(huán)中心凹槽內(nèi)。4個(gè)旋翼分別安裝在4個(gè)電動(dòng)機(jī)軸上。

圖1 四旋翼飛行器機(jī)構(gòu)示意圖

圖2 四旋翼飛行器底面示意圖

1.2.2 控制機(jī)構(gòu)

控制機(jī)構(gòu)(見(jiàn)圖2)裝有高蓄能電池、小型PLC控制系統(tǒng)及各種模擬量模塊。

1.2.3 信息采集機(jī)構(gòu)

信息采集機(jī)構(gòu)由機(jī)載部分和無(wú)線傳輸系統(tǒng)組成。機(jī)載部分包括微型攝像頭及視頻發(fā)射器。與傳統(tǒng)的攝像及傳輸系統(tǒng)相比,該系統(tǒng)的機(jī)載部分采用了集成度高、耗電低的電子元器件,并實(shí)現(xiàn)了微型化。該系統(tǒng)通過(guò)微型攝像頭拍攝地面的情況,并由視頻發(fā)射器將視頻信號(hào)實(shí)時(shí)發(fā)送回地面,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人所飛過(guò)地區(qū)的實(shí)時(shí)監(jiān)視。

1.2.4 地面行走機(jī)構(gòu)

圖3 四旋翼機(jī)器人腿部示意圖

地面行走機(jī)構(gòu)是四旋翼兩棲機(jī)器人用來(lái)在陸地行走時(shí)實(shí)現(xiàn)快速平移和轉(zhuǎn)向的機(jī)構(gòu)。它是由4條相同的腿組成，每條腿都是由腿支架和足組成。腿支架模仿螃蟹的足部結(jié)構(gòu)，由大腿支架、小腿支架和微型銷軸電動(dòng)機(jī)組成。大腿支架和小腿支架通過(guò)微型銷軸電動(dòng)機(jī)連接在一起，如圖3所示。微型銷軸電動(dòng)機(jī)的磁極固定在小腿支架下端的孔內(nèi)，微型銷軸電動(dòng)機(jī)的線圈繞在大腿支架的中心軸上，這樣就組成小腿支架直驅(qū)式的微型銷軸電動(dòng)機(jī)。

圖4 輪轂電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

足由支座、無(wú)刷輪轂電動(dòng)機(jī)和小輪組成。輪轂電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。支座上端與小腿支架下端連接，其下端是扁平狀的結(jié)構(gòu)，在下端中部鉆有圓形的軸承座孔。在支座下端扁平狀結(jié)構(gòu)外表面上固定有圓環(huán)形磁極。小輪是短圓柱形狀，內(nèi)側(cè)開(kāi)有圓環(huán)槽，其中心主軸上繞有輪轂電動(dòng)機(jī)的線圈。深溝球軸承安裝在支座下端中心圓形的軸承座孔內(nèi)，小輪的中心軸安裝在深溝球軸承孔內(nèi)，這樣支座與小輪組成無(wú)刷直驅(qū)輪轂電動(dòng)機(jī)，該結(jié)構(gòu)大大消除了傳動(dòng)式的損耗。為減小該機(jī)器人的質(zhì)量，本設(shè)計(jì)不采用直接安裝機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的方式，而是通過(guò)反轉(zhuǎn)電流方向來(lái)達(dá)到快速制動(dòng)的效果，或通過(guò)改變線圈接法而為電源充電，從而達(dá)到緩慢減速及能量回收的目的。每個(gè)輪轂電動(dòng)機(jī)直接受控于控制系統(tǒng)的閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)控制，所述足通過(guò)支座與小腿支架下端固連在一起。

1.3 機(jī)架結(jié)構(gòu)力學(xué)性能仿真與分析

圖5 機(jī)架結(jié)構(gòu)三維模型

機(jī)架作為整個(gè)裝置的支承部件，既要承受飛行器在飛行模式下的靜動(dòng)載荷，同時(shí)又作為飛行器的負(fù)載，因此要求其在滿足結(jié)構(gòu)剛強(qiáng)度性能要求的同時(shí)，應(yīng)盡可能降低質(zhì)量；為此，需要對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先，根據(jù)機(jī)架在實(shí)際飛行過(guò)程中的受力情況，按照力學(xué)原理，設(shè)計(jì)并繪制出(利用Pro/E軟件)機(jī)架的三維模型；然后，應(yīng)用ANSYS軟件，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力分析和模態(tài)分析。根據(jù)分析結(jié)果，對(duì)機(jī)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)出質(zhì)輕并符合力學(xué)性能要求的機(jī)架模型。為了驗(yàn)證仿真分析結(jié)果的正確性，本文利用3D打印技術(shù)，打印出機(jī)架支承臂實(shí)物模型，并對(duì)其進(jìn)行模態(tài)性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果與有限元分析結(jié)果較為吻合，最終可以認(rèn)為設(shè)計(jì)的機(jī)架模型能夠滿足性能要求。

利用Pro/E軟件設(shè)計(jì)并優(yōu)化后的機(jī)架三維模型如圖5所示，其密度取為1.1×103kg/m3，質(zhì)量為276 g。

2 新型四旋翼兩棲機(jī)器人的靜力分析

本文對(duì)四旋翼兩棲機(jī)器人的主要承力構(gòu)件——旋翼支承臂進(jìn)行ANSYS靜力和模態(tài)分析，并對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

2.1 定義材料屬性

由于機(jī)架結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，采用傳統(tǒng)的塑料模具注射的方法成本較高；因此，本文采用一種新的加工方法——3D打印，以工程塑料PLA為原料，打印出設(shè)計(jì)所需形狀。查資料可知，其彈性模量為1.9×103MPa，密度為1.1×103kg/m3，泊松比為0.394。

2.2 劃分網(wǎng)格

自由網(wǎng)格劃分方法，最終生成的網(wǎng)格劃分圖形如圖6所示，其節(jié)點(diǎn)數(shù)為90 840，單元數(shù)為48 961。

圖6 網(wǎng)格劃分結(jié)果

2.3 施加載荷和約束

在實(shí)際飛行過(guò)程中，機(jī)架主要承力部件——旋翼支承臂的根部承受地面行走機(jī)構(gòu)、電池和自身等的重力載荷，旋翼支承處承受旋翼的升力、旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)載荷。設(shè)計(jì)的飛行器能夠承受2 kg的重物，則其中一個(gè)旋翼支承臂承受的重物質(zhì)量為0.5 kg。根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)原理，載重0.5 kg進(jìn)行向上飛行(1g的加速度)，支承臂所承受的電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)矩大約為0.26 N·m；因此，在ANSYS軟件分析中，將支承臂大端固定，小端承受10 N的上升力和0.26 N·m的側(cè)向轉(zhuǎn)矩。具體施加載荷、約束的位置和大小如圖7所示。

圖7 載荷和約束添加位置

2.4 結(jié)果后處理

靜力分析結(jié)果如圖8所示，結(jié)構(gòu)承受的最大應(yīng)力為4.6 MPa，遠(yuǎn)小于材料的屈服強(qiáng)度。

圖8 靜力分析結(jié)果

3 新型四旋翼兩棲機(jī)器人的模態(tài)分析

對(duì)支承臂進(jìn)行模態(tài)分析，在支承臂小端放置0.5 kg的質(zhì)量點(diǎn)，以模擬臂在振動(dòng)過(guò)程中的實(shí)際受力情況。取分析結(jié)果中的前兩階模態(tài)，其模態(tài)固有頻率為103.71和259.97 Hz，對(duì)應(yīng)的模態(tài)振型分別如圖9和圖10所示。

圖9 一階模態(tài)振型(103.71 Hz)

圖10 二階模態(tài)振型(259.97 Hz)

4 新型四旋翼兩棲機(jī)器人的試驗(yàn)驗(yàn)證

采用型號(hào)為CF-7200A的便攜式傅里葉分析儀，在機(jī)架的末端受力處放置加速度傳感器，用力錘敲擊機(jī)架的固定端，分析儀采集并實(shí)時(shí)處理加速度傳感器的信號(hào)，繪制出每次敲擊所產(chǎn)生的功率譜密度函數(shù)曲線，如此反復(fù)數(shù)次，記下每次分析的結(jié)果，對(duì)比分析各結(jié)果數(shù)據(jù)，就能得出機(jī)架的各階模態(tài)對(duì)應(yīng)的頻率。試驗(yàn)測(cè)試分析裝置如圖11所示。一階模態(tài)振型對(duì)應(yīng)頻率測(cè)試試驗(yàn)的加速度傳感器放置位置如圖12所示，分析結(jié)果如圖13所示。二階模態(tài)振型對(duì)應(yīng)頻率測(cè)試試驗(yàn)的加速度傳感器放置位置如圖14所示，分析結(jié)果如圖15所示。

觀察功率譜密度函數(shù)曲線，得出該支承臂結(jié)構(gòu)的1階模態(tài)固有頻率試驗(yàn)結(jié)果為112 Hz，與仿真分析結(jié)果相差：

(1)

二階模態(tài)固有頻率試驗(yàn)結(jié)果為282 Hz，與仿真分析結(jié)果相差：

(2)

圖11 試驗(yàn)測(cè)試分析裝置

圖12 一階模態(tài)振型對(duì)應(yīng)頻率測(cè)試試驗(yàn)

圖13 一階模態(tài)試驗(yàn)功率譜密度函數(shù)分析結(jié)果

圖14 二階模態(tài)振型對(duì)應(yīng)頻率測(cè)試試驗(yàn)

圖15 二階模態(tài)試驗(yàn)功率譜密度函數(shù)分析結(jié)果

飛行器正常飛行的過(guò)程中，設(shè)計(jì)旋翼驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為8 000～13 000 r/min，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動(dòng)頻率為133.3～216.7 Hz。正好處在一階、二階模態(tài)固有頻率之間，從而能夠有效避免共振現(xiàn)象的發(fā)生，該飛行器機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)能夠滿足性能要求。

5 新型四旋翼兩棲機(jī)器人的功能控制

本設(shè)計(jì)采用PLC控制各執(zhí)行部件，在本發(fā)明各個(gè)執(zhí)行部件處均安裝有傳感器，PLC實(shí)時(shí)采集各傳感器的信息。利用閉環(huán)信息反饋調(diào)節(jié)方式，與發(fā)出指令進(jìn)行比較處理，然后再作出相應(yīng)指令，直到執(zhí)行部件達(dá)到預(yù)設(shè)位置，這樣大大提高了機(jī)器人飛行時(shí)的準(zhǔn)確度和可靠度[6-8]。四旋翼兩棲機(jī)器人的閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖如圖16所示。

當(dāng)PLC接受到開(kāi)始指令時(shí)，該機(jī)器人便以設(shè)定的功能實(shí)現(xiàn)陸地爬行或空中飛行。同時(shí)，信息采集機(jī)構(gòu)也開(kāi)啟，并將采集信息時(shí)時(shí)傳達(dá)給通信中心。當(dāng)機(jī)器人在陸地爬行時(shí)，其旋翼停止旋轉(zhuǎn)。地面行走機(jī)構(gòu)開(kāi)始運(yùn)行，由于該機(jī)器人4條腿上分別安裝有輪轂電動(dòng)機(jī)，并且能夠通過(guò)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不同方向的旋轉(zhuǎn)，當(dāng)其在行走過(guò)程中遇到簡(jiǎn)單障礙時(shí)，安裝于該機(jī)器人上的傳感器會(huì)將信息傳達(dá)給控制系統(tǒng)，進(jìn)而控制系統(tǒng)會(huì)通過(guò)控制微型銷軸電東機(jī)的旋轉(zhuǎn)，來(lái)彎曲機(jī)器人的腿部結(jié)構(gòu)使其越過(guò)障礙；因此，機(jī)器人能夠在復(fù)雜地形里實(shí)現(xiàn)任意方向快速轉(zhuǎn)向。由于該機(jī)器人在照明設(shè)備處安裝有光傳感器，當(dāng)飛行到黑暗地方時(shí)，會(huì)將信號(hào)反饋給控制系統(tǒng)，進(jìn)而照明設(shè)備開(kāi)啟，保障了信息采集的順利進(jìn)行。當(dāng)機(jī)器人在空中執(zhí)行飛行指令時(shí)，能夠按照控制系統(tǒng)的制定目標(biāo)進(jìn)行飛行，并將飛行速度、飛行距離及飛行方向時(shí)時(shí)傳達(dá)給控制系統(tǒng)，通過(guò)閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)控制方式，時(shí)時(shí)控制4個(gè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的垂直運(yùn)動(dòng)、俯仰運(yùn)動(dòng)、滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、偏航運(yùn)動(dòng)、前后運(yùn)動(dòng)和側(cè)向運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人準(zhǔn)確無(wú)誤地到達(dá)指定位置。

6 新型四旋翼兩棲機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)形式

四旋翼兩棲機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)流程圖如圖17所示。

圖17 四旋翼兩棲機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)流程圖

由于機(jī)器人在路面爬行時(shí)，左右轉(zhuǎn)彎及跨越障礙運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)單，故本文不做詳細(xì)介紹。機(jī)器人飛行時(shí)各個(gè)動(dòng)作[9-10]詳細(xì)描述如圖18和圖19所示。由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱，所以側(cè)向飛行的工作原理與前后運(yùn)動(dòng)完全一樣。

圖18 工作流程圖

圖19 飛行動(dòng)作原理示意圖

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)四旋翼兩棲機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及仿真校核，完成了機(jī)器人的機(jī)械部分設(shè)計(jì)。通過(guò)PLC控制系統(tǒng)，并綜合利用光電傳感器、聲音傳感器和力敏傳感器等實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)，綜合利用伺服電動(dòng)機(jī)和四旋翼等機(jī)械結(jié)構(gòu)特性，以及控制系統(tǒng)的時(shí)時(shí)反饋特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人預(yù)定的動(dòng)作，最終完成了人類指定的任務(wù)。

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*國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目(7150080050)

責(zé)任編輯鄭練

TheDesignandResearchoftheNewFour-rotorAmphibiousRobot

XU Boda, YU Danyang, ZHAO Hongwei, YANG Yuheng, REN Shuai, LI Jiasi

(School of Mechanical Science and Engineering, Jilin University, Changchun 130022, China)

In the view of the good application prospect about the robots with four rotors and according to robot flight characteristics and creep characteristics, this paper develops a new type robot with four rotors. By means of the Pro/Engineer software to design the structure and the ANSYS to analyze the key parts of the robot. Through all kinds of sensors to achieve the closed loop control system, this paper combines system control strategy and main sensors to achieve the robot motion real-time feedback, then put forward the main movement mode and control strategy of the robot. The designed robot has characteristics like the light structure, the convenient control, and good adaptability for complex work environment etc., it has important prospects in areas such as special environment survey and disaster detection.

four rotors, amphibious robots, static analysis, movement patterns, modal analysis

TH 134

：A

徐博達(dá)(1993-)，男，大學(xué)本科，主要從事仿生機(jī)器人等方面的研究。

2015-02-13