本发明属于机器人，具体涉及一种轮桨腿一体式水陆空多栖机器人。
背景技术：
1、机器人由于其强大的环境适应能力，高度的灵活性与机动性，在众多领域得到了广泛应用，尤其是在水产养殖、军事侦察、地图测绘等恶劣环境应用场景，机器人具有很大的优势。但是，传统的机器人运动形式简单，往往只能满足较为简单、单一的作业环境。
2、与传统的机器人相比，多栖机器人具有更大的活动范围。空中的无人机只能进行空中作业，在水中无法进行运动，甚至会烧毁内部电子设备；陆地运动的机器人在地面行进自如，但是无法飞行，更不能进入水中；水下机器人往往可以进行水陆两栖的运动，但是缺少飞行部件，不能实现空中的作业任务。现有的两栖机器人对于单一运动模式的机器人的环境适应性有了很大的改善，但仍然有着很大的局限性。为此，研究并设计可以实现水陆空三栖切换功能的多栖机器人，改变单一的运动模式以及单一的作业环境，满足人们对于广袤的空间科研探索的需求，具有重要的学术和实际工程意义。
3、申请号为cn201911096192.x的中国专利公开了一种全地形移动机器人，包括机器人骨架、及设置于机器人骨架上的一套以上机械腿总成；所述机械腿总成包括髋关节组件、大腿组件、小腿组件和移动组件；所述大腿组件通过髋关节组件连接机器人骨架；所述小腿组件一端连接大腿组件，小腿组件另一端连接移动组件。该机器人虽然采用了轮腿组合的方式来提高地形适应能力，但是腿部驱动关节采用电机驱动，削减了机器人的负载能力，减少了大负载工况下的应用；同时，该机器人的腿部关节不具备减震功能，若在轮式模式下高速行驶，不平整路面将会对机身产生较大震动，不仅影响机器人的运动控制精度，同时降低机身各元器件寿命。
4、申请号为cn202310998242.3的中国专利公开了一种水陆空全能多栖机器人，涉及机器人技术领域；为了解决机器人在进行飞行模式和地面行走模式之间的切换时，自身容易产生较大晃动的问题；具体包括机器人主体，所述机器人主体两侧外壁分别设置有连接座，连接座内壁设置有步进电机，步进电机的输出轴通过联轴器连接有连接架，连接架两侧外壁分别设置有一组支撑块，支撑块一侧外壁设置有第一导向块和第二导向块，机器人主体两侧外壁分别开有一组矩形槽，矩形槽顶部内壁固定有连接块。该多栖机器人虽然可以具有水陆空多栖移动能力，但是无法满足砂砾地面等恶劣环境下的工作要求，且无法跨越台阶等小型障碍。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种轮桨腿一体式水陆空多栖机器人，该机器人具有水陆空多栖功能，机动性高，适用环境能力强，适用范围广。
2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种轮桨腿一体式水陆空多栖机器人，包括机体、可收合旋翼装置、四个轮腿结构和控制单元，所述可收合旋翼装置安装于机体上且可在工作时展开而在不工作时收合，所述四个轮腿结构分别安装于机体四周，每个轮腿结构由腿部结构和轮桨组成，所述腿部结构上端与机体连接，所述腿部结构下端与轮桨连接；所述控制单元设置于机体内，并分别与可收合旋翼装置、腿部结构和轮桨的驱动单元电性连接，以切换空中运动、地面运动、水中运动三种不同工作模式。
3、进一步地，所述可收合旋翼装置包括齿轮齿条机构和两组旋翼组件，所述齿轮齿条机构安装于机体上中部，所述齿轮齿条机构包括齿轮驱动电机、齿轮、齿条导轨以及前、后齿条，所述齿轮驱动电机安装于机体上并驱动齿轮旋转，所述齿条导轨安装于机体上，所述前、后齿条分别与齿轮的左、右两侧啮合，并在齿条导轨的导向下，在齿轮驱动下前、后运动；所述两组旋翼组件分别安装于机体上的前后两侧，每组旋翼组件包括两个旋翼、两个旋翼驱动电机、两个旋翼连接杆、两个连杆和一个旋翼安装座，所述旋翼安装座固定安装于机体上，所述旋翼驱动电机的输出端连接相应的旋翼，所述两个旋翼驱动电机分别通过相应的旋翼连接杆安装于旋翼安装座的左右两侧，所述旋翼连接杆一端与旋翼安装座转动连接，另一端上固定安装旋翼驱动电机；所述前齿条前端通过两个连杆分别与前侧的旋翼组件的两个旋翼连接杆中部转动连接，所述后齿条后端通过两个连杆分别与后侧的旋翼组件的两个旋翼连接杆中部转动连接。
4、进一步地，所述腿部结构包括髋部构件、大腿构件和小腿构件，所述髋部构件固定连接于机体侧部，所述大腿构件上端转动连接于髋部构件末端并由大腿驱动电机驱动旋转，所述小腿构件上端转动连接于大腿构件下端并由小腿驱动电机驱动旋转，所述轮桨转动连接于小腿构件下端并由轮桨驱动电机驱动旋转。
5、进一步地，所述轮桨由螺旋桨式车轮和轮胎组成，所述螺旋桨式车轮由轮毂、轮辐和轮辋组成，所述轮辐为螺旋桨式构型，所述轮毂通过轮辐与轮辋连接，所述轮胎安装于轮辋上，所述轮毂与轮桨驱动电机连接并由其驱动旋转。
6、进一步地，所述机体包括机架和壳体，所述壳体固定安装于机架外侧，所述控制单元设置于壳体内并安装于机架上，所述壳体为密封结构，以避免水进入机体。
7、进一步地，所述机架为长方体框架结构，所述壳体由上、下、前、后、左、右侧板连接组成，各侧板之间在接合处垫设橡胶防水衬垫，并通过螺纹紧固件固定连接在一起，实现各侧板之间的压紧密封；所述可收合旋翼装置安装于上侧板上，所述四个轮腿结构安装于左、右侧板上。
8、进一步地，该机器人处于空中运动模式时，通过控制可收合旋翼装置上不同旋翼的转速来调节机器人运动的位置和姿态，实现机器人的垂直运动、俯仰运动、翻滚运动、转向运动。
9、进一步地，该机器人的地面运动模式包括轮式运动模式和足式运动模式；所述轮式运动模式用于在铺装路面快速行动，该机器人处于轮式运动模式时，通过控制轮桨运转实现机器人在路面上的前后运动，通过控制四个轮桨差速运转实现机器人在路面上的转向运动；所述足式运动模式用于跨越障碍或非铺装路面行动，该机器人处于足式运动模式时，四个轮桨固定不动，通过控制四个腿部结构运动实现机器人的跨障运动。
10、进一步地，该机器人处于水中运动模式时，通过控制轮桨运转实现机器人在水中的前后运动，通过控制四个轮桨差速运转实现机器人在水中的转向运动。
11、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明提供了一种轮桨腿一体式水陆空多栖机器人，其在机器人上同时集成了空中运动、地面运动、水中运动三种工作模式的运动结构，且在地面运动模式中还可兼顾快速运动及越障能力，适用场景广，对环境的适应能力强，具有较强的抗干扰能力。该机器人可在多种运动模式之间灵活切换，适合作为移动多模态作业机器人，完成多种作业活动。
1.一种轮桨腿一体式水陆空多栖机器人，其特征在于，包括机体、可收合旋翼装置、四个轮腿结构和控制单元，所述可收合旋翼装置安装于机体上且可在工作时展开而在不工作时收合，所述四个轮腿结构分别安装于机体四周，每个轮腿结构由腿部结构和轮桨组成，所述腿部结构上端与机体连接，所述腿部结构下端与轮桨连接；所述控制单元设置于机体内，并分别与可收合旋翼装置、腿部结构和轮桨的驱动单元电性连接，以切换空中运动、地面运动、水中运动三种不同工作模式。
2.根据权利要求1所述的一种轮桨腿一体式水陆空多栖机器人，其特征在于，所述可收合旋翼装置包括齿轮齿条机构和两组旋翼组件，所述齿轮齿条机构安装于机体上中部，所述齿轮齿条机构包括齿轮驱动电机、齿轮、齿条导轨以及前、后齿条，所述齿轮驱动电机安装于机体上并驱动齿轮旋转，所述齿条导轨安装于机体上，所述前、后齿条分别与齿轮的左、右两侧啮合，并在齿条导轨的导向下，在齿轮驱动下前、后运动；所述两组旋翼组件分别安装于机体上的前后两侧，每组旋翼组件包括两个旋翼、两个旋翼驱动电机、两个旋翼连接杆、两个连杆和一个旋翼安装座，所述旋翼安装座固定安装于机体上，所述旋翼驱动电机的输出端连接相应的旋翼，所述两个旋翼驱动电机分别通过相应的旋翼连接杆安装于旋翼安装座的左右两侧，所述旋翼连接杆一端与旋翼安装座转动连接，另一端上固定安装旋翼驱动电机；所述前齿条前端通过两个连杆分别与前侧的旋翼组件的两个旋翼连接杆中部转动连接，所述后齿条后端通过两个连杆分别与后侧的旋翼组件的两个旋翼连接杆中部转动连接。
3.根据权利要求1所述的一种轮桨腿一体式水陆空多栖机器人，其特征在于，所述腿部结构包括髋部构件、大腿构件和小腿构件，所述髋部构件固定连接于机体侧部，所述大腿构件上端转动连接于髋部构件末端并由大腿驱动电机驱动旋转，所述小腿构件上端转动连接于大腿构件下端并由小腿驱动电机驱动旋转，所述轮桨转动连接于小腿构件下端并由轮桨驱动电机驱动旋转。
4.根据权利要求1所述的一种轮桨腿一体式水陆空多栖机器人，其特征在于，所述轮桨由螺旋桨式车轮和轮胎组成，所述螺旋桨式车轮由轮毂、轮辐和轮辋组成，所述轮辐为螺旋桨式构型，所述轮毂通过轮辐与轮辋连接，所述轮胎安装于轮辋上，所述轮毂与轮桨驱动电机连接并由其驱动旋转。
5.根据权利要求1所述的一种轮桨腿一体式水陆空多栖机器人，其特征在于，所述机体包括机架和壳体，所述壳体固定安装于机架外侧，所述控制单元设置于壳体内并安装于机架上，所述壳体为密封结构，以避免水进入机体。
6.根据权利要求5所述的一种轮桨腿一体式水陆空多栖机器人，其特征在于，所述机架为长方体框架结构，所述壳体由上、下、前、后、左、右侧板连接组成，各侧板之间在接合处垫设橡胶防水衬垫，并通过螺纹紧固件固定连接在一起，实现各侧板之间的压紧密封；所述可收合旋翼装置安装于上侧板上，所述四个轮腿结构安装于左、右侧板上。
7.根据权利要求1所述的一种轮桨腿一体式水陆空多栖机器人，其特征在于，该机器人处于空中运动模式时，通过控制可收合旋翼装置上不同旋翼的转速来调节机器人运动的位置和姿态，实现机器人的垂直运动、俯仰运动、翻滚运动、转向运动。
8.根据权利要求1所述的一种轮桨腿一体式水陆空多栖机器人，其特征在于，该机器人的地面运动模式包括轮式运动模式和足式运动模式；所述轮式运动模式用于在铺装路面快速行动，该机器人处于轮式运动模式时，通过控制轮桨运转实现机器人在路面上的前后运动，通过控制四个轮桨差速运转实现机器人在路面上的转向运动；所述足式运动模式用于跨越障碍或非铺装路面行动，该机器人处于足式运动模式时，四个轮桨固定不动，通过控制四个腿部结构运动实现机器人的跨障运动。
9.根据权利要求1所述的一种轮桨腿一体式水陆空多栖机器人，其特征在于，该机器人处于水中运动模式时，通过控制轮桨运转实现机器人在水中的前后运动，通过控制四个轮桨差速运转实现机器人在水中的转向运动。
