專利名稱：水陸兩棲機(jī)器人機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可在水陸兩種環(huán)境中行進(jìn)、避障，并根據(jù)環(huán)境的變化自主切換自身姿態(tài)及行進(jìn)方式的兩棲機(jī)器人機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)水下機(jī)器人技術(shù)作為人類探索海洋的最主要手段，深海探測機(jī)器人受到了人們的普遍關(guān)注。可是，此類水下機(jī)器人結(jié)構(gòu)功能復(fù)雜、體積大、質(zhì)量大，其研發(fā)技術(shù)難、耗資多、研制周期長，對于江河湖海等環(huán)境不適用。
對于江河海湖水資源的探測、開發(fā)、利用，大中型水電站、大壩的修建等需要迫切要求一種能夠在淺灘、湖泊等環(huán)境中水陸兩棲穿行的小型機(jī)器人，該機(jī)器人必須具備有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕等特點(diǎn)。
為此，本發(fā)明中的創(chuàng)作人憑借其多年從事相關(guān)行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)與實(shí)踐，研發(fā)出一臺(tái)僅采用兩個(gè)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)以上需求，基于仿生學(xué)角度的水陸兩棲機(jī)器人。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、簡潔的自主式水陸兩棲機(jī)器人機(jī)構(gòu)，利用該水陸兩棲機(jī)器人機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自主在水陸兩種不同環(huán)境中的行進(jìn)、避障以及由水到陸地和由陸地到水中自身姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)方式的切換等功能。
本發(fā)明中的水陸兩棲機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括有殼體，該殼體分為上下兩部分，在上殼體中間部分方開有一正方形窺視孔，以便于調(diào)試、維修機(jī)器人；固定設(shè)置在殼體內(nèi)部的一底板；
固定設(shè)置在底板上的兩塊高能電池、兩個(gè)電機(jī)；地面推進(jìn)裝置，通過前后四組輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)兩棲機(jī)器人在陸地上的行進(jìn)；水中推進(jìn)裝置，該裝置為三個(gè)截面為L型的扇環(huán)構(gòu)成，分別將其一端鉸鏈在機(jī)器人的前面輪子上，另一端與連桿鉸接，在陸地上，槳葉閉合成一個(gè)圓，在水中時(shí)，槳葉成張開狀態(tài)撥水，推動(dòng)機(jī)器人在水中行進(jìn)；傳動(dòng)裝置，所敘述的兩個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)前面的兩組輪子轉(zhuǎn)動(dòng)，前面兩組輪子通過同步齒型帶及帶輪帶動(dòng)后面的兩組輪子轉(zhuǎn)動(dòng)；控制部分，在機(jī)器人的殼體上安裝有一電源開關(guān)，通電后，機(jī)器人通過殼體前后鑲嵌的兩個(gè)液位傳感器判斷自身所處的環(huán)境，反饋到上位機(jī)，自主完成自身姿態(tài)的切換；通過安裝在殼體上的一個(gè)攝像頭及八個(gè)紅外傳感器判斷周圍的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)自主避障。
本發(fā)明中的兩棲機(jī)器人機(jī)構(gòu)與目前國內(nèi)外相關(guān)研究中普遍所采用的腿式或蠕動(dòng)式結(jié)構(gòu)相比，其足部采用了輪式結(jié)構(gòu)，僅僅依靠兩個(gè)驅(qū)動(dòng)，就同時(shí)實(shí)行了機(jī)器人在水、陸兩種環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)，這使得兩棲機(jī)器人結(jié)構(gòu)大大簡化，操作簡易。我們知道，兩棲動(dòng)物是通過感覺不同的環(huán)境信號接通或切斷不同的神經(jīng)控制信號以改變軀體的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，由此出發(fā)，該兩棲機(jī)器人機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)則是通過液位傳感器感覺檢測其所處的環(huán)境的變化，達(dá)到實(shí)現(xiàn)自身姿態(tài)及運(yùn)動(dòng)方式的切換的目的。


圖1是本發(fā)明中水陸兩棲機(jī)器人機(jī)構(gòu)在地面的立體示意圖；圖2是本發(fā)明中水陸兩棲機(jī)器人機(jī)構(gòu)在水中的立體示意圖；圖3是本發(fā)明中水陸兩棲機(jī)器人機(jī)構(gòu)的主視示意圖；圖4是本發(fā)明中水陸兩棲機(jī)器人機(jī)構(gòu)的俯視示意圖；圖5是本發(fā)明中水陸兩棲機(jī)器人機(jī)構(gòu)的左視示意圖；圖6是本發(fā)明中水陸兩棲機(jī)器人內(nèi)部機(jī)構(gòu)立體示意圖；
圖7是本發(fā)明中水陸兩棲機(jī)器人機(jī)構(gòu)內(nèi)部傳動(dòng)原理示意圖；圖8是本發(fā)明中足部輪式結(jié)構(gòu)在水中拔水的立體示意圖；具體實(shí)施方式
如圖1至圖6所示，本發(fā)明中用于在水、陸兩種環(huán)境中的自主行進(jìn)、避障的水陸兩棲機(jī)器人機(jī)構(gòu)包括有殼體部分1和2、底板24、固定在底板上的兩組高能電池23、兩個(gè)電機(jī)12、地面推進(jìn)裝置、水中推進(jìn)裝置、傳動(dòng)裝置、控制裝置。
如圖1至圖5所示，殼體1上安裝一個(gè)電源開關(guān)19、一個(gè)全球定位系統(tǒng)18、用于采集周圍環(huán)境信息的一個(gè)攝像頭28、八個(gè)紅外傳感器17，殼體2上安裝有兩個(gè)判斷機(jī)器人所處環(huán)境的液位傳感器27，殼體2內(nèi)部安裝有底板24；如圖6所示，兩組高能電池23固定在底板24上、兩個(gè)電機(jī)12通過支架25固定在底板24上；如圖7所示，機(jī)器人前兩組輪子28安裝在與軸套7相連的法蘭32上，后面兩組輪子25安裝在軸9的輸出端上，其輸入端安裝有一帶輪10；如圖8所示，機(jī)器人前部的兩個(gè)輪子28上分別安裝有三個(gè)槳葉29，槳葉29是由圓環(huán)切割出來扇環(huán)，其截面為L型；如圖7所示，電機(jī)12輸出端安裝有一齒輪11，與其嚙合的另一齒輪16安裝在軸套7上，軸套7與離合器15一部分通過螺釘連接，離合器15的另一部分通過平鍵安裝在軸6上，此外，軸上還安裝有一制動(dòng)器14、帶輪13，帶輪與帶輪通過同步齒型帶26連接。
如圖7所示，軸6與軸套7、軸套7支架3、軸9與支架33之間在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中存在相對轉(zhuǎn)動(dòng)，必需分別安裝有兩組特殊密封圈5、4、8。
本發(fā)明中用于在水、陸兩種環(huán)境中自主行進(jìn)、避障的水陸兩棲機(jī)器人機(jī)構(gòu)的的操作過程如下1.首先接通電源，機(jī)器人通過兩個(gè)液位傳感器判斷自身所處的環(huán)境。
2.機(jī)器人位于陸地上時(shí)，離合器吸合，制動(dòng)器斷開。軸6與軸套連接，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速由齒輪傳遞給齒輪，帶動(dòng)軸6和軸套一起轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出為前面輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)，軸6的另一端通過同步齒型帶將運(yùn)動(dòng)傳遞給軸9，軸9輸出為后輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)器人在陸地的直線行進(jìn)得以實(shí)現(xiàn)，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)向的變化實(shí)現(xiàn)其前行、后退運(yùn)動(dòng)。
3.機(jī)器人由地面進(jìn)入水中時(shí)，離合器斷開，制動(dòng)器吸合。軸6斷開與軸套的連接，與離合器鎖緊，因而固定不動(dòng)，軸套則在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)一預(yù)定角度，輪子隨套筒一起轉(zhuǎn)動(dòng)，通過四連桿機(jī)構(gòu)使得槳葉張開，機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了自身姿態(tài)的切換。
4.由陸到水的切換完成后，離合器吸合，制動(dòng)器斷開，槳葉隨輪子一起轉(zhuǎn)達(dá)，撥水行進(jìn)。由水到陸的切換同上，只需將電機(jī)反向輸出一預(yù)定角度。
5.當(dāng)機(jī)器人在避障時(shí)需要轉(zhuǎn)彎，此時(shí)，兩個(gè)電機(jī)將會(huì)給前面的兩根軸6輸出不同的轉(zhuǎn)速，通過左右兩邊輪子的差速轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)其避障功能。
權(quán)利要求
1.一種能夠僅以兩個(gè)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)其在水、陸兩種不同的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)基本的行進(jìn)、避障功能，并且能夠自主識(shí)別水、陸兩種不同環(huán)境并完成由水到陸和由陸到水的過程中自身姿態(tài)及運(yùn)動(dòng)方式切換的兩棲機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于包括有一殼體，該殼體分為上下兩部分，在上殼體中間部分開有一正方形窺視孔，以便于機(jī)器人運(yùn)行狀態(tài)的調(diào)試及維修；固定設(shè)置在殼體內(nèi)部的一底板；固定設(shè)置在底板上的兩塊高能電池、兩個(gè)電機(jī)、兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；地面推進(jìn)裝置，通過前后四組輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)兩棲機(jī)器人在陸地上的行進(jìn)；水中推進(jìn)裝置，該裝置為六個(gè)截面為L型的扇環(huán)構(gòu)成，在陸地上，機(jī)器人的每三個(gè)槳葉閉合成一個(gè)圓，不發(fā)揮作用，在水中時(shí)，每個(gè)槳葉呈張開狀態(tài)撥水，推動(dòng)機(jī)器人在水中行進(jìn)；傳動(dòng)裝置，所敘述的兩個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)前面的兩組輪子轉(zhuǎn)動(dòng)，前面兩組輪子通過同步齒型帶及帶輪將運(yùn)動(dòng)傳遞給后面的兩組輪子；控制裝置，在機(jī)器人的殼體上安裝有一電源開關(guān)，通電后，機(jī)器人通過殼體前后鑲嵌的兩個(gè)液位傳感器判斷自身所處的環(huán)境，反饋到上位機(jī)，自主完成自身姿態(tài)的切換，通過安裝在殼體上的一個(gè)攝像頭及八個(gè)紅外傳感器判斷周圍的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)自主避障。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的兩棲機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于所敘述的殼體采用玻璃鋼制作，外形類似青蛙。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的兩棲機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于所敘述的切換機(jī)構(gòu)包括有兩個(gè)可以相互轉(zhuǎn)動(dòng)的軸和軸套，在軸和軸套上分別連接有一法蘭，所敘述的輪子固定在與軸相連接的法蘭上，所敘述的連桿鉸接在與軸套相連接的法蘭上，所敘述的槳葉一端鉸鏈在機(jī)器人的前面的輪子上，另一端與連桿鉸接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和3中所述的兩棲機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于所敘述的輪子、槳葉、連桿、及連接在軸上的法蘭構(gòu)成一個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、3和4中所敘述的兩棲機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于離合器的一部分通過螺釘與軸套連接，另一部分通過平鍵與軸連接，制動(dòng)器的一部分通過支架固定在底板上，另一部份通過平鍵與軸相連。通電時(shí)，離合器的兩部分吸合，齒輪帶動(dòng)軸與軸套同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，槳葉閉合，斷電時(shí)，離合器的兩部分分開，制動(dòng)器通過鍵槽抱死軸，此時(shí)，只有軸套轉(zhuǎn)動(dòng)，槳葉張開。
6.動(dòng)密封裝置，根據(jù)權(quán)利要求1和4所敘述的兩棲機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于兩棲機(jī)器人機(jī)構(gòu)處于水中時(shí)，所敘述的軸與軸套、軸套與機(jī)器人殼體之間采用了兩組密封圈解決了其在水中切換和行進(jìn)時(shí)的動(dòng)密封問題。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種僅依靠兩個(gè)驅(qū)動(dòng)在水陸兩種環(huán)境中自主行進(jìn)、避障的兩棲機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其中包括機(jī)器人外部的殼體、鑲嵌在殼體上的一個(gè)攝像頭、一個(gè)全球定位系統(tǒng)、兩個(gè)液位傳感器、八個(gè)紅外傳感器、陸地上行進(jìn)的推進(jìn)裝置——四個(gè)輪子、水中行進(jìn)的推進(jìn)裝置——兩組槳葉以及內(nèi)部的底板、固定在底板上控制機(jī)器人前部的兩個(gè)輪子及槳葉動(dòng)作的兩組高能電池、兩個(gè)電機(jī)、減速器、傳動(dòng)齒輪、軸、軸套、控制軸和軸套之間相對轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)離合器、兩個(gè)制動(dòng)器、用于帶動(dòng)后部輪子轉(zhuǎn)動(dòng)的齒形帶、帶輪等。
文檔編號B60F3/00GK101028786SQ20061001139
公開日2007年9月5日 申請日期2006年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月1日
發(fā)明者楊洋, 邊宇樞, 周靜, 馮巍, 宗光華 申請人:北京航空航天大學(xué)