專利名稱：一種基于輪槳-足板混合驅(qū)動(dòng)的水陸兩棲機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水陸兩棲機(jī)器人，具體地說是一種基于輪槳-足板混合驅(qū)動(dòng)的水陸兩 棲機(jī)器人。
背景技術(shù)：
隨著世界各海洋強(qiáng)國對(duì)海洋科學(xué)研究和海洋開發(fā)戰(zhàn)略的深化與發(fā)展，海洋與陸地 銜接的極淺水、碎浪帶、拍岸浪區(qū)和灘涂地帶成為近年來科學(xué)研究、環(huán)境監(jiān)測、調(diào)查取樣及 軍事領(lǐng)域等方面應(yīng)用和關(guān)注的重點(diǎn)區(qū)域之一。當(dāng)前國內(nèi)外研究的水下機(jī)器人主要包括浮游 式和爬行式，但這兩種水下機(jī)器人的作業(yè)區(qū)域均存在一些局限性在淺水和深水海域，當(dāng)前 的水下機(jī)器人具有一定的作業(yè)能力，而在極淺水、碎浪帶和海灘區(qū)域作業(yè)能力較弱，甚至無 法作業(yè)；而陸上應(yīng)用的機(jī)器人對(duì)極淺水和碎浪帶區(qū)域更是束手無策。水陸兩棲機(jī)器人是一 種集陸地和水中特定運(yùn)動(dòng)于一體的特種移動(dòng)機(jī)器人，根據(jù)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)形式的不同，現(xiàn) 有的水陸兩棲機(jī)器人大致可以分為單一驅(qū)動(dòng)型和復(fù)合驅(qū)動(dòng)型兩大類。單一驅(qū)動(dòng)方式的水陸 兩棲機(jī)器人，無論是多足式、波動(dòng)式、輪式、履帶式等，都很難完全滿足機(jī)器人在水中或者在 陸地上的速度、越障、機(jī)動(dòng)性、穩(wěn)定性等方面的要求。為了實(shí)現(xiàn)水陸兩棲機(jī)器人分別在水中 和陸地上多種模式下的高性能運(yùn)動(dòng)，開發(fā)研制基于新型混合驅(qū)動(dòng)裝置的水陸兩棲機(jī)器人成 為近年來兩棲機(jī)器人的重要研究方向和發(fā)展趨勢之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于輪槳-足板混合驅(qū)動(dòng)的水陸兩棲機(jī)器人，解決了 現(xiàn)有水陸兩棲機(jī)器人在兩棲環(huán)境下運(yùn)動(dòng)模式單一，作業(yè)能力較弱，快速性、機(jī)動(dòng)性和穩(wěn)定性 等方面不足的問題，為近海岸的海洋開發(fā)和利用提供一種有效的高技術(shù)手段。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明包括前浮筒、中前浮筒、水密電子艙、中后浮筒、后浮筒、框架、輪槳驅(qū)動(dòng)模 塊和足板驅(qū)動(dòng)模塊，所述框架上依次安裝有前浮筒、中前浮筒、水密電子艙、中后浮筒及后 浮筒，在框架的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)有多個(gè)輪槳驅(qū)動(dòng)模塊，兩側(cè)相鄰的輪槳驅(qū)動(dòng)模塊之間設(shè)有安裝 在框架上的足板驅(qū)動(dòng)模塊；所述輪槳驅(qū)動(dòng)模塊包括輪槳直接驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)及回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，輪槳直 接驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)可轉(zhuǎn)動(dòng)地與回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)相連接。其中所述輪槳驅(qū)動(dòng)模塊為兩對(duì)，對(duì)稱分布于框架的前、后兩端，四個(gè)輪槳驅(qū)動(dòng)模 塊結(jié)構(gòu)相同；所述足板驅(qū)動(dòng)模塊為一對(duì)，對(duì)稱分布于框架的中部，兩個(gè)足板驅(qū)動(dòng)模塊結(jié)構(gòu)相 同；所述輪槳驅(qū)動(dòng)模塊中的輪槳直接驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)包括密封艙體、直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件、密封艙 端蓋、第一驅(qū)動(dòng)軸、輪槳復(fù)合機(jī)構(gòu)及槳轂，其中密封艙體的兩側(cè)沿徑向?qū)ΨQ向外延伸，一側(cè) 的延伸部可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上，另一側(cè)的延伸部可轉(zhuǎn)動(dòng)地與固接在框架上的固定支 架相連接；所述直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件固定在密封艙體內(nèi)、與水密電子艙內(nèi)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組件 電連接，直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件的輸出軸與第一驅(qū)動(dòng)軸的一端相連接，第一驅(qū)動(dòng)軸的另一端連 接有與其連動(dòng)的輪槳復(fù)合機(jī)構(gòu)，該輪槳復(fù)合機(jī)構(gòu)中間的外側(cè)設(shè)有連接于第一驅(qū)動(dòng)軸另一端端部的槳轂；所述第一驅(qū)動(dòng)軸上套設(shè)有與密封艙體密封連接的密封艙端蓋；密封艙端蓋通 過支撐軸承套設(shè)在第一驅(qū)動(dòng)軸上，支撐軸承的一側(cè)設(shè)有套設(shè)在第一驅(qū)動(dòng)軸上的第一鎖緊螺 母，支撐軸承的另一側(cè)設(shè)有套設(shè)在第一驅(qū)動(dòng)軸上的第一旋轉(zhuǎn)密封件；輪槳復(fù)合機(jī)構(gòu)包括輪 緣、槳葉及輪轂，輪緣為圓環(huán)形，其內(nèi)壁均布有多個(gè)與輪轂固接的槳葉，輪轂套設(shè)在第一驅(qū) 動(dòng)軸上；所述輪槳驅(qū)動(dòng)模塊中的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)包括回轉(zhuǎn)艙體、回轉(zhuǎn)電機(jī)組件、第一錐齒輪、第二 錐齒輪、過渡軸及第一走線密封組件，所述回轉(zhuǎn)艙體安裝在框架上，回轉(zhuǎn)電機(jī)組件固定在回 轉(zhuǎn)艙體的內(nèi)部，回轉(zhuǎn)電機(jī)組件的輸出軸與過渡軸的一端相連接；所述輪槳直接驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)包 括密封艙體，密封艙體的兩側(cè)沿徑向?qū)ΨQ向外延伸，其中一側(cè)的延伸部可轉(zhuǎn)動(dòng)地與回轉(zhuǎn)艙 體相連接，在過渡軸上設(shè)有第一錐齒輪、與安裝在密封艙體一側(cè)的延伸部上的第二錐齒輪 相嚙合，帶動(dòng)輪槳直接驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)；在回轉(zhuǎn)艙體上設(shè)有第一走線密封組件，回轉(zhuǎn)電機(jī)組件 的電纜通過第一走線密封組件與水密電子艙內(nèi)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組件電連接；回轉(zhuǎn)艙體內(nèi)固接 有回轉(zhuǎn)電機(jī)座，回轉(zhuǎn)電機(jī)組件安裝在回轉(zhuǎn)電機(jī)座上；過渡軸的另一端設(shè)有旋轉(zhuǎn)電位計(jì)，旋轉(zhuǎn) 電位計(jì)的電纜通過第一走線密封組件與水密電子艙內(nèi)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組件電連接；所述回轉(zhuǎn) 艙體通過旋轉(zhuǎn)軸承及第二旋轉(zhuǎn)密封件與密封艙體一側(cè)的延伸部相連接，旋轉(zhuǎn)軸承的上方設(shè) 有套設(shè)在延伸部上的第二鎖緊螺母，在第二錐齒輪的上方還設(shè)有套在密封艙體一側(cè)延伸部 上的固定螺母；所述足板驅(qū)動(dòng)模塊包括足板復(fù)合機(jī)構(gòu)、第二驅(qū)動(dòng)軸、足板艙蓋、聯(lián)軸器、足板 驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件及足板艙體，其中足板艙體的一端安裝在框架上，另一端密封連接有足板艙 蓋；所述足板驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件固定在足板艙體的內(nèi)部，足板驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件的輸出軸通過聯(lián)軸 器與第二驅(qū)動(dòng)軸的一端相連接，第二驅(qū)動(dòng)軸的另一端由足板艙蓋穿出、與足板復(fù)合機(jī)構(gòu)相 連接；在足板艙體上設(shè)有第二走線密封組件，足板驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件的電纜通過第二走線密封 組件與水密電子艙內(nèi)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組件電連接；足板艙體內(nèi)設(shè)有固定法蘭，足板驅(qū)動(dòng)電機(jī) 組件安裝在固定法蘭上，聯(lián)軸器通過第一軸承與固定法蘭相連，足板艙體內(nèi)還設(shè)有套設(shè)在 第二驅(qū)動(dòng)軸上的旋轉(zhuǎn)變壓器，旋轉(zhuǎn)變壓器的電纜通過第二走線密封組件與水密電子艙內(nèi)的 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組件電連接；足板復(fù)合機(jī)構(gòu)包括足板骨架及柔性體，足板骨架及柔性體為扁平 狀，足板骨架的一端與第二驅(qū)動(dòng)軸的另一端相連接，足板骨架的另一端設(shè)有柔性體。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與積極效果為1.本發(fā)明采用基于輪槳-足板混合驅(qū)動(dòng)的一體化總體結(jié)構(gòu)形式，充分利用輪槳和 足板在爬行和浮游運(yùn)動(dòng)中的雙重作用，滿足機(jī)器人在水陸兩棲條件的爬行和浮游多運(yùn)動(dòng)模 式的需求，同時(shí)保障了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性、快速性和協(xié)調(diào)性。2.本發(fā)明采用兩種不同運(yùn)動(dòng)機(jī)理的驅(qū)動(dòng)裝置，即輪槳驅(qū)動(dòng)裝置和足板驅(qū)動(dòng)裝置， 從其工作原理角度均可視為具有多種功效的復(fù)合式移動(dòng)機(jī)構(gòu)，使機(jī)器人在具備多樣化的運(yùn) 動(dòng)形式和較好綜合運(yùn)動(dòng)性能的同時(shí)，保障了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的緊湊性和整體的小型化，減輕了機(jī) 器人載體的重量。3.本發(fā)明機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，各輪槳驅(qū)動(dòng)單元和足板驅(qū)動(dòng)單元分 別為獨(dú)立的模塊結(jié)構(gòu)，彼此之間互不干擾，便于驅(qū)動(dòng)裝置的維護(hù)和更換。4.本發(fā)明運(yùn)動(dòng)靈活，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2的仰視圖；圖4為圖2中輪漿驅(qū)動(dòng)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為圖2中足板驅(qū)動(dòng)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為圖4中輪槳復(fù)合機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為圖5中足板復(fù)合機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖為本發(fā)明直線爬行運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)原理圖；圖8b為本發(fā)明轉(zhuǎn)向爬行運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)原理圖；圖8c為本發(fā)明直線浮游運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)原理圖；圖8d為本發(fā)明轉(zhuǎn)向浮游運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)原理圖；其中1為前浮筒，2為中前浮筒，3為水密電子艙，4為中后浮筒，5為后浮筒，6為 框架，7為輪槳驅(qū)動(dòng)模塊，8為輪槳直接驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，9為回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，10為足板驅(qū)動(dòng)模塊，11為 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組件，12為二次鋰離子電池組，13為臍帶電纜水密接插件，14為GPS定位模塊， 15為無線數(shù)傳模塊，16為航行姿態(tài)傳感器，17為控制計(jì)算機(jī)，18為深度傳感器，19為接收 天線，20為天線，21為固定支架，22為密封艙體，23為直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件，24為第一緊定螺 釘，25為第一鎖緊螺母，沈?yàn)橹屋S承，27為第一旋轉(zhuǎn)密封件，觀為密封艙端蓋，29為第一 驅(qū)動(dòng)軸，30為第一平鍵，31為輪槳復(fù)合機(jī)構(gòu)，32為槳轂，33為第二旋轉(zhuǎn)密封件，34為旋轉(zhuǎn)軸 承，35為第二鎖緊螺母，36為旋轉(zhuǎn)電位計(jì)，37為固定螺母，38為過渡軸，39為第一錐齒輪，40 為第二錐齒輪，41為第二緊定螺釘，42為回轉(zhuǎn)電機(jī)座，43為回轉(zhuǎn)電機(jī)組件，44為回轉(zhuǎn)艙體， 45為第一走線密封組件，46為足板復(fù)合機(jī)構(gòu)，47為第二平鍵，48為第二驅(qū)動(dòng)軸，49為足板 艙蓋，50為旋轉(zhuǎn)變壓器，51為固定法蘭，52為聯(lián)軸器，53為足板驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件，M為足板艙 體，55為第二走線密封組件，56為第三平鍵，57為第一軸承，58為第二軸承，59為0型密封 圈，60為第三旋轉(zhuǎn)密封件，61為輪緣，62為槳葉，63為輪轂，64為足板骨架，65為柔性體。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。如圖1 3所示，本發(fā)明包括前浮筒1、中前浮筒2、水密電子艙3、中后浮筒4、后 浮筒5、框架6、輪槳驅(qū)動(dòng)模塊7和足板驅(qū)動(dòng)模塊10，其中前浮筒1、中前浮筒2、水密電子艙 3、中后浮筒4及后浮筒5依次通過螺釘固定安裝在框架6上；在框架6的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)有多 個(gè)輪槳驅(qū)動(dòng)模塊7，兩側(cè)相鄰的輪槳驅(qū)動(dòng)模塊7之間設(shè)有安裝在框架6上的足板驅(qū)動(dòng)模塊 10。本實(shí)施例的輪槳驅(qū)動(dòng)模塊7共兩對(duì)、四個(gè)，對(duì)稱分布于框架6的前、后兩端，四個(gè)輪槳驅(qū) 動(dòng)模塊7結(jié)構(gòu)相同，均包括輪槳直接驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)8及回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)9，輪槳直接驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)8及回轉(zhuǎn) 關(guān)節(jié)9分別通過螺釘固定在框架6上，輪槳直接驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)8可轉(zhuǎn)動(dòng)地與回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)9相連接。 本實(shí)施例的足板驅(qū)動(dòng)模塊10為一對(duì)、兩個(gè)，對(duì)稱分布于框架6的中部，兩個(gè)足板驅(qū)動(dòng)模塊10 結(jié)構(gòu)相同，通過螺釘與框架6固連。本發(fā)明的水密電子艙3為現(xiàn)有技術(shù)，包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組件11、二次鋰離子電池組 12、臍帶電纜水密接插件13、GPS定位模塊14、無線數(shù)傳模塊15、航行姿態(tài)傳感器16、控制計(jì) 算機(jī)17及深度傳感器18，其中二次鋰離子電池組12位于水密電子艙3的中部，用于保持機(jī) 器人整體的平衡；臍帶電纜水密接插件13固連在水密電子艙3的蓋板上；航行姿態(tài)傳感器16水平安裝在水密電子艙3的底板上；深度傳感器18位于水密電子艙3的前側(cè)面，通過水 密處理固連在水密電子艙3的側(cè)板上；電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組件11、GPS定位模塊14及無線數(shù)傳模 塊15分別設(shè)置在水密電子艙3內(nèi)。在中前浮筒2的頂部安裝有GPS定位模塊14的接收天 線19，中后浮筒4的頂部安裝有無線數(shù)傳模塊15的天線20?？刂朴?jì)算機(jī)17的采集信號(hào)輸 入端通過航行姿態(tài)傳感器16及深度傳感器18采集航行姿態(tài)數(shù)據(jù)及航行深度數(shù)據(jù)，衛(wèi)星信 號(hào)輸入端通過GPS定位模塊14及其接收天線19接收衛(wèi)星定位信號(hào)；控制計(jì)算機(jī)17的控制 輸出端接至電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組件11的控制回路，信號(hào)輸出端通過無線數(shù)傳模塊15及其天線20 與上位機(jī)進(jìn)行無線通訊。本發(fā)明的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組件11為市購產(chǎn)品，購置于蘇州鈞和伺服科技有限公司(生 產(chǎn)商瑞士 Maxon公司)、型號(hào)為4QEC DECV 50/5 ；二次鋰離子電池組12為市購產(chǎn)品，購置 于濰坊威能環(huán)保電源有限公司、型號(hào)為WA3610 ；GPS定位模塊14為市購產(chǎn)品，購置于北京合 眾思?jí)芽萍加邢挢?zé)任公司(生產(chǎn)商美國GARMIN公司)、型號(hào)為GARMI NGPS15 ；無線數(shù)傳 模塊15為市購產(chǎn)品，購置于深圳友迅達(dá)科技發(fā)展有限公司、型號(hào)為FC-203/SA ；控制計(jì)算機(jī) 17為市購產(chǎn)品，購置于廣州周立功單片機(jī)有限公司、型號(hào)為ARM7LPC2^4。如圖4所示，輪槳驅(qū)動(dòng)模塊7中的輪槳直接驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)8包括密封艙體22、直接驅(qū)動(dòng) 電機(jī)組件23、第一鎖緊螺母25、支撐軸承沈、第一旋轉(zhuǎn)密封件27、密封艙端蓋觀、第一驅(qū)動(dòng) 軸四、輪槳復(fù)合機(jī)構(gòu)31及槳轂32，其中密封艙體22為中空的圓筒狀結(jié)構(gòu)，其兩側(cè)沿徑向?qū)?稱向外延伸、兩側(cè)延伸部的中心線共線，一側(cè)的延伸部為中空?qǐng)A柱、可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在回轉(zhuǎn)關(guān) 節(jié)9上，另一側(cè)的延伸部通過軸承與固接在框架6上的固定支架21相連接。直接驅(qū)動(dòng)電機(jī) 組件23固定在密封艙體22內(nèi)、與水密電子艙3內(nèi)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組件11電連接，直接驅(qū)動(dòng) 電機(jī)組件23的輸出軸與第一驅(qū)動(dòng)軸四的一端通過第一緊定螺釘M固接，第一驅(qū)動(dòng)軸四 的另一端通過第一平鍵30與輪槳復(fù)合機(jī)構(gòu)31實(shí)現(xiàn)連接，該輪槳復(fù)合機(jī)構(gòu)31中間的外側(cè)設(shè) 有槳轂32，輪槳復(fù)合機(jī)構(gòu)31通過槳轂32在旋緊螺釘?shù)淖饔孟戮o固于第一驅(qū)動(dòng)軸四另一 端的端部。在密封艙體22靠近輪槳復(fù)合機(jī)構(gòu)31的一端設(shè)有密封艙端蓋觀，密封艙端蓋觀 通過螺釘連接實(shí)現(xiàn)與密封艙體22的固定；密封艙端蓋觀通過支撐軸承沈套設(shè)在第一驅(qū)動(dòng) 軸四上，支撐軸承26的一側(cè)設(shè)有套設(shè)在第一驅(qū)動(dòng)軸四上的第一鎖緊螺母25，用于支撐軸 承26的軸向固定限位，支撐軸承沈的另一側(cè)設(shè)有套設(shè)在第一驅(qū)動(dòng)軸四上的第一旋轉(zhuǎn)密封 件27，第一旋轉(zhuǎn)密封件27外側(cè)由壓蓋壓緊，壓蓋通過螺釘與密封艙端蓋固定。當(dāng)直接驅(qū)動(dòng) 電機(jī)組件23工作時(shí)，可驅(qū)動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)軸四轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)輪槳復(fù)合機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)。直接驅(qū)動(dòng)電 機(jī)組件23為市購產(chǎn)品，購置于蘇州鈞和伺服科技有限公司(生產(chǎn)商瑞士 Maxon公司)、型 號(hào)為 MAXON EC32。如圖6所示，輪槳復(fù)合機(jī)構(gòu)31集驅(qū)動(dòng)輪和螺旋槳運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和功能于一體，包括輪 緣61、槳葉62及輪轂63，輪緣61為圓環(huán)形，其內(nèi)壁均布有多個(gè)與輪轂63固接的槳葉62，輪 轂63中間開有通孔、套設(shè)在第一驅(qū)動(dòng)軸四上，通過第一平鍵30與第一驅(qū)動(dòng)軸四連動(dòng)；槳 轂32上的旋轉(zhuǎn)螺釘由所述通孔穿入、通過螺紋連接在第一驅(qū)動(dòng)軸四的端部，對(duì)輪槳復(fù)合機(jī) 構(gòu)軸向定位。如圖4所示，輪槳驅(qū)動(dòng)模塊7中的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)9包括回轉(zhuǎn)艙體44、回轉(zhuǎn)電機(jī)組件43、 第一錐齒輪39、第二錐齒輪40、過渡軸38、第一走線密封組件45、固定螺母37、旋轉(zhuǎn)電位計(jì) 36、第二鎖緊螺母35、旋轉(zhuǎn)軸承34及第二旋轉(zhuǎn)密封件33，所述回轉(zhuǎn)艙體44固接在框架6上，回轉(zhuǎn)艙體44內(nèi)通過螺釘固定有回轉(zhuǎn)電機(jī)座42，回轉(zhuǎn)電機(jī)組件43固定在回轉(zhuǎn)電機(jī)座42上， 過渡軸38上套設(shè)有第一錐齒輪39，第二緊定螺釘41將第一錐齒輪39與過渡軸38 —并固 連在回轉(zhuǎn)電機(jī)組件43的輸出軸上，過渡軸38的另一端通過軸承安裝在回轉(zhuǎn)電機(jī)座42上、 并由回轉(zhuǎn)電機(jī)座42穿過，然后與旋轉(zhuǎn)電位計(jì)36相連，旋轉(zhuǎn)電位計(jì)36還固連在回轉(zhuǎn)電機(jī)座 42上。密封艙體22—側(cè)的延伸部(作為回轉(zhuǎn)軸)由回轉(zhuǎn)艙體44插入穿過回轉(zhuǎn)電機(jī)座42、 并通過旋轉(zhuǎn)軸承34實(shí)現(xiàn)與回轉(zhuǎn)艙體44的連接；旋轉(zhuǎn)軸承34的下方設(shè)有套在該延伸部上的 第二旋轉(zhuǎn)密封件33，上方設(shè)有套在該延伸部上的第二鎖緊螺母35，回轉(zhuǎn)電機(jī)座42及第二鎖 緊螺母35分別使旋轉(zhuǎn)軸承34的內(nèi)、外圈定位，密封艙體22的垂向定位通過旋轉(zhuǎn)軸承34、 第二鎖緊螺母35及回轉(zhuǎn)電機(jī)座42共同實(shí)現(xiàn)。該延伸部上設(shè)有第二錐齒輪40，第二錐齒輪 40的上方還設(shè)有固定螺母37，第二錐齒輪40通過固定螺母37固連在該延伸部上、并與第 一錐齒輪39嚙合，實(shí)現(xiàn)輪槳直接驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)8回轉(zhuǎn)換向；在回轉(zhuǎn)艙體44上設(shè)有第一走線密 封組件45，直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件23、旋轉(zhuǎn)電位計(jì)36及回轉(zhuǎn)電機(jī)組件43的電纜通過第一走線 密封組件45與水密電子艙3內(nèi)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組件11電連接?；剞D(zhuǎn)電機(jī)組件43工作，驅(qū)動(dòng) 過渡軸38轉(zhuǎn)動(dòng)，過渡軸38通過第一、二錐齒輪39、40的嚙合帶動(dòng)整個(gè)輪槳直接驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)8 回轉(zhuǎn)換向。旋轉(zhuǎn)電位計(jì)36為市購產(chǎn)品，購置于上海祥樹歐茂機(jī)電設(shè)備有限公司(生產(chǎn)商 N0V0TECHNIK)、型號(hào)為WAL300 ；回轉(zhuǎn)電機(jī)組件43為市購產(chǎn)品，購置于蘇州鈞和伺服科技有 限公司(生產(chǎn)商瑞士 Maxon公司)、型號(hào)為MAXON EC max 30。如圖5所示，足板驅(qū)動(dòng)模塊10包括足板復(fù)合機(jī)構(gòu)46、第二驅(qū)動(dòng)軸48、足板艙蓋49、 旋轉(zhuǎn)變壓器50、固定法蘭51、聯(lián)軸器52、足板驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件53、足板艙體M及第二走線密 封組件55，其中足板艙體M為中空?qǐng)A柱，其一端固定在框架6上，另一端通過螺釘密封連 接有足板艙蓋49，足板艙蓋49與足板艙體M接觸面之間設(shè)有0型密封圈59 ；在足板艙體 54內(nèi)設(shè)有通過螺釘固接在足板艙蓋49上的固定法蘭51，旋轉(zhuǎn)變壓器50安裝在固定法蘭51 的空腔內(nèi)；足板驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件53通過螺釘固連在固定法蘭51上，足板驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件53的 輸出軸通過聯(lián)軸器52在兩個(gè)第三平鍵56傳動(dòng)下與第二驅(qū)動(dòng)軸48的一端實(shí)現(xiàn)連接，第二驅(qū) 動(dòng)軸48的另一端穿過旋轉(zhuǎn)變壓器50的內(nèi)環(huán)、再由足板艙蓋49穿出、與足板復(fù)合機(jī)構(gòu)46通 過第二平鍵47固連，旋轉(zhuǎn)變壓器50的轉(zhuǎn)子與第二驅(qū)動(dòng)軸48共同旋轉(zhuǎn)；聯(lián)軸器52通過第一 軸承57與固定法蘭51相連，并通過聯(lián)軸器外表面的止口及固定法蘭內(nèi)壁的止口實(shí)現(xiàn)限位； 第二驅(qū)動(dòng)軸48上套設(shè)有位于足板艙蓋49內(nèi)腔的第二軸承58及第三旋轉(zhuǎn)密封件60，第二驅(qū) 動(dòng)軸48與足板艙蓋49之間的動(dòng)密封通過第三旋轉(zhuǎn)密封件60實(shí)現(xiàn)，足板艙蓋49與足板艙 體M之間的靜密封通過0型密封圈59來實(shí)現(xiàn)。在足板艙體M上設(shè)有第二走線密封組件 55,旋轉(zhuǎn)變壓器50及足板驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件53的電纜通過第二走線密封組件55與水密電子艙 3內(nèi)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組件11電連接。旋轉(zhuǎn)變壓器50為市購產(chǎn)品，購置于沈陽艾瑞特自動(dòng)化 設(shè)備有限公司(生產(chǎn)商日本多摩川)、型號(hào)為TS^40N321E64 ；足板驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件52為市 購產(chǎn)品，購置于蘇州鈞和伺服科技有限公司(生產(chǎn)商瑞士 Maxon公司)、型號(hào)為MAXON EC 40。如圖7所示，足板復(fù)合機(jī)構(gòu)46集爬行腿和擺動(dòng)鰭運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和功能于一體，包括足 板骨架64及柔性體65，足板骨架64及柔性體65為扁平狀，足板骨架64的一端通過第二平 鍵47與第二驅(qū)動(dòng)軸48的另一端固接，足板骨架64的另一端設(shè)有柔性體65，柔性體65可由 橡膠制成。
本發(fā)明的工作原理為本發(fā)明的水陸兩棲機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)水陸兩棲環(huán)境下的陸地爬行運(yùn)動(dòng)和水中浮游 或水底爬行運(yùn)動(dòng)兩種模式。爬行運(yùn)動(dòng)模式在爬行運(yùn)動(dòng)模式下，本發(fā)明的機(jī)器人可進(jìn)行圖8a所示的直線爬行 運(yùn)動(dòng)或如圖8b所示的轉(zhuǎn)向爬行運(yùn)動(dòng)，直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件23工作，驅(qū)動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)軸四旋轉(zhuǎn)， 再由第一驅(qū)動(dòng)軸四帶動(dòng)輪槳復(fù)合機(jī)構(gòu)31旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的直線前進(jìn)或后退；當(dāng)機(jī)器人 需要轉(zhuǎn)向時(shí)，回轉(zhuǎn)電機(jī)組件43工作，驅(qū)動(dòng)過渡軸38及其上的第一錐齒輪39旋轉(zhuǎn)，再通過第 一、二錐齒輪39、40的嚙合，帶動(dòng)整個(gè)輪槳直接驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)8繞延伸部的中心線轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn) 向；在爬行運(yùn)動(dòng)模式下，輪槳復(fù)合機(jī)構(gòu)31主要發(fā)揮驅(qū)動(dòng)輪的功能，保障機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)具備 快速性和可控性。而足板驅(qū)動(dòng)模塊10可以輔助輪式爬行，足板驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件53工作，驅(qū)動(dòng) 第二驅(qū)動(dòng)軸48轉(zhuǎn)動(dòng)，通過第二驅(qū)動(dòng)軸48帶動(dòng)足板復(fù)合機(jī)構(gòu)46擺動(dòng)，在足板驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件 53的周期性圓周擺動(dòng)下發(fā)揮支撐和平衡機(jī)器人載體的作用。水中浮游或水底爬行運(yùn)動(dòng)模式在水中，通過調(diào)整浮力，機(jī)器人可以分別實(shí)現(xiàn)水中 浮游運(yùn)動(dòng)和水底爬行運(yùn)動(dòng)，水底爬行運(yùn)動(dòng)與陸地爬行具有相同的工作原理；通過輪槳驅(qū)動(dòng) 模塊7中回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)9的驅(qū)動(dòng)，機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)如圖8c所示的直航浮游運(yùn)動(dòng)或如圖8d所示的 轉(zhuǎn)向浮游運(yùn)動(dòng)，在浮游運(yùn)動(dòng)模式下，回轉(zhuǎn)電機(jī)組件43工作，使輪槳復(fù)合機(jī)構(gòu)31轉(zhuǎn)動(dòng)，直到第 一驅(qū)動(dòng)軸四與過渡軸38垂直，在直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件23的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生推力，同時(shí)足板驅(qū)動(dòng) 電機(jī)組件53工作，使足板復(fù)合機(jī)構(gòu)46以水平面為對(duì)稱面，以一定的擺幅做周期性的擺動(dòng)， 可以產(chǎn)生機(jī)器人前進(jìn)所需的推力，實(shí)現(xiàn)在水中的直航浮游運(yùn)動(dòng)，輪槳復(fù)合機(jī)構(gòu)31主要發(fā)揮 螺旋槳的作用；當(dāng)在水中需要轉(zhuǎn)向時(shí)，框架6兩側(cè)的輪槳復(fù)合機(jī)構(gòu)31中的槳葉旋向相反，兩 側(cè)的足板驅(qū)動(dòng)模塊10中的足板復(fù)合機(jī)構(gòu)46擺動(dòng)方向相反，即可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在水中的轉(zhuǎn)向 浮游運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明的水陸兩棲機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)陸地爬行和水中浮游兩種運(yùn)動(dòng)模式，且無需更 換驅(qū)動(dòng)裝置即可實(shí)現(xiàn)兩種運(yùn)動(dòng)模式的自主切換。爬行狀態(tài)下，輪槳主要發(fā)揮輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu) 的特點(diǎn)，足板則可視為具有單自由度的腿式移動(dòng)機(jī)構(gòu)；浮游時(shí)，輪槳作為螺旋槳使用，而足 板可發(fā)揮擺動(dòng)鰭的功能；通過輪槳驅(qū)動(dòng)模塊7中的輪槳直接驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)8和回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)9以及 足板驅(qū)動(dòng)模塊10的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人水陸兩棲環(huán)境下的多運(yùn)動(dòng)模式。
權(quán)利要求
1.一種基于輪槳-足板混合驅(qū)動(dòng)的水陸兩棲機(jī)器人，其特征在于包括前浮筒(1)、中 前浮筒O)、水密電子艙(3)、中后浮筒G)、后浮筒(5)、框架(6)、輪槳驅(qū)動(dòng)模塊(7)和足 板驅(qū)動(dòng)模塊(10)，所述框架(6)上依次安裝有前浮筒(1)、中前浮筒O)、水密電子艙(3)、 中后浮筒(4)及后浮筒(5)，在框架(6)的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)有多個(gè)輪槳驅(qū)動(dòng)模塊(7)，兩側(cè)相鄰 的輪槳驅(qū)動(dòng)模塊(7)之間設(shè)有安裝在框架(6)上的足板驅(qū)動(dòng)模塊(10)；所述輪槳驅(qū)動(dòng)模塊 (7)包括輪槳直接驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)(8)及回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(9)，輪槳直接驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)(8)可轉(zhuǎn)動(dòng)地與回轉(zhuǎn)關(guān) 節(jié)(9)相連接。
2.按權(quán)利要求1所述基于輪槳-足板混合驅(qū)動(dòng)的水陸兩棲機(jī)器人，其特征在于所述 輪槳驅(qū)動(dòng)模塊(7)為兩對(duì)，對(duì)稱分布于框架(6)的前、后兩端，四個(gè)輪槳驅(qū)動(dòng)模塊(7)結(jié) 構(gòu)相同；所述足板驅(qū)動(dòng)模塊(10)為一對(duì)，對(duì)稱分布于框架(6)的中部，兩個(gè)足板驅(qū)動(dòng)模塊 (10)結(jié)構(gòu)相同。
3.按權(quán)利要求1或2所述基于輪槳-足板混合驅(qū)動(dòng)的水陸兩棲機(jī)器人，其特征在于 所述輪槳驅(qū)動(dòng)模塊(7)中的輪槳直接驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)(8)包括密封艙體(22)、直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件 (23)、密封艙端蓋( )、第一驅(qū)動(dòng)軸(四)、輪槳復(fù)合機(jī)構(gòu)(31)及槳轂(32)，其中密封艙體(22)的兩側(cè)沿徑向?qū)ΨQ向外延伸，一側(cè)的延伸部可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(9)上，另一側(cè) 的延伸部可轉(zhuǎn)動(dòng)地與固接在框架(6)上的固定支架相連接；所述直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件(23)固定在密封艙體02)內(nèi)、與水密電子艙(3)內(nèi)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組件(11)電連接，直接驅(qū) 動(dòng)電機(jī)組件(2 的輸出軸與第一驅(qū)動(dòng)軸09)的一端相連接，第一驅(qū)動(dòng)軸09)的另一端連 接有與其連動(dòng)的輪槳復(fù)合機(jī)構(gòu)(31)，該輪槳復(fù)合機(jī)構(gòu)(31)中間的外側(cè)設(shè)有連接于第一驅(qū) 動(dòng)軸09)另一端端部的槳轂(3 ；所述第一驅(qū)動(dòng)軸09)上套設(shè)有與密封艙體0 密封 連接的密封艙端蓋08)。
4.按權(quán)利要求3所述基于輪槳-足板混合驅(qū)動(dòng)的水陸兩棲機(jī)器人，其特征在于所述 密封艙端蓋08)通過支撐軸承06)套設(shè)在第一驅(qū)動(dòng)軸09)上，支撐軸承06)的一側(cè)設(shè) 有套設(shè)在第一驅(qū)動(dòng)軸09)上的第一鎖緊螺母(25)，支撐軸承06)的另一側(cè)設(shè)有套設(shè)在第 一驅(qū)動(dòng)軸09)上的第一旋轉(zhuǎn)密封件07)。
5.按權(quán)利要求3所述基于輪槳-足板混合驅(qū)動(dòng)的水陸兩棲機(jī)器人，其特征在于所述 輪槳復(fù)合機(jī)構(gòu)(31)包括輪緣(61)、槳葉(6 及輪轂(63)，輪緣(61)為圓環(huán)形，其內(nèi)壁均 布有多個(gè)與輪轂(6 固接的槳葉(62)，輪轂(6 套設(shè)在第一驅(qū)動(dòng)軸09)上。
6.按權(quán)利要求1或2所述基于輪槳-足板混合驅(qū)動(dòng)的水陸兩棲機(jī)器人，其特征在于所 述輪槳驅(qū)動(dòng)模塊(7)中的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(9)包括回轉(zhuǎn)艙體(44)、回轉(zhuǎn)電機(jī)組件(43)、第一錐齒 輪(39)、第二錐齒輪00)、過渡軸(38)及第一走線密封組件(45)，所述回轉(zhuǎn)艙體04)安裝 在框架(6)上，回轉(zhuǎn)電機(jī)組件G3)固定在回轉(zhuǎn)艙體G4)的內(nèi)部，回轉(zhuǎn)電機(jī)組件G3)的輸 出軸與過渡軸(38)的一端相連接；所述輪槳直接驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)(8)包括密封艙體(22)，密封艙 體0 的兩側(cè)沿徑向?qū)ΨQ向外延伸，其中一側(cè)的延伸部可轉(zhuǎn)動(dòng)地與回轉(zhuǎn)艙體G4)相連接， 在過渡軸(38)上設(shè)有第一錐齒輪(39)、與安裝在密封艙體0 —側(cè)的延伸部上的第二錐 齒輪GO)相嚙合，帶動(dòng)輪槳直接驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)(8)轉(zhuǎn)動(dòng)；在回轉(zhuǎn)艙體04)上設(shè)有第一走線密封 組件(45)，回轉(zhuǎn)電機(jī)組件的電纜通過第一走線密封組件0 與水密電子艙(3)內(nèi)的 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組件(11)電連接。
7.按權(quán)利要求6所述基于輪槳-足板混合驅(qū)動(dòng)的水陸兩棲機(jī)器人，其特征在于所述回轉(zhuǎn)艙體G4)內(nèi)固接有回轉(zhuǎn)電機(jī)座(42)，回轉(zhuǎn)電機(jī)組件安裝在回轉(zhuǎn)電機(jī)座0 上； 過渡軸(38)的另一端設(shè)有旋轉(zhuǎn)電位計(jì)(36)，旋轉(zhuǎn)電位計(jì)(36)的電纜通過第一走線密封組 件0 與水密電子艙(3)內(nèi)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組件(11)電連接；所述回轉(zhuǎn)艙體G4)通過旋轉(zhuǎn) 軸承(34)及第二旋轉(zhuǎn)密封件(3 與密封艙體0 —側(cè)的延伸部相連接，旋轉(zhuǎn)軸承(34) 的上方設(shè)有套設(shè)在延伸部上的第二鎖緊螺母(35)，在第二錐齒輪00)的上方還設(shè)有套在 密封艙體0 —側(cè)延伸部上的固定螺母(37)。
8.按權(quán)利要求1或2所述基于輪槳-足板混合驅(qū)動(dòng)的水陸兩棲機(jī)器人，其特征在于 所述足板驅(qū)動(dòng)模塊(10)包括足板復(fù)合機(jī)構(gòu)(46)、第二驅(qū)動(dòng)軸(48)、足板艙蓋(49)、聯(lián)軸器 (52)、足板驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件(5 及足板艙體64)，其中足板艙體(54)的一端安裝在框架(6) 上，另一端密封連接有足板艙蓋G9)；所述足板驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件(5 固定在足板艙體(54) 的內(nèi)部，足板驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件(5 的輸出軸通過聯(lián)軸器(5 與第二驅(qū)動(dòng)軸08)的一端相連 接，第二驅(qū)動(dòng)軸G8)的另一端由足板艙蓋G9)穿出、與足板復(fù)合機(jī)構(gòu)G6)相連接；在足板 艙體(54)上設(shè)有第二走線密封組件(55)，足板驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件(5 的電纜通過第二走線密 封組件(55)與水密電子艙(3)內(nèi)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組件(11)電連接。
9.按權(quán)利要求8所述基于輪槳-足板混合驅(qū)動(dòng)的水陸兩棲機(jī)器人，其特征在于所述 足板艙體(54)內(nèi)設(shè)有固定法蘭(51)，足板驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件(5 安裝在固定法蘭(51)上，聯(lián) 軸器(5 通過第一軸承(57)與固定法蘭(51)相連，足板艙體(54)內(nèi)還設(shè)有套設(shè)在第二 驅(qū)動(dòng)軸G8)上的旋轉(zhuǎn)變壓器(50)，旋轉(zhuǎn)變壓器(50)的電纜通過第二走線密封組件(55)與 水密電子艙(3)內(nèi)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組件(11)電連接。
10.按權(quán)利要求8所述基于輪槳-足板混合驅(qū)動(dòng)的水陸兩棲機(jī)器人，其特征在于所述 足板復(fù)合機(jī)構(gòu)G6)包括足板骨架(64)及柔性體(65)，足板骨架(64)及柔性體(6 為扁 平狀，足板骨架(64)的一端與第二驅(qū)動(dòng)軸G8)的另一端相連接，足板骨架(64)的另一端 設(shè)有柔性體(65)。
全文摘要
本發(fā)明涉及水陸兩棲機(jī)器人，具體地說是一種基于輪槳-足板混合驅(qū)動(dòng)的水陸兩棲機(jī)器人，包括前浮筒、中前浮筒、水密電子艙、中后浮筒、后浮筒、框架、輪槳驅(qū)動(dòng)模塊和足板驅(qū)動(dòng)模塊，框架上依次安裝有前浮筒、中前浮筒、水密電子艙、中后浮筒及后浮筒，在框架的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)有多個(gè)輪槳驅(qū)動(dòng)模塊，兩側(cè)相鄰的輪槳驅(qū)動(dòng)模塊之間設(shè)有安裝在框架上的足板驅(qū)動(dòng)模塊；所述輪槳驅(qū)動(dòng)模塊包括輪槳直接驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)及回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，輪槳直接驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)可轉(zhuǎn)動(dòng)地與回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)相連接。本發(fā)明采用基于輪槳-足板混合驅(qū)動(dòng)的一體化總體結(jié)構(gòu)形式，滿足機(jī)器人在水陸兩棲條件的爬行和浮游多運(yùn)動(dòng)模式的需求，同時(shí)保障了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性、快速性和協(xié)調(diào)性；運(yùn)動(dòng)靈活，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。
文檔編號(hào)B60F3/00GK102059927SQ20091022248
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2009年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月9日
發(fā)明者俞建成, 唐元貴, 張艾群, 張雪強(qiáng), 郭威, 馬秀云 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所