[发明专利]一种基于可变形足-蹼复合推进机构的水陆两栖机器人

说明书

技术领域

本发明涉及水陆两栖机器人，具体地说是一种基于可变形足-蹼复合推进机构的水陆两栖机器人。

背景技术

随着人类对海洋资源的开发利用和海洋科学相关研究的深化与发展，海洋与陆地交界的过渡地带成为近年来科学研究、环境监控、调查分析及军事侦察等方面应用和关注的重点区域之一。水陆两栖机器人作为一种能够在陆地、水中及水陆过渡地带开展各种作业任务的有效技术手段，正吸引着全世界越来越多国家科技人员的研究和探索。但是现有两栖机器人的性能还远达不到单一功能的陆地或者水下机器人，而且能够真正实现水陆过渡环境的有效切换的更是少之又少。究其原因主要有两点：一、陆地和水中分离的驱动和执行机构，使得机器人的效率极其低下；二、水陆过渡环境随着介质形式的多种多样，对水陆两栖机器人的推进机构和控制策略都提出了严峻的挑战。因此，水陆两栖机器人需要陆地和水下推进的有效复合，设计出既能够适应陆地复杂多变地形，又能在水下高效推进的复合驱动和执行机构。为了实现水陆两栖机器人既能够在水中和陆地环境高机动能力，又能在水陆过渡地带具有良好的通过性和适应性，开发研制基于新型复合驱动机构的水陆两栖机器人成为近年来两栖机器人的重要研究方向和发展趋势之一。

本发明的目的在于提供一种基于可变形足-蹼复合推进机构的水陆两栖机器人，解决了现有水陆两栖机器人大多需要两套相互独立的陆地和水中推进机构，且在复杂水陆过渡环境下通过能力差、效率低的不足，为近海海洋资源开发利用、两栖探险与救援提供一种有效的高技术手段。

发明内容

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供的一种基于可变形足-蹼复合推进机构的水陆两栖机器人包括水陆两栖机器人密封壳体、密封盖板、前/后盖板、控制电路、电池、通讯天线、复合推进驱动模块、可变形足-蹼模块，所述密封壳体两侧板对称设有多个复合推进驱动模块，每个复合推进驱动模块的输出轴上安装有可变形足-蹼模块。

其中：可变形足-蹼模块由首节、中节和末节三部分组成，各节之间用一块整体的弹性薄板串联，末节固定有无伸缩性软绳，无伸缩性软绳从中间各节中穿过，并最终由首节穿出，接入两栖机器人的复合推进驱动模块，由复合推进驱动模块中的收线电机控制无伸缩性软绳的伸缩。当两栖机器人在水中推进时，无伸缩性软绳为松弛状态，各节在弹性薄板的作用下自然伸直，可变形足-蹼模块呈展平状态，在复合推进驱动模块的驱动下绕输出轴往复摆动，像蹼一样拍动推进。当两栖机器人在陆地上行走时，收线电机将钢丝收紧，由于钢丝与弹簧钢板之间有一定的间隔以及相邻节板之间成一定角度的斜面，故在无伸缩性软绳的拉动作用下，可变形足-蹼模块呈弯曲状态并依靠驱动模块中的丝杠螺母机构锁住，在驱动模块的驱动下绕电机输出轴做旋转运动，可完成平地行进，翻越障碍等动作。

复合推进驱动模块是由推进驱动轴通过连接平面和紧定螺钉与可变形足-蹼模块首节相连，将主驱动电机的驱动转矩传递给两栖机器人的可变形足-蹼模块，实现陆地行走、水下拍动等机动动作。推进驱动轴沿轴向中心有一贯穿孔，可以穿过驱动可变形足-蹼模块变形的无伸缩性软绳，无伸缩性软绳、滑块、连接杆、双轴承、套筒、丝杠螺母机构沿轴向依次连接，最终通过收线齿轮与收线电机相连，由收线电机控制无伸缩性软绳的拉动，以驱动可变形足-蹼模块变形。双轴承的作用是将推进驱动轴的回转运动与无伸缩性软绳在推进驱动轴内部的轴向动作隔离开，以防止无伸缩性软绳在可变形足-蹼模块旋转时自身缠绕。推进驱动轴上还安装有光电零位检测装置，用以反馈可变形足-蹼模块的绝对位置。

本发明的优点和积极效果为：

1.本发明采用的可变形足-蹼复合推进机构有效地将陆地足式推进方式和水中蹼式推进方式融合在一起，陆地和水中推进所需的主驱动电机和执行机构实现了功能复用，满足了机器人在水陆两栖条件的行进和游动多运动模式的需求，同时保证了机器人运动的平稳性、快速性和协调性。

2.本发明机器人的可变形足-蹼复合推进机构采用模块化设计，彼此之间互不干扰，便于维护和更换。

3.本发明运动方式灵活，水陆环境适应能力强。

附图说明

图1为本发明的结构原理图；

图2为本发明中可变形足-蹼复合推进机构的蹼状态结构图；

图3为本发明中可变形足-蹼复合推进机构的腿状态结构图；

图4为可变形足-蹼模块结构图；

图5为图4的剖视图；

图6a为本发明在陆地行走时的三角步态实现原理图；