[发明专利]一种具有变形能力的单摆差动式水下两栖机器人

说明书

技术领域

本发明涉及特种机器人领域，具体涉及一种具有变形能力的单摆差动式水下两栖机器人的结构设计。

背景技术

目前，进行水下未知环境信息收集已日益得到世界各国的高度重视，越来越多引起人们的关注。水下石油管道的检测，水下城市遗址的考古和水下矿产资源的探测都与水下未知环境信息收集有关。飞机、轮船等水上运载工具失事沉入水底等情况时有发生，自然灾害引起的海啸和地震也会破坏人工建筑，会造成石油、核燃料和化学物质的泄露到水下，这些灾难性事件不但会对生态环境造成破坏，也会直接危害着人类的生命和财产安全。详尽的收集水下环境信息一方面可以探测水下资源为人类造福，一方面也可以使这种水上灾难发生后的损失降到最小。研制一种环境适应能强，运动灵活，控制方便的小型水下两栖机器人，携带各种传感器，进入到水下人类无法直接去探查的环境中进行信息采集，已经成为了当前水下机器人研究的重要方向，在民用、军用和科考领域都有着广泛的应用前景。由此可见，有必要发明一种具有变形能力的单摆差动式水下两栖机器人。

随着研究的深入和广泛，小型水下机器人的种类也变得多种多样。从驱动方式上最常见的水下机器人主要分为仿生摆动式，螺旋桨推进式和浮力调节式几大类，其中螺旋桨推进式的水下机器人控制方便，但是多方向运动需要配置较多数量螺旋桨且效率较低，一般采用推进式和其它驱动方式结合的水下机器人更为常见。从结构外形上水下机器人主要可分为仿生式、圆柱式、鱼雷式、框架式和球式几大类，其中鱼雷式水下机器人具有运动阻力小的优点，球形水下机器人具有抗压能力强和自保护安全性高的优点，但是这些水中运动的机器人同时具有水底移动能力的还不多见，有的即使能够进行水底移动，但是在运动灵活性和控制便利性较差。水底作为水下环境的重要组成部分，水底信息的收集又十分重要，因此，为了使水下机器人能够在水中和水底自由移动并靠近水底进行更为细致的水底信息采集，综合各种不同外形和驱动方式的救援机器人的优缺点，研究一种运动灵活，自我保护能力强，控制方便的小型两栖机器人具有重要意义。

与现有的公开的水下机器人技术不同，本专利发明的这种具有两种球形态的小型水下机器人具有变形能力，在水中运动时中间圆柱部分可被柔性拉伸，机器人外形呈近似的椭球形态，机器人受到浮力变大，有利于机器人的水中和上浮运动控制；当机器人中间圆柱部分被柔性压缩时，机器人外形呈近似的正球形态，机器人受到浮力变小，有利于机器人的下沉和水底运动控制，尤其是在水底机器人的单摆驱动球壳滚动时，这种变形使机器人的重力大于浮力，进而增大机器人的球壳与水底的摩擦力，有利控制机器人水底滚动速度；本专利专门设计了调节浮力的变形切换机构和单摆差动式的运动驱动机构，两种机构互相配合充分利用单摆的改变重心能力，螺旋桨推进能力和变形的浮力调节能力，使所发明的机器人可以灵活的在水中和水底两栖环境下自由运动。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种具有变形能力的单摆差动式水下两栖机器人。本发明的技术方案如下：

一种具有变形能力的单摆差动式水下两栖机器人，包括左半球结构和右半球结构，还包括设置于左半球结构和右半球结构之间的中间圆柱结构，其左半球结构、右半球结构和中间圆柱结构对接装配在一起形成近似椭球；所述中间圆柱结构内布置有两栖机器人的结构变形切换机构和单摆机构，所述左半球结构和右半球结构内各布置有导管螺旋桨推进机构，单摆机构和左右对称的导管螺旋桨推进机构形成单摆差动式的运动驱动机构；通过所述变形切换机构使得机器人的外形在近似椭球形和近似正球形之间变换，得机器人在水中处于上浮、悬浮和下沉三种状态，配合单摆差动式的运动驱动机构可使机器人调节到任意姿态，完成转弯和直线运动；近似椭球形态便于机器人在水中进行上浮和指定深度航行，近似正球形态便于机器人下沉航行或在水底滚动，机器人在水中或水底都可以进行姿态和位置的改变，在水中和水底两栖环境中自由运动。

进一步的，所述机器人的左半球结构包括左半球壳、左螺旋桨和左电池仓，左半球壳外部还设置有供左螺旋桨固定的左导管；右半球结构包括右半球壳、右螺旋桨和右电池仓，右半球壳外部还设置有供右螺旋桨固定的右导管，左电池仓对称安装于左半球壳内且在左导管的上下两侧，右电池仓对称安装于右半球壳内且在右导管的上下两侧；中间圆柱结构由圆柱橡胶壳、变形切换机构、单摆差动式的运动驱动机构组成。