[发明专利]水陆两栖双球机器人

说明书

本发明提供了一种水陆两栖双球机器人，它包括车桥、固定在车桥两端的球壳、驱动球壳运动的驱动机构、浮力调节装置、搭载舱和太阳能电池板。搭载舱固定在球壳内，球壳在浮力调节装置的作用下，深入水下或漂浮在水面或行走在陆地；在驱动机构的作用下，球壳搭载着搭载舱在水下、水面、陆地行走，完成相应的作业操作。本发明通过水下推进器与转动电机相结合实现机器人水陆两栖行走，利用太阳能向机器人提供不间断动力，实现机器人长时间、远距离作业。本发明具有不倾覆、转向灵活、续航时间长的特点。本发明可广泛应用于野外救援、近海岸登陆、海洋学研究和调查、海上航道勘测、海洋渔业开发等任务。

技术领域

本发明涉及一种可在陆地、水面、水下长时间作业的自主式水陆两栖双球机器人。本发明属于机器人技术开发领域。

背景技术

海洋陆地衔接的碎浪带、拍岸浪区和滩涂地带是近年来科学研究、环境监测、调查取样及军事领域等方面关注的重点区域。大多数机器人只能在单一环境下活动，陆地机器人由于没有水中推进机构，不具备水中航行的能力，而水下机器人大多不具备陆地行走的能力。因此，为了完成在水陆交接区域的探测、作业等任务，研究高性能的水陆两栖机器人具有重要意义。

目前，根据推进原理的不同，水陆两栖机器人可以分为轮式两栖机器人、腿式两栖机器人和蛇形两栖机器人。

轮式两栖机器人运动时能量损失少，效率高，但是对环境地形要求高，不适用于复杂环境；腿式两栖机器人一般包括大腿、小腿、脚踝等部分，具有较强的越障能力，对不规则地形有很好的适应能力，但是其在水中的运动性能非常差；蛇形两栖机器人机械结构复杂，制作成本高，而且不便于维修和养护。

球形机器人的优势在于：球形机器人运动失态后的自恢复性能好，并且在沙地、雪地等柔软地面也可以灵活运动；在水下，外壳的对称性使得其在进行外壳流体动力学建模时没有耦合项，并且各向流体动力参数相等，便于计算。

本设计结合球形机器人和腿式机器人的优势，设计了一型具有水陆两栖功能的双球形机器人。双球设计可以使机器人搭载更多的任务载荷，在复杂地形结合可伸缩机械臂，以及在机械臂末端安装的机械足，使机器人行走性能更优越。

发明内容

鉴于上述原因，本发明的目的是提供一种可在陆地、水面、水下长时间作业的自主式水陆两栖双球机器人。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种水陆两栖双球机器人，它包括车桥、两个对称设置的球壳、驱动球壳运动的驱动机构、浮力调节装置、搭载舱和太阳能电池板；

所述车桥的两端各连接有一球壳自转轴，球壳自转轴穿过球壳，与球壳的中心轴重合；

所述驱动球壳运动的驱动机构包括设置在车桥左、右两端驱动球壳陆地行走的横滚电机和设置在球壳内的驱动其水下行走的螺旋桨转动电机；所述横滚电机的输出轴通过联轴器与所述球壳自转轴相连，通过调节横滚电机的转速，借助球壳与地面的摩擦力，实现球形机器人的自由滚动行走和转弯；所述螺旋桨转动电机固定在所述球壳自转轴上，螺旋桨转动电机的输出轴通过联轴器与一螺旋桨转动轴相连，在螺旋桨转动轴上固定有螺旋桨推进器，通过所述调节螺旋桨转动电机的转速，改变所述螺旋桨推进器的推进方向，实现机器人水下的自由行进和转弯。

在球壳内固定有完成机器人水下、陆地、水面操作的搭载舱。该搭载舱固定在球壳自转轴上，在搭载舱的底部固定有可伸缩机械臂，机械臂的末端设计有可更换的作业工具。

该水陆两栖双球机器人还包括设备搭载舱，该设备搭载舱固定在车桥上，在设备搭载舱内搭载有控制系统、通信设备、导航定位设备、探测设备。