[发明专利]一种多足机器人水下滑翔方法

摘要

本发明涉及一种多足机器人水下滑翔方法，其中多足机器人包括主体结构、左侧第一至第四机械足、右侧第一至第四机械足、控制系统、电池组、浮力调节装置和重心调节装置；该多足机器人通过机械足驱动电机旋转使机械足合并组成完整的滑翔翼，在浮力和重心周期变化下实现行走和水下滑翔两种模式的自如切换，并且具有自动校正航向功能；该方法具备作业范围广，环境适应能力强，运动模式多样的优点，在近海平台基座巡检的过程中既可以通过爬行近距离多方位观测，又可以通过滑翔模式方便的切换作业地点，因此该项目的探索研究对于近海平台巡检具有重要意义。

主权项

1.一种多足机器人水下滑翔方法，其特征在于：所述方法分为四个步骤，分别为多足机器人结构设定、多足机器人外形结构切换、多足机器人工作模式切换和多足机器人航向调整与校正；/n所述多足机器人水下滑翔方法具体步骤如下：/n一、多足机器人结构设定：/n所述多足机器人包括主体结构、左侧第一至第四机械足、右侧第一至第四机械足、控制系统、电池组、浮力调节装置和重心调节装置；/n所述多足机器人的基本运动模式为行走模式，即通过各个所述机械足上驱动电机输出轴的旋转进行海底行走，所述多足机器人的另一种运动模式为通过所述机械足变形转化为滑翔模式，通过所述浮力调节装置和所述重心调节装置协调工作，使所述多足机器人在海底到海面之间的竖直面内滑翔前进，实现远距离迁移，所述滑翔模式分为向上滑翔模式和向下滑翔模式；/n所述主体结构是由高强度轻质材料构成的八边形立方体，为所述多足机器人的主体支撑与连接结构；/n所述多足机器人左右两侧对应的所述机械足具有相同的基本结构，每个所述机械足由内向外依次包括第一驱动电机、第二驱动电机、第三驱动电机和与所述驱动电机对应的第一足节、第二足节、第三足节，其中所述驱动电机皆为蜗轮蜗杆电机，所述足节皆由所述高强度轻质材料构成，所述第一足节上皆有两个相互垂直的轴孔，分别为水平方向轴孔和竖直方向轴孔，所述第二足节上皆有一个轴孔；所述第三足节在每个所述机械足最外侧，与所述第三驱动电机固定，所述第三驱动电机的输出轴在水平方向上与所述第二足节的所述轴孔串联，所述第二足节与所述第二驱动电机固定，所述第二驱动电机的输出轴在水平方向上与所述第一足节的所述水平方向轴孔串联，所述第一足节的所述竖直方向轴孔与所述第一驱动电机串联，所述第一驱动电机固定在所述主体结构上；相较于所述第一至第三机械足，所述第四机械足的第一驱动电机上还包含数据采集器，所述数据采集器内嵌在所述第四机械足的所述第三足节上，并连入GPS全球定位系统；/n所述浮力调节装置与所述重心调节装置互相配合，给处于所述滑翔模式的所述多足机器人提供升力，所述浮力调节装置包括中继阀、油缸、油泵、电磁阀和柔性油囊，所述中继阀处于所述浮力调节装置的始端，所述油缸的输入口和所述柔性油囊的输出口与所述中继阀相连，所述油缸的输出口和所述柔性油囊的输入口与所述油泵相连，其中所述油缸、所述油泵和所述电磁阀布置在所述主体结构内，所述柔性油囊布置在所述主体结构外并与水体接触；/n所述重心调节装置沿所述主体结构的中轴线布置在所述主体结构内部，包括驱动电机、丝杆、滑道和滑块，其中所述滑块上有螺纹孔，所述驱动电机的输出轴串联所述丝杆，所述丝杆通过所述螺纹孔串联所述滑块，所述电池组作为调节重心的重物与所述滑块固定，所述电池组的两边跨在所述滑道上，工作时所述驱动电机带动所述丝杆旋转，使所述滑块可以前后移动，并带动所述电池组在所述滑道上前后移动；/n所述电池组不仅作为所述重心调节装置中调节重心的重物，还作为电源给所述多足机器人中的所述驱动电机供电；/n所述控制系统布置在所述主体结构内部，包括中央处理器和作动器，所述中央处理器与所述作动器通过无线通讯相连，所述作动器分别与所述重心调节装置和所述浮力调节装置相连；所述中央处理器对所述作动器发号指令，命令所述作动器对所述多足机器人切换所述行走模式或所述滑翔模式；进一步解释为：与所述重心调节装置相连的所述作动器通过控制所述重心调节装置的所述驱动电机来间接改变所述驱动电机的所述滑块及所述电池组的位置，达到改变所述多足机器人重心的目的，与所述浮力调节装置相连的所述作动器通过控制所述浮力调节装置的所述电磁阀的开闭，达到改变所述多足机器人浮力大小的目的，与所述重心调节装置相连的所述作动器和与所述浮力调节装置相连的所述作动器相互配合，使得所述多足机器人在所述行走和所述滑翔模式之间自如切换；/n二、多足机器人外形结构切换：/n通过所述第三驱动电机和所述第二驱动电机带动对应的所述输出轴在水平方向上旋转，使得所述多足机器人每一侧的所述第一至第三机械足伸展到水平位置，通过所述第一驱动电机带动对应的所述输出轴在竖直方向上旋转，使前三个所述机械足并拢到一起形成一个板状结构，所述板状结构的横截面为对称翼形结构，即前三个所述机械足上的每一个所述足节都是所述对称翼形结构的一部分，所述多足机器人每一侧的第四个所述机械足通过所述第一驱动电机来进行旋转，使得第二所述足节指向所述多足机器人后方，第三所述足节的末端为片状结构；三、多足机器人工作模式切换：/n所述多足机器人在进行海底行走任务即处于所述行走模式时，所述浮力调节装置的所述油泵工作，将外部所述柔性油囊中的油全部抽入所述油缸，使得所述多足机器人排水量最小，对地面压力最大；/n当所述多足机器人从所述行走模式切换到所述向上滑翔模式时，所述浮力调节装置增大排水量，所述重心调节装置将所述电池组后移，使得所述多足机器人倾斜上浮，所述对称翼形结构产生的升力与所述多足机器人的重力和浮力平衡，所述对称翼型结构产生的力矩与所述多足机器人的重心、浮心偏离产生的力矩平衡，使得所述多足机器人稳定地倾斜向上滑翔；/n当所述多足机器人处于所述向下滑翔模式时，所述浮力调节装置减小排水量，所述重心调节装置将所述电池组前移，使得所述多足机器人倾斜下沉，所述对称翼形结构产生的降力与所述多足机器人的重力和浮力平衡，所述对称翼型结构产生的力矩与所述多足机器人的重心、浮心偏离产生的力矩平衡，使得多足机器人稳定地倾斜向下滑翔；/n四、多足机器人航向调整与校正：/n在所述多足机器人工作时，所述第四机械足的所述第一驱动电机上的所述数据采集器将所述多足机器人的实际航线数据传回到所述控制系统的中央处理器上，所述中央处理器将传回的所述实际航线数据与自身内部的理论航线进行比对，得出所述多足机器人航线偏移量，进而改变左右两侧所述第四机械足与所述主体结构中轴线之间的夹角，使片状的所述第四机械足上的所述第三足节起到方向舵的作用，从而控制所述多足机器人的滑翔航向，使得所述多足机器人回到所述理论航线，其中所述多足机器人航线偏移量的计算公式如下：/n