本發明涉及機器人技術領域，具體涉及一種可變結構的水陸兩棲球形機器人。

背景技術：

近年來，機器人技術迅猛發展，機器人的應用也越來越廣泛。其中教育機器人是由生產廠商專門開發的以激發學生學習興趣、培養學生綜合能力為目標的機器人成品、套裝或散件。它除了機器人機體本身之外，還有相應的控制軟件和教學課本等。在國外，機器人教育一直是個熱點，日本,美國等一些發達國家高度重視機器人學科教育對高科技社會的作用和影響，已在信息技術課與課外科技活動開設了有關機器人的課程內容。

國內也有一些企業和公司可以生產教育機器人或教學平臺。不同種類的教育機器人將不斷涌現，近一段時間以來，尤其是機器人行業進入蓬勃發展的時期以來，國內也逐漸開始流行起智能機器人的開發與應用，相對的教育政策也紛紛出臺。對于大部分理工科或者綜合型高校來說，智能機器人開發與應用是工業自動化專業、電子類專業、軟件設計類等專業的熱門研究方向。然而對于諸多機器人研究領域，如人形機器人、四足機器人、飛行機器人、單臂機器人等來說，球形機器人是一個新興的熱點研究話題，關于球形機器人的形態、動態分析以及研究、設計、應用也是機器人領域的一個重點，并且由于這類機器人具有良好的動態和靜態平衡性，同時具有很好的密封性，可以行走在無人、沙塵、潮濕、腐蝕性的惡劣環境中，而且便于實現水陸兩棲功能。可應用于行星探測、環境監測、水下探測、國防裝備、教育娛樂等諸多領域。但是，目前關于球形機器人的基礎理論還不夠完善、技術層面仍處于起步階段，存在巨大的可發展空間與研究價值。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種能夠實現陸地行走與水下探測結合應用的可變結構的水陸兩棲球形機器人。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種可變球形機器人，具有展開狀態和閉合狀態，在閉合狀態下其殼體呈圓球狀，其包括上下兩層結構，上下兩層結構的外殼均為半球殼體；下層結構包括伸縮機構和對稱圓周式下層足機構；上層結構包括上層固定平臺和對稱圓周式上層足機構；一種可變球形機器人還包括能夠驅動所述機器人在水中運動的吸水機構和噴水機構，所述噴水機構設置于所述對稱圓周式下層足機構上。

優選的技術方案，所述吸水機構設置于所述上層機構。

進一步技術方案，所述吸水機構設置在所述上層固定平臺上。

優選的技術方案，所述吸水機構包括至少一個可吸入液體的進水口，所述噴水機構包括至少一個可噴出液體的噴水口，所述進水機構與所述噴水機構通過管道相連通。

進一步技術方案，所述噴水口的噴水方向可調。

優選的技術方案，所述下層足機構包括多個下層足單體機構，每個所述下層足單體機構均設置有所述噴水機構。

優選的技術方案，所述伸縮機構包括下部圓盤組、分別設置在所述下部圓盤組上旋轉機構及下旋轉機構、雙層設置在所述上旋轉機構上的堆疊齒輪組，所述下部圓盤組包括兩個圓盤及固定設置在兩個所述圓盤間的固定桿，所述上旋轉機構、下旋轉機構分別由多個弧形桿組成，所述弧形桿一端轉動設置在所述圓盤上，所述上旋轉機構的所述弧形桿與其對應的所述下旋轉機構的所述弧形桿間固定設置有連接桿，所述上旋轉機構的一個所述弧形桿及其對應的所述下旋轉機構的一個所述弧形桿及連接該兩個所述弧形桿的連接桿組成一組螺旋單臂。

進一步技術方案，所述下層足機構包括多個三自由度腿部，所述三自由度腿部一端設置在所述螺旋單臂末端。

優選的技術方案，所述雙層堆疊齒輪組包括設置在所述圓盤中心的中心齒輪及與所述中心齒輪嚙合的多個外齒輪，所述外齒輪固定連接在所述弧形桿一端，所述中心齒輪連接有驅動機構設置在所述圓盤組內。

上述技術方案中，可以在上層結構內安裝激光測距儀，用于機器人的定位和導航；可以拓展藍牙無線傳輸模塊，通過藍牙連接，用戶可以實現用計算機、手柄或智能手機進行機器人的控制；可在殼體中部安裝智能攝像頭，可以用于探測多種復雜地形，偵查等涉及人員安全的高危工作。

由于上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點：

1、本發明的上層足機構、下層足機構可以實現旋轉展開與收縮，收縮時為球形結構減少了近一半占地體積，陸地展開狀態下可實現底部足爬行的功能，收縮后改為滾動方式，此項功能可適應大部分地理環境，通過調整本機器人的行走方式，以實現高效、節能的設計理念；

2、水下環境中，本機器人的底部足展開，位于足底的噴水器工作，推動機器人前進，通過改變底部足展開角度，從而改變機器人的前進方向，上部足可以同時實現水下采樣工作，由于本采用電路防水、防腐蝕結構，在水下環境中也可以自由行動。

附圖說明

圖1為本發明實施例一的下層結構打開狀態立體圖；

圖2為本發明實施例一的下層結構打開狀態仰視圖；

圖3為本發明實施例一的下層結構打開狀態側視圖。

其中：1、上外殼；2、下外殼；3、旋轉機構；4、堆疊齒輪組；5、下層足機構；6、噴水機構。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述：

實施例一：

如圖1-3所示，一種可變球形機器人，具有展開狀態和閉合狀態，在閉合狀態下其殼體呈圓球狀，其包括上下兩層結構，上下兩層結構的外殼均為半球殼體；下層結構包括伸縮機構和對稱圓周式下層足機構5；上層結構包括上層固定平臺和對稱圓周式上層足機構，還包括能夠驅動機器人在水中運動的吸水機構和噴水機構6，噴水機構6設置于下層足機構5上。

上層結構包括六個圓弧形上外殼1，六個上層足機構一端固定連接上外殼1、另一端固定連接上層固定平臺；下層結構包括六個圓弧形下外殼2，六個下層足機構5一端固定連接下外殼2、另一端固定連接于螺旋單臂末端。

在上層結構內安裝激光測距儀，用于機器人的定位和導航；可以拓展藍牙無線傳輸模塊，通過藍牙連接，用戶可以實現用計算機、手柄或智能手機進行機器人的控制；可在殼體中部安裝智能攝像頭，可以用于探測多種復雜地形，偵查等涉及人員安全的高危工作。

吸水機構設置在上層固定平臺上。

吸水機構包括至少一個可吸入液體的進水口，噴水機構6包括至少一個可噴出液體的噴水口，進水機構與噴水機構6通過管道相連通。

噴水口的噴水方向可調。

下層足機構5包括多個下層足單體機構，每個下層足單體機構均設置有噴水機構6。

縮機構包括下部圓盤組、分別設置在下部圓盤組上旋轉機構3及下旋轉機構3、雙層設置在上旋轉機構3上的堆疊齒輪組4，下部圓盤組包括兩個圓盤及固定設置在兩個圓盤間的固定桿，上旋轉機構3、下旋轉機構3分別由多個弧形桿組成，弧形桿一端轉動設置在圓盤上，上旋轉機構3的弧形桿與其對應的下旋轉機構3的弧形桿間固定設置有連接桿，上旋轉機構3的一個弧形桿及其對應的下旋轉機構3的一個弧形桿及連接該兩個弧形桿的連接桿組成一組螺旋單臂。

下層足機構5包括多個三自由度腿部，三自由度腿部一端設置在螺旋單臂末端。

三自由度腿部包括固定安裝在螺旋單臂末端的電機固定架，電機固定架內固定設置有第一電機，轉動連接在第一電機輸出軸兩端的H型支架，H型支架另一端轉動連接有第二電機固定架，第二電機固定架內設置有第二電機，第二電機的輸出軸兩端活動連接在H型支架上，第二電機固定架上固定設置有下層足。

雙層堆疊齒輪組4包括設置在圓盤中心的中心齒輪及與中心齒輪嚙合的多個外齒輪，外齒輪固定連接在弧形桿一端，中心齒輪連接有驅動機構設置在圓盤組內。