專利名稱：一種基于可變形足-蹼復合推進機構的水陸兩棲機器人的制作方法
技術領域：
—種基于可變形足-蹼復合推進機構的水陸兩棲機器人技術領域[0001]本實用新型涉及水陸兩棲機器人，具體地說是一種基于可變形足-蹼復合推進機構的水陸兩棲機器人。
背景技術：
[0002]隨著人類對海洋資源的開發利用和海洋科學相關研究的深化與發展，海洋與陸地交界的過渡地帶成為近年來科學研究、環境監控、調查分析及軍事偵察等方面應用和關注的重點區域之一。水陸兩棲機器人作為一種能夠在陸地、水中及水陸過渡地帶開展各種作業任務的有效技術手段，正吸引著全世界越來越多國家科技人員的研究和探索。但是現有兩棲機器人的性能還遠達不到單一功能的陸地或者水下機器人，而且能夠真正實現水陸過渡環境的有效切換的更是少之又少。究其原因主要有兩點一、陸地和水中分離的驅動和執行機構，使得機器人的效率極其低下；二、水陸過渡環境隨著介質形式的多種多樣，對水陸兩棲機器人的推進機構和控制策略都提出了嚴峻的挑戰。因此，水陸兩棲機器人需要陸地和水下推進的有效復合，設計 出既能夠適應陸地復雜多變地形，又能在水下高效推進的復合驅動和執行機構。為了實現水陸兩棲機器人既能夠在水中和陸地環境高機動能力，又能在水陸過渡地帶具有良好的通過性和適應性，開發研制基于新型復合驅動機構的水陸兩棲機器人成為近年來兩棲機器人的重要研究方向和發展趨勢之一。[0003]本實用新型的目的在于提供一種基于可變形足-蹼復合推進機構的水陸兩棲機器人，解決了現有水陸兩棲機器人大多需要兩套相互獨立的陸地和水中推進機構，且在復雜水陸過渡環境下通過能力差、效率低的不足，為近海海洋資源開發利用、兩棲探險與救援提供一種有效的高技術手段。實用新型內容[0004]本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現的[0005]一種基于可變形足-蹼復合推進機構的水陸兩棲機器人，包括密封蓋板(I)、復合推進驅動模塊(2 )、控制電路(3 )、電池(4 )、通訊天線(5 )、密封殼體(6 )、可變形足-蹼模塊 (7 )、前/后蓋板(8 )，其中密封蓋板(I)和密封殼體(6 )之間的接合面由密封條和密封膠密封后通過螺釘進行連接，前/后蓋板(8)分別粘接于密封殼體(6)的前、后兩個側面，控制電路(3)和電池(4)由螺釘固定在密封殼體(6)內，通訊天線(5)固定在密封蓋板(I)上，其信號傳輸線纜與控制電路(3)相連；在密封殼體(6)的兩側對稱設有多個復合推進驅動模塊(2)，每個復合推進驅動模塊(2)的輸出軸端連接可變形足-蹼模塊(7);可變形足-蹼模塊(7)通過緊定螺釘分別固接于每個復合推進驅動模塊(2)的輸出軸端。[0006]可變形足-蹼模塊(7)包括首節基板(16)，首節蓋板(9)，多個中節(10)，末節(11)，彈性薄板(15)，無伸縮性軟繩(14)，無伸縮性軟繩壓片(12)和無伸縮性軟繩夾頭(13)；首節基板(16 )，5個中節(10 )，末節(11)依次通過螺釘固定在彈性薄板(15 )上，無伸縮性軟繩(14)通過首節基板(16)，5個中節(10)，末節(11)上的通孔后折回并由無伸縮性軟繩夾頭(13)夾緊，并用無伸縮性軟繩壓片(12)壓住防止脫落；首節蓋板(9)和首節基板(16)通過螺釘固接。[0007]復合推進驅動模塊(2)包括主驅動電機(17)，驅動模塊框架蓋板(18)，驅動模塊框架(19)，零位檢測盤(20)，槽形光電開關(21)，主驅動電機支架(22)，軸承座(23)，收線電機(24)，螺母套筒(25)，第二收線齒輪(26)，第一收線齒輪(27)，第一驅動齒輪(28)，第二驅動齒輪(2 9 )，O型密封圈(3 O )，密封腔螺釘(31)，傳動空心軸第一軸承(3 2 )，密封腔軸承端蓋(33)，傳動空心軸(34)，軸用擋圈(35)，無伸縮性軟繩連接塊(36)，第一連接桿(37)，傳動空心軸第二軸承(38)，連接銷(39)，第一連接桿軸承(40)，第二連接桿(41)， 第二連接桿軸承(42)，絲桿第一軸承(43)，直線軸承(44)，螺母(45)，光軸(46)，套筒端蓋 (47 )，絲桿(48 )，絲桿第二軸承(49 )，絲桿軸承端蓋(50 );主驅動電機通過螺釘固定于主驅動電機支架(22)上；傳動空心軸(34)由傳動空心軸第一軸承(32)和傳動空心軸第二軸承(38)支承，安裝于驅動模塊框架(19)和主驅動電機支架(22)，驅動模塊框架(19)和主驅動電機支架(22)通過螺釘固接成為一體；主驅動電機(17)的輸出軸通過緊定螺釘連接第一驅動齒輪(28)，與第一驅動齒輪(28)相嚙合傳動的第二驅動齒輪(29)通過平鍵和軸用擋圈(35)固定在傳動空心軸(34)上；傳動空心軸(34)的中軸線上開有直徑I. 5mm的通孔，無伸縮性軟繩(14)能在通孔內滑動；收線電機(24)通過第一收線齒輪(27)和第二收線齒輪(26)嚙合傳動后，驅動絲桿(48)轉動，絲桿(48)與螺母(45)構成螺旋傳動使固接在螺母(45)上的螺母套筒(25)能夠在傳動空心軸(34)的軸線方向上產生直線位移，從而經過第一連接桿軸承(40)、第二連接桿軸承(42)、第二連接桿(41)、第一連接桿(37)和無伸縮性軟繩連接塊(36)的一系列傳動使無伸縮性軟繩(14)產生同步的直線位移；直線軸承(44) 和光軸(46 )用來導向螺母套筒(25 )的直線運動，防止其旋轉；傳動空心軸(34 )上通過緊定螺釘固接零位檢測盤(20)，和固定在驅動模塊框架(19)上的槽形光電開關(21)配合用來檢測轉動的零位；驅動模塊框架(19)的伸出端和傳動空心軸(34)形成一個空腔，通過密封腔螺釘(31)處的小孔填注粘稠密封劑用來密封防水；驅動模塊框架(19)通過O型密封圈(30)與兩棲機器人密封殼體(6)進行密封防水。[0008]本實用新型的優點和積極效果為[0009]I.本實用新型采用的可變形足-蹼復合推進機構有效地將陸地足式推進方式和水中蹼式推進方式融合在一起，陸地和水中推進所需的主驅動電機和執行機構實現了功能復用，滿足了機器人在水陸兩棲條件的行進和游動多運動模式的需求，同時保證了機器人運動的平穩性、快速性和協調性。[0010]2.本實用新型機器人的可變形足-蹼復合推進機構采用模塊化設計，彼此之間互不干擾，便于維護和更換。[0011]3.本實用新型運動方式靈活，水陸環境適應能力強。


[0012]圖I為本實用新型的結構原理圖；[0013]圖2為本實用新型中可變形足-蹼復合推進機構的蹼狀態結構圖；[0014]圖3為本實用新型中可變形足-蹼復合推進機構的腿狀態結構圖；[0015]圖4為可變形足-蹼模塊結構圖；[0016]圖5為圖4的剖視圖；[0017]圖6a為本實用新型在陸地行走時的三角步態實現原理圖[0018]圖6b為本實用新型在翻越障礙物時同步步態實現原理圖[0019]圖7a為本實用新型水中正向巡游實現原理圖[0020]圖7b為本實用新型水中反向巡游實現原理圖[0021]圖7c為本實用新型水中轉向游動實現原理圖[0022]圖7d為本實用新型水中原地自旋游動實現原理圖[0023]圖7e為本實用新型水中緊急制動實現原理圖[0024]圖7f為本實用新型上升游動運動實現原理圖[0025]圖7g為本實用新型下潛游動運動實現原理圖[0026]其中1為密封蓋板,2為復合推進驅動模塊,3為控制電路,4為電池,5為通訊天線，6為密封殼體,7為可變形足-踐模塊，8為前/后蓋板,9為首節蓋板,10為中節，11為末節，12為無伸縮性軟繩壓片，13為無伸縮性軟繩夾頭，14為無伸縮性軟繩，15為彈性薄板,16為首節基板,17為主驅動電機,18為驅動模塊框架蓋板,19為驅動模塊框架,20為零位檢測盤，21為槽形光電開關，22為主驅動電機支架，23為軸承座，24為收線電機，25為螺母套筒,26為第二收線齒輪,27為第一收線齒輪,28為第一驅動齒輪,29為第二驅動齒輪， 30為O型密封圈，31為密封腔螺釘，32為傳動空心軸第一軸承，33為密封腔軸承端蓋，34 為傳動空心軸，35為軸用擋圈，36為無伸縮性軟繩連接塊，37為第一連接桿，38為傳動空心軸第二軸承，39為連接銷,40為第一連接桿軸承,41為第二連接桿,42為第二連接桿軸承， 43為絲桿第一軸承,44為直線軸承,45為螺母,46為光軸,47為套筒端蓋,48為絲桿,49為絲桿第二軸承，50為絲桿軸承端蓋。
具體實施方式
[0027]
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳述。[0028]如圖I所示，本實用新型的機器人包括密封蓋板I、復合推進驅動模塊2、控制電路 3、電池4、通訊天線5、密封殼體6、可變形足-蹼模塊7、前/后蓋板8，其中密封蓋板I和密封殼體6之間的接合面由密封條和密封膠密封后通過螺釘進行連接，前/后蓋板8分別粘接于密封殼體6的前、后兩個側面，控制電路3和電池4由螺釘固定在密封殼體6內，通訊天線5固定在密封蓋板I上，其信號傳輸線纜與控制電路3相連；在密封殼體6的兩側對稱設有多個復合推進驅動模塊2，每個復合推進驅動模塊2的輸出軸端連接可變形足-蹼模塊 7ο本實施例的復合推進驅動模塊2共三對、六個,對稱分布于密封殼體6的前部、中部和后部，三對、六個可變形足-蹼模塊7通過緊定螺釘分別固接于每個復合推進驅動模塊2的輸出軸端。[0029]如圖2所示，可變形足-蹼模塊7包括首節基板16，首節蓋板9，多個中節10，末節 11，彈性薄板15，無伸縮性軟繩14，無伸縮性軟繩壓片12和無伸縮性軟繩夾頭13。本實施例中中節為5個。首節基板16，5個中節10，末節11依次通過螺釘固定在彈性薄板15上， 無伸縮性軟繩14通過首節基板16，5個中節10，末節11上的通孔后折回并由無伸縮性軟繩夾頭13夾緊，并用無伸縮性軟繩壓片12壓住防止脫落。首節蓋板9和首節基板16通過螺釘固接。圖2為可變形足-蹼模塊7在無伸縮性軟繩松弛狀態下成為類似于蹼的水中驅動機構，圖3為可變形足-蹼模塊7在無伸縮性軟繩收緊狀態下成為類似于足的陸地驅動機構。[0030]如圖4和圖5所示，復合推進驅動模塊2包括主驅動電機17，驅動模塊框架蓋板 18，驅動模塊框架19，零位檢測盤20，槽形光電開關21，主驅動電機支架22，軸承座23，收線電機24，螺母套筒25，第二收線齒輪26，第一收線齒輪27，第一驅動齒輪28，第二驅動齒輪 29，O型密封圈30，密封腔螺釘31，傳動空心軸第一軸承32，密封腔軸承端蓋33，傳動空心軸34，軸用擋圈35，無伸縮性軟繩連接塊36，第一連接桿37，傳動空心軸第二軸承38，連接銷39，第一連接桿軸承40，第二連接桿41，第二連接桿軸承42，絲桿第一軸承43，直線軸承 44，螺母45，光軸46，套筒端蓋47，絲桿48，絲桿第二軸承49，絲桿軸承端蓋50。主驅動電機17為市購產品，購置于蘇州鈞和伺服科技有限公司(生產商瑞士 Maxon公司)、型號為 Maxon RE 30，通過螺釘固定于主驅動電機支架22上。傳動空心軸34由傳動空心軸第一軸承32和傳動空心軸第二軸承38支承，安裝于驅動模塊框架19和主驅動電機支架22，驅動模塊框架19和主驅動電機支架22通過螺釘固接成為一體。主驅動電機17的輸出軸通過緊定螺釘連接第一驅動齒輪28，與第一驅動齒輪28相嚙合傳動的第二驅動齒輪29通過平鍵和軸用擋圈35固定在傳動空心軸34上。傳動空心軸34的中軸線上開有直徑約I. 5mm的通孔，無伸縮性軟繩14可在通孔內滑動。收線電機24通過第一收線齒輪27和第二收線齒輪26嚙合傳動后，驅動絲桿48轉動，絲桿48與螺母45構成螺旋傳動使固接在螺母45上的螺母套筒25能夠在傳動空心軸34的軸線方向上產生直線位移，從而經過第一連接桿軸承40、第二連接桿軸承42、第二連接桿41、第一連接桿37和無伸縮性軟繩連接塊36的一系列傳動使無伸縮性軟繩14產生同步的直線位移。直線軸承44和光軸46用來導向螺母套筒25的直線運動，防止其旋轉。傳動空心軸34上通過緊定螺釘固接零位檢測盤20，和固定在驅動模塊框架19上的槽形光電開關21配合用來檢測轉動的零位。驅動模塊框架19的伸出端和傳動空心軸34形成一個空腔，通過密封腔螺釘31處的小孔填注粘稠密封劑用來密封防水。驅動模塊框架19通過O型密封圈30與兩棲機器人密封殼體6進行密封防水。[0031]本實用新型的水陸兩棲機器人可以實現水陸兩棲環境下的陸地足式運動和水中蹼式游動兩種運動模式。[0032]陸地足式運動模式當可變形足-蹼模塊7在傳動空心軸34的驅動下作回轉運動時，可實現兩棲機器人的陸地行走、翻越障礙等功能。輔以不同的控制時序，可實現兩棲機器人行走步態上的變化。如圖6a所示，當兩棲機器人在較平坦地面行走時，可采用圖中的三角步態推進方式，即六套可變形足-蹼模塊7分成兩組，每組由呈三角形分布的三套可變形足-蹼模塊7構成，兩組之間存在一定的驅動時序相位差，從而保證了機器人整體在行進過程中的平穩性和快速性。如圖6b所示，當兩棲機器人需要翻越一定高度的障礙時，可采用圖中的同步步態推進方式，即六套可變形足-蹼模塊7分成三組，分別由前、中、后部相對的兩套模塊構成，每組之間存在一定的驅動時序相位差，從而實現了機器人整體在翻越障礙過程中的通過性和協調性。[0033]水中蹼式游動模式如圖7a所示，當可變形足-蹼模塊7在平行于機器人身體平面附近作小范圍拍動動作時，機器人可實現正向的游動；如圖7b所示，當可變形足-蹼模塊 7在圖7a所示位置旋轉180°后作拍動動作時,機器人可實現反向的游動；如圖7c所示， 當機器人一側的可變形足-蹼模塊7作拍動動作時，機器人可實現向左或向右的轉向游動；如圖7d所示，當機器人身體兩側的可變形足-蹼模塊7錯位180°進行拍動動作時，機器人可實現水下的原地自旋游動；如圖7e所示，當可變形足-蹼模塊7位于與機器人身體平面相垂直的位置時，可實現機器人在水下的緊急制動動作；如圖7f和圖7g所示，當可變形足-蹼模塊7在與機器人身體平面成一定夾角的位置作拍動動作時，機器人可實現上浮或下潛游動運動。權利要求1.一種基于可變形足-蹼復合推進機構的水陸兩棲機器人，其特征在于 包括密封蓋板(I)、復合推進驅動模塊(2 )、控制電路(3 )、電池(4 )、通訊天線(5 )、密封殼體(6)、可變形足-蹼模塊(7)、前/后蓋板(8)，其中密封蓋板(I)和密封殼體(6)之間的接合面由密封條和密封膠密封后通過螺釘進行連接，前/后蓋板(8)分別粘接于密封殼體(6)的前、后兩個側面，控制電路(3)和電池(4)由螺釘固定在密封殼體(6)內，通訊天線(5)固定在密封蓋板(I)上，其信號傳輸線纜與控制電路(3)相連；在密封殼體(6)的兩側對稱設有多個復合推進驅動模塊(2)，每個復合推進驅動模塊(2)的輸出軸端連接可變形足-蹼模塊(7);可變形足-蹼模塊(7)通過緊定螺釘分別固接于每個復合推進驅動模塊(2)的輸出軸端。
2.根據權利要求I所述的水陸兩棲機器人，其特征在于可變形足-蹼模塊(7)包括首節基板(16)，首節蓋板(9)，多個中節(10)，末節(11)，彈性薄板(15)，無伸縮性軟繩(14)，無伸縮性軟繩壓片(12)和無伸縮性軟繩夾頭(13);首節基板(16)，5個中節(10)，末節(11)依次通過螺釘固定在彈性薄板(15)上，無伸縮性軟繩(14)通過首節基板(16)，5個中節(10)，末節(11)上的通孔后折回并由無伸縮性軟繩夾頭(13)夾緊，并用無伸縮性軟繩壓片(12)壓住防止脫落；首節蓋板(9)和首節基板(16)通過螺釘固接。
3.根據權利要求2所述的水陸兩棲機器人，其特征在于復合推進驅動模塊(2)包括主驅動電機(17)，驅動模塊框架蓋板(18)，驅動模塊框架(19)，零位檢測盤(20)，槽形光電開關(21)，主驅動電機支架(22)，軸承座(23)，收線電機(24)，螺母套筒(25)，第二收線齒輪(26)，第一收線齒輪(27)，第一驅動齒輪(28)，第二驅動齒輪(29)，O型密封圈(30)，密封腔螺釘(31)，傳動空心軸第一軸承(32 )，密封腔軸承端蓋(33 )，傳動空心軸(34)，軸用擋圈(35)，無伸縮性軟繩連接塊(36)，第一連接桿(37)，傳動空心軸第二軸承(38)，連接銷(39)，第一連接桿軸承(40)，第二連接桿(41)，第二連接桿軸承(42)，絲桿第一軸承(43)，直線軸承(44)，螺母(45)，光軸(46)，套筒端蓋(47)，絲桿(48)，絲桿第二軸承(49)，絲桿軸承端蓋(50);主驅動電機通過螺釘固定于主驅動電機支架(22)上；傳動空心軸(34)由傳動空心軸第一軸承(32)和傳動空心軸第二軸承(38)支承，安裝于驅動模塊框架(19)和主驅動電機支架(22)，驅動模塊框架(19)和主驅動電機支架(22)通過螺釘固接成為一體；主驅動電機(17)的輸出軸通過緊定螺釘連接第一驅動齒輪(28)，與第一驅動齒輪(28)相嚙合傳動的第二驅動齒輪(29)通過平鍵和軸用擋圈(35)固定在傳動空心軸(34)上；傳動空心軸(34)的中軸線上開有直徑I. 5mm的通孔，無伸縮性軟繩(14)能在通孔內滑動；收線電機(24)通過第一收線齒輪(27)和第二收線齒輪(26)嚙合傳動后，驅動絲桿(48)轉動，絲桿(48 )與螺母(45 )構成螺旋傳動使固接在螺母(45 )上的螺母套筒(25 )能夠在傳動空心軸(34)的軸線方向上產生直線位移，從而經過第一連接桿軸承(40)、第二連接桿軸承(42)、第二連接桿(41)、第一連接桿(37)和無伸縮性軟繩連接塊(36)的一系列傳動使無伸縮性軟繩(14)產生同步的直線位移；直線軸承(44)和光軸(46)用來導向螺母套筒(25)的直線運動，防止其旋轉；傳動空心軸(34)上通過緊定螺釘固接零位檢測盤(20)，和固定在驅動模塊框架(19)上的槽形光電開關(21)配合用來檢測轉動的零位；驅動模塊框架(19)的伸出端和傳動空心軸(34)形成一個空腔，通過密封腔螺釘(31)處的小孔填注粘稠密封劑用來密封防水；驅動模塊框架(19)通過O型密封圈(30)與兩棲機器人密封殼體(6)進行密封防水。
專利摘要本實用新型涉及一種基于可變形足-蹼復合推進機構的水陸兩棲機器人，包括水陸兩棲機器人密封殼體、密封蓋板、前/后蓋板、控制電路、電池、通訊天線、復合推進驅動模塊、可變形足-蹼模塊，所述密封殼體兩側板對稱設有多個復合推進驅動模塊，每個復合推進驅動模塊的輸出軸上安裝有可變形足-蹼模塊；解決了現有水陸兩棲機器人大多需要兩套相互獨立的陸地和水中推進機構，且在復雜水陸過渡環境下通過能力差、效率低的不足，為近海海洋資源開發利用、兩棲探險與救援提供一種有效的高技術手段。
文檔編號B62D57/032GK202806269SQ20122038247
公開日2013年3月20日 申請日期2012年8月2日 優先權日2012年8月2日
發明者張世武, 梁旭, 許旻, 劉鵬, 任小雙, 徐利超, 楊杰 申請人:中國科學技術大學