本發(fā)明屬于機(jī)器人控制領(lǐng)域。涉及一種滑塊式重心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，特別是關(guān)于一種可廣泛應(yīng)用于水下或是空中微小型智能機(jī)器人的俯仰姿態(tài)控制的模塊化裝置。

背景技術(shù)：

微小型智能機(jī)器人，因其體積小、成本低、功耗低、研究耗時(shí)短、多樣的運(yùn)動能力強(qiáng)，無論從軍事還是民用的角度看，都具有巨大的應(yīng)用前景。為了拓展機(jī)器人可到達(dá)的領(lǐng)域，三維運(yùn)動能力必不可少。特別是針對水下機(jī)器人和空中機(jī)器人來說，如何實(shí)現(xiàn)其在水下和空中的俯仰運(yùn)動一直都是機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。設(shè)計(jì)一個易于安裝和拆卸并且可以廣泛應(yīng)用于小型機(jī)器人的模塊化俯仰機(jī)構(gòu)，結(jié)合機(jī)器人在二維平面內(nèi)的推進(jìn)方式，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人三維運(yùn)動是機(jī)器人領(lǐng)域中亟待解決的問題。

針對利用重心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)俯仰運(yùn)動，《新型兩關(guān)節(jié)機(jī)器魚的研制及實(shí)驗(yàn)研究》給出了一種方案，本申請的滑塊裝置與《新型兩關(guān)節(jié)機(jī)器魚的研制及實(shí)驗(yàn)研究》文中的升潛模塊相比具有顯著的區(qū)別，理由如下：

1)《新型兩關(guān)節(jié)機(jī)器魚的研制及實(shí)驗(yàn)研究》的升潛裝置通過一個滑動螺旋傳動副(直齒圓柱大齒輪、絲杠)實(shí)現(xiàn)活塞的前后移動，完成吸排水，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器魚升潛。由此可見，《新型兩關(guān)節(jié)機(jī)器魚的研制及實(shí)驗(yàn)研究》的升潛裝置相當(dāng)于一個活塞式液壓缸，其活塞外側(cè)的缸筒須與外部水環(huán)境相通，且通過活塞的運(yùn)動來控制外部水的吸排，因此防水機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)難度大，且對周圍水環(huán)境的擾動比較大。而本申請的滑塊裝置置于機(jī)器人體內(nèi)，只需要整體密封防水，用經(jīng)典的o型圈即可實(shí)現(xiàn)，同時(shí)對周圍水環(huán)境的擾動非常小，具有很好的隱蔽性能。此外，《新型兩關(guān)節(jié)機(jī)器魚的研制及實(shí)驗(yàn)研究》中通過電機(jī)控制活塞運(yùn)動來吸排水實(shí)現(xiàn)升潛，吸排水的速度受到排水孔面積的影響，并且與對環(huán)境的擾動成正比。吸排水速度越快，實(shí)時(shí)性越好，但大大增加了對環(huán)境的擾動。也就是說它的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性是相矛盾的。相比較而言，本申請的滑塊裝置靠電機(jī)直接控制滑塊的移動來改變重心實(shí)現(xiàn)升潛，其實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性都能夠得到保證。

隨著水下深度的增加，水下壓力增大，《新型兩關(guān)節(jié)機(jī)器魚的研制及實(shí)驗(yàn)研究》所述的升潛裝置排水所需的動力增大，對機(jī)械裝置的強(qiáng)度和防水性能以及電機(jī)的力矩的要求增大。而本申請的滑塊升潛裝置則不涉及這個問題。

2)對比《新型兩關(guān)節(jié)機(jī)器魚的研制及實(shí)驗(yàn)研究》的升潛裝置包括直流力矩電機(jī)、直齒圓柱小齒輪、直齒圓柱大齒輪、絲杠、缸筒、活塞、絲杠端蓋、缸筒端蓋、電機(jī)支座、軸承總成，由于其絲杠必須與活塞一起移動，因此其結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜，成本高。而本申請的滑塊裝置僅包括兩支架、絲杠、光桿、上齒輪、下齒輪和電機(jī)，絲杠只在兩支架間轉(zhuǎn)動，從而帶動滑塊移動，其機(jī)械結(jié)構(gòu)非常簡單，成本低，并且經(jīng)過簡單改裝，就可以廣泛應(yīng)用于各種小型水下推進(jìn)器中，具有適應(yīng)范圍廣、穩(wěn)定性高、可移植性好等優(yōu)點(diǎn)。

3)此外，對比《新型兩關(guān)節(jié)機(jī)器魚的研制及實(shí)驗(yàn)研究》的升潛裝置還會涉及到空氣壓縮的問題，雖然可能氣壓并不是很大，但是對機(jī)械結(jié)構(gòu)和材質(zhì)要求相對較高，并且在升潛過程中隨著缸筒內(nèi)氣壓的不斷變化，對整體的密封性能也會產(chǎn)生一定的影響。而本申請的滑動裝置則不涉及該問題。

綜上所述，本申請中的滑塊裝置相對于對比《新型兩關(guān)節(jié)機(jī)器魚的研制及實(shí)驗(yàn)研究》中的升潛模塊具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、控制效果明顯、環(huán)境擾動小且能實(shí)現(xiàn)俯仰運(yùn)動的模塊化重心調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于水下或是空中微小型智能機(jī)器人的俯仰姿態(tài)控制的模塊化裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種滑塊式重心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于：它包括底蓋和滑塊裝置，滑塊裝置由前支架、后支架、絲杠、光桿、滑塊、下齒輪、上齒輪、電機(jī)組成。所述滑塊裝置通過設(shè)置在所述底蓋上前支架和后支架固定在底蓋上；所述前、后支架上通過軸承連接絲杠和光桿，所述絲杠和光桿上穿設(shè)有滑塊，所述絲杠的一端穿過所述后支架的軸承后，連接下齒輪，所述下齒輪嚙合上齒輪，所述上齒輪固定連接在電機(jī)的輸出端，所述電機(jī)固定在所述后支架上部。

如上所述一種滑塊式重心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的控制方法，其特征在于：應(yīng)用于水下或是空中微小型智能機(jī)器人的俯仰姿態(tài)控制上，所述電機(jī)采用的是串口電機(jī)(或其他電機(jī)或小馬達(dá))，串口電機(jī)的轉(zhuǎn)動角位移通過上、下齒輪的傳動帶動絲杠轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動絲杠上的滑塊實(shí)現(xiàn)線位移；其中，串口電機(jī)是由單片機(jī)通過串口發(fā)送命令來控制的。

如上所述一種滑塊式重心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的使用方法，其特征在于：應(yīng)用于水下或是空中微小型智能機(jī)器人的俯仰姿態(tài)控制上；當(dāng)機(jī)器人以較高的速度前進(jìn)時(shí)，配置好滑塊的位置，機(jī)器人能在水平面內(nèi)前進(jìn)和左右轉(zhuǎn)彎；但是一旦改變滑塊的位置，機(jī)器人就會作俯仰運(yùn)動；當(dāng)滑塊從平衡位置朝機(jī)器人頭部方向前移，則機(jī)器人重心前移，機(jī)器人頭部表現(xiàn)出下低的趨勢，在機(jī)器人推進(jìn)力的作用下，機(jī)器人實(shí)現(xiàn)下俯運(yùn)動，在一定范圍內(nèi)，滑塊移動的距離越多，機(jī)器人下俯越快；同樣地，當(dāng)滑塊從平衡位置朝機(jī)器人尾部方向移動時(shí)，機(jī)器人重心后移，頭部上揚(yáng)，在機(jī)器人推進(jìn)力的作用下，機(jī)器人作上仰運(yùn)動；通過改變滑塊的位置和移動速度能靈活的調(diào)整其俯仰的速度，結(jié)合機(jī)器人推進(jìn)力的作用，最終實(shí)現(xiàn)三維運(yùn)動。

本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明采用的滑塊裝置，通過改變滑塊的重量占整個機(jī)器人的比例，調(diào)整機(jī)器人俯仰運(yùn)動的效果。通過滑塊的移動，可以改變機(jī)器人重心，在一定前進(jìn)速度的前提下，完成俯或是仰的運(yùn)動，結(jié)合機(jī)器人的推進(jìn)力，不僅可以使機(jī)器人在復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)多種步態(tài)，而且實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的三維運(yùn)動能力。2、本發(fā)明采用的滑塊裝置是基于改變重心位置來實(shí)現(xiàn)俯仰運(yùn)動的原理，整個裝置置于機(jī)器人體內(nèi)整體密封，所以對周圍環(huán)境的擾動非常小，具有很好的隱蔽性能。3、本發(fā)明采用的滑塊裝置原理通俗，并且經(jīng)過簡單改裝，就可以廣泛應(yīng)用于各種小型空中或是水下推進(jìn)器中，具有適應(yīng)范圍廣、穩(wěn)定性高、可移植性好等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明具有良好的三維運(yùn)動能力和一定的環(huán)境適應(yīng)能力，穩(wěn)定可靠，運(yùn)動靈活，可用于資源勘察，打撈、救助等任務(wù)，在未來的空中及海上作戰(zhàn)任務(wù)中也能發(fā)揮重要作用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的重心調(diào)節(jié)裝置示意圖

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。

如圖1所示，滑塊裝置包括由輕質(zhì)鋁合金材料制成的前支架2和后支架3上，二者通過螺釘固定在底蓋1上，在前支架2和后支架3的上、下圓形孔中通過軸承連接絲杠4和光桿5，在絲杠4和光桿5上穿設(shè)有滑塊6，絲杠4的一端穿過后支架3的圓孔后連接下齒輪7，下齒輪7與上齒輪8嚙合，上齒輪8固定連接電機(jī)9的輸出端，電機(jī)9固定連接在后支架3的上部。電機(jī)9采用的是串口電機(jī)，串口電機(jī)的轉(zhuǎn)動角位移通過上、下齒輪8、7的傳動帶動絲杠4轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動絲杠4上的滑塊6實(shí)現(xiàn)線位移。其中，串口電機(jī)是由單片機(jī)通過串口發(fā)送命令來控制的。

當(dāng)機(jī)器人以較高的速度前進(jìn)時(shí)，配置好滑塊6的位置，機(jī)器人可以在水平面內(nèi)前進(jìn)和左右轉(zhuǎn)彎。但是一旦改變滑塊6的位置，機(jī)器人就會作俯仰運(yùn)動。比如，滑塊6從平衡位置朝機(jī)器人頭部方向前移，則機(jī)器人重心前移，機(jī)器人頭部表現(xiàn)出下低的趨勢，在機(jī)器人推進(jìn)力的作用下，機(jī)器人實(shí)現(xiàn)下俯運(yùn)動，在一定范圍內(nèi)，滑塊6移動的距離越多，機(jī)器人下俯越快。同樣地，當(dāng)滑塊6從平衡位置朝機(jī)器人尾部方向移動時(shí)，機(jī)器人重心后移，頭部上揚(yáng)，在機(jī)器人推進(jìn)力的作用下，機(jī)器人作上仰運(yùn)動。通過改變滑塊6的位置和移動速度可以靈活的調(diào)整其俯仰的速度，結(jié)合機(jī)器人推進(jìn)力的作用，最終實(shí)現(xiàn)三維運(yùn)動。

上述各實(shí)施例僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，凡是基于本發(fā)明技術(shù)方案上的變化和改進(jìn)，不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。