專利名稱：水陸兩棲機器人機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可在水陸兩種環(huán)境中行進、避障，并根據(jù)環(huán)境的變化自主切換自身姿態(tài)及行進方式的兩棲機器人機構(gòu)。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)水下機器人技術(shù)作為人類探索海洋的最主要手段，深海探測機器人受到了人們的普遍關(guān)注?？墒?，此類水下機器人結(jié)構(gòu)功能復(fù)雜、體積大、質(zhì)量大，其研發(fā)技術(shù)難、耗資多、研制周期長，對于江河湖海等環(huán)境不適用。
對于江河海湖水資源的探測、開發(fā)、利用，大中型水電站、大壩的修建等需要迫切要求一種能夠在淺灘、湖泊等環(huán)境中水陸兩棲穿行的小型機器人，該機器人必須具備有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕等特點。
為此，本發(fā)明中的創(chuàng)作人憑借其多年從事相關(guān)行業(yè)的經(jīng)驗與實踐，研發(fā)出一臺僅采用兩個驅(qū)動實現(xiàn)以上需求，基于仿生學(xué)角度的水陸兩棲機器人。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、簡潔的自主式水陸兩棲機器人機構(gòu)，利用該水陸兩棲機器人機構(gòu)可以實現(xiàn)機器人自主在水陸兩種不同環(huán)境中的行進、避障以及由水到陸地和由陸地到水中自身姿態(tài)和運動方式的切換等功能。
本發(fā)明中的水陸兩棲機器人機構(gòu)，包括有殼體，該殼體分為上下兩部分，在上殼體中間部分方開有一正方形窺視孔，以便于調(diào)試、維修機器人；固定設(shè)置在殼體內(nèi)部的一底板；
固定設(shè)置在底板上的兩塊高能電池、兩個電機；地面推進裝置，通過前后四組輪子的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)兩棲機器人在陸地上的行進；水中推進裝置，該裝置為三個截面為L型的扇環(huán)構(gòu)成，分別將其一端鉸鏈在機器人的前面輪子上，另一端與連桿鉸接，在陸地上，槳葉閉合成一個圓，在水中時，槳葉成張開狀態(tài)撥水，推動機器人在水中行進；傳動裝置，所敘述的兩個電機分別驅(qū)動前面的兩組輪子轉(zhuǎn)動，前面兩組輪子通過同步齒型帶及帶輪帶動后面的兩組輪子轉(zhuǎn)動；控制部分，在機器人的殼體上安裝有一電源開關(guān)，通電后，機器人通過殼體前后鑲嵌的兩個液位傳感器判斷自身所處的環(huán)境，反饋到上位機，自主完成自身姿態(tài)的切換；通過安裝在殼體上的一個攝像頭及八個紅外傳感器判斷周圍的環(huán)境，實現(xiàn)自主避障。
本發(fā)明中的兩棲機器人機構(gòu)與目前國內(nèi)外相關(guān)研究中普遍所采用的腿式或蠕動式結(jié)構(gòu)相比，其足部采用了輪式結(jié)構(gòu)，僅僅依靠兩個驅(qū)動，就同時實行了機器人在水、陸兩種環(huán)境中的運動，這使得兩棲機器人結(jié)構(gòu)大大簡化，操作簡易。我們知道，兩棲動物是通過感覺不同的環(huán)境信號接通或切斷不同的神經(jīng)控制信號以改變軀體的運動姿態(tài)，由此出發(fā)，該兩棲機器人機構(gòu)的設(shè)計則是通過液位傳感器感覺檢測其所處的環(huán)境的變化，達(dá)到實現(xiàn)自身姿態(tài)及運動方式的切換的目的。


圖1是本發(fā)明中水陸兩棲機器人機構(gòu)在地面的立體示意圖；圖2是本發(fā)明中水陸兩棲機器人機構(gòu)在水中的立體示意圖；圖3是本發(fā)明中水陸兩棲機器人機構(gòu)的主視示意圖；圖4是本發(fā)明中水陸兩棲機器人機構(gòu)的俯視示意圖；圖5是本發(fā)明中水陸兩棲機器人機構(gòu)的左視示意圖；圖6是本發(fā)明中水陸兩棲機器人內(nèi)部機構(gòu)立體示意圖；
圖7是本發(fā)明中水陸兩棲機器人機構(gòu)內(nèi)部傳動原理示意圖；圖8是本發(fā)明中足部輪式結(jié)構(gòu)在水中拔水的立體示意圖；具體實施方式
如圖1至圖6所示，本發(fā)明中用于在水、陸兩種環(huán)境中的自主行進、避障的水陸兩棲機器人機構(gòu)包括有殼體部分1和2、底板24、固定在底板上的兩組高能電池23、兩個電機12、地面推進裝置、水中推進裝置、傳動裝置、控制裝置。
如圖1至圖5所示，殼體1上安裝一個電源開關(guān)19、一個全球定位系統(tǒng)18、用于采集周圍環(huán)境信息的一個攝像頭28、八個紅外傳感器17，殼體2上安裝有兩個判斷機器人所處環(huán)境的液位傳感器27，殼體2內(nèi)部安裝有底板24；如圖6所示，兩組高能電池23固定在底板24上、兩個電機12通過支架25固定在底板24上；如圖7所示，機器人前兩組輪子28安裝在與軸套7相連的法蘭32上，后面兩組輪子25安裝在軸9的輸出端上，其輸入端安裝有一帶輪10；如圖8所示，機器人前部的兩個輪子28上分別安裝有三個槳葉29，槳葉29是由圓環(huán)切割出來扇環(huán)，其截面為L型；如圖7所示，電機12輸出端安裝有一齒輪11，與其嚙合的另一齒輪16安裝在軸套7上，軸套7與離合器15一部分通過螺釘連接，離合器15的另一部分通過平鍵安裝在軸6上，此外，軸上還安裝有一制動器14、帶輪13，帶輪與帶輪通過同步齒型帶26連接。
如圖7所示，軸6與軸套7、軸套7支架3、軸9與支架33之間在機器人運動過程中存在相對轉(zhuǎn)動，必需分別安裝有兩組特殊密封圈5、4、8。
本發(fā)明中用于在水、陸兩種環(huán)境中自主行進、避障的水陸兩棲機器人機構(gòu)的的操作過程如下1.首先接通電源，機器人通過兩個液位傳感器判斷自身所處的環(huán)境。
2.機器人位于陸地上時，離合器吸合，制動器斷開。軸6與軸套連接，電機輸出轉(zhuǎn)速由齒輪傳遞給齒輪，帶動軸6和軸套一起轉(zhuǎn)動，輸出為前面輪子的轉(zhuǎn)動，軸6的另一端通過同步齒型帶將運動傳遞給軸9，軸9輸出為后輪的轉(zhuǎn)動，機器人在陸地的直線行進得以實現(xiàn)，電機輸出轉(zhuǎn)向的變化實現(xiàn)其前行、后退運動。
3.機器人由地面進入水中時，離合器斷開，制動器吸合。軸6斷開與軸套的連接，與離合器鎖緊，因而固定不動，軸套則在電機的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動一預(yù)定角度，輪子隨套筒一起轉(zhuǎn)動，通過四連桿機構(gòu)使得槳葉張開，機器人實現(xiàn)了自身姿態(tài)的切換。
4.由陸到水的切換完成后，離合器吸合，制動器斷開，槳葉隨輪子一起轉(zhuǎn)達(dá)，撥水行進。由水到陸的切換同上，只需將電機反向輸出一預(yù)定角度。
5.當(dāng)機器人在避障時需要轉(zhuǎn)彎，此時，兩個電機將會給前面的兩根軸6輸出不同的轉(zhuǎn)速，通過左右兩邊輪子的差速轉(zhuǎn)動實現(xiàn)其避障功能。
權(quán)利要求
1.一種能夠僅以兩個驅(qū)動實現(xiàn)其在水、陸兩種不同的環(huán)境中實現(xiàn)基本的行進、避障功能，并且能夠自主識別水、陸兩種不同環(huán)境并完成由水到陸和由陸到水的過程中自身姿態(tài)及運動方式切換的兩棲機器人機構(gòu)，其特征在于包括有一殼體，該殼體分為上下兩部分，在上殼體中間部分開有一正方形窺視孔，以便于機器人運行狀態(tài)的調(diào)試及維修；固定設(shè)置在殼體內(nèi)部的一底板；固定設(shè)置在底板上的兩塊高能電池、兩個電機、兩個電機驅(qū)動器；地面推進裝置，通過前后四組輪子的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)兩棲機器人在陸地上的行進；水中推進裝置，該裝置為六個截面為L型的扇環(huán)構(gòu)成，在陸地上，機器人的每三個槳葉閉合成一個圓，不發(fā)揮作用，在水中時，每個槳葉呈張開狀態(tài)撥水，推動機器人在水中行進；傳動裝置，所敘述的兩個電機分別驅(qū)動前面的兩組輪子轉(zhuǎn)動，前面兩組輪子通過同步齒型帶及帶輪將運動傳遞給后面的兩組輪子；控制裝置，在機器人的殼體上安裝有一電源開關(guān)，通電后，機器人通過殼體前后鑲嵌的兩個液位傳感器判斷自身所處的環(huán)境，反饋到上位機，自主完成自身姿態(tài)的切換，通過安裝在殼體上的一個攝像頭及八個紅外傳感器判斷周圍的環(huán)境，實現(xiàn)自主避障。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的兩棲機器人機構(gòu)，其特征在于所敘述的殼體采用玻璃鋼制作，外形類似青蛙。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的兩棲機器人機構(gòu)，其特征在于所敘述的切換機構(gòu)包括有兩個可以相互轉(zhuǎn)動的軸和軸套，在軸和軸套上分別連接有一法蘭，所敘述的輪子固定在與軸相連接的法蘭上，所敘述的連桿鉸接在與軸套相連接的法蘭上，所敘述的槳葉一端鉸鏈在機器人的前面的輪子上，另一端與連桿鉸接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和3中所述的兩棲機器人機構(gòu)，其特征在于所敘述的輪子、槳葉、連桿、及連接在軸上的法蘭構(gòu)成一個四連桿機構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、3和4中所敘述的兩棲機器人機構(gòu)，其特征在于離合器的一部分通過螺釘與軸套連接，另一部分通過平鍵與軸連接，制動器的一部分通過支架固定在底板上，另一部份通過平鍵與軸相連。通電時，離合器的兩部分吸合，齒輪帶動軸與軸套同時轉(zhuǎn)動，槳葉閉合，斷電時，離合器的兩部分分開，制動器通過鍵槽抱死軸，此時，只有軸套轉(zhuǎn)動，槳葉張開。
6.動密封裝置，根據(jù)權(quán)利要求1和4所敘述的兩棲機器人機構(gòu)，其特征在于兩棲機器人機構(gòu)處于水中時，所敘述的軸與軸套、軸套與機器人殼體之間采用了兩組密封圈解決了其在水中切換和行進時的動密封問題。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種僅依靠兩個驅(qū)動在水陸兩種環(huán)境中自主行進、避障的兩棲機器人機構(gòu)，其中包括機器人外部的殼體、鑲嵌在殼體上的一個攝像頭、一個全球定位系統(tǒng)、兩個液位傳感器、八個紅外傳感器、陸地上行進的推進裝置——四個輪子、水中行進的推進裝置——兩組槳葉以及內(nèi)部的底板、固定在底板上控制機器人前部的兩個輪子及槳葉動作的兩組高能電池、兩個電機、減速器、傳動齒輪、軸、軸套、控制軸和軸套之間相對轉(zhuǎn)動的兩個離合器、兩個制動器、用于帶動后部輪子轉(zhuǎn)動的齒形帶、帶輪等。
文檔編號B60F3/00GK101028786SQ20061001139
公開日2007年9月5日 申請日期2006年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月1日
發(fā)明者楊洋, 邊宇樞, 周靜, 馮巍, 宗光華 申請人:北京航空航天大學(xué)