CN101746237A - 一种水陆两栖蛇形机器人 - Google Patents

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马书根
叶长龙
王越超
龚海里
张国伟
王聪
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Abstract

本发明涉及机器人机构，具体地说是一种水陆两栖蛇形机器人，由多个模块组成，各模块可相对转动地相连接，两相邻模块中的一个可相对另一个水平偏转及仰俯摆动。本发明既可在陆地上运动，也可在水中运动，不受环境因素的限制；在陆地环境时，单翼或双翼着地均能实现平稳运动；在水中时，翼处于任意方向都可以运动；模块具有三个自由度，运动灵活；模块之间设置了防水护套，密封性好，防止了模块内部进水；扭转板通过阶梯式圆台结构与连接板固接，实现了扭转板可绕其中心进行转动的自由度。

Description

一种水陆两栖蛇形机器人
技术领域
本发明涉及机器人机构，具体地说是一种水陆两栖蛇形机器人。
背景技术
蛇形机器人具有稳定性好、横截面小、柔性等特点，能在各种粗糙、陡峭、崎岖的复杂地形上行走，并可攀爬障碍物，在水中游动，这是以轮子或腿作为行走工具的机器人难以做到的。在目前已有的蛇形机器人中，绝大多数都是应用于陆地环境，这类蛇形机器人不适用于水陆两栖环境。
发明内容
为了解决现有蛇形机器人不适用于水陆两栖环境的问题，本发明的目的在于提供一种水陆两栖蛇形机器人。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明由多个模块组成，各模块可相对转动地相连接，两相邻模块中的一个可相对另一个水平偏转及仰俯摆动。
其中：所述相邻模块之间设有可伸缩的防水护套，机器人两端的模块上分别安装有外罩；外罩为半球型；所述模块包括外壳及安装在外壳内的舵机、差动驱动机构、扭转板和第一连接板，其中舵机包括扭转舵机及第一、二偏转舵机，扭转板连接于扭转舵机的输出轴；差动驱动机构包括第一～六直齿轮及第一～三伞齿轮，第一直齿轮连接于第一偏转舵机的输出轴，通过第二直齿轮与第三直齿轮啮合传动，第三直齿轮与第一伞齿轮连动，第一伞齿轮通过第二伞齿轮与第三伞齿轮啮合传动；第六直齿轮连接于第二偏转舵机的输出轴，通过第五直齿轮与第四直齿轮啮合传动，第四直齿轮与第三伞齿轮连动；第一连接板固接于第二伞齿轮的齿轮轴、与其连动；第一、二偏转舵机的输出端朝向相反，第一～三直齿轮及第四～六直齿轮分别位于外壳内的两侧；第一伞齿轮与第三伞齿轮的轴线共线，第二伞齿轮位于第一、三伞齿轮的下方，第二伞齿轮的轴线垂直于第一、三伞齿轮的轴线；扭转板包括盖板、法兰盘及轴承座，盖板安装在外壳内的第二连接板上，法兰盘位于盖板的一侧、具有阶梯式圆台结构，法兰盘通过轴承座与扭转舵机的输出轴相连接；第一连接板为“L”形，其一边与第二伞齿轮的齿轮轴固接，另一边开有与法兰盘相连接的孔；外壳的外圆周表面均布有多个与表面垂直的翼，翼上装有被动轮；模块具有转动、水平偏转及仰俯摆动的三个自由度。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明即可在陆地上运动，也可在水中运动，不受环境因素的限制。
2.本发明在陆地环境时，单翼或双翼着地均能实现平稳运动；在水中时，翼处于任意方向都可以运动。
3.本发明的模块具有三个自由度，运动灵活。
4.模块之间设置了防水护套，密封性好，防止了模块内部进水。
5.扭转板通过阶梯式圆台结构与连接板固接，实现了扭转板可绕其中心进行转动的自由度。
6.本发明结构简单、安装方便。
附图说明
图1为本发明外形结构示意图；
图2为本发明去掉防水护罩的结构示意图；
图3为本发明具有三个自由度的模块外形结构示意图；
图4为图3模块内部结构示意图之一；
图5为图3模块内部结构示意图之二；
图6为图3模块的俯视图；
图7为图3中扭转板的结构示意图之一；
图8为图3中扭转板的结构示意图之二；
其中：1为模块，2为防水护套，3为翼，4为被动轮，5为外罩，6为外壳，7为第一连接板，8为扭转板，9为扭转舵机，10为第一偏转舵机，11为第一直齿轮，12为第二直齿轮，13为第三直齿轮，14为第一伞齿轮，15为第二伞齿轮，16为第三伞齿轮，17为第四直齿轮，18为第五直齿轮，19为第六直齿轮，20为第二偏转舵机，21为第二连接板，22为盖板，23为法兰盘，24为轴承座，25为孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1、图2所示，本发明由多个模块1连接组成，相邻模块1之间设有可伸缩的防水护套2，机器人两端的模块上分别安装有外罩5，外罩5为透明的半球型塑料罩。
如图3～6所示，模块1包括外壳6及安装在外壳6内的舵机、差动驱动机构、扭转板8、第一、二连接板7、21，其中舵机包括扭转舵机9及第一、二偏转舵机10、20，分别安装在第二连接板21上，扭转舵机9位于模块的一端，扭转板8连接于扭转舵机9的输出轴；第一偏转舵机10位于第二偏转舵机20的上方，两偏转舵机的输出端朝向相反。差动驱动机构包括第一～六直齿轮及第一～三伞齿轮，第一～三直齿轮位于第一偏转舵机10的输出端方向，第四～六直齿轮位于第二偏转舵机20的输出端方向。第一直齿轮11固接于第一偏转舵机10的输出轴，随着第一偏转舵机10的输出轴转动，第一直齿轮11通过第二直齿轮12与第三直齿轮13啮合传动，第三直齿轮13与第一伞齿轮14连动，第一伞齿轮14通过第二伞齿轮15与第三伞齿轮16啮合传动；第六直齿轮19固接于第二偏转舵机20的输出轴，随着第二偏转舵机20的输出轴转动，第六直齿轮19通过第五直齿轮18与第四直齿轮17啮合传动，第四直齿轮17与第三伞齿轮16连动；第一伞齿轮14与第三伞齿轮16的轴线共线，第二伞齿轮15位于第一、三伞齿轮14、16的下方，第二伞齿轮15的轴线垂直于第一、三伞齿轮14、16的轴线；第一连接板7固接于第二伞齿轮15的齿轮轴、与其连动。
如图7、图8所示，扭转板8包括盖板22、法兰盘23及轴承座24，盖板22安装在外壳6内的第二连接板21上，法兰盘23位于盖板22的一侧、具有阶梯式圆台结构，法兰盘23通过轴承座24与扭转舵机9的输出轴相连接。第一连接板7为“L”形，其一边与第二伞齿轮15的齿轮轴固接，另一边开有与法兰盘23相连接的孔25；法兰盘23直径较小的圆柱容置于孔25内，再用螺钉将第一连接板7把紧于法兰盘23。
外壳3为圆形，上面均布有多个与外壳表面垂直的翼14，翼14至少有两个，本实施例设置了四个翼，在每个翼14上分别装有两个被动轮15。
本发明的水陆两栖蛇形机器人，一端部的模块内部只设有扭转舵机及扭转板，其他模块的结构相同，均具有360°转动、水平偏转及仰俯摆动的三个自由度。
本发明的工作原理为：
第一偏转舵机10工作，带动第一直齿轮11转动，通过第二直齿轮12驱动第三直齿轮13转动；由于第一伞齿轮14与第三直齿轮13连动，因此第一伞齿轮14与第三直齿轮13共同转动。同时，第二偏转舵机20工作，带动第六直齿轮19转动，通过第五直齿轮18驱动第四直齿轮17转动；由于第三伞齿轮16与第四直齿轮17连动，因此第三伞齿轮16与第四直齿轮17共同转动。当第一伞齿轮14与第三伞齿轮16以相同方向，相同速度转动时，通过第二伞齿轮15分别与第一、三伞齿轮14、16的啮合，使得第二伞齿轮15带动第一连接板7产生仰俯摆动；当第一伞齿轮14与第三伞齿轮16以相反方向，相同速度转动时，即使得第二伞齿轮15带动第一连接板7产生水平偏转。一个模块的第一连接板7是与下一个模块扭转板的法兰盘相连，因此下一个模块即可实现水平偏转及仰俯摆动。扭转舵机9工作，带动法兰盘23转动，由于法兰盘23与第一连接板7固连，因此即可实现模块的360°转动，具有三个自由度。
本发明在陆地环境时，单翼或双翼着地都能实现平稳运动；在水中时，翼处于任意方向都可以运动。模块可互换，可用模块组成不同长度的水陆两栖蛇形机器人。
本实施例中，水陆两栖蛇形机器人是由八个模快组成的，尺寸为Φ140mm×1140mm，其中单个模块的尺寸为Φ140mm×124mm。所述扭转舵机9及第一、二偏转舵机10、20以电机为主结构，为市购产品，可购置于台湾Futaba公司，型号为S3305。

Claims (10)

1.一种水陆两栖蛇形机器人，其特征在于：由多个模块(1)组成，各模块可相对转动地相连接，两相邻模块中的一个可相对另一个水平偏转及仰俯摆动。
2.按权利要求1所述的水陆两栖蛇形机器人，其特征在于：所述相邻模块(1)之间设有可伸缩的防水护套(2)，机器人两端的模块上分别安装有外罩(5)。
3.按权利要求1所述的水陆两栖蛇形机器人，其特征在于：所述外罩(5)为半球型。
4.按权利要求1所述的水陆两栖蛇形机器人，其特征在于：所述模块(1)包括外壳(6)及安装在外壳(6)内的舵机、差动驱动机构、扭转板(8)和第一连接板(7)，其中舵机包括扭转舵机(9)及第一、二偏转舵机(10、20)，扭转板(8)连接于扭转舵机(9)的输出轴；差动驱动机构包括第一～六直齿轮及第一～三伞齿轮，第一直齿轮(11)连接于第一偏转舵机(10)的输出轴，通过第二直齿轮(12)与第三直齿轮(13)啮合传动，第三直齿轮(13)与第一伞齿轮(14)连动，第一伞齿轮(14)通过第二伞齿轮(15)与第三伞齿轮(16)啮合传动；第六直齿轮(19)连接于第二偏转舵机(20)的输出轴，通过第五直齿轮(18)与第四直齿轮(17)啮合传动，第四直齿轮(17)与第三伞齿轮(16)连动；第一连接板(7)固接于第二伞齿轮(15)的齿轮轴、与其连动。
5.按权利要求4所述的水陆两栖蛇形机器人，其特征在于：所述第一、二偏转舵机(10、20)的输出端朝向相反，第一～三直齿轮(11～13)及第四～六直齿轮(17～19)分别位于外壳(6)内的两侧。
6.按权利要求4所述的水陆两栖蛇形机器人，其特征在于：所述第一伞齿轮(14)与第三伞齿轮(16)的轴线共线，第二伞齿轮(15)位于第一、三伞齿轮(14、16)的下方，第二伞齿轮(15)的轴线垂直于第一、三伞齿轮(14、16)的轴线。
7.按权利要求4所述的水陆两栖蛇形机器人，其特征在于：所述扭转板(8)包括盖板(22)、法兰盘(23)及轴承座(24)，盖板(22)安装在外壳(6)内的第二连接板(21)上，法兰盘(23)位于盖板(22)的一侧、具有阶梯式圆台结构，法兰盘(23)通过轴承座(24)与扭转舵机(9)的输出轴相连接。
8.按权利要求4或7所述的水陆两栖蛇形机器人，其特征在于：所述第一连接板(7)为“L”形，其一边与第二伞齿轮(15)的齿轮轴固接，另一边开有与法兰盘(23)相连接的孔(25)。
9.按权利要求4所述的水陆两栖蛇形机器人，其特征在于：所述外壳(3)的外圆周表面均布有多个与表面垂直的翼(14)，翼(14)上装有被动轮(15)。
10.按权利要求1所述的水陆两栖蛇形机器人，其特征在于：所述模块(1)具有转动、水平偏转及仰俯摆动的三个自由度。
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