CN106627007A - 可变结构的水陆两栖球形机器人 - Google Patents

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魏巍
李群龙
章鹏程
罗大钦
程李丹
赵升杰
徐兆余
李佳倩
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60F—VEHICLES FOR USE BOTH ON RAIL AND ON ROAD; AMPHIBIOUS OR LIKE VEHICLES; CONVERTIBLE VEHICLES
    • B60F3/00—Amphibious vehicles, i.e. vehicles capable of travelling both on land and on water; Land vehicles capable of travelling under water
    • B60F3/0007—Arrangement of propulsion or steering means on amphibious vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60F—VEHICLES FOR USE BOTH ON RAIL AND ON ROAD; AMPHIBIOUS OR LIKE VEHICLES; CONVERTIBLE VEHICLES
    • B60F3/00—Amphibious vehicles, i.e. vehicles capable of travelling both on land and on water; Land vehicles capable of travelling under water
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Abstract

本发明公开了一种可变结构的水陆两栖球形机器人，具有展开状态和闭合状态，在闭合状态下其壳体呈圆球状，其包括上下两层结构，上下两层结构的外壳均为半球壳体；下层结构包括伸缩机构和对称圆周式下层足机构；上层结构包括上层固定平台和对称圆周式上层足机构，还包括能够驱动所述机器人在水中运动的吸水机构和喷水机构，所述喷水机构设置于所述对称圆周式下层足机构上。本发明既能够实现陆地行走又能在水下探测取样，能在较为恶劣的环境中工作。

Description

可变结构的水陆两栖球形机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种可变结构的水陆两栖球形机器人。
背景技术
近年来，机器人技术迅猛发展，机器人的应用也越来越广泛。其中教育机器人是由生产厂商专门开发的以激发学生学习兴趣、培养学生综合能力为目标的机器人成品、套装或散件。它除了机器人机体本身之外，还有相应的控制软件和教学课本等。在国外，机器人教育一直是个热点，日本,美国等一些发达国家高度重视机器人学科教育对高科技社会的作用和影响，已在信息技术课与课外科技活动开设了有关机器人的课程内容。
国内也有一些企业和公司可以生产教育机器人或教学平台。不同种类的教育机器人将不断涌现，近一段时间以来，尤其是机器人行业进入蓬勃发展的时期以来，国内也逐渐开始流行起智能机器人的开发与应用，相对的教育政策也纷纷出台。对于大部分理工科或者综合型高校来说，智能机器人开发与应用是工业自动化专业、电子类专业、软件设计类等专业的热门研究方向。然而对于诸多机器人研究领域，如人形机器人、四足机器人、飞行机器人、单臂机器人等来说，球形机器人是一个新兴的热点研究话题，关于球形机器人的形态、动态分析以及研究、设计、应用也是机器人领域的一个重点，并且由于这类机器人具有良好的动态和静态平衡性，同时具有很好的密封性，可以行走在无人、沙尘、潮湿、腐蚀性的恶劣环境中，而且便于实现水陆两栖功能。可应用于行星探测、环境监测、水下探测、国防装备、教育娱乐等诸多领域。但是，目前关于球形机器人的基础理论还不够完善、技术层面仍处于起步阶段，存在巨大的可发展空间与研究价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够实现陆地行走与水下探测结合应用的可变结构的水陆两栖球形机器人。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种可变球形机器人，具有展开状态和闭合状态，在闭合状态下其壳体呈圆球状，其包括上下两层结构，上下两层结构的外壳均为半球壳体；下层结构包括伸缩机构和对称圆周式下层足机构；上层结构包括上层固定平台和对称圆周式上层足机构；一种可变球形机器人还包括能够驱动所述机器人在水中运动的吸水机构和喷水机构，所述喷水机构设置于所述对称圆周式下层足机构上。
优选的技术方案，所述吸水机构设置于所述上层机构。
进一步技术方案，所述吸水机构设置在所述上层固定平台上。
优选的技术方案，所述吸水机构包括至少一个可吸入液体的进水口，所述喷水机构包括至少一个可喷出液体的喷水口，所述进水机构与所述喷水机构通过管道相连通。
进一步技术方案，所述喷水口的喷水方向可调。
优选的技术方案，所述下层足机构包括多个下层足单体机构，每个所述下层足单体机构均设置有所述喷水机构。
优选的技术方案，所述伸缩机构包括下部圆盘组、分别设置在所述下部圆盘组上旋转机构及下旋转机构、双层设置在所述上旋转机构上的堆叠齿轮组，所述下部圆盘组包括两个圆盘及固定设置在两个所述圆盘间的固定杆，所述上旋转机构、下旋转机构分别由多个弧形杆组成，所述弧形杆一端转动设置在所述圆盘上，所述上旋转机构的所述弧形杆与其对应的所述下旋转机构的所述弧形杆间固定设置有连接杆，所述上旋转机构的一个所述弧形杆及其对应的所述下旋转机构的一个所述弧形杆及连接该两个所述弧形杆的连接杆组成一组螺旋单臂。
进一步技术方案，所述下层足机构包括多个三自由度腿部，所述三自由度腿部一端设置在所述螺旋单臂末端。
优选的技术方案，所述双层堆叠齿轮组包括设置在所述圆盘中心的中心齿轮及与所述中心齿轮啮合的多个外齿轮，所述外齿轮固定连接在所述弧形杆一端，所述中心齿轮连接有驱动机构设置在所述圆盘组内。
上述技术方案中，可以在上层结构内安装激光测距仪，用于机器人的定位和导航；可以拓展蓝牙无线传输模块，通过蓝牙连接，用户可以实现用计算机、手柄或智能手机进行机器人的控制；可在壳体中部安装智能摄像头，可以用于探测多种复杂地形，侦查等涉及人员安全的高危工作。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、本发明的上层足机构、下层足机构可以实现旋转展开与收缩，收缩时为球形结构减少了近一半占地体积，陆地展开状态下可实现底部足爬行的功能，收缩后改为滚动方式，此项功能可适应大部分地理环境，通过调整本机器人的行走方式，以实现高效、节能的设计理念；
2、水下环境中，本机器人的底部足展开，位于足底的喷水器工作，推动机器人前进，通过改变底部足展开角度，从而改变机器人的前进方向，上部足可以同时实现水下采样工作，由于本采用电路防水、防腐蚀结构，在水下环境中也可以自由行动。
附图说明
图1为本发明实施例一的下层结构打开状态立体图；
图2为本发明实施例一的下层结构打开状态仰视图；
图3为本发明实施例一的下层结构打开状态侧视图。
其中：1、上外壳；2、下外壳；3、旋转机构；4、堆叠齿轮组；5、下层足机构；6、喷水机构。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：
如图1-3所示，一种可变球形机器人，具有展开状态和闭合状态，在闭合状态下其壳体呈圆球状，其包括上下两层结构，上下两层结构的外壳均为半球壳体；下层结构包括伸缩机构和对称圆周式下层足机构5；上层结构包括上层固定平台和对称圆周式上层足机构，还包括能够驱动机器人在水中运动的吸水机构和喷水机构6，喷水机构6设置于下层足机构5上。
上层结构包括六个圆弧形上外壳1，六个上层足机构一端固定连接上外壳1、另一端固定连接上层固定平台；下层结构包括六个圆弧形下外壳2，六个下层足机构5一端固定连接下外壳2、另一端固定连接于螺旋单臂末端。
在上层结构内安装激光测距仪，用于机器人的定位和导航；可以拓展蓝牙无线传输模块，通过蓝牙连接，用户可以实现用计算机、手柄或智能手机进行机器人的控制；可在壳体中部安装智能摄像头，可以用于探测多种复杂地形，侦查等涉及人员安全的高危工作。
吸水机构设置在上层固定平台上。
吸水机构包括至少一个可吸入液体的进水口，喷水机构6包括至少一个可喷出液体的喷水口，进水机构与喷水机构6通过管道相连通。
喷水口的喷水方向可调。
下层足机构5包括多个下层足单体机构，每个下层足单体机构均设置有喷水机构6。
缩机构包括下部圆盘组、分别设置在下部圆盘组上旋转机构3及下旋转机构3、双层设置在上旋转机构3上的堆叠齿轮组4，下部圆盘组包括两个圆盘及固定设置在两个圆盘间的固定杆，上旋转机构3、下旋转机构3分别由多个弧形杆组成，弧形杆一端转动设置在圆盘上，上旋转机构3的弧形杆与其对应的下旋转机构3的弧形杆间固定设置有连接杆，上旋转机构3的一个弧形杆及其对应的下旋转机构3的一个弧形杆及连接该两个弧形杆的连接杆组成一组螺旋单臂。
下层足机构5包括多个三自由度腿部，三自由度腿部一端设置在螺旋单臂末端。
三自由度腿部包括固定安装在螺旋单臂末端的电机固定架，电机固定架内固定设置有第一电机，转动连接在第一电机输出轴两端的H型支架，H型支架另一端转动连接有第二电机固定架，第二电机固定架内设置有第二电机，第二电机的输出轴两端活动连接在H型支架上，第二电机固定架上固定设置有下层足。
双层堆叠齿轮组4包括设置在圆盘中心的中心齿轮及与中心齿轮啮合的多个外齿轮，外齿轮固定连接在弧形杆一端，中心齿轮连接有驱动机构设置在圆盘组内。

Claims (9)

1.一种可变球形机器人，具有展开状态和闭合状态，在闭合状态下其壳体呈圆球状，其包括上下两层结构，上下两层结构的外壳均为半球壳体；下层结构包括伸缩机构和对称圆周式下层足机构；上层结构包括上层固定平台和对称圆周式上层足机构，其特征在于：还包括能够驱动所述机器人在水中运动的吸水机构和喷水机构，所述喷水机构设置于所述对称圆周式下层足机构上。
2.根据权利要求1所述的一种可变球形机器人，其特征在于：所述吸水机构设置于所述上层机构。
3.根据权利要求2所述的一种可变球形机器人，其特征在于：所述吸水机构设置在所述上层固定平台上。
4.根据权利要求1所述的一种可变球形机器人，其特征在于：所述吸水机构包括至少一个可吸入液体的进水口，所述喷水机构包括至少一个可喷出液体的喷水口，所述进水机构与所述喷水机构通过管道相连通。
5.根据权利要求5所述的一种可变球形机器人，其特征在于：所述喷水口的喷水方向可调。
6.根据权利要求1所述的一种可变球形机器人，其特征在于：所述下层足机构包括多个下层足单体机构，每个所述下层足单体机构均设置有所述喷水机构。
7.根据权利要求1所述的一种可变球形机器人，其特征在于：所述伸缩机构包括下部圆盘组、分别设置在所述下部圆盘组上旋转机构及下旋转机构、双层设置在所述上旋转机构上的堆叠齿轮组，所述下部圆盘组包括两个圆盘及固定设置在两个所述圆盘间的固定杆，所述上旋转机构、下旋转机构分别由多个弧形杆组成，所述弧形杆一端转动设置在所述圆盘上，所述上旋转机构的所述弧形杆与其对应的所述下旋转机构的所述弧形杆间固定设置有连接杆，所述上旋转机构的一个所述弧形杆及其对应的所述下旋转机构的一个所述弧形杆及连接该两个所述弧形杆的连接杆组成一组螺旋单臂。
8.根据权利要求7所述的一种可变球形机器人，其特征在于：所述下层足机构包括多个三自由度腿部，所述三自由度腿部一端设置在所述螺旋单臂末端。
9.根据权利要求1所述的一种可变球形机器人，其特征在于：所述双层堆叠齿轮组包括设置在所述圆盘中心的中心齿轮及与所述中心齿轮啮合的多个外齿轮，所述外齿轮固定连接在所述弧形杆一端，所述中心齿轮连接有驱动机构设置在所述圆盘组内。
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