CN107571694B - 轮蹼式一体化行进机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮蹼式一体化行进机构，包括链状结构的变形腿和用于驱动所述变形腿变形的变形机构；所述变形腿包括依次铰接的多个变形节，所述变形节具有沿变形腿纵向设置的弧形滑槽；所述变形机构包括由多个弧形滑块依次铰接形成的滑块链以及用于驱动所述滑块链在变形腿的弧形滑槽内往复滑动的变形驱动机构，本机构中的弧形滑块与弧形滑槽能够完全对心，保证了机器人能够顺利、准确、迅速地进行变形，减少了机器人在变形过程中受到的阻力，避免出现变形不到位的现象。

Description

轮蹼式一体化行进机构

技术领域

本发明涉及机器人领域，特别涉及一种轮蹼式一体化行进机构。

背景技术

目前，水陆两栖机器人大致分为两种：一种采用了两套行进机构，需要在不同环境下人为进行机构的更换；另一种虽不用更换机构，但只能实现水底爬行或水面漂浮，不能真正实现水中环境的自由浮潜与行进，不算是真正的两栖机器人。

对于地面行进机构，目前主要有轮式、腿式和履带式三种。其中，轮式行进速度快，但是越障能力很差；履带式带载能力强、爬坡性能优越但移动速度较慢；腿式能够很好地适应各种复杂地形、越障能力极强，但移动速度极慢。单一的行进方式很难满足目前机器人的需求，因此，本发明在陆地上采用轮腿复合式机构。

在水下环境中，目前最常用的行进机构为螺旋桨或泵喷推进，都属于刚性推进。由于水的粘滞性，采用类似的推进方式会产生较大的摩擦阻力，而且极易发生界层分离而导致涡旋阻力，推进效率较低。而自然界中的鱼类经过上万年的进化获得了最佳阻力形体，其胸鳍、尾鳍等柔性蹼能够大大降低涡旋阻力，提高推进效率和能量利用率。

综上，采用轮蹼一体化行进机构能够有效提高两栖机器人的移动效率。

申请号为201610296519.8的专利所公开的一种变胞式机械腿提供了一种轮蹼式一体化腿部机构，包括基座和安装在基座上的弹性腿体以及变胞驱动机构。其变胞驱动机构能够在舵机的驱动下进行移动从而驱动弹性腿体产生相应的形变。这种腿的结构分为三层，由内到外分别是内盖板、变形滑块和外底板，每三层为一节，各节都固定在一长条弹簧钢片上，通过钢片实现节与节之间的连接并提供变形回复时所需的回弹力。该发明能够帮助两栖机器人更好的适应水陆不同的环境特性，保证机器人在复杂环境中行进的稳定性及速度。但是，该专利申请中公开的机械腿中，其弹性腿体插槽与限形轨道槽的曲率半径不同(弹性腿体插槽的曲率半径始终大于弧形脸块的曲率半径)，这种结构将会导致机器人在变形过程中由于摩擦等阻力过大导致的变形不到位以及无法完成预定动作的问题。另外，目前常用的变形元件便是弹簧钢片。但弹簧钢片只能在较长的距离上表现出弹性及挠性，而在局部出则变现出其刚性的一面。采用该器件作为变形元件，在铰接处会出现变形不到位、整体上会出现强烈的挤压干涉以及较大摩擦的现象。

因此，需要对现有的两栖机器人的机械腿进行改进，使变形机构中的弧形滑块与弧形滑槽能够完全对心，保证了机器人能够顺利、准确、迅速地进行变形，减少了机器人在变形过程中受到的阻力，避免出现变形不到位的现象。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种轮蹼式一体化行进机构，使变形机构中的弧形滑块与弧形滑槽能够完全对心，保证了机器人能够顺利、准确、迅速地进行变形，减少了机器人在变形过程中受到的阻力，避免出现变形不到位的现象。

本发明的轮蹼式一体化行进机构，包括链状结构的变形腿和用于驱动所述变形腿变形的变形机构；所述变形腿包括依次铰接的多个变形节，所述变形节具有沿变形腿纵向设置的弧形滑槽；所述变形机构包括由多个弧形滑块依次铰接形成的滑块链以及用于驱动所述滑块链在变形腿的弧形滑槽内往复滑动的变形驱动机构；

进一步，相邻两变形节之间设有用于使变形腿保持直形的扭簧；

进一步，所述弧形滑块和弧形滑槽的曲率和弦长均相等；

进一步，所述变形驱动机构包括设置于所述变形腿一端的舵机座、位于所述舵机座内的舵机以及利用所述舵机输出的旋转动力带动滑块链往复移动的丝杆螺母机构；

进一步，所述变形节包括弧形结构的上盖板和下盖板以及固定于所述上盖板与下盖板之间的侧面板；所述上盖板、下盖板和侧面板共同围成所述弧形滑槽；

进一步，所述扭簧套装在相邻两变形节之间的铰轴上，其两腿卡入形成于侧面板上的卡槽内；

进一步，所述侧面板靠近其两端设有两第一铰轴安装孔；所述弧形滑块的两端均延伸形成有连接座，且连接座上设有第二铰轴安装孔；所述侧面板上的两第一铰轴安装孔的孔间距与弧形滑块上的两第二铰轴安装孔的孔间距相等；

进一步，相邻两所述变形节以及相邻两所述弧形滑块之间均通过微型超静音滚动轴承进行铰接。

本发明的有益效果：本发明的轮蹼式一体化行进机构，滑块链可通过变形驱动机构的带动下在变形腿的弧形滑槽内滑动，当滑块链的铰轴滑动到变形腿的两个变形节之间时，变形腿不会受到滑块链的约束作用，当滑块链的铰轴滑动到变形节内的弧形滑槽内时，变形腿在弧形滑块的约束下形成弧形形态，使变形腿可以便捷的在轮式结构和腿式结构之间切换，结合轮式和腿式结构优点，兼顾了机器人在陆地上的移动能力和越障能力；另一方面，本发明的弧形滑块和滑行滑槽保持同轴心(即二者中心线在同一圆弧上)，同弦长，避免弧形滑块在滑动过程中出现干涉，运动更平稳、更流畅。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的变形节的时结构示意图；

图3为本发明的变形腿为弧形形态时的剖视图；

图4为本发明的变形腿为直形形态时的剖视图。

具体实施方式

图1为本发明的结构示意图；图2为本发明的变形节的时结构示意图；图3为本发明的变形腿为弧形形态时的剖视图，如图所示：本实施例的轮蹼式一体化行进机构，包括链状结构的变形腿和用于驱动所述变形腿变形的变形机构；所述变形腿包括依次铰接的多个变形节，所述变形节具有沿变形腿纵向设置的弧形滑槽；所述变形机构包括由多个弧形滑块3依次铰接形成的滑块链以及用于驱动所述滑块链在变形腿的弧形滑槽内往复滑动的变形驱动机构；本实施例的轮蹼式一体化行进机构，滑块链可通过变形驱动机构的带动下在变形腿的弧形滑槽内滑动，当滑块链的铰轴滑动到变形腿的两个变形节之间时，变形腿不会受到滑块链的约束作用，当滑块链的铰轴滑动到变形节内的弧形滑槽内时，变形腿在弧形滑块3的约束下形成弧形形态，使变形腿可以便捷的在轮式结构和腿式结构之间切换，结合轮式和腿式结构优点，兼顾了机器人在陆地上的移动能力和越障能力；另一方面，本发明的弧形滑块3和滑行滑槽保持同轴心(即二者中心线在同一圆弧上)，同弦长，避免弧形滑块3在滑动过程中出现干涉，运动更平稳、更流畅；

本实施例中，相邻两变形节之间设有用于使变形腿保持直形的扭簧，因此，当滑块链的铰轴滑动至相邻两变形节之间时，变形腿在扭簧弹性力的作用下保持直形，当滑块链的铰轴滑动至弧形滑槽中时，相邻变形节将克服扭簧的弹性力发生相对转动，使整个变形腿变为弧形形态；另外，相邻变形节之间采用扭簧连接，比钢片结构更具柔韧性，更利于变形。

本实施例中，所述变形驱动机构包括设置于所述变形腿一端的舵机座8、位于所述舵机座8内的舵机9以及利用所述舵机9输出的旋转动力带动滑块链往复移动的丝杆11螺母12机构，本实施例中，舵机9输出轴通过联轴器10传动连接于丝杆11，而滑块链的第一节弧形滑块3通过一连接片13铰接于与丝杆11配合的螺母12上，丝杆11转动时，螺母12通过连接片13推动或拉动整个滑块链在弧形滑槽内滑动。

本实施例中，所述变形节包括弧形结构的上盖板1和下盖板7以及固定于所述上盖板1与下盖板7之间的侧面板5；所述上盖板1、下盖板7和侧面板5共同围成所述弧形滑槽，这种结构的滑行节结构简单紧凑，另外，可以通过调节上盖板1和下盖板7的间距调整弧形滑槽的尺寸，保证弧形滑槽能够与弧形滑块3紧密配合。

本实施例中，所述扭簧套装在相邻两变形节之间的铰轴上，其两腿卡入形成于侧面板5上的卡槽6内。

本实施例中，所述侧面板5靠近其两端设有两第一铰轴安装孔4；所述弧形滑块3的两端均延伸形成有连接座，且连接座上设有第二铰轴安装孔2；所述侧面板5上的两第一铰轴安装孔4的孔间距与弧形滑块3上的两第二铰轴安装孔2的孔间距相等，采用这种结构保证变形腿和滑块链的链节长度(链节铰轴的间距)相等，确保变形腿和变形链的同心度。

本实施例中，相邻两所述变形节以及相邻两所述弧形滑块3之间均通过微型超静音滚动轴承进行铰接，微型超静音滚动轴承过盈配合在铰轴安装孔内，穿入销轴后可与相邻节铰接，从而大幅度减小变形腿变形时产生的转动摩擦力。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种轮蹼式一体化行进机构，其特征在于：包括链状结构的变形腿和用于驱动所述变形腿变形的变形机构；所述变形腿包括依次铰接的多个变形节，所述变形节具有沿变形腿纵向设置的弧形滑槽；所述变形机构包括由多个弧形滑块依次铰接形成的滑块链以及用于驱动所述滑块链在变形腿的弧形滑槽内往复滑动的变形驱动机构。

2.根据权利要求1所述的轮蹼式一体化行进机构，其特征在于：相邻两变形节之间设有用于使变形腿保持直形的扭簧。

3.根据权利要求2所述的轮蹼式一体化行进机构，其特征在于：所述弧形滑块和弧形滑槽的曲率和弦长均相等。

4.根据权利要求3所述的轮蹼式一体化行进机构，其特征在于：所述变形驱动机构包括设置于所述变形腿一端的舵机座、位于所述舵机座内的舵机以及利用所述舵机输出的旋转动力带动滑块链往复移动的丝杆螺母机构。

5.根据权利要求2所述的轮蹼式一体化行进机构，其特征在于：所述变形节包括弧形结构的上盖板和下盖板以及固定于所述上盖板与下盖板之间的侧面板；所述上盖板、下盖板和侧面板共同围成所述弧形滑槽。

6.根据权利要求4所述的轮蹼式一体化行进机构，其特征在于：所述扭簧套装在相邻两变形节之间的铰轴上，其两腿卡入形成于侧面板上的卡槽内。

7.根据权利要求5所述的轮蹼式一体化行进机构，其特征在于：所述侧面板靠近其两端分别对应设有两第一铰轴安装孔；所述弧形滑块的两端分别对应延伸形成有连接座，且连接座上设有第二铰轴安装孔；所述侧面板上的两第一铰轴安装孔的孔间距与弧形滑块上的两第二铰轴安装孔的孔间距相等。

8.根据权利要求7所述的轮蹼式一体化行进机构，其特征在于：相邻两所述变形节以及相邻两所述弧形滑块之间均通过滚动轴承进行铰接。