CN110525150B - 适用于水陆两栖环境的复合式变形腿 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于水陆两栖环境的复合式变形腿，包括链状结构的变形腿和用于驱动所述变形腿转动的行进动力装置；所述变形腿包括依次铰接的多个变形节；相邻所述变形节之间设有用于使所述变形腿在自然状态下保持直形的连接弹簧；所述变形腿可在外力作用下弯曲并通过锁定机构使变形腿保持弯曲形态；所述锁定机构包括固定于所述变形节端部的被锁定块、设置于相邻变形节的锁定滑块、用于推动所述锁定滑块对所述被锁定块进行约束的复位弹簧、以及设置于变形腿前端通过拉索拉动锁定滑块进行解锁滑动的解锁动力装置；本发明将两种推进机构复合，满足机器人在陆地、水下两种完全不同的环境中对推进机构的要求。

Description

适用于水陆两栖环境的复合式变形腿
技术领域
本发明涉及于水陆两栖机器人领域，具体涉及一种适用于水陆两栖环境的复合式变形腿。
背景技术
随着机器人技术的发展及应用，越来越多的任务要求机器人能同时在两个或者多个不同类型的环境中进行作业。其中针对水陆两栖环境的作业任务尤为常见，因此需要大力发展水陆两栖机器人。陆地推进方式为与地面发生相对运动，产生摩擦力；而水下推进方式一般为推动流体，产生涡流。常见的两栖机器人推进方式大致可分为两类：一类是具有两套推进机构，通过切换不同机构实现不同介质环境的推进；另一类是采用复合推进机构。
对于前一类的机器人，如中国科学院自动化研究所研制的AmphiRobot两栖机器人。AmphiRobot陆地采用轮桨机构实现仿轮式运动，水下采用仿鱼推进机构实现仿鲹科鱼类游动。这种两套推进机构的设计增加了结构的复杂性和控制的难度，降低了机器人的有效载荷和稳定性。
复合推进机构是指使用一套水下和陆地复合的推进机构，如专利号为CN201210273204.3的专利，提出了一款两栖机器人。机器人采用可变形足-蹼复合推进机构，水下时，在弹性薄板的作用下驱动机构为平直的蹼状，实现游动；陆地上，电机通过钢丝拉动各节板变形为弧形足状，进行行走。该发明将陆地足式推进方式和水中蹼式推进方式融合在一起，但是存在一些不足之处。该发明提出的复合推进机构变形为弧形足状时，通过钢丝绳的拉紧保持弧形足状。电机转速越大，钢丝绳所受拉力越大，钢丝绳的承载能力限制了电机的转速，从而限制了机器人在陆地的运动速度。该发明提出的复合推进机构通过弹性薄板变形为平直蹼状，整个钢片厚度是均匀的，导致整个变形腿的刚度也是一样的，没有考虑变刚度问题，这与鱼鳍等天然柔性蹼的结构不符，从仿生的角度来看该方案尚需优化。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是解决陆地、水下推进方式的复合问题，实现水陆两栖环境下高效的运动性能，提供一种适用于水陆两栖环境的复合式变形腿，包括链状结构的变形腿和用于驱动所述变形腿转动的行进动力装置；所述变形腿包括依次铰接的多个变形节；相邻所述变形节之间设有用于使所述变形腿在自然状态下保持直形的连接弹簧；所述变形腿可在外力作用下弯曲并通过锁定机构使变形腿保持弯曲形态；所述锁定机构包括固定于所述变形节端部的被锁定块、设置于相邻变形节的锁定滑块、用于推动所述锁定滑块对所述被锁定块进行约束的复位弹簧、以及设置于变形腿前端通过拉索拉动锁定滑块进行解锁滑动的解锁动力装置。
进一步，所述连接弹簧的弹性系数由变形腿的前端向后端逐渐减小。
进一步，所述变形节的底部固定有弧形橡胶垫。
进一步，所述被锁定块为T形结构，所述锁定滑块可滑动至抵紧被锁定块两侧。
进一步，所述解锁动力装置为电机，其转轴固定有缠绕所述拉索的绕线盘。
进一步，所述拉索的数量与锁定滑块数量相同；各拉索的一端一一对应连接各锁定滑块，另一端均缠绕于所述绕线盘。
进一步，所述拉索包括主绳和连接于所述主绳的多个与各锁定滑块一一对应连接的支绳；所述主绳一端缠绕于所述绕线盘。
本发明的有益效果是：
1.变形腿变形的驱动力来源于机器人的驱动电机与自重，变形电机只用于控制锁死机构，变形更平稳/更高效。
2.变形腿弧形状态的保持基于锁死滑块和T形挡板之间的卡紧，能够确保克服变形腿在高速转动过程中产生的离心力，保证机器人在陆地上高速运动时变形腿不会出现故障。
3.通过采用弹性系数渐变的一系列连接弹簧，实现可控制的变刚度蹼，增强仿生效果，提高水下的推动效率。
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为本发明的变形腿呈弯曲形态的示意图；
图2为本发明的变形腿呈直形(蹼状)的示意图；
图3为本发明相邻变形节的连接结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明的整体结构示意图，如图所示，本实施例的适用于水陆两栖环境的复合式变形腿包括链状结构的变形腿和用于驱动所述变形腿转动的行进动力装置；行进动力装置可采用电机(主驱动电机)，其输出轴连接于变形腿的前端，从而驱动整个变形腿能够转动，使机器人能够实现行进。
所述变形腿包括依次铰接的多个变形节7；相邻所述变形节7之间设有用于使所述变形腿在自然状态下保持直形的连接弹簧10；变形节7之间采用合页4实现铰接，因此通过变形节7之间的相对转动可以使整个变形腿呈直形状态或者C形的弯曲状态；当变形腿不受外力作用时，相邻两节变形节7保持平齐，因此整个变形腿保持笔直，呈蹼状；此时搭载该变形腿的机器人可在水下行进，相邻变形节7在合页4铰接和连接弹簧10弹性力的作用下，蹼状变形腿在摆动时相邻变形节7间可以相对转动一定的角度，因此其具有一定柔性，可以产生一定弯曲变形。
所述变形腿可在外力作用下弯曲并通过锁定机构使变形腿保持弯曲形态；当机器人需要在陆地上行走时，蹼状变形腿放置在地面，在主驱动电机转动和机器人自重的作用下，从靠近变形腿驱动端(与主驱动电机最近的一端)的变形节7到远离驱动端的变形节7依次受载发生转动，直至相邻两块变形节7相对的端面相互贴合后，由锁定机构使相邻两变形节7相对固定。所述锁定机构包括固定于所述变形节7端部的被锁定块9、设置于后一相邻变形节7的锁定滑块1、用于推动所述锁定滑块1对所述被锁定块9进行约束的复位弹簧2、以及设置于变形腿前端通过拉索5拉动锁定滑块1进行解锁滑动的解锁动力装置；当机器人在水下行进时，解锁动力装置通过拉索5拉动锁定滑块1与被锁定块9相互分离，整个变形腿为蹼状；当机器人需要在陆地行走时，解锁动力装置松开拉索5，锁定滑块1在复位弹簧2的推动下与被锁定块9结合使被锁定块9固定于锁定滑块1所在的变形节7，此时，整个变形腿将保持C形腿状态。
优选实施方式中，所述连接弹簧10的弹性系数由变形腿的前端向后端逐渐减小，连接弹簧10采用弹性系数不同的一系列弹簧，越远离驱动端的连接弹簧10弹性系数越小，使得整个直蹼具备变刚度的能力，越远离变形腿驱动端的变形节7转动所需的力越小，从而实现对鱼尾鳍推动的仿生模拟，降低推进噪声，提高水下的推动效率和能量利用率。
优选实施方式中，所述变形节7的底部固定有弧形橡胶垫，每块变形节7下方和弧形橡胶垫贴合，并通过螺栓相互固定，一方面使得弧形腿与地面接触的轮廓面为圆弧面，增加推进的平稳性；另一方面增加变形腿与地面的摩擦力，提高推进效率。
优选实施方式中，所述被锁定块9为T形结构，所述锁定滑块1可滑动至抵紧被锁定块9两侧；如图所示，变形节7上形成有“口”字型的侧围11，侧围11内设有条状的导板8，该导板8与侧围11的一个边形成容纳锁定滑块1滑动的滑道，该滑道上方通过顶盖6封闭，使锁定滑块1仅能够单自由度往复滑动；该滑道内还设有复位弹簧2，复位弹簧2弹顶在锁定滑块1与侧围11之间，侧围11上设有一个缺口，当相邻变形节7转动至相对贴紧后，T形结构的被锁定块9卡入该缺口，松开拉索5后，锁定滑块1卡入到T形结构的被锁定块9两侧，使锁定滑块1与T形结构的被锁定块9的腹板和翼缘板贴紧，从而使被锁定块9与锁定滑块1所在的变形节7相互固定。
优选实施方式中，所述解锁动力装置为电机，第一块变形节7前端固定有电机箱，电机安装于该电机箱内，其转轴固定有缠绕所述拉索5的绕线盘，通过电机旋转缠绕拉索5，可以实现拉索5的拉紧和放松。
优选实施方式中，所述拉索5的数量与锁定滑块1数量相同；各拉索5的一端一一对应连接各锁定滑块1，另一端均缠绕于所述绕线盘，各锁定滑块1应设置拉环与拉索5连接；各变形节7上还应设有与锁定滑块1一一对应的绕线柱3，拉索5通过绕线柱3改变方向后连接于锁定滑块1。
优选实施方式中，所述拉索5包括主绳和连接于所述主绳的多个与各锁定滑块1一一对应连接的支绳；所述主绳一端缠绕于所述绕线盘，这种拉索5的设置方式中，主绳为两根分别设置在变形节7的横向两侧，每个锁定滑块1处由主绳引出一根支绳与锁定滑块1连接；因此，电机只需缠绕主绳的一端，就能拉动位于变形腿一侧的所有锁定滑块1。
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 (7)

1.一种适用于水陆两栖环境的复合式变形腿，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转动的行进动力装置；所述变形腿包括依次铰接的多个变形节；相邻所述变形节之间设有用于使所述变形腿在自然状态下保持直形的连接弹簧；所述变形腿可在外力作用下弯曲并通过锁定机构使变形腿保持弯曲形态；所述锁定机构包括固定于所述变形节端部的被锁定块、设置于相邻变形节的锁定滑块、用于推动所述锁定滑块对所述被锁定块进行约束的复位弹簧、以及设置于变形腿前端通过拉索拉动锁定滑块进行解锁滑动的解锁动力装置。
2.根据权利要求1所述的适用于水陆两栖环境的复合式变形腿，其特征在于：所述连接弹簧的弹性系数由变形腿的前端向后端逐渐减小。
3.根据权利要求1所述的适用于水陆两栖环境的复合式变形腿，其特征在于：所述变形节的底部固定有弧形橡胶垫。
4.根据权利要求1所述的适用于水陆两栖环境的复合式变形腿，其特征在于：所述被锁定块为T形结构，所述锁定滑块可滑动至抵紧被锁定块两侧。
5.根据权利要求1所述的适用于水陆两栖环境的复合式变形腿，其特征在于：所述解锁动力装置为电机，其转轴固定有缠绕所述拉索的绕线盘。
6.根据权利要求5所述的适用于水陆两栖环境的复合式变形腿，其特征在于：所述拉索的数量与锁定滑块数量相同；各拉索的一端一一对应连接各锁定滑块，另一端均缠绕于所述绕线盘。
7.根据权利要求5所述的适用于水陆两栖环境的复合式变形腿，其特征在于：所述拉索包括主绳和连接于所述主绳的多个与各锁定滑块一一对应连接的支绳；所述主绳一端缠绕于所述绕线盘。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115071934A (zh) * 2022-04-26 2022-09-20 哈尔滨工程大学 一种基于扑翼推进的新型水下机器人

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8205694B2 (en) * 2008-03-18 2012-06-26 Bossa Nova Robotics Ip, Inc. Method of generating a propagation gait for a robot
CN102785542A (zh) * 2012-08-02 2012-11-21 中国科学技术大学 一种基于可变形足-蹼复合推进机构的水陆两栖机器人
CN105882339A (zh) * 2016-05-06 2016-08-24 重庆大学 变胞式机械腿
CN105946483A (zh) * 2016-05-06 2016-09-21 重庆大学 具有变胞式机械腿的两栖多足机器人
CN108725623A (zh) * 2018-05-07 2018-11-02 中国石油大学(华东) 具有缓冲功能的仿生海蟑螂腿结构

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8205694B2 (en) * 2008-03-18 2012-06-26 Bossa Nova Robotics Ip, Inc. Method of generating a propagation gait for a robot
CN102785542A (zh) * 2012-08-02 2012-11-21 中国科学技术大学 一种基于可变形足-蹼复合推进机构的水陆两栖机器人
CN105882339A (zh) * 2016-05-06 2016-08-24 重庆大学 变胞式机械腿
CN105946483A (zh) * 2016-05-06 2016-09-21 重庆大学 具有变胞式机械腿的两栖多足机器人
CN108725623A (zh) * 2018-05-07 2018-11-02 中国石油大学(华东) 具有缓冲功能的仿生海蟑螂腿结构

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