CN110843439B - 水陆两栖双球机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种水陆两栖双球机器人，它包括车桥、固定在车桥两端的球壳、驱动球壳运动的驱动机构、浮力调节装置、搭载舱和太阳能电池板。搭载舱固定在球壳内，球壳在浮力调节装置的作用下，深入水下或漂浮在水面或行走在陆地；在驱动机构的作用下，球壳搭载着搭载舱在水下、水面、陆地行走，完成相应的作业操作。本发明通过水下推进器与转动电机相结合实现机器人水陆两栖行走，利用太阳能向机器人提供不间断动力，实现机器人长时间、远距离作业。本发明具有不倾覆、转向灵活、续航时间长的特点。本发明可广泛应用于野外救援、近海岸登陆、海洋学研究和调查、海上航道勘测、海洋渔业开发等任务。

Description

水陆两栖双球机器人
技术领域
本发明涉及一种可在陆地、水面、水下长时间作业的自主式水陆两栖双球机器人。本发明属于机器人技术开发领域。
背景技术
海洋陆地衔接的碎浪带、拍岸浪区和滩涂地带是近年来科学研究、环境监测、调查取样及军事领域等方面关注的重点区域。大多数机器人只能在单一环境下活动，陆地机器人由于没有水中推进机构，不具备水中航行的能力，而水下机器人大多不具备陆地行走的能力。因此，为了完成在水陆交接区域的探测、作业等任务，研究高性能的水陆两栖机器人具有重要意义。
目前，根据推进原理的不同，水陆两栖机器人可以分为轮式两栖机器人、腿式两栖机器人和蛇形两栖机器人。
轮式两栖机器人运动时能量损失少，效率高，但是对环境地形要求高，不适用于复杂环境；腿式两栖机器人一般包括大腿、小腿、脚踝等部分，具有较强的越障能力，对不规则地形有很好的适应能力，但是其在水中的运动性能非常差；蛇形两栖机器人机械结构复杂，制作成本高，而且不便于维修和养护。
球形机器人的优势在于：球形机器人运动失态后的自恢复性能好，并且在沙地、雪地等柔软地面也可以灵活运动；在水下，外壳的对称性使得其在进行外壳流体动力学建模时没有耦合项，并且各向流体动力参数相等，便于计算。
本设计结合球形机器人和腿式机器人的优势，设计了一型具有水陆两栖功能的双球形机器人。双球设计可以使机器人搭载更多的任务载荷，在复杂地形结合可伸缩机械臂，以及在机械臂末端安装的机械足，使机器人行走性能更优越。
发明内容
鉴于上述原因，本发明的目的是提供一种可在陆地、水面、水下长时间作业的自主式水陆两栖双球机器人。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种水陆两栖双球机器人，它包括车桥、两个对称设置的球壳、驱动球壳运动的驱动机构、浮力调节装置、搭载舱和太阳能电池板；
所述车桥的两端各连接有一球壳自转轴，球壳自转轴穿过球壳，与球壳的中心轴重合；
所述驱动球壳运动的驱动机构包括设置在车桥左、右两端驱动球壳陆地行走的横滚电机和设置在球壳内的驱动其水下行走的螺旋桨转动电机；所述横滚电机的输出轴通过联轴器与所述球壳自转轴相连，通过调节横滚电机的转速，借助球壳与地面的摩擦力，实现球形机器人的自由滚动行走和转弯；所述螺旋桨转动电机固定在所述球壳自转轴上，螺旋桨转动电机的输出轴通过联轴器与一螺旋桨转动轴相连，在螺旋桨转动轴上固定有螺旋桨推进器，通过所述调节螺旋桨转动电机的转速，改变所述螺旋桨推进器的推进方向，实现机器人水下的自由行进和转弯。
在球壳内固定有完成机器人水下、陆地、水面操作的搭载舱。该搭载舱固定在球壳自转轴上，在搭载舱的底部固定有可伸缩机械臂，机械臂的末端设计有可更换的作业工具。
该水陆两栖双球机器人还包括设备搭载舱，该设备搭载舱固定在车桥上，在设备搭载舱内搭载有控制系统、通信设备、导航定位设备、探测设备。
本发明通过水下推进器与转动电机相结合实现机器人水陆两栖行走，在复杂地形可借助机械臂以及在机械臂末端安装的机械足行走，利用太阳能向机器人提供不间断动力，实现机器人长时间、远距离作业。本发明具有不倾覆、转向灵活、续航时间长的特点，并且具备较高的机动性与复杂环境通过能力。本发明可广泛应用于野外救援、近海岸登陆、海洋学研究和调查、海上航道勘测、海洋渔业开发等任务。
附图说明
图1为本发明水陆两栖双球机器人立体结构示意图；
图2为本发明展开状态立体结构示意图；
图3为本发明展开状态主视图；
图4为本发明去掉网状球壳主视图；
图5为本发明去掉网状球壳立体结构示意图。
其中，1：车桥；2：球壳自转轴；3：球壳；4：搭载舱；5：横滚电机；6：螺旋桨转动电机；7：螺旋桨转动轴；8：螺旋桨推进器；9：机械臂；10：作业工具；11：设备搭载舱；12：浮力调节装置；13：太阳能电池板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的结构特征作进一步描述。
如图1-图4所示，本发明公开的水陆两栖双球机器人由车桥、两个对称设置的球壳、驱动球壳运动的驱动机构、浮力调节装置、搭载舱和太阳能电池板构成。车桥的两端对称地各连接有一球壳，球壳内固定有搭载舱；球壳在浮力调节装置的作用下，深入水下或漂浮在水面或行走在陆地；在驱动机构的作用下，球壳搭载着搭载舱在水下、水面、陆地行走，完成相应的作业操作。
如图所示，车桥1的两端各连接有一球壳自转轴2，通过球壳自转轴2固定有一球壳3。球壳3为一网状球壳，球壳内固定有用于完全相应操作的搭载舱4和驱动球壳水下运动的机构。
如图所示，驱动球壳运动的驱动机构包括设置在车桥1左、右两端的横滚电机5和设置在左、右两个球壳内的螺旋桨转动电机6。
横滚电机5的输出轴通过联轴器与球壳自转轴2相连，球壳自转轴2穿过球壳3，与球壳3的中心轴重合。在陆地，通过调节横滚电机5的转速，借助球壳与地面的摩擦力，实现球形机器人的自由滚动行走和转弯。
螺旋桨转动电机6固定在左、右球壳内的球壳自转轴2上，螺旋桨转动电机6的输出轴通过联轴器与螺旋桨转动轴7相连，在螺旋桨转动轴7上固定有螺旋桨推进器8。在水下或水面，通过调节螺旋桨转动电机6的转速，改变螺旋桨推进器8的推进方向，结合对两个螺旋桨推进器转速的调节，依靠推进器推力的合作用力实现机器人水下的自由行进和转弯。
为使机器人能够搭载多种任务载荷，实现水下、陆地、水面的科考、野外作业、救援等任务，如图所示，本发明在球壳内，球壳自转轴上固定有搭载舱4，在搭载舱4的底部固定有可伸缩机械臂9，机械臂的末端设计有可更换的作业工具10，例如机械手、机械足等。根据机器人水下或陆地或水面作业需要，机械臂9可伸出网状球壳，其末端配置机械足或机械手，完成相应操作后，机械臂折叠收回搭载舱4内。
另外，本发明在车桥1上还设有设备搭载舱11，在设备搭载舱11内搭载有控制系统、通信设备、导航定位设备、探测设备等，该设备搭载舱11即可以实现对机器人的控制、接收路面指挥指令、传输相应数据，又可以实现科考、巡查等任务。
为使机器人能够自由地深入到水下、漂浮在水面，如图所示，本发明在车桥1上还设有浮力调节装置12，浮力调节装置12可调节机器人在水中的作业深度，并使机器人在水面保持漂浮状态。该浮力调节装置可固定在车桥1的中间位置，也可安装在设备搭载舱11内。
为保证机器人能够完成长时间、远距离作业，本发明还设计有带有蓄能功能的太阳能电池板13，为机器人提供不间断的电源。
本发明通过水下推进器与转动电机相结合实现机器人水陆两栖行走，利用太阳能向机器人提供不间断动力，实现机器人长时间、远距离作业。本发明具有不倾覆、转向灵活、续航时间长的特点。本发明可广泛应用于野外救援、近海岸登陆、海洋学研究和调查、海上航道勘测、海洋渔业开发等任务。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种水陆两栖双球机器人，其特征在于：它包括车桥、两个对称设置的球壳、驱动球壳运动的驱动机构、浮力调节装置、搭载舱和太阳能电池板；
所述车桥的两端各连接有一球壳自转轴，球壳自转轴穿过所述球壳，与球壳的中心轴重合；
所述驱动球壳运动的驱动机构包括设置在所述车桥左、右两端驱动所述球壳陆地行走的横滚电机和设置在所述球壳内的驱动其水下行走的螺旋桨转动电机；
所述螺旋桨转动电机固定在所述球壳自转轴上，螺旋桨转动电机的输出轴通过联轴器与一螺旋桨转动轴相连，在螺旋桨转动轴上固定有螺旋桨推进器，通过所述调节螺旋桨转动电机的转速，改变所述螺旋桨推进器的推进方向，实现机器人水下的自由行进和转弯；
在所述球壳内固定有完成机器人水下、陆地、水面操作的所述搭载舱；
所述搭载舱固定在所述球壳自转轴上，在搭载舱的底部固定有可伸缩机械臂，机械臂的末端设计有可更换的作业工具；
所述机械臂可伸出所述球壳，其末端配置所述作业工具，完成相应操作后，所述机械臂折叠收回所述搭载舱内。
2.根据权利要求1所述的水陆两栖双球机器人，其特征在于：所述横滚电机的输出轴通过联轴器与所述球壳自转轴相连，通过调节横滚电机的转速，借助球壳与地面的摩擦力，实现球形机器人的自由滚动行走和转弯。
3.根据权利要求2所述的水陆两栖双球机器人，其特征在于：它还包括设备搭载舱，该设备搭载舱固定在所述车桥上，在所述设备搭载舱内搭载有控制系统、通信设备、导航定位设备、探测设备。
4.根据权利要求3所述的水陆两栖双球机器人，其特征在于：所述浮力调节装置固定在所述车桥中间位置处。
5.根据权利要求4所述的水陆两栖双球机器人，其特征在于：所述球壳为一网状球壳。
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