CN110978918A - 一种水陆两用软体轮、切换方法、移动式机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于软体机器人技术领域，公开了一种水陆两用软体轮、切换方法、移动式机器人，软体驱动器上设有排气气管、进气气管，软体驱动器通过螺栓螺母安装在软体固定装置；软体固定装置通过螺纹联接安装在轮浆上；软体驱动器的内腔为非等体积单元；轮浆通过螺纹联接固定在轮毂上，软体驱动器外侧涂覆一层橡胶耐磨材料。软体驱动器上带有凸台；软体固定装置两侧带有凹槽。轮毂中有孔和键槽与外部输入轴联接进行动力传递。每一个软体驱动器可变形成四分之一圆弧。提供了一种水陆切换方法和一套气体回收利用系统。本发明的软体轮结构简单，环境适应能力强，具有吸震缓冲能力，制造成本低，响应速度快，续航时间长。

Description

一种水陆两用软体轮、切换方法、移动式机器人

技术领域

本发明属于软体机器人技术领域，尤其涉及一种水陆两用软体轮、切换方法、移动式机器人。

背景技术

随着科技的发展，机器人需要在更复杂的环境下活动，如军事机器人，探测机器人等野外工作的移动机器人。野外工作的移动机器人既可能遇到崎岖不平，有岩石和洼地的路面，也有时会需要进入水中工作。

专利文献CN201910883466公开了一种水陆两栖全地形机器人，包括：车体和设置于所述车体两侧的至少四个轮腿复合机构，所述轮腿复合机构包括内部中空的复合车轮和支撑腿，所述支撑腿的轴向与所述复合车轮的轴向垂直，所述支撑腿的上部与所述复合车轮的轴心可转动连接并且连通，所述复合车轮由车轮驱动组件驱动，所述支撑腿由腿部驱动件驱动，所述复合车轮内设置有叶轮，所述复合车轮的外侧具有进水口，所述支撑腿的底部具有出水口。但是，此水陆两栖机器人中包含的复合机构较多，对制造装配精度要求高，叶轮制造困难，成本较高，不具备岩石和沼泽地等复杂路面的移动。

目前，大多数的机器人只能在单一环境下活动，例如陆地机器人由于无水中推进机构和缺乏防水功能，所以无法进行水中工作，而水下机器人大多不具备或缺少足够的陆地运动能力，更不可能适应于复杂多变的路面移动。另外，虽然现在也存在少数的两栖移动式机器人，但存在以下不足之处：移动式机器人采用了刚性的结构适应于水陆环境的变化，由于刚性机器人采用较硬的材料和其每一个关节的运动都需一个马达来驱动，因此，刚性机器人结构复杂，所需的控制系统复杂，对环境的适应性差，同时遇到有岩石的路面时会对自身造成一定的损伤，使得寿命大大降低。除此之外，此类机器人较硬不易发生变形，所以吸震能力差，平稳性差，行走于崎岖山路时，会产生较大的震动。例如，当机器人负载有精密设备时，由于行进过程中存在震动，对设备造成较大的影响甚至损坏精密设备。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有的两栖移动式机器人存在结构复杂，所需的控制系统复杂，对环境的适应性差，同时遇到有岩石的路面时会对自身造成一定的损伤，使得寿命大大降低。

(2)现有的两栖移动式机器人存在吸震能力差，平稳性差，行走于崎岖山路时，产生较大的震动。

解决上述技术问题的难度：设计一种机器人移动方式，能够满足水陆等复杂环境下进行工作。向软体驱动器中充入不同压强值的气体，使得其几何结构发生变形，实现在水中轮浆式驱动和地面轮式滚动，以适应不同的环境下进行工作。规划一种水陆软体轮切换方法，使其能够顺利地完成从水中—陆地和陆地—水中的切换过程。确定一套适用于此软体轮的气体回收利用系统，能够实现所需的工作要求和对气体的回收重复利用。

解决上述技术问题的意义：针对水陆两栖机器人对于复杂地形强适应性的需求，提出了一种水陆两用的软体轮，以补充和代替现有的两栖移动式机器人，实现机器人在复杂地形上较强的适应性和良好的平稳性。对军事机器人、探测机器人等特种机器人在水陆环境下移动起着重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种水陆两用软体轮、切换方法、移动式机器人。

本发明是这样实现的，一种水陆两用软体轮，所述水陆两用软体轮设有：

软体驱动器；

软体驱动器上设有排气气管、进气气管，软体驱动器通过螺栓螺母安装在软体固定装置；软体固定装置通过螺纹联接安装在轮浆上；软体驱动器的内腔为非等体积单元；

轮浆通过螺纹联接固定在轮毂上，软体驱动器外侧涂覆一层橡胶耐磨材料。

进一步，所述软体驱动器上带有凸台；软体固定装置两侧带有凹槽。

进一步，所述软体驱动器通过螺栓螺母安装在软体固定装置；软体固定装置通过螺纹联接安装在轮浆上。

进一步，所述轮毂中有孔和键槽便与外部输入轴联接进行动力传递。

进一步，每一个软体驱动器弯成四分之一圆弧。

进一步，软体驱动器通过进气气管与比例阀连接，比例阀通过气管与储气瓶连接，储气瓶通过气管与单向阀连接，单向阀通过气管与微型增压装置连接，微型增压装置通过气管与常闭电磁阀连接，常闭电磁阀和压力传感器通过排气气管与软体驱动器连接。

本发明的另一目的在于提供一种所述水陆两用软体轮的切换方法，所述水陆两用软体轮的切换方法包括：水中-陆地切换和陆地-水中切换；

所述水中-陆地切换方法：当软体轮从水中即将进入到陆地工作时，通过软体气管向软体驱动器中充入弯成四分之一圆弧时所需的气压气体，使形成一个圆轮；到达陆地时，继续向软体驱动器中充入高压气体；

所述陆地-水中切换方法：当软体轮从陆地进入到水中工作时，高压气体从排气气管排出，软体驱动器中处于低压状态，软体驱动器上凸台从软体固定装置的两侧凹槽内离开。

进一步，所述水陆两用软体轮的切换方法还包括：软体轮从陆地进入水中工作时，常闭电磁阀打开，软体驱动器中高压气体从排气气管排出，排出气体的压强值小于储气瓶内的气压，单向阀处于关闭状态，此时微型增压装置开始工作，对气体进行增压后，气体的压强值大于储气瓶内的压强值，单向阀处于开启状态，对气体进行回收利用，待压力传感器检测到所需低压气体值时，常闭电磁阀恢复原始状态，微型增压泵停止工作。

进一步，所述水陆两用软体轮的切换方法还包括：进气气管中充入气体，每一个软体驱动器弯成四分之一圆弧，软体驱动器上的凸台进入到软体固定装置两侧的凹槽内。

本发明的另一目的在于提供一种安装有所述水陆两用软体轮的移动式机器人。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明由软体驱动器，排气气管，进气气管，软体固定装置，橡胶耐磨材料层，轮浆，轮毂和螺栓螺母组成，各零部件的材料均使用塑料制成达到防水目的。本发明的软体轮结构简单，环境适应能力强，具有吸震缓冲能力，制造成本低，响应速度快，续航时间长。

环境适应能力强和具有吸震缓冲能力主要是因为使用了软体材料，其本身具有变刚度多自由度的特点，当遭到震动冲击载荷和复杂环境时，能够自身发生变形，抵抗不良因素对机器人的影响。由于此软体轮使用气体驱动和一套完整的气体回收利用系统，所以具备响应速度快，续航时间长。另外，整个软体轮装置使用的零件种类和数量少，各零件几何形状简单，无需使用高精度制造和装配方法，因此结构简单，制造成本低。

本发明通过向软体驱动器中充气和放气，使得其几何结构发生变形，实现在水中轮浆式驱动和地面轮式滚动，以适应不同的环境下进行工作。针对水陆两栖机器人对于复杂地形强适应性的需求，提出了一种水陆两用的软体轮，以补充和代替现有的两栖移动式机器人，从而实现机器人在复杂地形上较强的适应性和良好的平稳性。对其软体部分和结构部分进行设计，利用向软体内部充入不同压强值的气体，软体自身发生变形，使其在水中形成轮浆式驱动和在陆地上形成圆轮滚动，实现机器人在水中和陆地，以及复杂环境中的灵活移动。由于软体轮会频繁的入水和在陆地上进行工作，软体驱动器会进行多次充气和排气过程，储气瓶气压不断损耗，排出的气体直接排放到大气中造成浪费，缩短了续航能力，因此提供了一套用于此软体轮的气体回收利用系统。

附图说明

图1是本发明实施例提供的水陆两用软体轮的切换方法流程图；

图2是本发明实施例提供的水陆两用软体轮在水中移动时的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的水陆两用软体轮在陆地滚动时的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的水陆两用软体轮可变形软体驱动器结构示意图；

图5是本发明实施例提供的水陆两用软体轮可变形软体驱动器结构示意图；

图6是本发明实施例提供的水陆两用软体轮软体固定装置结构示意图；

图7是本发明实施例提供的水陆两用软体轮所使用的气动回路图。

图中：1、软体驱动器；2、排气气管；3、进气气管；4、软体固定装置；5、橡胶耐磨材料层；6、轮浆；7、螺栓；8、轮毂；9、螺母。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种水陆两用软体轮、切换方法、移动式机器人，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的水陆两用软体轮的切换方法包括以下步骤：

S101：当软体轮从水中即将进入到陆地工作时，通过进气气管向软体驱动器中充入弯成四分之一圆弧时所需气压值的气体，使形成一个圆轮；待其到达陆地时，继续向软体驱动器中充入高压气体，使软体轮能够承受一定的载荷，正常的在陆地上工作；

S102：当软体轮从陆地进入到水中工作时，高压气体从排气气管排出，软体驱动器中处于低压状态，此时由于旋转过程中所产生离心力的作用，软体驱动器上凸台从软体固定装置的两侧凹槽内离开。

如图2所示，本发明实施例提供的水陆两用软体轮包括：软体驱动器1、排气气管2、进气气管3、软体固定装置4、橡胶耐磨材料层5、轮浆6、螺栓7、轮毂8、螺母9。

软体驱动器1上设置有排气气管2、进气气管3，软体驱动器1通过软体固定装置4固定在轮浆6上，轮浆6通过螺栓7固定在轮毂8上，软体驱动器1上带有凸台，软体固定装置4两侧带有凹槽，软体驱动器1外侧涂覆一层橡胶耐磨材料层5，软体驱动器1通过螺栓7和螺母9固定在软体固定装置4上。

在本发明的优选实施例中，轮毂8中留有孔和键槽便与外部输入轴联接进行动力传递。

在本发明的优选实施例中，每一个软体驱动器1近似弯成四分之一圆弧，软体驱动器1上的凸台能够顺利的进入到软体固定装置4两侧的凹槽内；在软体驱动器1的外侧涂覆一层橡胶耐磨材料层5增加软体轮的耐磨性。

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述。

本发明实施例提供的水陆两用软体轮的轮毂8中留有孔和键槽便与外部输入轴联接进行动力传递，使得无论在水中，还是在复杂的陆地环境中，都是依靠旋转运动行进。

当在水中行进时，由于4个轮浆6在水中不断旋转，轮浆6对水产生一个向后的作用力，根据力的相互作用原理，水对轮浆的作用力是向前的，迫使软体轮在水中行进。此时的4个软体驱动器1充入低压气体，在水中一方面能够起到浮力作用，另外一方面可起到划水前进和平稳运动的效果。

当在陆地复杂环境中行进时，通过向进气管3中充入一定压强的气体，软体驱动器由于自身几何形状和材料的特性发生弯曲变形，每一个软体驱动器1近似弯成四分之一圆弧，软体驱动器1上的凸台能够顺利的进入到软体固定装置4两侧的凹槽11内，如图6所示，软体驱动器在高压气体的作用下，发生膨胀，保证了软体轮在滚动过程中软体驱动器1不会因为离心力的作用而四处晃动。另外，为提升软体轮的寿命，在软体驱动器1的外侧涂覆一层橡胶材料5增加软体轮的耐磨性。为使软体驱动器1能够顺利的弯曲成四分之一圆弧，对软体驱动器1的内部进行设计，将其制作成内腔为非等体积单元，软体驱动器1剖视图，如图4所示，达到预期的效果。

水中-陆地切换过程：当软体轮从水中即将进入到陆地工作时，通过软体气管3向软体驱动器1中充入弯成四分之一圆弧时所需气压值的气体，使形成一个圆轮。待其到达陆地时，继续向软体驱动器中充入高压气体，使软体轮能够承受一定的载荷，正常的在陆地上工作。

陆地-水中切换过程：当软体轮从陆地进入到水中工作时，高压气体从排气软管2排出，软体驱动器1中处于低压状态，此时由于旋转过程中所产生离心力的作用，软体驱动器上凸台从软体固定装置4的两侧凹槽内离开，达到图2所示的状态。

本发明的气体回收利用系统由储气瓶，比例阀，单向阀，微型增压装置，常闭电磁阀和压力传感器等组成。软体驱动器通过进气气管与比例阀连接，比例阀通过气管与储气瓶连接，储气瓶通过气管与单向阀连接，单向阀通过气管与微型增压装置连接，微型增压装置通过气管与常闭电磁阀连接，常闭电磁阀和压力传感器通过排气气管与软体驱动器连接。气体回收利用系统原理图，如图7所示。当软体轮从陆地进入水中工作时，常闭电磁阀打开，软体驱动器中高压气体从排气气管2排出，由于排出气体的压强值小于储气瓶内的气压，单向阀处于关闭状态，此时微型增压装置开始工作，对气体进行增压后，气体的压强值大于储气瓶内的压强值，单向阀开启状态，对气体进行回收利用。待压力传感器检测到所需低压气体值时，常闭电磁阀恢复原始状态，微型增压装置停止工作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水陆两用软体轮，其特征在于，所述水陆两用软体轮设有：

软体驱动器；

软体驱动器上设有排气气管、进气气管，软体驱动器通过螺栓螺母安装在软体固定装置；软体固定装置通过螺纹联接安装在轮浆上；软体驱动器的内腔为非等体积单元；

轮浆通过螺纹联接固定在轮毂上，软体驱动器外侧涂覆一层橡胶耐磨材料。

2.如权利要求1所述的水陆两用软体轮，其特征在于，所述软体驱动器上带有凸台；软体固定装置两侧带有凹槽。

3.如权利要求1所述的水陆两用软体轮，其特征在于，软体驱动器通过螺栓螺母安装在软体固定装置；软体固定装置通过螺纹联接安装在轮浆上。

4.如权利要求1所述的水陆两用软体轮，其特征在于，所述轮毂中有孔和键槽与外部输入轴联接进行动力传递。

5.如权利要求1所述的水陆两用软体轮，其特征在于，每一个软体驱动器弯成四分之一圆弧。

6.如权利要求1所述的水陆两用软体轮，其特征在于，软体驱动器通过进气气管与比例阀连接，比例阀通过气管与储气瓶连接，储气瓶通过气管与单向阀连接，单向阀通过其管与微型增压装置连接，微型增压装置通过气管与常闭电磁阀连接，常闭电磁阀和压力传感器通过排气气管与软体驱动器连接。

7.一种如权利要求1～6任意一项所述水陆两用软体轮的切换方法，其特征在于，所述水陆两用软体轮的切换方法包括：水中-陆地切换和陆地-水中切换；

所述水中-陆地切换方法：当软体轮从水中即将进入到陆地工作时，通过软体气管向软体驱动器中充入弯成四分之一圆弧时所需的气压气体，使形成一个圆轮；到达陆地时，继续向软体驱动器中充入高压气体；

所述陆地-水中切换方法：当软体轮从陆地进入到水中工作时，高压气体从排气气管排出，软体驱动器中处于低压状态，软体驱动器上凸台从软体固定装置的两侧凹槽内离开。

8.如权利要求7所述的水陆两用软体轮的切换方法，其特征在于，所述水陆两用软体轮的切换方法还包括：软体轮从陆地进入水中工作时，常闭电磁阀打开，软体驱动器中高压气体从排气气管排出，排出气体的压强值小于储气瓶内的气压，单向阀处于关闭状态，此时微型增压装置开始工作，对气体进行增压后，气体的压强值大于储气瓶内的压强值，单向阀处于开启状态，对气体进行回收利用，待压力传感器检测到所需低压气体值时，常闭电磁阀恢复原始状态，微型增压装置停止工作。

9.如权利要求7所述的水陆两用软体轮的切换方法，其特征在于，所述水陆两用软体轮的切换方法还包括：进气气管中充入气体，每一个软体驱动器弯成四分之一圆弧，软体驱动器上的凸台进入到软体固定装置两侧的凹槽内。

10.一种安装有权利要求1～6任意一项所述水陆两用软体轮的移动式机器人。

Images