CN111332082A - 一种水陆两栖折纸结构的机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水陆两栖折纸结构的机器人，包括车体、车顶封盖、电池、电机、转向控制系统和折纸车轮；车体两侧对称分布四个电机安装孔，顶端采用车顶封盖密封固定；电池和转向控制系统设置在车体内部，四个电机分别对称固定在车体两侧电机安装孔中，电池分别与电机和转向控制系统电性连接，折纸车轮通过传动结构安装在电机的输出端。本发明能够改善水陆两栖机器人结构复杂，制造成本高，灵活性小等问题。

Description

一种水陆两栖折纸结构的机器人

技术领域

本发明属于水陆两栖机器人技术领域，更具体的说是涉及一种水陆两栖折纸结构的机器人。

背景技术

近年来，海洋的战略地位和价值越来越高，人们对海洋的探索也越来越深入。因此，水陆两栖机器人在海洋环境监测、海洋资源勘察、海洋科学研究中发挥重要作用，具有多方面的社会或者经济效益。传统的螺旋桨推进，在实际应用中有着良好的控制性能以及推进作用，但是螺旋桨推进也存在缺点，其噪声大，灵活性较小，对水中环境干扰大，水中杂质容易缠绕在螺旋状的浆上，使其失去行动能力；仿生蛇形机器人既可以在陆地上爬行，也可以在水中游泳，但这类机器人的游泳运动速度非常缓慢,其克服复杂环境干扰的能力非常有限。

随着折纸结构在工程领域日益广泛的应用，刚性折纸以其在折展过程中面内无应变的特点而被应用于工程结构的设计中。此外,刚性折纸结构凭借其良好的折叠特性和大折展比的特点常被用于各种机器人结构的设计中，在保留机器人自动作业等优势的基础上加入折纸的折叠特性,增加了其对环境的适应性。目前已研制开发的两栖机器人形式较为单一，效率不高，需要针对其装置进行创新、改进。

因此，如何提供一种水陆两栖折纸结构的机器人成为了本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种水陆两栖折纸结构的机器人，目的在于克服现有技术的不足，改善水陆两栖机器人结构复杂，制造成本高，灵活性小等问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种水陆两栖折纸结构的机器人，包括：车体、车顶封盖、电池、电机、转向控制系统和折纸车轮；所述车体两侧对称分布四个电机安装孔，顶端采用所述车顶封盖密封固定；所述电池和所述转向控制系统设置在所述车体内部，四个所述电机分别对称固定在所述车体两侧的电机安装孔中，所述电池分别与所述电机和所述转向控制系统电性连接，所述折纸车轮通过传动结构安装在所述电机的输出端。

优选的，所述折纸车轮是由二维纸张根据waterbomb折痕折叠形成三维球状，3*8个六折痕折纸单元排列分布在车轮表面，每个单元由于折叠形成不规则六边形凹槽，每个单元连接处形成一个锋面；当电机驱动时，每一个锋面都相当于船桨，在电机的驱动下连续向后划动，为整个机器人提供前进的推力，推动机器人向前运动。

优选的，所述折纸车轮为空心球状，外表面粘有防水薄膜，为整个机器人提供浮力。

优选的，所述折纸车轮陆地行走时，由二维纸张折叠形成的三维折纸结构外部球状轮廓充当车轮滚动前进；水中前行时，由二维纸张折叠镶嵌在球状折纸结构的折痕充当浆驱动前行。

优选的，所述折纸车轮与传动装置采用热熔胶固定连接。

优选的，所述转向控制系统包括正反转两个控制器，两个控制器均固定设置在所述车体内部，每个控制器分别控制两侧两个电机，通过控制两侧电机的正反转实现车身的前进、转向和调头。

优选的，所述电机与电机安装孔配合连接，且连接处涂抹硅胶，使整个车体处于密封状态，起到防水作用。

优选的，所述电机3/4部分在所述车体内部，1/4部分裸露在所述车体外部。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明采用waterbomb折纸结构作为水陆两栖机器人车轮，在陆地上，相较于传统车轮，更加适应于在不平坦陆地上的行走，在水面上，车轮折纸结构可以以类似桨的方式向后划水，提供前进动力。

(2)采用差速方式实现转向，左右两侧的折纸车轮可以采用分离的正反转两个控制器控制，在需要的时候，通过控制左右两侧的折纸车轮的前进速度实现转向。

(3)折纸车轮为中空折纸材料，体积小巧、质量轻，减轻了机器人整体质量。

(4)折纸车轮设计构思巧妙，使其既为动力装置，推动机器人前行，又能充当浮力装置，为整体提供浮力，使其安全漂浮在水面。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明的结构示意图。

图2附图为本发明的车体的内部结构示意图。

图3附图为本发明机器人运动原理图。

图4附图为本发明机器人右转原理图。

图5附图为本发明机器人掉头原理图。

图6附图为本发明六折痕waterbomb单元的结构示意图。

图7附图为本发明六折痕waterbomb单元的连接结构示意图。

图8附图为本发明waterbomb折纸结构示意图。

图9附图为本发明折纸车轮的端盖图。

图10附图为本发明中间球体的折叠图。

图11附图为本发明折纸车轮的立体结构示意图。

其中，图中，

1-折纸车轮；2-车体；3-传动结构；4-电机；5-电池；6-转向控制系统；7-导线；8-山线折痕；9-谷线折痕；10-连接面。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅附图1-2，本发明提供了一种水陆两栖折纸结构的机器人，包括：车体、车顶封盖、电池、电机、转向控制系统和折纸车轮；车体为长方体壳，由聚乳酸(PLA)材料构成；车体两侧对称分布四个电机安装孔，顶端采用车顶封盖密封固定；电池和转向控制系统设置在车体内部，四个电机分别对称固定在车体两侧的电机安装孔中，电池分别与电机和转向控制系统电性连接，分别为电机和转向控制系统供电，折纸车轮通过传动结构安装在电机的输出端。

其中，电机为防水电机，电机外壳为无缝隙硬塑料壳结构，前、后端面与外壳结合面之间分别用橡胶圈和密封垫密封。整个车体封闭漂浮在水面，车体仅在防水电机与电机安装孔连接处与外部水面有连通，所以用硅胶涂抹在连接处之间，将整个车体密封。车体内部电池、转向控制系统等不与外部水面接触。

折纸车轮为中空类球状折纸结构，由中间球体和侧面端盖两部分组成。球体部分由排列在纸张上3*8个六折痕waterbomb单元经过折叠形成，如图8所示，每个单元有山线折痕和谷线折痕，将山线折痕依次向纸张外折叠，谷线折痕依次向纸张内折叠。每个单元会折叠成图6(a)和6(b)所示形状，形成六边形凹槽。单元与单元之间形成如图7(a)和7(b)所示形状，单元与单元连接处形成一个锋面。整体折痕都折叠好后形状如图10所示形状，再将首尾两端相互粘合在一起，形成环形结构，再将相邻两个连接面依次粘贴在一起。侧端为两个星型端盖，如图9所示，用粘合剂将星型端盖的叶片与连接面粘贴在一起进行密封，形成中空球状车轮，如图11所示。整个车轮采用表面粘附由防水薄膜的硬纸张折叠而成，当电机驱动时，车轮随着电机连续转动，车轮表面由相邻waterbomb折痕单元连接形成的锋面，如图7(b)所示，在水中产生向后的推力，由于力的作用是相互的，在反作用力的作用下，机器人有一个向前的推力，使机器人持续向前运动。

在另一种实施例中，折纸车轮为空心球状，外表面粘有防水薄膜，使其能防水并且为整个机器人提供浮力。

在另一种实施例中，折纸车轮陆地行走时，由二维纸张折叠形成的三维折纸结构外部球状轮廓充当车轮滚动前进；水中前行时，由二维纸张折叠镶嵌在球状折纸结构的折痕充当浆驱动前行。

在另一种实施例中，折纸车轮与传动装置采用热熔胶固定连接。

参阅附图3-5，转向控制系统包括正反转两个控制器，两个控制器均固定设置在车体内部，每个控制器分别控制两侧两个电机，通过控制两侧电机的正反转实现车身的前进、转向和调头。当两侧折纸车轮同时正转时，所受推力方向一致，机器人向前运动；当左侧折纸车轮停止转动，右侧折纸车轮正转时，右侧折纸车轮受到向前的推力不变，但由于左侧折纸车轮停止不动，整个机器人会绕着左侧折纸车轮轴线向左转动，实现机器人的左转；同理，当右侧折纸车轮停止转动，左侧折纸车轮正转时，机器人右转；当两侧折纸车轮同时反方向转动时，机器人左右两侧受力方向相反，形成一个转动力矩，使机器人沿着车身轴线原地转动，实现机器人原地调头。

两栖机器人采用差速原理进行转向，即左右两侧折纸车轮由于速度的不同，实现车体的转动。如图4(a)和4(b)所示，当机器人需要实现右转时，左侧折纸车轮保持原有速度不变，右侧折纸车轮通过遥控开关使其停止转动，由于两侧转速的不同，机器人会绕着静止的右侧两折纸车轮轴线向右转动，左转同理。如图5(a)和5(b)所示，当机器人需要调头时，一侧折纸车轮保持正向转动，另一侧折纸车轮通过遥控使其反转，整个机器人产生一个扭矩，使其绕着车体轴线原地转动，实现机器人调头。

在另一种实施例中，电机与电机安装孔配合连接，且连接处涂抹硅胶，使整个车体处于密封状态，起到防水作用。

在另一种实施例中，电机3/4部分在车体内部，1/4部分裸露在车体外部，目的在于防止折纸车轮与车体间隙太小而发生摩擦。

本发明采用waterbomb折纸结构作为水陆两栖机器人车轮，在陆地上，相较于传统车轮，更加适应于在不平坦陆地上的行走，在水面上，车轮折纸结构可以以类似桨的方式向后划水，提供前进动力。采用差速方式实现转向，左右两侧的折纸车轮可以采用分离的正反转两个控制器控制，在需要的时候，通过控制左右两侧的折纸车轮的前进速度实现转向。折纸车轮为中空折纸材料，体积小巧、质量轻，减轻了机器人整体质量。折纸车轮设计构思巧妙，使其既为动力装置，推动机器人前行，又能充当浮力装置，为整体提供浮力，使其安全漂浮在水面。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种水陆两栖折纸结构的机器人，其特征在于，包括：车体、车顶封盖、电池、电机、转向控制系统和折纸车轮；所述车体两侧对称分布四个电机安装孔，顶端采用所述车顶封盖密封固定；所述电池和所述转向控制系统设置在所述车体内部，四个所述电机分别对称固定在所述车体两侧的电机安装孔中，所述电池分别与所述电机和所述转向控制系统电性连接，所述折纸车轮通过传动结构安装在所述电机的输出端。

2.根据权利要求1所述的一种水陆两栖折纸结构的机器人，其特征在于，所述折纸车轮是由二维纸张根据waterbomb折痕折叠形成三维球状，3*8个六折痕折纸单元排列分布在车轮表面，每个单元由于折叠形成不规则六边形凹槽，每个单元连接处形成一个锋面；当电机驱动时，每一个锋面都相当于船桨，在电机的驱动下连续向后划动，为整个机器人提供前进的推力，推动机器人向前运动。

3.根据权利要求2所述的水陆两栖折纸结构的机器人，其特征在于，所述折纸车轮为空心球状，外表面粘有防水薄膜，为整个机器人提供浮力。

4.根据权利要求3所述的水陆两栖折纸结构的机器人，其特征在于，所述折纸车轮陆地行走时，由二维纸张折叠形成的三维折纸结构外部球状轮廓充当车轮滚动前进；水中前行时，由二维纸张折叠镶嵌在球状折纸结构的折痕充当浆驱动前行。

5.根据权利要求1或2所述的水陆两栖折纸结构的机器人，其特征在于，所述折纸车轮与传动装置采用热熔胶固定连接。

6.根据权利要求1所述的水陆两栖折纸结构的机器人，其特征在于，所述转向控制系统包括正反转两个控制器，两个控制器均固定设置在所述车体内部，每个控制器分别控制两侧两个电机，通过控制两侧电机的正反转实现车身的前进、转向和调头。

7.根据权利要求1或6所述的水陆两栖折纸结构的机器人，其特征在于，所述电机与电机安装孔配合连接，且连接处涂抹硅胶，使整个车体处于密封状态，起到防水作用。

8.根据权利要求7所述的水陆两栖折纸结构的机器人，其特征在于，所述电机3/4部分在所述车体内部，1/4部分裸露在所述车体外部。

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