CN111959209A - 一种轮鳍结构的水陆两栖机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮鳍结构的水陆两栖机器人，包括车体，车体上安装有陆地行走组件、水下鳍式推进组件以及用于在水下调整车体上浮、下潜和转向的桨式推进组件，桨式推进组件安装在车体的前端，水下鳍式推进组件安装在车体的后端。本发明具有结构简单紧凑、成本低、易于制作、工作稳定可靠、两栖运动性能好等优点。

Description

一种轮鳍结构的水陆两栖机器人

技术领域

本发明涉及移动行走装备技术领域，具体涉及一种轮鳍结构的水陆两栖机器人。

背景技术

随着海洋资源的逐渐开发和周边军事战略的需求，需要能够适应复杂作业环境和任务需求的水陆两栖机器人，来执行人类无法完成的近海域多种作战任务和探测任务，因此研制既能适应陆地和近海滩涂的多变地形，又能适应复杂水下环境的两栖机器人具有重要的使用价值和现实意义。

现有的水陆两栖机器人应用仿生学的方法，设计了多种结构型式，例如仿蟑螂结构、仿龙虾结构以及仿螃蟹结构等等。上述仿生机器人通过模仿某一种动物的外形与运动形式在实现水陆环境运动，但同时受到其仿生对象能力的限制，仅能够在一定环境内实现较好的两栖运动。美国Pliant公司研制了一种Velox仿鳐鱼两栖机器人，其具备较好的水陆环境适应性，且可以单兵携带，但其陆地运动速度仍然较慢。

目前应用的水陆两栖机器人普遍机动性能差，转向困难，结构柔韧性较差，水陆行走速度较低，对于适应水陆两栖复杂环境的运动与行进具有一定的缺陷。因此设计一款能够在陆地与水下环境迅速运动的水陆两栖机器人，已经成为一项亟待解决的关键技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种结构简单紧凑、成本低、易于制作、工作稳定可靠、两栖运动性能好的轮鳍结构的水陆两栖机器人。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种轮鳍结构的水陆两栖机器人，包括车体，所述车体上安装有陆地行走组件、水下鳍式推进组件以及用于在水下调整车体上浮、下潜和转向的桨式推进组件，所述桨式推进组件安装在车体的前端，所述水下鳍式推进组件安装在车体的后端。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述陆地行走组件包括分设于车体两侧的两个摇臂，各摇臂的中部以转动方式安装在车体上，各摇臂上安装有分设于摇臂的转动轴线两侧的前行走轮和后行走轮，每个摇臂上的前行走轮和后行走轮分别通过传动机构与安装在车体上的同一旋转驱动件相连。

所述旋转驱动件的驱动端连接有一中心齿轮，所述传动机构为传动齿轮组，各传动齿轮组包括多个安装在摇臂上且依次啮合的传动分齿轮。

所述旋转驱动件的驱动端通过一组减速齿轮组与所述中心齿轮相连。

所述车体上对应每个摇臂均设置一个旋转驱动件，各旋转驱动件驱动对应摇臂上的前行走轮和后行走轮。

所述桨式推进组件包括安装在车体前端的转动驱动件和连接于所述转动驱动件驱动端的桨叶。

所述水下鳍式推进组件包括底座、波动鳍和依次间隔安装在底座上的多个摆动单元，所述摆动单元包括安装在底座上的摆动驱动件和与所述摆动驱动件的驱动端相连的鳍条，各摆动单元的鳍条均与所述波动鳍相连。

所述鳍条通过转动组件以可转动方式连接于摆动驱动件的驱动端。

所述转动组件包括连接于弹性部件上转动座和连接于鳍条上的转轴，所述转轴通过轴承机构可转动的安装在转动座上。

所述底座为自车体后端向后延伸的条形座，多个摆动单元沿车体前后反向依次间隔安装在底座上，所述底座上远离车体的位置处安装有万向支撑轮。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明轮鳍结构的水陆两栖机器人通过陆地行走组件可驱使水陆两栖机器人在陆地上行进，通过水下鳍式推进组件和桨式推进组件可驱使水陆两栖机器人在水下行进，其中水下鳍式推进组件和桨式推进组件均可调节控制水陆两栖机器人的下潜、上浮、转向和制动，其可实现在水陆两栖环境下的运动，具有较好的两栖运动性能，并且还可调节水下鳍式推进组件和桨式推进组件的运行参数，使水陆两栖机器人更好的适应水下复杂环境。该水陆两栖机器人具有结构简单紧凑、成本低、易于制作、工作稳定可靠的优点。

附图说明

图1为水陆两栖机器人的立体结构示意图。

图2为车体去除顶盖后的立体结构示意图。

图3为传动齿轮组安装在摇臂上的立体结构示意图。

图4为旋转驱动件通过减速齿轮组与中心齿轮连接的立体结构示意图。

图5为桨式推进组件的立体结构示意图。

图6为水下鳍式推进组件的立体结构示意图。

图7为鳍条通过转动组件与摆动驱动件相连的立体结构示意图。

图例说明：

1、车体；2、陆地行走组件；22、摇臂；23、前行走轮；24、后行走轮；25、旋转驱动件；251、减速齿轮组；26、中心齿轮；27、传动分齿轮；3、水下鳍式推进组件；31、底座；32、波动鳍；33、摆动驱动件；34、鳍条；35、弹性部件；36、转动座；37、转轴；4、桨式推进组件；41、转动驱动件；42、桨叶；5、万向支撑轮。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本实施例的轮鳍结构的水陆两栖机器人，包括车体1，车体1上安装有陆地行走组件2、水下鳍式推进组件3以及用于在水下调整车体1上浮、下潜和转向的桨式推进组件4，桨式推进组件4安装在车体1的前端，水下鳍式推进组件3安装在车体1的后端。该轮鳍结构的水陆两栖机器人通过陆地行走组件2可驱使水陆两栖机器人在陆地上行进，通过水下鳍式推进组件3和桨式推进组件4可驱使水陆两栖机器人在水下行进，其中水下鳍式推进组件3和桨式推进组件4均可调节控制水陆两栖机器人的下潜、上浮、转向和制动，其可实现在水陆两栖环境下的运动，具有较好的两栖运动性能，并且还可调节水下鳍式推进组件3和桨式推进组件4的运行参数，使水陆两栖机器人更好的适应水下复杂环境。该水陆两栖机器人具有结构简单紧凑、成本低、易于制作、工作稳定可靠的优点。

本实施例中，如图1至图3所示，陆地行走组件2包括分设于车体1两侧的两个摇臂22，各摇臂22的中部以转动方式安装在车体1上，各摇臂22上安装有分设于摇臂22的转动轴线两侧的前行走轮23和后行走轮24，每个摇臂22上的前行走轮23和后行走轮24分别通过传动机构与安装在车体1上的同一旋转驱动件25相连。在陆地上正常行进时，摇臂22上的前行走轮23和后行走轮24同时与地面接触行走，保证水陆两栖机器人进行的稳定性，在遇到障碍物时，前行走轮23与障碍物接触，并受障碍物阻碍而减速，在旋转驱动件25输出转速的不变情况下，会迫使整个摇臂22绕前行走轮23旋转，从而带着后行走轮24翻转搭上障碍物，再利用后行走轮24与障碍物接触的驱动力，带动整个水陆两栖机器人攀越障碍物，能够实现高效、稳定的越障，同时在越障过程中前行走轮23和后行走轮24保持与地面或障碍物接触，能够提高稳定性，该陆地行走组件2具有结构简单紧凑、成本低、易于制作、控制简便、适应能力强、越障能力强的优点。

本实施例中，旋转驱动件25的驱动端连接有一中心齿轮26，传动机构为传动齿轮组，各传动齿轮组包括多个安装在摇臂22上且依次啮合的传动分齿轮27。本实施例各传动齿轮组的传动分齿轮27数量为四个，前行走轮23与中心齿轮26之间的传动齿轮组中，多个传动分齿轮27布置在前行走轮23的转轴和中心齿轮26之间，传动齿轮组一端的传动分齿轮27与中心齿轮26啮合，另一端的传动分齿轮27与安装在前行走轮23转轴上的输出齿轮啮合，从而中心齿轮26转动时驱使前行走轮23转轴转动。后行走轮24与中心齿轮26之间的传动齿轮组中，多个传动分齿轮27布置在后行走轮24的转轴和中心齿轮26之间，传动齿轮组一端的传动分齿轮27与中心齿轮26啮合，另一端的传动分齿轮27与安装在后行走轮24转轴上的输出齿轮啮合，从而中心齿轮26转动时驱使后行走轮24转轴转动。中心齿轮26和两组传动齿轮组构成一类行星轮齿轮传动组，有利于摇臂22翻转和水陆两栖机器人攀爬越障。

本实施例中，旋转驱动件25的驱动端通过一组减速齿轮组251与中心齿轮26相连。可以有效的降低中心齿轮26的旋转速度，提高摇臂22的翻转力矩。如图4所示，减速齿轮组251包括与旋转驱动件25相连的一级小齿轮、同轴安装的一级大齿轮和二级小齿轮、与中心齿轮26同轴安装的二级大齿轮，一级小齿轮与一级大齿轮啮合，二级小齿轮与二级大齿轮啮合。

本实施例中传动机构采用传动齿轮组，在其他实施例中，传动机构还可以是链传动机构或带传动机构。

本实施例中，车体1上对应每个摇臂22均设置一个旋转驱动件25，各旋转驱动件25驱动对应摇臂22上的前行走轮23和后行走轮24。当水陆两栖机器人需要变换前进方向时，采用旋转驱动件25分别驱动两个摇臂22上的前行走轮23和后行走轮24产生不同的转速，使便携式地面移动平台实现差速转向。

本实施例中，如图5所示，桨式推进组件4包括安装在车体1前端的转动驱动件41和连接于转动驱动件41驱动端的桨叶42，其结构简单、控制简便、驱动效果好。

本实施例中，如图1、图6和图7所示，水下鳍式推进组件3包括底座31、波动鳍32和依次间隔安装在底座31上的多个摆动单元，摆动单元包括安装在底座31上的摆动驱动件33和与摆动驱动件33的驱动端相连的鳍条34，各摆动单元的鳍条34均与波动鳍32相连。通过各摆动驱动件33驱动鳍条34往复摆动并控制相邻摆动驱动件33的相位差可驱使波动鳍32波动运动。本实施例的水下鳍式推进组件3具体设置五个摆动单元，使波动鳍32产生一个周期的类正弦波动。

本实施例中，鳍条34通过转动组件以可转动方式连接于摆动驱动件33的驱动端。由于波动鳍32角度随时变化，鳍条34以可转动方式连接于弹性部件35上，可良好的适应波动鳍32的角度变化，减小内部阻力。优选的，鳍条34的转动轴线垂直于鳍条34的摆动轴线，其减小内部阻力的效果最佳。

本实施例中，转动组件包括连接于弹性部件35上转动座36和连接于鳍条34上的转轴37，转轴37通过轴承机构可转动的安装在转动座36上。具体的，在转动座36上设有通孔，通孔中以过盈配合方式安装有两个滑动轴承，转轴37穿设安装在两个滑动轴承中，且转轴37通过连接于其端部的螺栓和鳍条34轴向限位，使转轴37仅能相对于转动座36转动，而不能相对于转动座36轴向移动。

本实施例中，底座31为自车体1后端向后延伸的条形座，多个摆动单元沿车体1前后反向依次间隔安装在底座31上，底座31上远离车体1的位置处安装有万向支撑轮5，在越障时，可通过该万向支撑轮5顶住底面，实现水陆两栖机器人整体灵活稳定的越障。

本实施例中，车体1优选采用箱体结构，在车体1中安装有电池、数据传输模块、控制电路板等动力及控制部件，使水陆两栖机器人结构更加紧凑。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种轮鳍结构的水陆两栖机器人，其特征在于：包括车体(1)，所述车体(1)上安装有陆地行走组件(2)、水下鳍式推进组件(3)以及用于在水下调整车体(1)上浮、下潜和转向的桨式推进组件(4)，所述桨式推进组件(4)安装在车体(1)的前端，所述水下鳍式推进组件(3)安装在车体(1)的后端。

2.根据权利要求1所述的水陆两栖机器人，其特征在于：所述陆地行走组件(2)包括分设于车体(1)两侧的两个摇臂(22)，各摇臂(22)的中部以转动方式安装在车体(1)上，各摇臂(22)上安装有分设于摇臂(22)的转动轴线两侧的前行走轮(23)和后行走轮(24)，每个摇臂(22)上的前行走轮(23)和后行走轮(24)分别通过传动机构与安装在车体(1)上的同一旋转驱动件(25)相连。

3.根据权利要求2所述的水陆两栖机器人，其特征在于：所述旋转驱动件(25)的驱动端连接有一中心齿轮(26)，所述传动机构为传动齿轮组，各传动齿轮组包括多个安装在摇臂(22)上且依次啮合的传动分齿轮(27)。

4.根据权利要求3所述的水陆两栖机器人，其特征在于：所述旋转驱动件(25)的驱动端通过一组减速齿轮组(251)与所述中心齿轮(26)相连。

5.根据权利要求2所述的水陆两栖机器人，其特征在于：所述车体(1)上对应每个摇臂(22)均设置一个旋转驱动件(25)，各旋转驱动件(25)驱动对应摇臂(22)上的前行走轮(23)和后行走轮(24)。

6.根据权利要求1所述的水陆两栖机器人，其特征在于：所述桨式推进组件(4)包括安装在车体(1)前端的转动驱动件(41)和连接于所述转动驱动件(41)驱动端的桨叶(42)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的水陆两栖机器人，其特征在于：所述水下鳍式推进组件(3)包括底座(31)、波动鳍(32)和依次间隔安装在底座(31)上的多个摆动单元，所述摆动单元包括安装在底座(31)上的摆动驱动件(33)和与所述摆动驱动件(33)的驱动端相连的鳍条(34)，各摆动单元的鳍条(34)均与所述波动鳍(32)相连。

8.根据权利要求7所述的水陆两栖机器人，其特征在于：所述鳍条(34)通过转动组件以可转动方式连接于摆动驱动件(33)的驱动端。

9.根据权利要求8所述的水陆两栖机器人，其特征在于：所述转动组件包括连接于弹性部件(35)上转动座(36)和连接于鳍条(34)上的转轴(37)，所述转轴(37)通过轴承机构可转动的安装在转动座(36)上。

10.根据权利要求7所述的水陆两栖机器人，其特征在于：所述底座(31)为自车体(1)后端向后延伸的条形座，多个摆动单元沿车体(1)前后反向依次间隔安装在底座(31)上，所述底座(31)上远离车体(1)的位置处安装有万向支撑轮(5)。

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