CN112356629A - 一种水陆两栖仿生机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于特种机器人技术领域，涉及一种水陆两栖仿生机器人。所述的仿生机器人的头部、腹部和尾部依次相连，所述头部包括鸭脚结构、头部壳体和传动装置；所述鸭脚结构为仿鸭蹼的被动铰链式结构，包括鸭脚架和鸭脚掌；所述鸭脚掌对称通过铰链安装在鸭脚架上；鸭脚结构通过腿部结构固定在头部壳体的两侧，所述头部壳体为圆柱形封闭空壳，内部含有传动装置；所述传动装置包括驱动电机、主动锥齿轮和被动锥齿轮，驱动电机通过锥齿轮组将动力传至连杆以控制鸭脚结构运动。本发明的水陆两栖仿生机器人解决了水下动作难，结构复杂，成本过高等问题，给相关工作人员提供了很大的帮助，节省很多时间，成本低，机器人运行精度高，灵敏性好。

Description

一种水陆两栖仿生机器人

技术领域

本发明属于特种机器人技术领域，涉及一种水陆两栖仿生机器人。

背景技术

在脊椎动物的发展进化历程中，水陆两栖动物的发展历史最为悠久。由于它们是较早的从水下走出并在陆地上生活的脊椎动物，所以成为了由单栖过渡至两栖动物的典型代表。长久的进化发展使得两栖动物不仅能够在陆地上爬行，而且能在水中游动。他们既保存有来自鱼类祖先的水下生活性状，又有适应陆地生活的新性状，并且具备着强大的环境适应能力。所以，向自然界中的生物学习，采用仿生学原理，设计、研制新型的机器、设备、材料和完整的仿生系统，是近年来快速发展的研究领域之一。

近年来，随着海洋的战略地位愈发重要，水陆两栖机器人得到了极大的发展。由于海洋的环境复杂多变难以探索，所以如何设计出结构简单灵巧且适应性强的水陆两栖机器人成为机器人研究中的重中之重。科学家通过将仿生学和机器人两大学科相结合，提出了新的想法：水陆两栖仿生机器人。水陆两栖仿生机器人根据两栖生物的生理结构和运动方式进行设计。由于生物经过了亿万年的进化与演绎，其生物体模型对海洋和陆地环境的适应性强，所以水陆两栖仿生机器人将会更容易完成指定的水下工作。相比于单一的水下或陆地机器人，水陆两栖机器人具备陆地和水下两种运动方式，因此可以完成更多、更复杂的任务。

基于以上背景，针对国内外对两栖仿生机器人的需求，结合仿生学知识，提取了蛇、鸭的生物学特点，设计一种两栖仿生机器人，期望解决现有的问题。

发明内容

本发明的目的在于满足现在水下探测任务的高要求性，提供一种水陆两栖仿生机器人，能够灵活高效的完成水下任务。

本发明的技术方案如下：

一种水陆两栖仿生机器人，包括头部、尾部和腹部；

所述的头部、腹部和尾部依次相连，所述的腹部可根据实际要求安装一个或多个。

所述头部包括鸭脚结构、头部壳体和传动装置；

所述鸭脚结构为仿鸭蹼的被动铰链式结构，包括鸭脚架和鸭脚掌；所述鸭脚掌对称通过铰链安装在鸭脚架上，能以90°角进行开合运动；鸭脚结构通过腿部结构固定在头部壳体的两侧，所述头部壳体为圆柱形封闭空壳，内部含有传动装置；所述传动装置包括驱动电机、主动锥齿轮和被动锥齿轮；驱动电机的输出端通过主动锥齿轮与被动锥齿轮齿合；被动锥齿轮与腿部结构相连，驱动电机通过锥齿轮组将动力传至连杆以控制鸭脚结构运动；所述腿部结构采用六个连杆构成的Klann连杆。

所述尾部包括鸭脚结构、尾部壳体、传动装置和螺旋桨；

所述尾部的鸭脚结构和传动装置与头部的相同；所述尾部壳体为圆柱形封闭空壳，内部设有传动装置；所述螺旋桨固定在尾部壳体的尾部，由传动装置的电机直接驱动，用于水下直线加速。

所述腹部包括腹部壳体和转弯装置；转弯装置固定在腹部壳体的上表面。所述腹部壳体为圆柱形封闭壳体，内部设有转弯装置的驱动模块和电源。所述的转弯装置包括舵机架A、舵机架B、舵机A和舵机B；所述的舵机架A固定在腹部壳体的上表面，舵机架A上固定舵机A，舵机A的另一端固定舵机架B，舵机架B上固定舵机B，舵机B的另一端固定舵机架C，舵机架A与舵机架B垂直，舵机架C与舵机架B平行。舵机的输出轴垂直安装，实现俯仰和偏航运动。

与现有技术相比，本发明所达到的有益作用：

本发明的水陆两栖仿生机器人解决了水下动作难，结构复杂，成本过高等问题，给相关工作人员提供了很大的帮助，节省很多时间，成本低，机器人运行精度高，灵敏性好。

附图说明

图1为机器人整体示意图。

图2为头部示意图。

图3为尾部示意图。

图4为腹部示意图。

图中：1头部；2腹部；3尾部；4鸭脚架；5鸭脚掌；6Klann连杆；7头部壳体；8驱动电机；9主动锥齿轮；10被动锥齿轮；11尾部壳体；12螺旋桨；13腹部壳体；14舵机架A；15舵机A；16舵机架B；17舵机架C；18舵机B。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1：

一种水陆两栖仿生机器人，包括头部1、尾部3和腹部2；

所述的头部1、腹部2和尾部3依次相连，所述的腹部2可根据实际要求安装一个或多个。

所述头部1包括鸭脚结构、头部壳体7和传动装置；

所述鸭脚结构为仿鸭蹼的被动铰链式结构，包括鸭脚架4和鸭脚掌5；所述鸭脚掌5对称通过铰链安装在鸭脚架4上，能以90°角进行开合运动；鸭脚结构通过腿部结构固定在头部壳体7的两侧，所述头部壳体7为圆柱形封闭空壳，内部含有传动装置；所述传动装置包括驱动电机8、主动锥齿轮9和被动锥齿轮10；驱动电机8的输出端通过主动锥齿轮9与被动锥齿轮10齿合；被动锥齿轮10与腿部结构相连，驱动电机8通过锥齿轮组将动力传至连杆以控制鸭脚结构运动；所述腿部结构采用六个连杆构成的Klann连杆6。

所述尾部3包括鸭脚结构、尾部壳体11、传动装置和螺旋桨12；

所述尾部3的鸭脚结构和传动装置与头部1的相同；所述尾部壳体11为圆柱形封闭空壳，内部设有传动装置；所述螺旋桨12固定在尾部壳体11的尾部，由传动装置的电机直接驱动，用于水下直线加速。

所述腹部2包括腹部壳体13和转弯装置；转弯装置固定在腹部壳体13的上表面。所述腹部壳体13为圆柱形封闭壳体，内部设有转弯装置的驱动模块和电源。所述的转弯装置包括舵机架A14、舵机架B16、舵机A15和舵机B18；所述的舵机架A14固定在腹部壳体13的上表面，舵机架A14上固定舵机A15，舵机A15的另一端固定舵机架B16，舵机架B16上固定舵机B18，舵机B18的另一端固定舵机架C17，舵机架A14与舵机架B16垂直，舵机架C17与舵机架B16平行。舵机的输出轴垂直安装，实现俯仰和偏航运动。

实施例2：

本发明的工作原理如下：

陆地行走时，依靠头部1、尾部3里四个驱动电机8控制四个鸭脚以向前运动，转弯时依靠腹部2的舵机来控制；腿部结构的Kllan连杆6可实现向前迈步的动作，稳定快速；

水下工作时，动力来源为鸭脚结构和螺旋桨12，当鸭脚结构相对于身体向前运动时，由于水的阻力作用，鸭脚掌5向后闭合，水的阻力减小；当鸭脚结构相对于身体向后运动时，由于水的阻力作用，鸭脚掌5张开到最大，鸭脚架4限制住鸭脚掌5的位移，使得此时鸭脚掌5受的水的作用力最大，也就成为了机器人向前的动力；如果直线行驶时，螺旋桨12工作可以加速前进。需要转弯时，腹部2的舵机俯仰与偏航的配合可以实现机器人向各个方向的转动；同时腹部2可以根据要求重复安装。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种水陆两栖仿生机器人，其特征在于，包括头部(1)、尾部(3)和腹部(2)；

所述的头部(1)、腹部(2)和尾部(3)依次相连；

所述头部(1)包括鸭脚结构、头部壳体(7)和传动装置；

所述鸭脚结构为仿鸭蹼的被动铰链式结构，包括鸭脚架(4)和鸭脚掌(5)；所述鸭脚掌(5)对称通过铰链安装在鸭脚架(4)上，能以90°角进行开合运动；鸭脚结构通过腿部结构固定在头部壳体(7)的两侧，所述头部壳体(7)为圆柱形封闭空壳，内部含有传动装置；所述传动装置包括驱动电机(8)、主动锥齿轮(9)和被动锥齿轮(10)；驱动电机(8)的输出端通过主动锥齿轮(9)与被动锥齿轮(10)齿合；被动锥齿轮(10)与腿部结构相连，驱动电机(8)通过锥齿轮组将动力传至连杆以控制鸭脚结构运动；

所述尾部(3)包括鸭脚结构、尾部壳体(11)、传动装置和螺旋桨(12)；

所述尾部(3)的鸭脚结构和传动装置与头部(1)的相同；所述尾部壳体(11)为圆柱形封闭空壳，内部设有传动装置；所述螺旋桨(12)固定在尾部壳体(11)的尾部，由传动装置的电机直接驱动，用于水下直线加速；

所述腹部(2)包括腹部壳体(13)和转弯装置；转弯装置固定在腹部壳体(13)的上表面；所述腹部壳体(13)为圆柱形封闭壳体，内部设有转弯装置的驱动模块和电源；所述的转弯装置包括舵机架A(14)、舵机架B(16)、舵机A(15)和舵机B(18)；所述的舵机架A(14)固定在腹部壳体(13)的上表面，舵机架A(14)上固定舵机A(15)，舵机A(15)的另一端固定舵机架B(16)，舵机架B(16)上固定舵机B(18)，舵机B(18)的另一端固定舵机架C(17)，舵机架A(14)与舵机架B(16)垂直，舵机架C(17)与舵机架B(16)平行。

2.如权利要求1所述的一种水陆两栖仿生机器人，其特征在于，所述腿部结构采用六个连杆构成的Klann连杆(6)。

3.如权利要求1或2所述的一种水陆两栖仿生机器人，其特征在于，所述的腹部(2)根据实际要求安装一个或多个。

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