CN112693268A - 一种基于空气润滑的仿生水陆两栖型机器人 - Google Patents

Abstract

本公开是关于一种基于空气润滑的仿生水陆两栖型机器人，包括依次连接的一头顶部、一头部、一中部和一尾部，整体呈流线型，各组成部分的外壁之间采用静密封结构设计；在所述中部的外壁设置一环带区域，在所述环带区域与所述中部的内壁之间包括一空腔，且在所述环带区域表面开设多个空气润滑斜孔；在所述中部的内部还安装有一空气润滑机构，该空气润滑机构中存储有压缩气体，并通过一气体传输通路连通于所述空腔，使得所述空气润滑机构中的气体通过所述气体传输通路进入所述空腔，并从所述多个空气润滑斜孔喷出。本公开第一次将空气润滑技术引入水陆两栖型机器人，以实现跨介质运动，适用于南北极等较恶劣环境下的资源勘探等工作。

Description

一种基于空气润滑的仿生水陆两栖型机器人

技术领域

本公开涉及仿生两栖型机器人技术领域，尤其涉及一种基于空气润滑的仿生水陆两栖型机器人。

背景技术

现代信息化条件下的战争对无人作战装备产生了越来越高的依赖和要求，但单一环境机器人在一些特殊场合很难完成任务，因此，启发于水陆两栖类动物的水陆两栖型机器人受到了研究者们的关注。值得注意的是，结合了陆地机器人和水下机器人优势的水陆两栖型机器人，不仅在军事领域有很大的应用潜力，而且在资源勘察、环境保护以及科学调研等领域也有很大的应用价值。

水陆两栖型机器人根据运动方式主要可以分为腿式和蛇形两种。其中，对于腿式来说：公开号CN111251797A的中国专利申请公开了一种拥有步行足和游泳足的水陆两栖机器人，在陆地上利用三对步行足行走，在水下利用两个游泳足游动，并通过三对步行足调节重心以实现滑翔模态。公开号CN110027692A的中国专利申请公开了一种基于波动鳍推进的水陆两栖机器人，通过正弦运动的波动鳍与地面的静摩擦力以及与推动水流的反作用力实现水陆两栖运动。

对于蛇形来说：公开号CN106346462A的中国专利申请公开了一种模块化关节的蛇形两栖机器人，每一个模块上设置了两个舵机以实现俯仰和偏航运动，这种模块化的设计简化了结构，提高了稳定性和灵活性。

除此之外，部分研究通过结合腿式和蛇形以实现多模态运动。公开号CN101456341A的中国专利申请公开了一种多模态仿生两栖机器人，其通过头部胸鳍/轮桨机构切换模态，在陆地上运动时，切换为轮浆驱动，并利用尾部的辅助轮支撑身体；在水下运动时，切换为胸鳍控制方向，尾部的多关节仿鱼推进单元用于推进。

然而，相关的水陆两栖型机器人研究在进行水陆环境切换时，局限于坡度较缓的变化带，这使其在南北极等较恶劣环境下的作业能力差强人意。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决应用于南北极等较恶劣环境下的水陆两栖型机器人，受启发于南极具有两栖行为的生物，本公开提供了一种基于空气润滑的仿生水陆两栖型机器人，通过改进现有的推进装置，提高水下和跨介质运动的速度，实现了水陆两栖运动。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本公开采用的技术解决方案如下：

一种基于空气润滑的仿生水陆两栖型机器人，包括依次连接的一头顶部6、一头部5、一中部3和一尾部2，整体呈流线型，各组成部分的外壁之间采用静密封结构设计；在所述中部3的外壁设置一环带区域，在所述环带区域与所述中部3的内壁之间包括一空腔，且在所述环带区域表面开设多个空气润滑斜孔；在所述中部3的内部还安装有一空气润滑机构，该空气润滑机构中存储有压缩气体，并通过一气体传输通路连通于所述空腔，使得所述空气润滑机构中的气体通过所述气体传输通路进入所述空腔，并从所述多个空气润滑斜孔喷出；在跃出阶段，所述仿生水陆两栖型机器人通过所述多个空气润滑斜孔，释放存储在所述空气润滑机构中的压缩气体，实现该仿生水陆两栖型机器人在水下的加速运动，以跃出到冰面。

上述方案中，在所述头部5的两侧安装有两个胸鳍4，在所述头部5内部安装有用于驱动两个胸鳍4使所述仿生水陆两栖型机器人进行平面运动的舵机45和电机10，在水下运动阶段，所述仿生水陆两栖型机器人通过分别由舵机45和电机10控制的两个自由度，驱动两个胸鳍4，实现平行于水平面的运动。

上述方案中，在冰面运动阶段，所述仿生水陆两栖型机器人通过协调由舵机45和电机10控制的两个自由度，驱动两个胸鳍4，实现该仿生水陆两栖型机器人在冰面进行运动。

上述方案中，所述两个胸鳍4之间的运动相位差为±180°，所述电机10控制的自由度为推力的主要来源，而所述舵机45控制的自由度能够调整两个胸鳍4与冰面的接触面积，进而提高摩擦力。

上述方案中，在所述头部5内部还安装有用于使所述仿生水陆两栖型机器人于水下运动阶段进行上浮和下潜运动的吸排水机构7。

上述方案中，所述吸排水机构7包括一头部吸排水通道18，所述头部吸排水通道18与所述吸排水机构7的空心螺纹轴通过所述头部5中的头部螺母15连接，用于吸水和排水，从而调节仿生水陆两栖型机器人的重力。

上述方案中，所述头顶部6呈锥型，包括一头顶部螺母槽52和多个头顶部通孔51，其中：头顶部螺母槽52设置于呈锥型头顶部6底面的中心，作为头部5中的头部螺母15的安装位置，为头部5中的头部螺母15提供容置空间；多个头顶部通孔51设置于呈锥型头顶部6底面且围绕头顶部螺母槽52均匀分布；多个头顶部通孔51与头部5中的多个头部螺纹盲孔14对应设置，且多个头顶部通孔51与多个头部螺纹盲孔14通过螺栓固定连接。

上述方案中，在所述头部5内部的两侧壁包括两个胸鳍舱，每个胸鳍舱中安装有一舵机舱13，在所述头部5两侧的两个胸鳍4分别自所述头部5外部安装于两个舵机舱13上。

上述方案中，在所述头部5内部的两侧壁的两个胸鳍舱上，分别安装有万向联轴器8、胸鳍舱封盖9、电机10和电机支架11，其中电机10安装于万向联轴器8上，电机支架11用于支撑和固定电机10，胸鳍舱封盖9用于密封胸鳍舱。

上述方案中，所述胸鳍舱采用动密封结构设计，包括胸鳍舱O圈密封槽21、胸鳍舱滚动轴承槽22、胸鳍舱弹性挡圈槽23和胸鳍舱封盖槽24，其中：所述胸鳍舱O圈密封槽21与所述舵机舱13通过O圈进行密封；所述胸鳍舱滚动轴承槽22中装入滚动轴承，以支撑所述舵机舱13；所述胸鳍舱弹性挡圈槽23中装入弹性挡圈，用于固定滚动轴承的外圈；所述胸鳍舱封盖槽24与所述胸鳍舱封盖9通过O圈进行密封。

上述方案中，所述中部3包括中部通孔46、中部密封面47、空气润滑斜孔48、中部螺纹盲孔49和中部O圈密封槽50，其中：所述中部通孔46与所述尾部2的第二尾部螺纹盲孔55通过螺栓连接；所述中部密封面47与所述尾部2的尾部O圈密封槽56通过O圈进行密封；所述空气润滑斜孔48用于输出内部空气润滑系统的压缩空气；所述中部螺纹盲孔49与所述头部5的头部通孔12通过螺栓连接；所述中部O圈密封槽50中装入O圈与所述头部5进行密封。

上述方案中，所述尾部2包括尾部盲孔53、第一尾部螺纹盲孔54、第二尾部螺纹盲孔55和尾部O圈密封槽56，其中：尾部盲孔53中装入两栖型机器人脚蹼1；第一尾部螺纹盲孔54与脚蹼通孔57通过螺栓连接；第二尾部螺纹盲孔55与中部通孔46通过螺栓连接；尾部O圈密封槽56中装入O圈与两栖型机器人所述中部3进行密封。

上述方案中，在所述尾部2两侧安装有两个脚蹼1，所述两个脚蹼1通过螺栓将脚蹼通孔57与第一尾部螺纹盲孔54进行连接，进而将所述两个脚蹼1固定于所述尾部2的两侧。

(三)有益效果

本公开提供的基于空气润滑的仿生水陆两栖型机器人，第一次将空气润滑技术引入水陆两栖型机器人，以实现跨介质运动，使其较于现有的其他水陆两栖型机器人，更适用于南北极等较恶劣环境下的资源勘探等工作。另外，头顶部6、头部5、中部3和尾部2各组成部分的外壁之间采用的静密封结构设计，头部5的胸鳍舱采用的动密封结构设计，头部5内部的吸排水机构7采用的安装设计，使得该基于空气润滑的仿生水陆两栖型机器人便于装拆。

附图说明

本公开的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是依照本公开实施例的基于空气润滑的仿生水陆两栖型机器人的结构示意图；

图2为图1中仿生水陆两栖型机器人的头顶部6的结构示意图；

图3为图1中仿生水陆两栖型机器人的头部5外部结构的示意图；

图4为图1中仿生水陆两栖型机器人的头部5内部结构的示意图；

图5为图1中仿生水陆两栖型机器人的头部5内部各安装孔的示意图；

图6为图4中仿生水陆两栖型机器人的头部5的胸鳍舱的剖面图；

图7为图4中仿生水陆两栖型机器人的电机支架11的示意图；

图8为图4中仿生水陆两栖型机器人的头部5的胸鳍舱封盖9的结构示意图；

图9为图4中仿生水陆两栖型机器人的头部5的胸鳍舱封盖9的剖面图；

图10为图3中仿生水陆两栖型机器人的舵机舱13的结构示意图；

图11为图10中仿生水陆两栖型机器人的舵机舱封盖33的结构示意图；

图12为图10中仿生水陆两栖型机器人的舵机舱封盖33的剖面图；

图13为图10中仿生水陆两栖型机器人的舵机舱13去掉舵机舱封盖33的结构示意图；

图14为图1中仿生水陆两栖型机器人的中部3的结构示意图；

图15为图1中仿生水陆两栖型机器人的尾部2的结构示意图；

图16为图1中仿生水陆两栖型机器人的脚蹼1的结构示意图。

附图标记：

1为脚蹼，2为尾部，3为中部、4为胸鳍、5为头部、6为头顶部；

7为吸排水机构、8为万向联轴器、9为胸鳍舱封盖、10为电机、11为电机支架；

12为头部通孔、13为舵机舱、14为头部螺纹盲孔、15为头部螺母；

16为吸排水机构螺纹盲孔、17为胸鳍舱螺纹盲孔、18为头部吸排水通道、19为电机支架螺纹盲孔、20为头部密封面；

21为胸鳍舱O圈密封槽、22为胸鳍舱滚动轴承槽、23为胸鳍舱弹性挡圈槽、24为胸鳍舱封盖槽

25为第一电机支架通孔、26为第二电机支架通孔；

27为胸鳍舱封盖弹性挡圈槽、28为胸鳍舱封盖滚动轴承槽、29为胸鳍舱封盖通孔、30为胸鳍舱封盖O圈密封槽、31为舵机舱封盖O圈密封槽；

32为舵机舱输出轴、33为舵机舱封盖、34为舵机舱外壳、35为舵机舱通孔支撑轴、36为舵机舱通孔支撑轴滚动轴承面、37为舵机舱支撑轴滚动轴承面、38为舵机舱连接轴、39为舵机舱封盖O圈外壳密封槽、40为舵机舱封盖通孔、41为舵机舱封盖O圈密封槽、42为舵机舱螺纹盲孔、43为舵机螺纹盲孔、44为舵机舱输出轴法兰盘、45为舵机舱舵机；

46为中部通孔、47为中部密封面、48为空气润滑斜孔、49为中部螺纹盲孔、50为中部O圈密封槽；

51为头顶部通孔、52为头顶部螺母槽；

53为尾部盲孔、54为第一尾部螺纹盲孔、55为第二尾部螺纹盲孔、56为尾部O圈密封槽、57为脚蹼通孔。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

下面详细描述本公开的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本公开，而不能理解为对本公开的限制。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在本公开的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本公开的不同结构。为了简化本公开的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本公开。此外，本公开可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本公开提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

如图1所示，图1是依照本公开实施例的基于空气润滑的仿生水陆两栖型机器人的结构示意图，该仿生水陆两栖型机器人包括依次连接的一头顶部6、一头部5、一中部3和一尾部2，整体呈流线型，各组成部分的外壁之间采用静密封结构设计；在所述中部3的外壁设置一环带区域，该环带区域如图1中深色区域所示，在所述环带区域与所述中部3的内壁之间包括一空腔，且在所述环带区域表面开设多个空气润滑斜孔；在所述中部3的内部还安装有一空气润滑机构，该空气润滑机构中存储有压缩气体，并通过一气体传输通路连通于所述空腔，使得所述空气润滑机构中的气体通过所述气体传输通路进入所述空腔，并从所述多个空气润滑斜孔喷出；在跃出阶段，所述仿生水陆两栖型机器人通过所述多个空气润滑斜孔，释放存储在所述空气润滑机构中的压缩气体，实现该仿生水陆两栖型机器人在水下的加速运动，以跃出到冰面。

本公开提供的基于空气润滑的仿生水陆两栖型机器人，第一次将空气润滑技术引入水陆两栖型机器人，以实现跨介质运动，使其较于现有的其他水陆两栖型机器人，更适用于南北极等较恶劣环境下的资源勘探等工作。

在本公开的一个实施例中，在所述头部5两侧安装有两个胸鳍4，在所述头部5内部安装有用于驱动两个胸鳍4使所述仿生水陆两栖型机器人进行平面运动的舵机45和电机10。在所述头部5内部还安装有用于使所述仿生水陆两栖型机器人进行上浮和下潜运动的吸排水机构7。

在水下运动阶段，本公开提供的基于空气润滑的仿生水陆两栖型机器人，通过分别由舵机45和电机10控制的两个自由度，驱动两个胸鳍4，实现该仿生水陆两栖型机器人在由X轴和Y轴界定的平行于水平面的运动。

同时，在水下运动阶段，本公开提供的基于空气润滑的仿生水陆两栖型机器人，通过吸排水机构7实现该仿生水陆两栖型机器人在Z轴方向的运动，即在水下进行上浮和下潜运动。

在冰面运动阶段，本公开提供的基于空气润滑的仿生水陆两栖型机器人，通过协调由舵机45和电机10控制的两个自由度，驱动两个胸鳍4，实现该仿生水陆两栖型机器人在冰面进行运动。其中，两个胸鳍4之间的运动相位差为±180°，电机10控制的自由度为推力的主要来源，而舵机45控制的自由度能够调整两个胸鳍4与冰面的接触面积，进而提高摩擦力。

在本公开的一个实施例中，如图2所示，图2为图1中仿生水陆两栖型机器人的头顶部6的结构示意图。所述头顶部6呈锥型，包括一头顶部螺母槽52和多个头顶部通孔51，其中头顶部螺母槽52设置于呈锥型头顶部6底面的中心，作为头部5中的头部螺母15的安装位置，为头部5中的头部螺母15提供容置空间；多个头顶部通孔51设置于呈锥型头顶部6底面且围绕头顶部螺母槽52均匀分布；多个头顶部通孔51与头部5中的多个头部螺纹盲孔14对应设置，且多个头顶部通孔51与多个头部螺纹盲孔14通过螺栓固定连接。

在本公开的一个实施例中，如图3所示，图3为图1中仿生水陆两栖型机器人的头部5外部结构的示意图。在所述头部5与所述头顶部6连接的端面的中心具有一头部螺母15，多个头部螺纹盲孔14设置于所述头部5与所述头顶部6连接的端面且围绕于头部螺母15的周围均匀分布，该多个头部螺纹盲孔14与所述头顶部6的多个头顶部通孔51通过螺栓固定连接。在所述头部5内部的两侧壁包括两个胸鳍舱，每个胸鳍舱中安装有一舵机舱13，在所述头部5两侧的两个胸鳍4分别自所述头部5外部安装于两个舵机舱13上。所述头部5与所述中部3的连接处具有多个头部通孔12，多个头部通孔12与所述中部3的多个中部螺纹盲孔49通过螺栓连接，实现所述头部5与所述中部3的连接。

在本公开的一个实施例中，如图4所示，图4为图1中仿生水陆两栖型机器人的头部5内部结构的示意图。在所述头部5内部的上侧壁包括一吸排水机构7，通过该吸排水机构7将水自外部吸入该仿生水陆两栖型机器人内部，实现该仿生水陆两栖型机器人在Z轴方向的下潜运动，通过该吸排水机构7将水自该仿生水陆两栖型机器人内部排出，实现该仿生水陆两栖型机器人在Z轴方向的上浮运动。

在本公开的一个实施例中，如图4所示，在所述头部5内部的两侧壁的两个胸鳍舱上，分别安装有万向联轴器8、胸鳍舱封盖9、电机10和电机支架11，其中电机10安装于万向联轴器8上，电机支架11用于支撑和固定电机10，胸鳍舱封盖9用于密封胸鳍舱。

在本公开的一个实施例中，如图5所示，图5为图1中仿生水陆两栖型机器人的头部5内部各安装孔的示意图。所述吸排水机构7包括一头部吸排水通道18，该吸排水机构7通过该头部吸排水通道18将水自外部吸入该仿生水陆两栖型机器人内部，或者将水自该仿生水陆两栖型机器人内部排出，实现该仿生水陆两栖型机器人在Z轴方向的下潜运动或上浮运动。所述头部吸排水通道18与所述吸排水机构7的空心螺纹轴通过所述头部5中的头部螺母15连接，用于吸水和排水，从而调节仿生水陆两栖型机器人的重力。所述头部5内部的上壁包括一固定板，在该固定板上包括多个吸排水机构螺纹盲孔16，该多个吸排水机构螺纹盲孔16与该吸排水机构7通过螺栓连接，实现该吸排水机构7的固定。

在本公开的一个实施例中，如图5所示，所述头部5内部的下侧壁包括两个头部密封面20，每个头部密封面20与所述中部3的中部O圈密封槽50通过O圈进行密封。每个头部5内部具有多个电机支架螺纹盲孔19，该多个电机支架螺纹盲孔19与所述电机支架11通过螺栓连接，实现所述电机支架11的固定。

在本公开的一个实施例中，如图5所示，该仿生水陆两栖型机器人的头部5内部的两个胸鳍舱封盖9分别包括多个胸鳍舱螺纹盲孔17，该多个胸鳍舱螺纹盲孔17与所述胸鳍舱封盖9通过螺栓连接，实现所述胸鳍舱封盖9的密封。

在本公开的一个实施例中，如图6所示，图6为图4中仿生水陆两栖型机器人的头部5的胸鳍舱的剖面图。该胸鳍舱采用动密封结构设计，包括胸鳍舱O圈密封槽21、胸鳍舱滚动轴承槽22、胸鳍舱弹性挡圈槽23和胸鳍舱封盖槽24。其中，所述胸鳍舱O圈密封槽21与所述舵机舱13通过O圈进行密封；所述胸鳍舱滚动轴承槽22中装入滚动轴承，以支撑所述舵机舱13；所述胸鳍舱弹性挡圈槽23中装入弹性挡圈，用于固定滚动轴承的外圈；所述胸鳍舱封盖槽24与所述胸鳍舱封盖9通过O圈进行密封。

在本公开的一个实施例中，如图7所示，图7为图4中仿生水陆两栖型机器人的电机支架11的示意图。所述电机支架11包括多个第一电机支架通孔25和多个第二电机支架通孔26，其中所述第一电机支架通孔25与所述电机10通过螺栓连接，用于支撑所述电机10；所述第二电机支架通孔26与所述电机支架螺纹盲孔19通过螺栓连接，用于固定所述电机支架11。

在本公开的一个实施例中，如图8和图9所示，图8为图4中仿生水陆两栖型机器人的头部5的胸鳍舱封盖9的结构示意图，图9为图4中仿生水陆两栖型机器人的头部5的胸鳍舱封盖9的剖面图。所述胸鳍舱封盖9包括胸鳍舱封盖弹性挡圈槽27、胸鳍舱封盖滚动轴承槽28、胸鳍舱封盖通孔29、胸鳍舱封盖O圈密封槽30和胸鳍舱封盖O圈密封槽31。其中，所述胸鳍舱封盖弹性挡圈槽27中装入弹性挡圈，用于固定滚动轴承的外圈；所述胸鳍舱封盖滚动轴承槽28中装入滚动轴承，以支撑所述舵机舱13；所述胸鳍舱封盖通孔29与所述胸鳍舱螺纹盲孔17通过螺栓连接，用于固定所述胸鳍舱封盖9；所述胸鳍舱封盖O圈密封槽30与所述胸鳍舱封盖槽24通过O圈进行密封；所述舵机舱封盖O圈密封槽31与所述舵机舱13通过O圈进行密封。

在本公开的一个实施例中，如图10和图13所示，图10为图3中仿生水陆两栖型机器人的舵机舱13的结构示意图，图13为图10中仿生水陆两栖型机器人的舵机舱13去掉舵机舱封盖33的结构示意图。所述舵机舱13包括舵机舱输出轴32、舵机舱封盖33、舵机舱外壳34、舵机舱输出轴法兰盘44和舵机舱舵机45。其中，舵机舱输出轴32与舵机舱输出轴法兰盘44通过螺栓连接；舵机舱输出轴法兰盘44与舵机舱舵机45通过齿形键连接；舵机舱舵机45与舵机舱外壳34通过螺栓连接；舵机舱封盖33与舵机舱外壳34通过螺栓连接。

在本公开的一个实施例中，如图10和图13所示，图13为图10中仿生水陆两栖型机器人的舵机舱13去掉舵机舱封盖33的结构示意图。所述舵机舱外壳34包括舵机舱通孔支撑轴35、舵机舱通孔支撑轴滚动轴承面36、舵机舱支撑轴滚动轴承面37、舵机舱连接轴38、舵机舱螺纹盲孔42和舵机螺纹盲孔43。舵机舱通孔支撑轴35与两栖型机器人头部5通过O圈进行密封，其中舵机舱通孔支撑轴35中的通孔用于引出舵机舱舵机45的电源线和信号线；舵机舱通孔支撑轴滚动轴承面36与装入胸鳍舱滚动轴承槽22的滚动轴承配合，用于支撑舵机舱13；舵机舱支撑轴滚动轴承面37与装入胸鳍舱封盖滚动轴承槽28的滚动轴承配合，用于支撑舵机舱13；舵机舱连接轴38与电机10通过万向联轴器8连接，其中，万向联轴器8用于调整电机旋转轴与舵机舱旋转轴的角度差；舵机舱螺纹盲孔42与舵机舱封盖通孔40通过螺栓连接；舵机螺纹盲孔43与舵机舱舵机45通过螺栓连接，用于固定舵机。

在本公开的一个实施例中，如图11和12所示，图11为图10中仿生水陆两栖型机器人的舵机舱封盖33的结构示意图，图12为图10中仿生水陆两栖型机器人的舵机舱封盖33的剖面图。所述舵机舱封盖33包括舵机舱封盖O圈外壳密封槽39、舵机舱封盖通孔40和舵机舱封盖O圈密封槽41。其中，舵机舱封盖O圈外壳密封槽39与舵机舱外壳34通过O圈进行密封；舵机舱封盖通孔40与舵机舱外壳34通过螺栓连接；舵机舱封盖O圈密封槽41与舵机舱输出轴32通过O圈进行密封。

在本公开的一个实施例中，如图14所示，图14为图1中仿生水陆两栖型机器人的中部3的结构示意图。所述中部3包括中部通孔46、中部密封面47、空气润滑斜孔48、中部螺纹盲孔49和中部O圈密封槽50。所述中部通孔46与所述尾部2的第二尾部螺纹盲孔55通过螺栓连接；所述中部密封面47与所述尾部2的尾部O圈密封槽56通过O圈进行密封；所述空气润滑斜孔48用于输出内部空气润滑系统的压缩空气；所述中部螺纹盲孔49与所述头部5的头部通孔12通过螺栓连接；所述中部O圈密封槽50中装入O圈与所述头部5进行密封。

在本公开的一个实施例中，如图15所示，图15为图1中仿生水陆两栖型机器人的尾部2的结构示意图。所述尾部2包括尾部盲孔53、第一尾部螺纹盲孔54、第二尾部螺纹盲孔55和尾部O圈密封槽56。尾部盲孔53中装入两栖型机器人脚蹼1；第一尾部螺纹盲孔54与脚蹼通孔57通过螺栓连接；第二尾部螺纹盲孔55与中部通孔46通过螺栓连接；尾部O圈密封槽56中装入O圈与两栖型机器人所述中部3进行密封。

在本公开的一个实施例中，如图16所示，图16为图1中仿生水陆两栖型机器人的脚蹼1的结构示意图。在所述尾部2两侧安装有两个脚蹼1。所述两个脚蹼1通过螺栓将脚蹼通孔57与第一尾部螺纹盲孔54进行连接，进而将所述两个脚蹼1固定于所述尾部2的两侧。

在本公开的一个实施例中，头顶部6、头部5、中部3和尾部2各部的外壁之间采用的静密封结构设计，头部5的胸鳍舱采用的动密封结构设计，头部5内部的吸排水机构7采用的安装设计，使得该基于空气润滑的仿生水陆两栖型机器人便于装拆。

根据本公开提供的基于空气润滑的仿生水陆两栖型机器人的形态，基于空气润滑的仿生水陆两栖型机器人在水下运动阶段，通过分别由舵机45和电机10控制的两个自由度，驱动胸鳍4，以实现平面运动，并通过吸排水机构7实现Z轴方向上浮和下潜的运动；在跃出阶段，通过空气润滑斜孔，释放存储在空气润滑机构中的压缩气体，实现加速，以跃出到冰面；在冰面运动阶段，通过协调由舵机45和电机10控制的两个自由度，驱动两个胸鳍4，以实现平行于水平面运动，其中，两胸鳍4之间的运动相位差为±180°，电机10控制的自由度为推力的主要来源，而舵机控制的自由度可以调整胸鳍与冰面的接触面积，以提高摩擦力。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“某些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种基于空气润滑的仿生水陆两栖型机器人，其特征在于，包括依次连接的一头顶部(6)、一头部(5)、一中部(3)和一尾部(2)，整体呈流线型，各组成部分的外壁之间采用静密封结构设计；

在所述中部(3)的外壁设置一环带区域，在所述环带区域与所述中部(3)的内壁之间包括一空腔，且在所述环带区域表面开设多个空气润滑斜孔；

在所述中部(3)的内部还安装有一空气润滑机构，该空气润滑机构中存储有压缩气体，并通过一气体传输通路连通于所述空腔，使得所述空气润滑机构中的气体通过所述气体传输通路进入所述空腔，并从所述多个空气润滑斜孔喷出；

在跃出阶段，所述仿生水陆两栖型机器人通过所述多个空气润滑斜孔，释放存储在所述空气润滑机构中的压缩气体，实现该仿生水陆两栖型机器人在水下的加速运动，以跃出到冰面。

2.根据权利要求1所述的基于空气润滑的仿生水陆两栖型机器人，其特征在于，在所述头部(5)的两侧安装有两个胸鳍(4)，在所述头部(5)内部安装有用于驱动两个胸鳍(4)使所述仿生水陆两栖型机器人进行平面运动的舵机(45)和电机(10)，在水下运动阶段，所述仿生水陆两栖型机器人通过分别由舵机(45)和电机(10)控制的两个自由度，驱动两个胸鳍(4)，实现平行于水平面的运动。

3.根据权利要求2所述的基于空气润滑的仿生水陆两栖型机器人，其特征在于，在冰面运动阶段，所述仿生水陆两栖型机器人通过协调由舵机(45)和电机(10)控制的两个自由度，驱动两个胸鳍(4)，实现该仿生水陆两栖型机器人在冰面进行运动。

4.根据权利要求3所述的基于空气润滑的仿生水陆两栖型机器人，其特征在于，所述两个胸鳍(4)之间的运动相位差为±180°，所述电机(10)控制的自由度为推力的主要来源，而所述舵机(45)控制的自由度能够调整两个胸鳍(4)与冰面的接触面积，进而提高摩擦力。

5.根据权利要求2所述的基于空气润滑的仿生水陆两栖型机器人，其特征在于，在所述头部(5)内部还安装有用于使所述仿生水陆两栖型机器人于水下运动阶段进行上浮和下潜运动的吸排水机构(7)。

6.根据权利要求5所述的基于空气润滑的仿生水陆两栖型机器人，其特征在于，所述吸排水机构(7)包括一头部吸排水通道(18)，所述头部吸排水通道(18)与所述吸排水机构(7)的空心螺纹轴通过所述头部(5)中的头部螺母(15)连接，用于吸水和排水，从而调节仿生水陆两栖型机器人的重力。

7.根据权利要求1所述的基于空气润滑的仿生水陆两栖型机器人，其特征在于，所述头顶部(6)呈锥型，包括一头顶部螺母槽(52)和多个头顶部通孔(51)，其中：

头顶部螺母槽(52)设置于呈锥型头顶部(6)底面的中心，作为头部(5)中的头部螺母(15)的安装位置，为头部(5)中的头部螺母(15)提供容置空间；

多个头顶部通孔(51)设置于呈锥型头顶部(6)底面且围绕头顶部螺母槽(52)均匀分布；

多个头顶部通孔(51)与头部(5)中的多个头部螺纹盲孔(14)对应设置，且多个头顶部通孔(51)与多个头部螺纹盲孔(14)通过螺栓固定连接。

8.根据权利要求1所述的基于空气润滑的仿生水陆两栖型机器人，其特征在于，在所述头部(5)内部的两侧壁包括两个胸鳍舱，每个胸鳍舱中安装有一舵机舱(13)，在所述头部(5)两侧的两个胸鳍(4)分别自所述头部(5)外部安装于两个舵机舱(13)上。

9.根据权利要求8所述的基于空气润滑的仿生水陆两栖型机器人，其特征在于，在所述头部(5)内部的两侧壁的两个胸鳍舱上，分别安装有万向联轴器(8)、胸鳍舱封盖(9)、电机(10)和电机支架(11)，其中电机(10)安装于万向联轴器(8)上，电机支架(11)用于支撑和固定电机(10)，胸鳍舱封盖(9)用于密封胸鳍舱。

10.根据权利要求8所述的基于空气润滑的仿生水陆两栖型机器人，其特征在于，所述胸鳍舱采用动密封结构设计，包括胸鳍舱O圈密封槽(21)、胸鳍舱滚动轴承槽(22)、胸鳍舱弹性挡圈槽(23)和胸鳍舱封盖槽(24)，其中：

所述胸鳍舱O圈密封槽(21)与所述舵机舱(13)通过O圈进行密封；

所述胸鳍舱滚动轴承槽(22)中装入滚动轴承，以支撑所述舵机舱(13)；

所述胸鳍舱弹性挡圈槽(23)中装入弹性挡圈，用于固定滚动轴承的外圈；

所述胸鳍舱封盖槽(24)与所述胸鳍舱封盖(9)通过O圈进行密封。

11.根据权利要求1所述的基于空气润滑的仿生水陆两栖型机器人，其特征在于，所述中部(3)包括中部通孔(46)、中部密封面(47)、空气润滑斜孔(48)、中部螺纹盲孔(49)和中部O圈密封槽(50)，其中：

所述中部通孔(46)与所述尾部(2)的第二尾部螺纹盲孔(55)通过螺栓连接；

所述中部密封面(47)与所述尾部(2)的尾部O圈密封槽(56)通过O圈进行密封；

所述空气润滑斜孔(48)用于输出内部空气润滑系统的压缩空气；

所述中部螺纹盲孔(49)与所述头部(5)的头部通孔(12)通过螺栓连接；

所述中部O圈密封槽(50)中装入O圈与所述头部(5)进行密封。

12.根据权利要求1所述的基于空气润滑的仿生水陆两栖型机器人，其特征在于，所述尾部(2)包括尾部盲孔(53)、第一尾部螺纹盲孔(54)、第二尾部螺纹盲孔(55)和尾部O圈密封槽(56)，其中：

尾部盲孔(53)中装入两栖型机器人脚蹼(1)；

第一尾部螺纹盲孔(54)与脚蹼通孔(57)通过螺栓连接；

第二尾部螺纹盲孔(55)与中部通孔(46)通过螺栓连接；

尾部O圈密封槽(56)中装入O圈与两栖型机器人所述中部(3)进行密封。

13.根据权利要求12所述的基于空气润滑的仿生水陆两栖型机器人，其特征在于，在所述尾部(2)两侧安装有两个脚蹼(1)，所述两个脚蹼(1)通过螺栓将脚蹼通孔(57)与第一尾部螺纹盲孔(54)进行连接，进而将所述两个脚蹼(1)固定于所述尾部(2)的两侧。

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