CN112706571B - 一种中心对称结构的两栖机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中心对称结构的两栖机器人，包括电子舱，电子舱两侧分别可圆周转动地安装有驱动装置，两个驱动装置之间通过连接轴直接或间接驱使转动，且连接轴可相对于两个驱动装置可圆周转动装配；驱动装置的外表面设置有突起；电子舱内安装有电机，电机驱使驱动装置圆周转动；连接轴穿过电子舱，且连接轴位于电子舱内的部分上分别与轴承的内圈、电滑环的转子装配，轴承的外圈安装在支架上，支架安装在盖板上，且支架上安装有天线，天线用于收发电信号以实现无线通信；盖板安装在配重箱上，配重箱内通过配重隔板分割为电池腔、电气腔，电池腔内安装有电池；配重箱安装在电子舱底部，从而形成配重，使得电子舱的重心始终在配重箱处。

Description

一种中心对称结构的两栖机器人

技术领域

本发明涉及机器人，特别是涉及一种中心对称结构的两栖机器人。

背景技术

近岸浅水区，尤其是破波带以内至潮间带的滩浅海区域，水动力环境、水面环境复杂性极为突出，常规载具在这些区域机动，即使吃水很浅的水面载具或轮式、履带式陆地载具，仍存在搁浅、倾覆的风险，同时登陆、转场非常困难。目前主要使用吃水极浅的水面载具，或轮式、履带式陆地载具，实现在滩浅海环境的机动，但是这种方式很难实现两栖机动性，且通用性较差。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种中心对称结构的两栖机器人，其可以解决抗倾覆和水中、滩涂两种环境的机动问题，同时解决常规船只和轮履载具在滩浅海区域难以使用或通用性差的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种中心对称结构的两栖机器人，包括电子舱，电子舱两侧分别可圆周转动地安装有驱动装置，两个驱动装置之间通过连接轴直接或间接驱使转动，且连接轴可相对于两个驱动装置可圆周转动装配；

所述驱动装置采用轻质浮力材料制成，驱动装置的外表面设置有突起，突起用于和地面摩擦以获得行走能力或在水中划水以获得动力；电子舱内安装有电机，电机驱使驱动装置圆周转动；

所述连接轴穿过电子舱，且连接轴位于电子舱内的部分上分别与轴承的内圈、电滑环的转子装配，所述轴承的外圈安装在支架上，支架安装在盖板上，且支架上安装有天线，天线用于收发电信号以实现无线通信；

所述盖板安装在配重箱上，配重箱内通过配重隔板分割为电池腔、电气腔，所述电池腔内安装有电池，所述电气腔内安装有控制盒；所述配重箱安装在电子舱底部，从而形成配重，使得电子舱的重心始终在配重箱处。

优选地，两个驱动装置之间通过连接轴同轴连接，且连接轴与两个驱动装置可圆周转动、不可轴向移动装配；

所述驱动装置上安装有插接环，插接环上设置有密封槽，密封槽内安装有密封圈，密封圈外侧与密封凸起压紧、可圆周转动装配，密封凸起设置在电子舱内侧，从而实现电子舱与驱动装置的密封、可转动装配；所述插接环一端装入电子舱内且此端通过密封轴承与电子舱内侧可圆周转动、密封装配。

优选地，所述连接轴靠近驱动装置的端部上安装有第一磁盘，所述驱动装置内安装有第二磁盘，第二磁盘套装在耦合轴上，耦合轴上还安装有耦合座，所述耦合轴、耦合座均安装在驱动装置上，所述第一磁盘、第二磁盘均具有磁性且其异性相对。

优选地，所述插接环内侧设置有插接齿轮插接齿轮与动力齿轮啮合传动，所述动力齿轮套装在电机轴上，电机轴一端穿过密封隔板后装入电机内，电机安装在密封隔板上，密封隔板在电子舱横截面方向上将电子舱内侧分割、密封。

优选地，所述电滑环的定子与支架装配，且电滑环用于向各个用电设备供电，其定子与电池直接或间接导电连接、转子分别直接或间接接入各个用电设备的接电端。

优选地，电池的电极与接触器的静触点导电连接，接触器的动触点与电滑环的转子导电连接，接触器的控制端接入控制器内。

优选地，所述轴承采用自平衡装置或相应功能的装置，从而保持配重箱始终在连接轴圆周方向上、一定角度内偏转。

优选地，所述连接轴穿过密封隔板进入插接环内的一端上还套装固定有安装盘，安装盘上安装有霍尔传感器，霍尔传感器的探测端面向驱动装置的内侧端面，且驱动装置的内侧端面上、与霍尔传感器对应处、在安装盘圆周方向上安装有一圈磁铁块，所述磁铁块具有磁性。

优选地，所述插接环的端面上、沿着其圆周方向上设置有多个探测孔，多个探测孔可均匀分布在插接环圆周方向上，所述探测孔与电涡流传感器的探测端正对，电涡流传感器安装在密封隔板上。

优选地，电涡流传感器、霍尔传感器的信号分别接入控制器，天线的信号接入无线通信模块，无线通信模块与控制器通讯连接，电机的控制端接入电机控制器，电机控制器用于控制电机的运行，且电机控制器的控制端接入控制器内，从而可通过控制器控制电机的运行；

驱动装置的内侧端面上安装多块永磁铁，然后在连接轴安装盘上、沿着其圆周方向安装多个线圈，通过多个线圈的连续通断电即可形成无刷电机，从而对驱动装置提供驱动力；

线圈、电机的接电端与电滑环的定子导电连接，从而在连接轴转动时可以连续对线圈、电机供电。

本发明的有益效果是：

本发明具有极强的抗倾覆能力和极好的滩浅海尤其是潮间带复杂环境通过性。同时结构比较简单，非常适合大批量生产，另外成本也不高，十分适用于民用和军事领域，如搭载摄像头获取图像、搭载海浪传感器获得海量数据、搭载炸药进行无人化爆破等。

附图说明

图1-图5是本发明的结构示意图。其中图3是连接轴轴线所在中心面处剖视图。

图6-图8是驱动装置处结构示意图。

图9是第一磁盘、第二磁盘处结构示意图。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。

实施例一

参见图1-图8，本实施例的两栖机器人，包括电子舱120，电子舱120两侧分别可圆周转动地安装有驱动装置110，两个驱动装置110之间通过连接轴210同轴连接，且连接轴210与两个驱动装置110可圆周转动、不可轴向移动装配；所述驱动装置110采用轻质浮力材料制成，如低密度高强度金属或塑料，驱动装置110的外表面设置有突起111，突起111用于和地面摩擦以获得行走能力或在水中划水以获得动力；

所述驱动装置110上安装有插接环130，插接环130上设置有密封槽131，密封槽131内安装有密封圈310，密封圈310外侧与密封凸起121压紧、可圆周转动装配，密封凸起121设置在电子舱120内侧，从而实现电子舱120与驱动装置110的密封、可转动装配，所述插接环130一端装入电子舱120内且此端通过密封轴承320与电子舱120内侧可圆周转动、密封装配。

所述插接环130内侧设置有插接齿轮330插接齿轮330与动力齿轮340啮合传动，所述动力齿轮340套装在电机轴411上，电机轴411一端穿过密封隔板140后装入电机410内，电机410安装在密封隔板140上，密封隔板140在电子舱120横截面方向上将电子舱120内侧分割、密封。电机启动后能够驱动动力齿轮340圆周转动，从而驱动插接环130、驱动装置110圆周 转动，驱动装置圆周转动时能够带动本发明的两栖机器人行走或划水。

所述连接轴210穿过电子舱120，且连接轴210位于电子舱120内的部分上分别与轴承350的内圈、电滑环450的转子装配，所述轴承350的外圈安装在支架160上，支架160安装在盖板152上，且支架160上安装有天线420，天线420用于收发电信号以实现无线通信。本实施例中天线可以采用卫星天线，从而实现通过卫星通讯。

所述盖板152安装在配重箱150上，配重箱150内通过配重隔板151分割为电池腔、电气腔，所述电池腔内安装有电池450，所述电气腔内安装有控制盒440，所述控制盒440内安装有控制器、无线通讯模块、电机驱动器等电气设备。所述配重箱150安装在电子舱底部，从而形成配重，也就是电子舱的重心始终在配重箱150处，这种设计可以使得天线420始终处于向上位置，从而便于收发信号。

所述电滑环450的定子可与支架160装配，且电滑环450用于向各个用电设备供电，其定子与电池直接或间接导电连接、转子分别直接或间接接入各个用电设备的接电端。本实施例的间接为串联其它电气装置后连接，如电源开关、接触器等。本实施例中，电池的电极与接触器的静触点导电连接，接触器的动触点与电滑环的转子导电连接，接触器的控制端接入控制器内，从而可以通过控制器控制接触器的通断，也就是电滑环对外供电的通断。本实施例中电机采用带刹车功能的步进电机或伺服电机，从而便于精确控制。

所述轴承350采用自平衡装置或相应功能的装置，从而保持配重箱150始终在连接轴210圆周方向上、一定角度内偏转，这样可以确保整个电子舱的重心始终在下。具体技术可以采用现有电平衡车的车身自动平衡技术，这是现有技术，本案就不再赘述。

所述连接轴210穿过密封隔板140进入插接环130内的一端上还套装固定有安装盘510，安装盘510上安装有霍尔传感器460，霍尔传感器460的探测端面向驱动装置110的内侧端面，且驱动装置110的内侧端面上、与霍尔传感器460对应处、在安装盘510圆周方向上安装有一圈磁铁块610，所述磁铁块610具有磁性，本实施例采用永磁体制成。在使用时，一旦连接轴210发生转动就能带动霍尔传感器460同步转动，从而通过霍尔传感器460探测的磁场变化就能够判断连接轴的转动角度、转动速度，以为自平衡装置的自平衡控制提供基础，类似于现有电平衡车上用于探测脚踏板与轮胎之间转角的霍尔板。

优选地，所述插接环130的端面上、沿着其圆周方向上设置有多个探测孔132，多个探测孔132可均匀分布在插接环130圆周方向上，所述探测孔132与电涡流传感器470的探测端正对，电涡流传感器470安装在密封隔板140上。在驱动装置110圆周转动时，插接环130同步转动，而探测孔132经过电涡流传感器470时电涡流传感器470获得一次电位变化从而输出电信号，以此判断驱动装置的转动角度和转速，以便于后续的控制。本实施例中控制器用于收发解析控制指令并进行程序运行、参数运算，可以选用MCU、CPU、PLC、工控机等设备。

当然，还可以在驱动装置的内侧端面上安装多块永磁铁，然后在连接轴210安装盘510上、沿着其圆周方向安装多个线圈，通过多个线圈的连续通断电即可形成无刷电机，从而对驱动装置提供进一步的驱动力。

在潮间带使用本机器人时，通过电机带动两侧推进装置同步转动与地面摩擦，产生扭矩，使整个机器人滚动前进或后退，单侧推进装置转动与地面摩擦使机器人调向；机器人入水后，通过电机带动两侧推进装置同步转动，拨片状突起划水使整个机器人在水面游动。具体控制原理、方式类似于现有的电平衡车。

本实施例中，电涡流传感器、霍尔传感器的信号分别接入控制器，天线的信号接入无线通信模块，无线通信模块与控制器通讯连接，电机的控制端接入电机控制器，电机控制器用于控制电机的运行，且电机控制器的控制端接入控制器内，从而可以通过控制器控制电机的运行。线圈、电机的接电端与电滑环的定子导电连接，从而在连接轴210转动时可以连续对线圈、电机供电。

本实施例的机器人整体可以做成球形，其重心集中在底部，从而构成不倒翁效果，以防止倾倒。

优选地，驱动装置外表面的突起可以是拨片、点状突起、螺旋纹等，理论上只要能够实现陆地行走和水中划水即可。

优选地，驱动装置的材料包括EVA、EPS、滚塑等轻质拒水材料等，理论上只要能够实现将本发明浮在水面上即可，不做特殊限制。

实施例二

参见图9，本实施例与实施例一的区别在于，连接轴210不直接与驱动装置110，而进行如下改进，所述连接轴210靠近驱动装置110的端部上安装有第一磁盘710，所述驱动装置110内安装有第二磁盘720，第二磁盘720套装在耦合轴211上，耦合轴211上还安装有耦合座220，所述耦合轴211、耦合座220均安装在驱动装置110上，所述第一磁盘710、第二磁盘720均具有磁性且其异性相对。使用时连接轴210驱动第一磁盘710转动，第一磁盘710通过磁力、磁耦合带动第二磁盘720圆周转动从而带动驱动装置110圆周转动。

这种磁耦合设计主要是解决动密封的问题，使电机和驱动装置之间没有机械联接，以实现电子舱与舱外的驱动装置的干湿分离；同时也便于维修维护，可将驱动波轮制成多种外形、规格。本实施例可以把驱动装置设计出不同的外形特征，以适应不同的地质环境，不仅方便更换，而且可以做成消耗品，以便于维护、更换。

本实施例中：磁力耦合驱动是通过导磁体和永磁体之间的气隙实现由电机到负载的扭矩传输。该技术实现了电机和负载侧没有机械联接。其工作原理是一端稀有金属氧化物硼铁钕永磁体和另一端感应磁场相互作用产生扭矩，同时可通过控制导磁体的磁性来调节永磁体和导磁体之间的气隙间距控制传递的扭矩，从而实现负载速度调节。

磁耦合传动用于本方案的优势在于：

(1)无需复杂的动密封即可实现电子舱与舱外运动部件的干湿分离，同时发生卡顿和电机堵转的风险较低；

(2)易于维护、检修及波轮更换，可将波轮制成多种外形、规格，以适应淤泥质、砂质，及较多漂浮水草等各种水岸环境。

本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种中心对称结构的两栖机器人，其特征是：包括电子舱，电子舱两侧分别可圆周转动地安装有驱动装置，两个驱动装置之间通过连接轴直接或间接驱使转动，且连接轴可相对于两个驱动装置圆周转动装配；

所述驱动装置采用轻质浮力材料制成，驱动装置的外表面设置有突起，突起用于和地面摩擦以获得行走能力或在水中划水以获得动力；电子舱内安装有电机，电机驱使驱动装置圆周转动；

所述连接轴穿过电子舱，且连接轴位于电子舱内的部分上分别与轴承的内圈、电滑环的转子装配，所述轴承的外圈安装在支架上，支架安装在盖板上，且支架上安装有天线，天线用于收发电信号以实现无线通信；

所述盖板安装在配重箱上，配重箱内通过配重隔板分割为电池腔、电气腔，所述电池腔内安装有电池，所述电气腔内安装有控制盒；所述配重箱安装在电子舱底部，从而形成配重，使得电子舱的重心始终在配重箱处。

2.如权利要求1所述的两栖机器人，其特征是：两个驱动装置之间通过连接轴同轴连接，且连接轴与两个驱动装置可圆周转动、不可轴向移动装配；

所述驱动装置上安装有插接环，插接环上设置有密封槽，密封槽内安装有密封圈，密封圈外侧与密封凸起压紧、可圆周转动装配，密封凸起设置在电子舱内侧，从而实现电子舱与驱动装置的密封、可转动装配；所述插接环一端装入电子舱内且此端通过密封轴承与电子舱内侧可圆周转动、密封装配。

3.如权利要求1所述的两栖机器人，其特征是：所述连接轴靠近驱动装置的端部上安装有第一磁盘，所述驱动装置内安装有第二磁盘，第二磁盘套装在耦合轴上，耦合轴上还安装有耦合座，所述耦合轴、耦合座均安装在驱动装置上，所述第一磁盘、第二磁盘均具有磁性且其异性相对。

4.如权利要求2所述的两栖机器人，其特征是：所述插接环内侧设置有插接齿轮，插接齿轮与动力齿轮啮合传动，所述动力齿轮套装在电机轴上，电机轴一端穿过密封隔板后装入电机内，电机安装在密封隔板上，密封隔板在电子舱横截面方向上将电子舱内侧分割、密封。

5.如权利要求1所述的两栖机器人，其特征是：所述电滑环的定子与支架装配，且电滑环用于向各个用电设备供电，其定子与电池直接或间接导电连接、转子分别直接或间接接入各个用电设备的接电端。

6.如权利要求5所述的两栖机器人，其特征是：电池的电极与接触器的静触点导电连接，接触器的动触点与电滑环的转子导电连接，接触器的控制端接入控制器内。

7.如权利要求1所述的两栖机器人，其特征是：所述轴承采用自平衡装置或相应功能的装置，从而保持配重箱始终在连接轴圆周方向上、一定角度内偏转。

8.如权利要求2所述的两栖机器人，其特征是：所述连接轴穿过密封隔板进入插接环内的一端上还套装固定有安装盘，安装盘上安装有霍尔传感器，霍尔传感器的探测端面向驱动装置的内侧端面，且驱动装置的内侧端面上、与霍尔传感器对应处、在安装盘圆周方向上安装有一圈磁铁块，所述磁铁块具有磁性。

9.如权利要求8所述的两栖机器人，其特征是：所述插接环的端面上、沿着其圆周方向上设置有多个探测孔，多个探测孔可均匀分布在插接环圆周方向上，所述探测孔与电涡流传感器的探测端正对，电涡流传感器安装在密封隔板上。

10.如权利要求9所述的两栖机器人，其特征是：电涡流传感器、霍尔传感器的信号分别接入控制器，天线的信号接入无线通信模块，无线通信模块与控制器通讯连接，电机的控制端接入电机控制器，电机控制器用于控制电机的运行，且电机控制器的控制端接入控制器内，从而可通过控制器控制电机的运行；

驱动装置的内侧端面上安装多块永磁铁，然后在连接轴安装盘上、沿着其圆周方向安装多个线圈，通过多个线圈的连续通断电即可形成无刷电机，从而对驱动装置提供驱动力；

线圈、电机的接电端与电滑环的定子导电连接，从而在连接轴转动时可以连续对线圈、电机供电。

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