CN113147292A - 可变形式水陆空三栖越障机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及可变形式水陆空三栖越障机器人，包括密闭且为空心结构的壳体、设置在壳体内部的机架、设置在壳体左侧的左前轮体及左后轮体、设置在壳体右侧的右前轮体及右后轮体；还包括结构相同且对称设置在机架上的左变形机构与右变形机构，左变形机构和右变形机构驱动弯角轴转动以使轮体位置发生改变，形成轮动模式或浮动模式或飞行模式；还包括结构相同且对称设置在机架上的左轮动机构与右轮动机构，左轮动机构与右轮动机构为轮动状态下的各轮体提供持续的转动动力。该机器人集成了水陆空三种模式，可根据实际环境选择最合适的越障模式。

Description

可变形式水陆空三栖越障机器人

技术领域

本发明涉及越障机器人技术领域，具体涉及一种可变形式水陆空三栖越障机器人。

背景技术

目前主流的越障机器人主要包括地面越障机器人、空中无人机以及空地两用机器人等。地面越障机器人的运动范围只局限于地面，受轮子直径或外伸机械结构尺寸的限制，所能越过的障碍只是一般的地面凸起物和一些体积比较小的瓦砾等障碍物；空中无人机主要在侦察领域应用广泛，运动范围只局限于空中；空地两用的机器人虽然能在大的高度落差情况下实现越障（如HyTAQ Robot），但其在地面移动时存在着操作困难，无法精确移动等问题，严重影响地面移动性能。同此可见，目前出现的各种多用途越障机器人，均无法做到水陆空三种运动模式的自动切换，只能靠手动切换，或是只是像普通飞行器和运动小车那样二者的简单拼装，结构不够紧凑，因此研究出一种可用在水陆空三种空间中内，且运动能力、运动模式可自由切换，结构简单紧凑、工作稳定的越障机器人成为急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供可变形式水陆空三栖越障机器人，该机器人可以根据实际环境在水陆空三种模式下进行切换，提高了机器人跨越障碍物的能力。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：包括密闭且为空心结构的壳体、设置在壳体内部的机架、设置在壳体左侧的左前轮体及左后轮体、设置在壳体右侧的右前轮体及右后轮体；

还包括结构相同且对称设置在机架上的左变形机构与右变形机构，所述的左变形机构包括连接左前轮体与机架的左前弯角轴、连接左后轮体与机架的左后弯角轴以及同时连接左前弯角轴与左后弯角轴的左齿轮齿条传动机构，所述的左齿轮齿条传动机构包括左齿条以及同时与左齿条相啮合的左主动轮、左前从动轮、左后从动轮，所述的左前从动轮与左前弯角轴同轴固定连接，所述的左后从动轮与左后弯角轴同轴固定连接，所述的左主动轮在左减速电机的驱动下同时带动左前弯角轴及左后弯角轴转动，以使左前轮体及左后轮体的位置发生改变形成轮动模式或浮动模式或飞行模式；

还包括结构相同且对称设置在机架上的左轮动机构与右轮动机构，所述的左轮动机构包括设置在左前弯角轴上的左前齿轮传动组、设置在左后弯角轴上的左后齿轮传动组以及同时驱动左前齿轮传动组与左后齿轮传动组转动的左带轮传动机构，所述左后齿轮传动组的结构与左前齿轮传动组的结构相同，在轮动模式下，左动力电机通过左带轮传动机构同时带动左前齿轮传动组与左后齿轮传动组转动，以使左前轮体及左后轮体获得持续的转动动力。

所述的机架是由平行设置的顶层机架及底层机架组成，所述的顶层机架包括方形的第一中间层板，所述第一中间层板的一端沿左下方倾斜设有第一左层板，所述第一中间层板的另一端沿右下方倾斜设有第一右层板；所述的底层机架包括与第一中间层板相平行的第二中间层板、与第一左层板相平行的第二左层板、与第一右层板相平行的第二右层板，所述的第一中间层板与第一左层板、第一中间层板与第一右层板、第二中间层板与第二左层板、第二中间层板与第二右层板之间均分别通过键码连接，所述的第一中间层板与第二中间层板、第一左层板与第二左层板、第一右层板与第二右层板之间均分别通过支撑铝柱连接。

所述的壳体为分体结构，包括依次设置且相互连接的上壳体、左壳体、下壳体、右壳体，所述的上壳体、左壳体、下壳体以及右壳体形成对机架的密封包裹，所述的下壳体、右壳体及左壳体分别通过螺钉连接在机架上，且下壳体上设有加强筋，所述壳体的前端设有透明盖体。

所述的左前弯角轴包括依次设置的第一轴段、第二轴段、第三轴段、第四轴段及第五轴段，所述的第一轴段与第二轴段的中心轴线相吻合，所述的第四轴段与第五轴段的中心轴线相吻合，所述的第三轴段为连接第二轴段与第四轴段的弯角轴段，且第三轴段的角平分线上设有第六轴段，所述第二轴段与第四轴段的中心轴线的夹角与机架中第一中间层板和第一左层板的夹角相等。

所述的第一轴段用于安装左前轮体的轮毂，且第一轴段的端部向内形成用于安装螺旋桨电机的凹部；所述的第二轴段、第三轴段及第四轴段均为截面呈十字型的空心轴段，所述的第五轴段为阶梯轴，包括依次设置的第一柱状轴段、六角轴段及第二柱状轴段，所述第一柱状轴段的直径大于第二柱状轴段，所述的第二轴段上套设有第一锥齿轮，所述的第四轴段上套设有第三锥齿轮，所述的第六轴段上套设有第二锥齿轮，且第二锥齿轮分别与第一锥齿轮及第三锥齿轮相啮合。

所述的左齿条通过与其相配合的限位卡固定在第一左层板的下板面上，且左齿条沿第一左层板的长度方向设置，所述的左减速电机固定在第二左层板的下板面上，且左主动轮与左减速电机的输出轴同轴连接，所述的左前从动轮与左后从动轮分别位于左主动轮的两侧，且左前从动轮与左后从动轮分别与左前弯角轴及左后弯角轴上的六角轴段同轴连接，所述第一左层板的下板面在靠近左齿条两个端部的位置分别设有导向轮，左减速电机的输出轴垂直贯穿第二左层板和第一左层板，且左主动轮、左前从动轮、左后从动轮均位于第一左层板和第二左层板之间。

所述的限位卡包括设置在左前从动轮与左主动轮之间的第一限位卡和第二限位卡、设置在左主动轮与左后从动轮之间的第三限位卡和第四限位卡，所述第二限位卡与第三限位卡之间的左齿条上固定有与第二限位卡相配合的第一限位开关以及与第三限位卡相配合的第二限位开关。

所述的左前齿轮传动组包括套设在左前弯角轴第二轴段上的第一锥齿轮、套设在左前弯角轴第六轴段上的第二锥齿轮、套设在左前弯角轴第四轴段上的第一双联齿轮，所述的第一双联齿轮包括同轴设置的第三直齿轮与第三锥齿轮，所述的第二锥齿轮同时与第一锥齿轮及第三锥齿轮啮合，所述第一锥齿轮与第二锥齿轮、第二锥齿轮与第三锥齿轮之间的轴交角之和与左前弯角轴第二轴段与第四轴段的夹角相等，所述第一锥齿轮上设有与左轮体相连的第一法兰盘，所述的第三锥齿轮与第三直齿轮之间设有第二法兰盘，所述的第一法兰盘与第二法兰盘之间的左前弯角轴上套设有保护套，保护套的两端分别卡设在第一法兰盘及第二法兰盘的端面上。

所述的左带轮传动机构包括第一双联轮与第二双联齿轮，所述的第一双联轮由同轴设置的主动带轮与第一直齿轮组成，所述的第二双联轮由同轴设置的从动带轮与第二直齿轮组成，其中：主动带轮与从动带轮之间通过皮带连接，第一直齿轮与左前弯角轴上的第三直齿轮相啮合，第二直齿轮与左后弯角轴上的第三直齿轮相啮合。

所述的左前轮体包括轮毂、轮缘以及连接两者的轮辐条，还包括螺旋桨及与螺旋桨相连的螺旋桨电机，所述的螺旋桨电机设置在左前弯角轴的第一轴段内部，所述的轮毂套设在左前弯角轴的第一轴段上且与第一锥齿轮上的第一法兰盘相固定，所述左前弯角轴的第一轴段上设有与轮毂轴向定位的锥面。

由上述技术方案可知，本发明的减速电机通过齿轮齿条传动机构带动各轮体的弯角轴转动，使轮体的端面处于不同角度以实现水陆空三种模式的切换；在轮动模式下，动力电机通过带轮传动机构和齿轮传动组带动轮体转动，实现机器人在陆地上的行走。该机器人集成了三种模式，可根据实际环境选择最合适的越障模式。

附图说明

图1是本发明处于轮动模式时的结构示意图。

图2是本发明去除壳体后的结构示意图。

图3是本发明机架的结构示意图。

图4是本发明壳体的结构示意图。

图5是图4的分解结构示意图。

图6是本发明左前弯角轴的结构示意图。

图7是本发明左前弯角轴的主视图。

图8是图7的B-B视图。

图9是图7的C-C视图。

图10是本发明左前弯角轴与左前从动轮相配合的结构示意图。

图11是本发明的左前弯角轴与轮毂及左前齿轮传动组的安装结构示意图。

图12是图11的分解结构示意图。

图13是本发明左前弯角轴与螺旋桨的安装结构示意图。

图14是图13的分解结构示意图。

图15是本发明左变形机构的结构示意图。

图16是图15中第一左层板的仰视图。

图17是本发明左轮动机构的结构示意图。

图18是本发明处于飞行模式的结构示意图。

图19是本发明处于浮动模式的结构示意图。

上述附图中的标记为：壳体1、上壳体11、左壳体12、下壳体13、右壳体14、透明盖体15、机架2、第一中间层板21、第一左层板22、第一右层板23、第二中间层板24、第二左层板25、第二右层板26、键码27、支撑铝柱28、左前轮体31、轮毂311、轮缘312、轮辐条313、螺旋桨314、螺旋桨电机315、左后轮体32、右前轮体33、右后轮体34、左变形机构4、左前弯角轴41、第一轴段411、凹部4111、第二轴段412、第三轴段413、第四轴段414、第五轴段415、第一柱状轴段4151、六角轴段4152、第二柱状轴段4153、螺纹段4154、第六轴段416、左后弯角轴42、左齿条43、第一限位开关431、第二限位开关432、左主动轮44、左前从动轮45、左后从动轮46、左减速电机47、第一限位卡481、第二限位卡482、第三限位卡483、第四限位卡484、导向轮49、左轮动机构5、第一锥齿轮51、第一法兰盘511、第二锥齿轮52、第一双联齿轮53、第三直齿轮531、第三锥齿轮532、第二法兰盘533、保护套54、第一双联轮55、主动带轮551、第一直齿轮552、第二双联齿轮56、从动带轮561、第二直齿轮562、皮带563、左动力电机57。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示的一种可变形式水陆空三栖越障机器人，包括密闭且为空心结构的壳体1、设置在壳体1内部的机架2、设置在壳体左侧的左前轮体31及左后轮体32、设置在壳体右侧的右前轮体33及右后轮体34。

进一步的，如图4、图5所示，壳体1为方便拆装的分体结构，包括依次设置且相互连接的上壳体11、左壳体12、下壳体13、右壳体14，上壳体11、左壳体12、下壳体13以及右壳体14形成容纳机架2的密闭包裹空间，下壳体13、右壳体14及左壳体12分别通过螺钉连接在机架2上，即上壳体11、左壳体12、下壳体13、右壳体14通过螺钉相互连接，同时下壳体13、右壳体14及左壳体12又通过螺钉与机架2连接，附着在机架2上，上壳体11与机架2无连接。考虑到机器人处于浮动模式时，下壳体13需要承受几乎所有的重量，所以在下壳体13上设有加强筋，以增加刚性；更进一步的，壳体1的前端设有透明盖体15，透明盖体15通过过盈配合与上壳体11和下壳体13连接。

进一步的，如图2、图3所示，机架2是由平行设置的顶层机架及底层机架组成，顶层机架包括方形的第一中间层板21，第一中间层板21的一端沿左下方倾斜设有第一左层板22，第一中间层板21的另一端沿右下方倾斜设有第一右层板23；底层机架包括与第一中间层板21相平行的第二中间层板24、与第一左层板22相平行的第二左层板25、与第一右层板23相平行的第二右层板26，第一中间层板21与第一左层板22、第一中间层板21与第一右层板23、第二中间层板24与第二左层板25、第二中间层板24与第二右层板26之间均分别通过键码27连接，第一中间层板21与第二中间层板24、第一左层板22与第二左层板25、第一右层板23与第二右层板26之间均分别通过支撑铝柱28连接。优选的，本实施例中，第一中间层板21的一端沿左下45°方向设有第一左层板22，第一中间层板21的另一端沿右下45°方向设有第一右层板23，键码27采用135°键码，第一左层板22、第一右层板23与第一中间层板21的连接角度合适即可，并不局限。本实施例中，构成机架2的六块板材采用碳纤维板制成，机架2主要是供其他部件附着其上。

本实施例中，壳体1的左右两侧对称设有四个轮体，分别为左前轮体31、左后轮体32、右前轮体33、右后轮体34，左前轮体31与右前轮体33对称设置，左后轮体32与右后轮体34对称设置，四个轮体的结构完全相同，下面以左前轮体31为例进行说明，其余轮体的结构在此不再赘述。

如图17所示，左前轮体31包括轮毂311、轮缘312以及连接两者的轮辐条313，还包括螺旋桨314及与螺旋桨314相连的螺旋桨电机315。其中：轮辐条313至少设置三条，轮辐条313与轮缘312、轮毂311之间采用转动低副连接，即轮缘312和轮毂311相对固连；左前弯角轴41的第一轴段上设有与轮毂311轴向定位的锥面，还设有承担轮毂311径向受载的圆柱面；如图13、图14所示，螺旋桨电机315设置在左前弯角轴41的第一轴段内部并固定，螺旋桨314同轴连接在螺旋桨电机315的输出轴上，轮毂311套设在左前弯角轴41的第一轴段上且与第一锥齿轮51上的第一法兰盘511相固定。

进一步的，左前轮体31、左后轮体32、右前轮体33及右后轮体34分别各自通过左前弯角轴41、左后弯角轴42、右前弯角轴、右后弯角轴与机架2相连，左前弯角轴41、左后弯角轴42、右前弯角轴、右后弯角轴的结构完全相同，下面以左前弯角轴41为例进行说明，其余弯角轴的结构不再赘述。

如图6、图7所示，左前弯角轴41包括依次设置的第一轴段411、第二轴段412、第三轴段413、第四轴段414及第五轴段415。具体的，第一轴段411与第二轴段412的中心轴线相吻合，第四轴段414与第五轴段415的中心轴线相吻合，第三轴段413为连接第二轴段412与第四轴段414的弯角轴段，且第三轴段413的角平分线上设有第六轴段416，第六轴段416的端部设有螺纹孔，可通过螺钉与保护套54连接固定；第二轴段412与第四轴段414的中心轴线的夹角与机架2中第一中间层板21和第一左层板22的夹角相等，本实施例中，由于第一中间层板21与第一左层板22的夹角为135°，所以第二轴段412与第四轴段414的中心轴线的夹角为135°，也就是第三轴段413的中心轴线为135°的弧线。第一轴段411用于安装左前轮体31的轮毂311，且第一轴段411的端部向内形成用于安装螺旋桨电机315的凹部4111；第二轴段412上套设有第一锥齿轮51，第四轴段414上套设有第三锥齿轮532，第六轴段416上套设有第二锥齿轮52，且第二锥齿轮52分别与第一锥齿轮51及第三锥齿轮532相啮合。

更进一步的，如图8所示，第二轴段412、第三轴段413及第四轴段414均为截面呈十字型的空心轴段，用于螺旋桨电机315的走线；第五轴段415为阶梯轴，包括依次设置的第一柱状轴段4151、六角轴段4152及第二柱状轴段4153，第一柱状轴段4151的直径大于第二柱状轴段4153，其中，第一柱状轴段4151及第二柱状轴段4153用于安装轴承，如图9、图10所示，六角轴段4152用于安装左前从动轮45，第二柱状轴段4153上还设有螺纹段4154，用于与机架2进行安装。

进一步的，可变形式水陆空三栖越障机器人还包括左变形机构4与右变形机构，左变形机构4用于控制左前轮体31和左后轮体32，右变形机构用于控制右前轮体33和右后轮体34；左变形机构4与右变形机构结构完全相同且对称设置在机架2上，下面以左变形机构4为例进行说明：

如图15、图16所示，左变形机构4包括连接左前轮体31与机架2的左前弯角轴41、连接左后轮体32与机架2的左后弯角轴42以及同时连接左前弯角轴41与左后弯角轴42的左齿轮齿条传动机构，左齿轮齿条传动机构包括左齿条43以及同时与左齿条43相啮合的左主动轮44、左前从动轮45、左后从动轮46，左前从动轮45与左前弯角轴41同轴固定连接，左后从动轮46与左后弯角轴42同轴固定连接，左主动轮44在左减速电机47的驱动下同时带动左前弯角轴41及左后弯角轴42转动，以使左前轮体31及左后轮体32的位置发生改变形成轮动模式或浮动模式或飞行模式。在本实施例中，左减速电机47采用蜗轮蜗杆减速电机，由于蜗轮蜗杆减速电机具有自锁的作用，所以无需动力维持，另外，蜗轮蜗杆减速电机还可以提供较大的力矩，以保证变形的顺畅。也可以采用舵机代替蜗轮蜗杆减速电机，既可实现自锁，又可实现较为精确的角度控制。

进一步的，左齿条43通过与其相配合的限位卡固定在第一左层板22的下板面上，且左齿条43沿第一左层板22的长度方向设置，限位卡可以保证左齿条43只沿一个方向进行直线运动；左减速电机47固定在第二左层板25的下板面上，且左主动轮44与左减速电机47的输出轴同轴连接，左前从动轮45与左后从动轮46分别位于左主动轮44的两侧，且左前从动轮45与左后从动轮46分别与左前弯角轴41及左后弯角轴42上的六角轴段4152同轴连接，左减速电机47的输出轴垂直贯穿第二左层板25和第一左层板22，且左主动轮44、左前从动轮45、左后从动轮46均位于第一左层板22和第二左层板25之间。

更进一步的，限位卡包括设置在左前从动轮45与左主动轮44之间的第一限位卡481和第二限位卡482、设置在左主动轮44与左后从动轮46之间的第三限位卡483和第四限位卡484，第二限位卡482与第三限位卡483之间的左齿条43上固定有与第二限位卡482相配合的第一限位开关431以及与第三限位卡483相配合的第二限位开关432。机器人在不同的工作模式下，其左前弯角轴41旋转的角度不同，在飞行模式到轮动模式的转换中，左前弯角轴的旋转角度为180°，由于左减速电机47无法做到角度控制，所以在左齿条43上设置了第一限位开关431和第二限位开关432作为角度检测装置。

具体的说，即左齿条43在移动时，当第一限位开关431触碰到第二限位卡482时，此时左前弯角轴41第一轴段的端面处于水平面内，左前轮体31处于飞行模式；当第二限位开关432触碰到第三限位卡483时，此时左前弯角轴41第一轴段的端面处于铅垂面内，左前轮体31处于轮动模式；当第一限位开关431和第二限位开关432均未与第二限位卡482和第三限位卡483触碰时，此时左前弯角轴41第一轴段的端面处于倾斜面，左前轮体31处于浮动模式。也就是左减速电机47通过左齿轮齿条传动机构带动所述左前弯角轴41旋转一定角度，令左前弯角轴41第一轴段的端面法线与水平面的夹角发生改变即可实现变形，从陆地的轮动模式变形到空中的飞行模式需使左前弯角轴旋转180°，当左前弯角轴41旋转度数小于180°时则为水上的浮动模式。

优选的，第一左层板22的下板面在靠近左齿条43两个端部的位置分别设有导向轮49，这是因为左齿条43的长度较长，所以在左齿条43两端的位置附近设置导向轮49，可以防止左齿条43在工作时产生较大的弯曲变形。

左变形机构4与右变形机构主要用于轮动模式、浮动模式和飞行模式的转换，下面以左变形机构4为例说明其工作原理：

需要模式转换时，首先是左减速电机47工作，带动左主动轮44转动，从而使与左主动轮44相啮合的左齿条43沿限位卡限定的方向水平移动，左齿条43移动的同时，带动与左齿条43相啮合的左前从动轮45及左后从动轮46转动，左前从动轮45与左后从动轮46驱动左前弯角轴41与左后弯角轴42转动，从而使左前轮体31与左后轮体32处于不同的位置以对应相对的模式。

左齿条43移动时，存在三种情况，包括两个极限状态和一个中间状态。两个极限状态为第二限位开关432与第三限位卡483相触碰时的轮动模式以及第一限位开关431与第二限位卡482相触碰时的飞行模式；一个中间状态是指第一限位开关431与第二限位开关432介于第二限位卡482与第三限位卡483之间的浮动模式。

假设初始状态为轮动模式，如图1所示，则此时左齿条43上的第二限位开关432与第三限位卡483相触碰，左前轮体31与左后轮体32中的轮缘312均位于铅垂面内，也就是左前弯角轴41与左后弯角轴42中的第一轴段的中心轴线处于水平方向；从轮动模式切换至飞行模式时，左减速电机47工作，带动左齿条43向左移动，当左齿条43上的第一限位开关431与第二限位卡482相触碰时，模式切换完成，在此过程中，左前弯角轴41和左后弯角轴42分别旋转了180°，如图18所示，此时，左前轮体31与左后轮体32中的轮缘312均位于水平面内，也就是左前弯角轴41与左后弯角轴42中的第一轴段的中心轴线处于竖直方向；从飞行模式切换至浮动模式时，左减速电机47工作，带动左齿条43向右移动，此时，左前轮体31与左后轮体32中的轮缘312均处于从水平面向垂直面过渡的倾斜面内，如图19所示，也就是左前弯角轴41与左后弯角轴42中的第一轴段的中心轴线处于倾斜方向；浮动模式下，第二限位开关432与第三限位卡483、第一限位开关431与第二限位卡482均处于非接触状态。简单地说，即轮缘311处在铅垂面内时为轮动状态，在轮动状态下令左前弯角轴41旋转一个小于180°的角度，即可令轮缘311处在倾斜面，此时变形为水上的浮动模式；在轮动状态下令左前弯角轴41旋转180°，即可令轮缘311处在水平面内，此时变形为飞行模式。

进一步的，可变形式水陆空三栖越障机器人还包括左轮动机构5与右轮动机构，左轮动机构5为左前轮体31、左后轮体32提供转动动力，右轮动机构为右前轮体33、右后轮体34提供转动动力，左轮动机构5与右轮动机构结构相同且对称设置在机架2上，下面以左轮动机构5为例进行说明：

如图17所示，左轮动机构5包括设置在左前弯角轴41上的左前齿轮传动组、设置在左后弯角轴42上的左后齿轮传动组以及同时驱动左前齿轮传动组与左后齿轮传动组转动的左带轮传动机构，在轮动模式下，左动力电机57通过左带轮传动机构同时带动左前齿轮传动组与左后齿轮传动组转动，以使左前轮体31及左后轮体32获得持续的转动动力。

具体的，如图11、图12所示，左前齿轮传动组包括套设在左前弯角轴第二轴段上的第一锥齿轮51、套设在左前弯角轴第六轴段上的第二锥齿轮52、套设在左前弯角轴第四轴段上的第一双联齿轮53，第一双联齿轮53包括同轴设置的第三直齿轮531与第三锥齿轮532，第二锥齿轮52同时与第一锥齿轮51及第三锥齿轮532啮合，第一锥齿轮51与第二锥齿轮52、第二锥齿轮52与第三锥齿轮532之间的轴交角之和与左前弯角轴41第二轴段与第四轴段的夹角相等，即都等于135°，第一锥齿轮51上设有与左轮体31相连的第一法兰盘511，第三锥齿轮532与第三直齿轮531之间设有第二法兰盘533，第一法兰盘511与第二法兰盘533之间的左前弯角轴41上套设有保护套54，保护套54的两端分别卡设在第一法兰盘511及第二法兰盘533的端面上，保护套54由左右两块对合而成，左前弯角轴41与安装在其上的齿轮等零件构成一个差动轮系，产生两个自由度，即左前弯角轴41的转动和左前弯角轴上轮系的转动，两者之间有一定耦合关系，因此，在轮动模式下，左前弯角轴41不再转动，左前弯角轴41上的各齿轮形成了普通的定轴轮系，动力从左动力电机单向传递到轮毂311，带动轮缘312转动，从而使左前轮体31移动。左后齿轮传动组的结构与左前齿轮传动组的结构相同，在此不再赘述。

左带轮传动机构包括第一双联轮55与第二双联齿轮56，第一双联轮55由同轴设置的主动带轮551与第一直齿轮552组成，第二双联轮56由同轴设置的从动带轮561与第二直齿轮562组成，其中：主动带轮551与从动带轮561之间通过皮带563连接，第一直齿轮552与左前弯角轴41上的第三直齿轮531相啮合，第二直齿轮562与左后弯角轴42上的第三直齿轮相啮合。

在轮动模式下，左轮动机构5与右轮动机构分别为各轮体提供持续转动的动力。下面以左轮动机构5为例说明其工作原理：

在轮动模式下，左动力电机57工作，带动主动带轮551转动，主动带轮551通过皮带553带动从动带轮561转动，主动带动551和从动带轮561转动的同时，分别将动力传递给第一直齿轮552和第二直齿轮562，第一直齿轮552、第二直齿轮562分别依次通过第三直齿轮531、第三锥齿轮532、第二锥齿轮52、第一锥齿轮51将动力传递给左前轮体31和左后轮体32，从而带动左前轮体31及左后轮体32转动。

当机器人的模式稳定在轮动模式时，左前弯角轴和左后弯角轴不再转动，弯角轴上的各齿轮形成了普通的定轴轮系，动力从左动力电机单向传递到轮毂311，带动轮缘312转动，从而使左前轮体31、左后轮体32移动。

飞行模式和浮动模式的动力均由螺旋桨对流体产生的反作用力提供。当处在飞行模式下，螺旋桨持续产生竖直向下的推力，令机器人具有在空中移动和悬停等功能；当处在浮动模式下，用于安装螺旋桨电机的第一轴段的中心轴线处于倾斜位置，随之螺旋桨旋转面的法线方向也不再处于水平或竖直方向，则产生的推力会有水平方向的分力，推动机器人在水面上移动。

控制器可以控制左减速电机的转动方向和转速，以此实现机器人前进、后退、转向和无级变速等功能。

本发明的有益效果在于：1）本发明所提供的机器人集成了飞行、轮动和浮动三种模式，可针对不同的环境选择最合适的运动状态，增强机器人的越障能力；2）本发明所提供的机器人还可以应用在危楼和矿井等复杂环境的勘察，代替人工完成危险工作；3）本发明所提供的机器人还可作民用，如作为玩具，由于具有水陆空三种模式，具有较强的趣味性。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种可变形式水陆空三栖越障机器人，其特征在于：包括密闭且为空心结构的壳体（1）、设置在壳体（1）内部的机架（2）、设置在壳体左侧的左前轮体（31）及左后轮体（32）、设置在壳体右侧的右前轮体（33）及右后轮体（34）；

还包括结构相同且对称设置在机架（2）上的左变形机构（4）与右变形机构，所述的左变形机构（4）包括连接左前轮体（31）与机架（2）的左前弯角轴（41）、连接左后轮体（32）与机架（2）的左后弯角轴（42）以及同时连接左前弯角轴（41）与左后弯角轴（42）的左齿轮齿条传动机构，所述的左齿轮齿条传动机构包括左齿条（43）以及同时与左齿条（43）相啮合的左主动轮（44）、左前从动轮（45）、左后从动轮（46），所述的左前从动轮（45）与左前弯角轴（41）同轴固定连接，所述的左后从动轮（46）与左后弯角轴（42）同轴固定连接，所述的左主动轮（44）在左减速电机（47）的驱动下同时带动左前弯角轴（41）及左后弯角轴（42）转动，以使左前轮体（31）及左后轮体（32）的位置发生改变形成轮动模式或浮动模式或飞行模式；

还包括结构相同且对称设置在机架（2）上的左轮动机构（5）与右轮动机构，所述的左轮动机构（5）包括设置在左前弯角轴（41）上的左前齿轮传动组、设置在左后弯角轴（42）上的左后齿轮传动组以及同时驱动左前齿轮传动组与左后齿轮传动组转动的左带轮传动机构，所述左后齿轮传动组的结构与左前齿轮传动组的结构相同，在轮动模式下，左动力电机（57）通过左带轮传动机构同时带动左前齿轮传动组与左后齿轮传动组转动，以使左前轮体（31）及左后轮体（32）获得持续的转动动力。

2.根据权利要求1所述的可变形式水陆空三栖越障机器人，其特征在于：所述的机架（2）是由平行设置的顶层机架及底层机架组成，所述的顶层机架包括方形的第一中间层板（21），所述第一中间层板（21）的一端沿左下方倾斜设有第一左层板（22），所述第一中间层板（21）的另一端沿右下方倾斜设有第一右层板（23）；所述的底层机架包括与第一中间层板（21）相平行的第二中间层板（24）、与第一左层板（22）相平行的第二左层板（25）、与第一右层板（23）相平行的第二右层板（26），所述的第一中间层板（21）与第一左层板（22）、第一中间层板（21）与第一右层板（23）、第二中间层板（24）与第二左层板（25）、第二中间层板（24）与第二右层板（26）之间均分别通过键码（27）连接，所述的第一中间层板（21）与第二中间层板（24）、第一左层板（22）与第二左层板（25）、第一右层板（23）与第二右层板（26）之间均分别通过支撑铝柱（28）连接。

3.根据权利要求1所述的可变形式水陆空三栖越障机器人，其特征在于：所述的壳体（1）为分体结构，包括依次设置且相互连接的上壳体（11）、左壳体（12）、下壳体（13）、右壳体（14），所述的上壳体（11）、左壳体（12）、下壳体（13）以及右壳体（14）形成对机架（2）的密封包裹，所述的下壳体（13）、右壳体（14）及左壳体（12）分别通过螺钉连接在机架（2）上，且下壳体（13）上设有加强筋，所述壳体（1）的前端设有透明盖体（15）。

4.根据权利要求1所述的可变形式水陆空三栖越障机器人，其特征在于：所述的左前弯角轴（41）包括依次设置的第一轴段（411）、第二轴段（412）、第三轴段（413）、第四轴段（414）及第五轴段（415），所述的第一轴段（411）与第二轴段（412）的中心轴线相吻合，所述的第四轴段（414）与第五轴段（415）的中心轴线相吻合，所述的第三轴段（413）为连接第二轴段（412）与第四轴段（414）的弯角轴段，且第三轴段（413）的角平分线上设有第六轴段（416），所述第二轴段（412）与第四轴段（414）的中心轴线的夹角与机架（2）中第一中间层板（21）和第一左层板（22）的夹角相等。

5.根据权利要求4所述的可变形式水陆空三栖越障机器人，其特征在于：所述的第一轴段（411）用于安装左前轮体（31）的轮毂，且第一轴段（411）的端部向内形成用于安装螺旋桨电机（315）的凹部（4111）；所述的第二轴段（412）、第三轴段（413）及第四轴段（414）均为截面呈十字型的空心轴段，所述的第五轴段（415）为阶梯轴，包括依次设置的第一柱状轴段（4151）、六角轴段（4152）及第二柱状轴段（4153），所述第一柱状轴段（4151）的直径大于第二柱状轴段（4153），所述的第二轴段（412）上套设有第一锥齿轮（51），所述的第四轴段（414）上套设有第三锥齿轮（532），所述的第六轴段（416）上套设有第二锥齿轮（52），且第二锥齿轮（52）分别与第一锥齿轮（51）及第三锥齿轮（532）相啮合。

6.根据权利要求2所述的可变形式水陆空三栖越障机器人，其特征在于：所述的左齿条（43）通过与其相配合的限位卡固定在第一左层板（22）的下板面上，且左齿条（43）沿第一左层板（22）的长度方向设置，所述的左减速电机（47）固定在第二左层板（25）的下板面上，且左主动轮（44）与左减速电机（47）的输出轴同轴连接，所述的左前从动轮（45）与左后从动轮（46）分别位于左主动轮（44）的两侧，且左前从动轮（45）与左后从动轮（46）分别与左前弯角轴（41）及左后弯角轴（42）上的六角轴段同轴连接，所述第一左层板（22）的下板面在靠近左齿条（43）两个端部的位置分别设有导向轮（49），左减速电机（47）的输出轴垂直贯穿第二左层板（25）和第一左层板（22），且左主动轮（44）、左前从动轮（45）、左后从动轮（46）均位于第一左层板（22）和第二左层板（25）之间。

7.根据权利要求6所述的可变形式水陆空三栖越障机器人，其特征在于：所述的限位卡包括设置在左前从动轮（45）与左主动轮（44）之间的第一限位卡（481）和第二限位卡（482）、设置在左主动轮（44）与左后从动轮（46）之间的第三限位卡（483）和第四限位卡（484），所述第二限位卡（482）与第三限位卡（483）之间的左齿条（43）上固定有与第二限位卡（482）相配合的第一限位开关（431）以及与第三限位卡（483）相配合的第二限位开关（432）。

8.根据权利要求1所述的可变形式水陆空三栖越障机器人，其特征在于：所述的左前齿轮传动组包括套设在左前弯角轴第二轴段上的第一锥齿轮（51）、套设在左前弯角轴第六轴段上的第二锥齿轮（52）、套设在左前弯角轴第四轴段上的第一双联齿轮（53），所述的第一双联齿轮（53）包括同轴设置的第三直齿轮（531）与第三锥齿轮（532），所述的第二锥齿轮（52）同时与第一锥齿轮（51）及第三锥齿轮（532）啮合，所述第一锥齿轮（51）与第二锥齿轮（52）、第二锥齿轮（52）与第三锥齿轮（532）之间的轴交角之和与左前弯角轴（41）第二轴段与第四轴段的夹角相等，所述第一锥齿轮（51）上设有与左轮体（31）相连的第一法兰盘（511），所述的第三锥齿轮（532）与第三直齿轮（531）之间设有第二法兰盘（533），所述的第一法兰盘（511）与第二法兰盘（533）之间的左前弯角轴（41）上套设有保护套（54），保护套（54）的两端分别卡设在第一法兰盘（511）及第二法兰盘（533）的端面上。

9.根据权利要求1所述的可变形式水陆空三栖越障机器人，其特征在于：所述的左带轮传动机构包括第一双联轮（55）与第二双联齿轮（56），所述的第一双联轮（55）由同轴设置的主动带轮（551）与第一直齿轮（552）组成，所述的第二双联轮（56）由同轴设置的从动带轮（561）与第二直齿轮（562）组成，其中：主动带轮（551）与从动带轮（561）之间通过皮带（563）连接，第一直齿轮（552）与左前弯角轴（41）上的第三直齿轮（531）相啮合，第二直齿轮（562）与左后弯角轴（42）上的第三直齿轮相啮合。

10.根据权利要求1所述的可变形式水陆空三栖越障机器人，其特征在于：所述的左前轮体（31）包括轮毂（311）、轮缘（312）以及连接两者的轮辐条（313），还包括螺旋桨（314）及与螺旋桨（314）相连的螺旋桨电机（315），所述的螺旋桨电机（315）设置在左前弯角轴（41）的第一轴段内部，所述的轮毂（311）套设在左前弯角轴（41）的第一轴段上且与第一锥齿轮（51）上的第一法兰盘（511）相固定，所述左前弯角轴（41）的第一轴段上设有与轮毂（311）轴向定位的锥面。

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