CN113715569B - 一种水陆两栖机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种水陆两栖机器人及其控制方法，机器人包括机体、四个或六个鳍腿机构，机体呈框状结构；鳍腿机构包括机体、第一动力机、第二动力机、第三动力机、缩放机构，第一动力机安装在机体上；第二动力机安装在第一动力机的输出轴上；第三动力机安装在第二动力机的输出轴上；缩放机构安装在第三动力机的输出轴上；第一动力机驱动缩放机构在俯仰方向上运动，第二动力机驱动缩放机构在偏航方向上运动，第三动力机驱动所述缩放机构的收缩与展开。鳍腿机构包括折叠方式和百叶窗式两种伸缩方式；各鳍腿机构采用对称设计，所以在机器人发生倾覆时，不用恢复机器人之前的姿态，也不用改变运动控制方法即可实现机器人的运动。

Description

一种水陆两栖机器人及其控制方法

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种水陆两栖机器人及其控制方法。

背景技术

目前，机器人运动形式多样，腿式机器人运动灵活，地形适应能力强，在巡检、搜救等地面任务中有很广阔的应用前景。水下机器人在水质监测、资源探测等任务中有很强的应用需求。这两种运动形式的机器人大部分以独立的状态存在。少部分结合这两种运动形式的机器人往往采用两套独立的运动机构，如蝾螈机器人，这导致机器人机构复杂。

发明内容

本发明提供一种水陆两栖机器人及其控制方法，克服了现有水陆两栖机器人机构复杂的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种水路两栖机器人，包括机体和四个或六个鳍腿机构，其中：

四个或六个所述鳍腿机构以所述机体为对称轴，四个或六个鳍腿机构对称分布在所述机体两侧；

所述鳍腿机构具有两种伸缩方式，其一为折叠方式，其二为百叶窗方式；

所述鳍腿机构包括第一动力机、第二动力机、第三动力机以及缩放机构；

所述第一动力机安装在所述机体上；

所述第二动力机安装在所述第一动力机的输出轴上；

所述第三动力机安装在所述第二动力机的输出轴上；

所述缩放机构安装在所述第三动力机的输出轴上；

所述第一动力机驱动所述缩放机构在俯仰方向上运动，所述第二动力机驱动所述缩放机构在偏航方向上运动，所述第三动力机驱动所述缩放机构的收缩与展开。

作为本发明的进一步优选，所述缩放机构包括缩放架、若干足端以及若干伸缩部，其中：

所述缩放架为四条边均相等的平行四连杆结构，具有两组相对的边角，所述缩放架的一组相对的边角中的一个边角与所述第三动力机连接；

两个所述足端安装在所述缩放架另一组相对的边角处；

所述伸缩部安装在两所述足端之间。

作为本发明的进一步优选，所述缩放架包括第一连杆、第三连杆、第四连杆、第二连杆、第一齿轮以及第二齿轮，其中：

所述第一连杆的一端安装在所述第三动力机的输出轴上；

所述第一连杆的另一端与所述第三连杆的一端铰接；

所述第三连杆的另一端和所述第四连杆的一端铰接；

所述第四连杆的另一端和所述第二连杆的一端铰接；

所述第二连杆的另一端安装在所述第三动力机的输出轴上；

所述第一齿轮设置在所述第一连杆安装于所述第三动力机的一端，所述第一齿轮的转动中心和所述第三动力机的输出轴共轴；

所述第二齿轮设置在所述第二连杆和所述第一连杆铰接的一端，所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合。

作为本发明的进一步优选，所述缩放机构还包括转板组件，若干所述转板组件等距间隔分布于所述第二连杆与所述第三连杆之间，且均与所述第一连杆和所述第四连杆平行。

作为本发明的进一步优选，所述转板组件包括若干轴一和转板，其中：

若干所述轴一等距间隔分布于所述第二连杆与所述第三连杆之间，且均与所述第一连杆和所述第四连杆平行；

所述转板安装在所述轴一上，且所述转板以其接触的所述轴一为旋转轴转动。

作为本发明的进一步优选，当采用折叠方式时，在相邻的两所述转板之间安装轴二，所述轴二用于铰接相邻的所述转板，相邻的所述转板可以绕所述轴二发生相对转动

作为本发明的进一步优选，当采用百叶窗方式时，在相轴一上安装限位块，所述限位块用于限制所述转板的转动角度。

作为本发明的进一步优选，两所述足端包括第一足端第二足端第一足端和第二足端，其中：

所述第一足端安装在所述第一连杆与所述第三连杆连接处；

所述第二足端安装在所述第二连杆与所述第四连杆连接处。

作为本发明的进一步优选，所述伸缩部包括滑竿、轴承座、直线轴承、套筒、推动柱、压缩弹簧，其中：

所述滑竿的一端安装在所述第一足端上，所述滑竿的另一端通过安装在所述轴承座上的所述直线轴承进入所述套筒内部，且所述滑竿的另一端安装有所述推动柱；

所述套筒的一端与所述轴承座固定连接，另一端固定安装在所述第二足端上；

所述压缩弹簧安装在所述套筒内部，所述压缩弹簧一端套设在所述推动柱上，另一端与所述套筒和第二足端的安装面接触。

还提供了一种水路双栖机器人的控制方法，以所述机体为原点、所述机体框状结构的长边所在方向为X轴、所述机体框状结构的短边所在方向为y轴、所述机体的高度方向为Z轴建立三维空间坐标系；

所述控制方法包括两种工况，第一种工况为在陆地行走，第二种工况为在水中游动；

第一种工况包括两种行走方式，第一种行走方式为哺乳动物腿式，第二种行走方式为昆虫腿式；

将所述机体上安装的四个或六个所述鳍腿机构分为两组鳍腿机构组；对于采用四个鳍腿机构的机器人，处于对角位置的两个鳍腿机构为一组鳍腿机构组，而对于采用六个鳍腿机构的机器人，处于一侧的第一个和第三个以及另一侧的第二个鳍腿机构为一组鳍腿机构组，剩余的三个鳍腿机构为另一组鳍腿机构组；

在第一种工况下，采用第一种行走方式，所述鳍腿机构采用折叠方式或百叶窗方式时，所述控制方法具体步骤如下：

步骤S1、所述机器人开始动作，具体操作如下：

S1-1、摆动动作：一组鳍腿机构组内的各所述鳍腿机构上的所述第一动力机驱动对应的所述缩放机构在X轴正方向发生摆动，带动所述第二足端在X轴正方向发生位移；

同时该组鳍腿机构组内的各所述鳍腿机构上的所述第三动力机驱动对应的所述缩放机构先展开再收缩，带动所述第二足端先在Z轴正方向发生位移再在Z轴负方向发生位移；

S1-2、支撑动作：一组鳍腿机构组内的各所述鳍腿机构上的所述第一动力机驱动对应的所述缩放机构在X轴负方向发生摆动，同时所述第三动力机驱动所述缩放机构保持不动；

其中，当一组鳍腿机构组在进行步骤S1-1的摆动动作时，同时另一组鳍腿机构组进行步骤S1-2的支撑动作；

步骤S2、不断重复上述步骤S1实现所述机器人在陆地上行走；

在第一种工况下，采用第二种行走方式，所述鳍腿机构采用折叠方式或百叶窗方式时，所述控制方法具体步骤如下：

步骤S1、所述机器人开始动作，具体操作如下：

S1-1、摆动动作：一组鳍腿机构组内的各所述鳍腿机构上的所述第二动力机驱动对应的所述缩放机构在X轴与Y轴所在平面内向X轴正方向弧形摆动，带动所述第二足端在X轴正方向发生位移；

同时该组鳍腿机构组内的各所述鳍腿机构上的所述第三动力机驱动对应的所述缩放机构先展开再收缩，带动所述第二足端先在Z轴正方向发生位移再在Z轴负方向发生位移；

S1-2、支撑动作：一组鳍腿机构组内的各所述鳍腿机构上的所述第二动力机驱动对应的所述缩放机构在X轴与Y轴所在平面内向X轴负方向弧形摆动，同时所述第三动力机驱动所述缩放机构先收缩再展开，保持所述第二足端与所述机体1在y轴方向上的距离不变；

其中，当一组鳍腿机构组在进行步骤S1-1的摆动动作时，同时另一组鳍腿机构组进行步骤S1-2的支撑动作；

步骤S2、不断重复上述步骤S1实现所述机器人在陆地上行走；

在第二种工况下，所述鳍腿机构采用折叠方式，所述控制方法具体步骤如下：

步骤S1、各组鳍腿机构组内的各鳍腿机构上的所述第一动力机驱动对应的所述缩放机构在X轴正方向发生摆动，带动所述第二足端在X轴正方向发生位移；

各鳍腿机构维持步骤S1中的朝向X轴正方向的姿态；

步骤S2、各组鳍腿机构组内的各所述鳍腿机构上的所述第三动力机驱动对应的所述缩放机构收缩；

同时各组鳍腿机构组内的各所述鳍腿机构上的所述第二动力机驱动对应的所述缩放机构在X轴与Y轴所在平面内向X轴正方向弧形摆动；

步骤S3、各组鳍腿机构组内的各所述鳍腿机构上的所述第三动力机驱动对应的所述缩放机构展开；

同时各组鳍腿机构组内的各所述鳍腿机构上的所述第二动力机驱动对应的所述缩放机构在X轴与Y轴所在平面内向X轴负方向弧形摆动；

步骤S4、不断重复上述步骤S2至步骤S3实现所述机器人在水中游动；

在第二种工况下，所述鳍腿机构采用百叶窗方式，所述控制方法具体步骤如下：

步骤S1、各组鳍腿机构组内的各鳍腿机构上的所述第一动力机驱动对应的所述缩放机构在X轴正方向发生摆动，带动所述第二足端在X轴正方向发生位移；

各鳍腿机构维持步骤S1中的朝向X轴正方向的姿态；

步骤S2、各组鳍腿机构组内的各所述鳍腿机构上的所述第二动力机驱动对应的所述缩放机构在X轴与Y轴所在平面内向X轴正方向弧形摆动再向X轴负方向弧形摆动；

步骤S3、不断重复上述步骤S2实现所述机器人在水中游动。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明克服了现有水陆两栖机器人机构复杂的问题。

2、本发明滑竿在套筒内部移动可以压缩和释放压缩弹簧，从而起到储能和增加缩放机构柔性的作用。

3、本发明鳍腿机构包括两种方式，其一折叠式鳍腿机构，其二百叶窗式鳍腿机构，折叠式鳍腿机构还具有两种行走方式，第一种行走方式为哺乳动物腿式，第二种行走方式为昆虫腿式；均使得本发明中的机器人结构简单，操作便利；同时本发明适用性更好。

4、本发明鳍腿机构采用上下对称设计，所以在机器人发生倾覆时，不用恢复机器人之前的姿态，也不用改变运动控制方法即可实现机器人的运动。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明采用折叠方式的鳍腿机构的整体结构示意图；

图2是本发明采用折叠方式的鳍腿机构的缩放机构的爆炸图；

图3是本发明采用折叠方式的鳍腿机构的缩放机构的立体图；

图4是本发明的采用折叠方式的鳍腿机构的缩放机构的正视图；

图5是本发明的采用折叠方式的鳍腿机构的缩放机构的右视图；

图6是本发明的采用折叠方式的鳍腿机构的缩放机构的俯视图；

图7是本发明的采用折叠方式的鳍腿机构收缩状态的示意图；

图8是本发明的采用折叠方式的鳍腿机构展开状态的示意图；

图9是本发明的采用折叠方式的鳍腿机构组成的水陆两栖机器人的示意图；

图10是本发明的采用百叶窗方式的鳍腿机构向前进方向反向划水的示意图；

图11是本发明的采用百叶窗方式的鳍腿机构向前进方向伸展的示意图。

图中：1、机体；2、第一动力机；3、第二动力机；4、第三动力机；5、第一连杆；6、第一齿轮；7、第二连杆；8、第二齿轮；9、第三连杆；10、第四连杆；11、第一足端；12、第二足端；13、滑竿；14、套筒；15、轴承座；16、直线轴承；17、推动柱；18、压缩弹簧；19、轴一；20、转板；21、轴二；22、限位块。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”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，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。

实施例1

本实施例提供一种优选实施方案，一种水路两栖机器人，如图1至图6所示，本实施方案包括机体1和四个或六个鳍腿机构，其中：

上述机体1呈框状结构；优选地，所述机体1是由两个长边和两个短边围成的框状结构；机体1为上述鳍腿机构提供支撑。

四个或六个所述鳍腿机构以所述机体1为对称轴，四个或六个鳍腿机构对称分布在所述机体1两侧；优选地，所述机体1的每个长边上等距安装有两个或三个鳍腿机构。

上述鳍腿机构包括第一动力机2、第二动力机3、第三动力机4以及缩放机构，其中：

上述第一动力机2安装在机体1上；第一动力机2用于驱动上述缩放机构在俯仰方向上运动。上述第二动力机3安装在第一动力机2的输出轴上，第二动力机3用于驱动缩放机构在偏航方向上运动。上述第三动力机4安装在第二动力机3的输出轴上，第三动力机4用于驱动缩放机构的收缩与展开。上述缩放机构安装在第三动力机4的输出轴上，缩放机构可以实现收缩或展开动作。

进一步地，上述缩放机构包括缩放架、若干足端以及若干伸缩部，其中：

上述缩放架为四条边均相等的平行四连杆结构，具有两组相对的边角，缩放架的一组相对的边角中的一个边角与第三动力机4连接。若干上述足端安装在缩放架另一组相对的边角处；上述伸缩部安装在两足端之间。

上述缩放架包括第一连杆5、第三连杆9、第四连杆10、第二连杆7、第一齿轮6以及第二齿轮8，第一连杆5的一端安装在第三动力机4的输出轴上，优选地，采用铰接的方式，第一连杆5相对于第三动力机4发生相对转动。第一连杆5的另一端与第三连杆9的一端铰接，第一连杆5与第三连杆9相互之间可发生相对转动。第三连杆9的另一端和第四连杆10的一端铰接，第三连杆9与第四连杆10相互之间可发生相对转动。第四连杆10的另一端和第二连杆7的一端铰接，第四连杆10与第二连杆7相互之间可发生相对转动。第二连杆7的另一端安装在第三动力机4的输出轴上，第二连杆7相对于第三动力机4发生相对转动。第一齿轮6设置在第一连杆5安装于第三动力机4的一端，第一齿轮6的转动中心和第三动力机4的输出轴共轴；第二齿轮8设置在第二连杆7和第一连杆5铰接的一端，第二齿轮8与第一齿轮6啮合。

进一步地，本实施方案还包括转板组件，若干转板组件等距间隔分布于第二连杆7与第三连杆9之间，且均与第一连杆5和第四连杆10平行。转板组件包括若干轴一19和转板20，若干轴一19等距间隔分布于第二连杆7与第三连杆9之间，且均与第一连杆5和第四连杆10平行；转板20安装在轴一19上，且转板20以其接触的轴一19为旋转轴转动。

两上述足端包括第一足端11和第二足端12，第一足端11安装在第一连杆5与第三连杆9连接处；第二足端12安装在第二连杆7与第四连杆10连接处。

如图2所示，上述伸缩部包括滑竿13、轴承座15、直线轴承16、套筒14、推动柱17、压缩弹簧18，滑竿13的一端安装在第一足端11上，滑竿13的另一端通过安装在轴承座15上的直线轴承16进入套筒14内部，且滑竿13的另一端安装有推动柱17；套筒14的一端与轴承座15固定连接，另一端固定安装在第二足端12上；压缩弹簧18安装在套筒14内部，压缩弹簧18一端套设在推动柱17上 ，另一端与套筒14和第二足端12的安装面接触。滑竿13在套筒14内部移动可以压缩或释放压缩弹簧18，从而起到储能和增加缩放机构柔性的作用。

本实施方案包括两种伸缩方式的鳍腿机构，其一：折叠方式的鳍腿机构，在相邻的两转板20之间安装轴二21，轴二21用于铰接相邻的转板20，相邻的转板20可以绕轴二21发生相对转动。如图4所示，轴二21与轴一19平行；转板20的远离安装轴一19的一侧安装有轴二21，且轴二21与其临近的转板20的远离安装轴一19的一侧连接。相邻的转板20可以进行相对转动和滑动。其二：百叶窗方式的鳍腿机构，在轴一19上安装限位块22，限位块22用于限制转板20的转动角度。

关于折叠方式的鳍腿机构：

本实施方案的展开过程，即按图7至图8顺序进行，当第三动力机4驱动缩放机构展开时，折叠在一起的转板20逐渐向右展开，使得缩放机构面积先增大再减小。具体为，第三动力机4运行，第一连杆5以第三动力机4的输出轴为旋转轴向下转动，同时第二连杆7以第三动力机4的输出轴为旋转轴向上转动，也就是第一足端11与第二足端12逐渐靠拢；若干转板20在第一连杆5与第二连杆7转动过程中展开，使得若干转板20所在平面逐渐与缩放架所在平面平行，期间每个转板20沿相应的轴一19进行转动，且相邻转板20沿相应的轴二21进行转动和滑动。

本实施方案的收缩过程，即按图8至图7顺序进行，当第三动力机4驱动缩放机构收缩时，若干转板20收缩从而折叠在一起，使得上述缩放机构面积先减小后增大。具体为，第三动力机4运行，第一连杆5以第三动力机4的输出轴为旋转轴向上转动，同时第二连杆7以第三动力机4的输出轴为旋转轴向下转动，也就是第一足端11与第二足端12逐渐远离；若干转板20在第一连杆5与第二连杆7转动过程中收缩，使得若干转板20所在平面逐渐与缩放架所在平面垂直，期间每个转板20沿相应的轴一19进行转动，且相邻转板20上沿相应的轴二21进行转动和滑动。

如图9所示，本实施方案还包括一种水路双栖机器人的控制方法，所述控制方法以机体1为原点、机体1框状结构的长边所在方向为X轴、机体1框状结构的短边所在方向为y轴、机体1的高度方向为Z轴建立三维空间坐标系；所述控制方法包括两种工况，第一种工况为在陆地行走，第二种工况为在水中游动；第一种工况包括两种行走方式，第一种行走方式为哺乳动物腿式，第二种行走方式为昆虫腿式；将所述机体1上安装的四个或六个所述鳍腿机构分为两组鳍腿机构组；对于采用四个鳍腿机构的机器人，处于对角位置的两个鳍腿机构为一组鳍腿机构组，而对于采用六个鳍腿机构的机器人，处于一侧的第一个和第三个以及另一侧的第二个鳍腿机构为一组鳍腿机构组，剩余的三个鳍腿机构为另一组鳍腿机构组。

在第一种工况下，采用第一种行走方式，所述鳍腿机构采用折叠方式或百叶窗方式时，所述控制方法具体步骤如下：

步骤S1、机器人开始动作，具体操作如下：

S1-1、摆动动作：一组鳍腿机构组内的各所述鳍腿机构上的第一动力机2驱动对应的缩放机构在X轴正方向发生摆动，带动第二足端12在X轴正方向发生位移；

同时该组鳍腿机构组内的各鳍腿机构上的第三动力机4驱动对应的缩放机构先展开再收缩，带动第二足端12先在Z轴正方向发生位移再在Z轴负方向发生位移；

S1-2、支撑动作：一组鳍腿机构组内的各所述鳍腿机构上的第一动力机2驱动对应的缩放机构在X轴负方向发生摆动，同时第三动力机4驱动缩放机构保持不动；

其中，当一组鳍腿机构组在进行步骤S1-1的摆动动作时，同时另一组鳍腿机构组进行步骤S1-2的支撑动作；

步骤S2、不断重复上述步骤S1实现所述机器人在陆地上行走。

上述步骤S1-1实现鳍腿机构的摆动相运动，步骤S1-2实现鳍腿机构的支撑相运动，结合摆动相和支撑相运动即可实现类哺乳动物腿式运动。

在第一种工况下，采用第二种行走方式，鳍腿机构采用折叠方式或百叶窗方式时，控制方法具体步骤如下：

步骤S1、机器人开始动作，具体操作如下：

S1-1、摆动动作：一组鳍腿机构组内的各所述鳍腿机构上的第二动力机2驱动对应的缩放机构在X轴与Y轴所在平面内向X轴正方向弧形摆动，带动第二足端12在X轴正方向发生位移；

同时该组鳍腿机构组内的各鳍腿机构上的第三动力机4驱动对应的缩放机构先展开再收缩，带动第二足端12先在Z轴正方向发生位移再在Z轴负方向发生位移；

S1-2、支撑动作：一组鳍腿机构组内的各鳍腿机构上的第二动力机2驱动对应的缩放机构在X轴与Y轴所在平面内向X轴负方向弧形摆动，同时第三动力机4驱动缩放机构先收缩再展开，保持第二足端12与机体1在y轴方向上的距离不变；

步骤S2、不断重复上述步骤S1实现机器人在陆地上行走。

上述步骤S1-1实现鳍腿机构的摆动相运动，步骤S1-2实现鳍腿机构的支撑相运动，结合摆动相和支撑相运动即可实现类昆虫腿式运动。

在第二种工况下，鳍腿机构采用折叠方式，控制方法具体步骤如下：

步骤S1、各组鳍腿机构组内的各鳍腿机构上的第一动力机2驱动对应的缩放机构在X轴正方向发生摆动，带动所述第二足端12在X轴正方向发生位移；

各组鳍腿机构维持步骤S1中的朝向X轴正方向的姿态；

步骤S2、各组鳍腿机构组内的各鳍腿机构上的第三动力机4驱动对应的缩放机构收缩；

同时各组鳍腿机构组内的各鳍腿机构上的第二动力机2驱动对应的缩放机构在X轴与Y轴所在平面内向X轴正方向弧形摆动；

步骤S3、各组鳍腿机构组内的各鳍腿机构上的第三动力机4驱动对应的缩放机构展开；此可以实现鳍腿机构的向前伸展，同时由于缩放机构和水的接触面小，所以不会影响机器人的运动。

同时各组鳍腿机构组内的各鳍腿机构上的第二动力机2驱动对应的缩放机构在X轴与Y轴所在平面内向X轴负方向弧形摆动；此可以实现鳍腿机构的向前进方向反向划水，由于缩放机构和水的接触面大，所以会推动机器人向前进方向运动。

步骤S4、不断重复上述步骤S2至步骤S3实现机器人在水中游动。

上述方法中结合鳍腿机构的向前伸展和向后摆动即可实现机器人在水中游动。

在第二种工况下，鳍腿机构采用百叶窗方式，控制方法具体步骤如下：

步骤S1、各组鳍腿机构组内的各鳍腿机构上的第一动力机2驱动对应的缩放机构在X轴正方向发生摆动，带动第二足端12在X轴正方向发生位移；

各鳍腿机构维持步骤S1中的朝向X轴正方向的姿态；

步骤S2、各组鳍腿机构组内的各鳍腿机构上的第二动力机2驱动对应的缩放机构在X轴与Y轴所在平面内向X轴正方向弧形摆动再向X轴负方向弧形摆动；

步骤S3、不断重复上述步骤S2实现机器人在水中游动。

如图10和图11所示，上述方法中鳍腿机构不需要在向前进方向反向划水的时候展开缩放机构，也不需要在向前进方向伸展的时候收缩缩放机构。向前进方向反向划水时，转板20受水的作用力闭合，增大与水的接触面积，推动机器人向前进方向运动。向前进方向伸展时，转板20受水的作用力打开，减小与水的接触面积，不影响机器人的运动。同时，由于限位块22的作用，转板20不会打开过多，从而不会影响到向前进方向反向划水时的闭合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种水路两栖机器人，其特征在于：包括机体（1）、四个或六个鳍腿机构，其中：

所述机体（1）呈框状结构；

四个或六个所述鳍腿机构以所述机体（1）为对称轴，四个或六个鳍腿机构对称分布在所述机体（1）两侧；

所述鳍腿机构具有两种伸缩方式，其一为折叠方式，其二为百叶窗方式；

所述鳍腿机构包括第一动力机（2）、第二动力机（3）、第三动力机（4）以及缩放机构；

所述第一动力机（2）安装在所述机体（1）上；

所述第二动力机（3）安装在所述第一动力机（2）的输出轴上；

所述第三动力机（4）安装在所述第二动力机（3）的输出轴上；

所述缩放机构安装在所述第三动力机（4）的输出轴上；

所述第一动力机（2）驱动所述缩放机构在俯仰方向上运动，所述第二动力机（3）驱动所述缩放机构在偏航方向上运动，所述第三动力机（4）驱动所述缩放机构的收缩与展开；

所述缩放机构包括缩放架、两个足端以及伸缩部，其中：

所述缩放架为四条边均相等的平行四连杆结构，具有两组相对的边角，所述缩放架的一组相对的边角中的一个边角与所述第三动力机（4）连接；

两个所述足端安装在所述缩放架另一组相对的边角处；

所述伸缩部安装在两所述足端之间。

2.根据权利要求1所述的一种水路两栖机器人，其特征在于：所述缩放架包括第一连杆（5）、第三连杆（9）、第四连杆（10）、第二连杆（7）、第一齿轮（6）以及第二齿轮（8），其中：

所述第一连杆（5）的一端安装在所述第三动力机（4）的输出轴上；

所述第一连杆（5）的另一端与所述第三连杆（9）的一端铰接；

所述第三连杆（9）的另一端和所述第四连杆（10）的一端铰接；

所述第四连杆（10）的另一端和所述第二连杆（7）的一端铰接；

所述第二连杆（7）的另一端安装在所述第三动力机（4）的输出轴上；

所述第一齿轮（6）设置在所述第一连杆（5）安装于所述第三动力机（4）的一端，所述第一齿轮（6）的转动中心和所述第三动力机（4）的输出轴共轴；

所述第二齿轮（8）设置在所述第二连杆（7）和所述第一连杆（5）铰接的一端，所述第二齿轮（8）与所述第一齿轮（6）啮合。

3.根据权利要求2所述的一种水路两栖机器人，其特征在于：所述缩放机构还包括转板组件，若干所述转板组件等距间隔分布于所述第二连杆（7）与所述第三连杆（9）之间，且均与所述第一连杆（5）和所述第四连杆（10）平行。

4.根据权利要求3所述的一种水路两栖机器人，其特征在于：所述转板组件包括若干轴一（19）和转板（20），其中：

若干所述轴一（19）等距间隔分布于所述第二连杆（7）与所述第三连杆（9）之间，且均与所述第一连杆（5）和所述第四连杆（10）平行；

所述转板（20）安装在所述轴一（19）上，且所述转板（20）以其接触的所述轴一（19）为旋转轴转动。

5.根据权利要求4所述的一种水路两栖机器人，其特征在于：当采用折叠方式时，在相邻的两所述转板（20）之间安装轴二（21），所述轴二（21）用于铰接相邻的所述转板（20），相邻的所述转板（20）可以绕所述轴二（21）发生相对转动 。

6.根据权利要求4所述的一种水路两栖机器人，其特征在于：当采用百叶窗方式时，在轴一（19）上安装限位块（22），所述限位块（22）用于限制所述转板（20）的转动角度。

7.根据权利要求5或6所述的一种水路两栖机器人，其特征在于：两所述足端包括第一足端（11）和第二足端（12），其中：

所述第一足端（11）安装在所述第一连杆（5）与所述第三连杆（9）连接处；

所述第二足端（12）安装在所述第二连杆（7）与所述第四连杆（10）连接处。

8.根据权利要求7所述的一种水路两栖机器人，其特征在于：所述伸缩部包括滑竿（13）、轴承座（15）、直线轴承（16）、套筒（14）、推动柱（17）、压缩弹簧（18），其中：

所述滑竿（13）的一端安装在所述第一足端（11）上，所述滑竿（13）的另一端通过安装在所述轴承座（15）上的所述直线轴承（16）进入所述套筒（14）内部，且所述滑竿（13）的另一端安装有所述推动柱（17）；

所述套筒（14）的一端与所述轴承座（15）固定连接，另一端固定安装在所述第二足端（12）上；

所述压缩弹簧（18）安装在所述套筒（14）内部，所述压缩弹簧（18）一端套设在所述推动柱（17）上，另一端与所述套筒（14）和第二足端（12）的安装面接触。

9.一种水路双栖机器人的控制方法，其特征在于：所述控制方法是对上述权利要求8所述的水路双栖机器人进行控制；

以所述机体（1）为原点、所述机体（1）框状结构的长边所在方向为X轴、所述机体（1）框状结构的短边所在方向为y轴、所述机体（1）的高度方向为Z轴建立三维空间坐标系；

所述控制方法包括两种工况，第一种工况为在陆地行走，第二种工况为在水中游动；

第一种工况包括两种行走方式，第一种行走方式为哺乳动物腿式，第二种行走方式为昆虫腿式；

将所述机体（1）上安装的四个或六个所述鳍腿机构分为两组鳍腿机构组；对于采用四个鳍腿机构的机器人，处于对角位置的两个鳍腿机构为一组鳍腿机构组，而对于采用六个鳍腿机构的机器人，处于一侧的第一个和第三个以及另一侧的第二个鳍腿机构为一组鳍腿机构组，剩余的三个鳍腿机构为另一组鳍腿机构组；

在第一种工况下，采用第一种行走方式，所述鳍腿机构采用折叠方式或百叶窗方式时，所述控制方法具体步骤如下：

步骤S1、所述机器人开始动作，具体操作如下：

S1-1、摆动动作：一组鳍腿机构组内的各所述鳍腿机构上的所述第一动力机（2）驱动对应的所述缩放机构在X轴正方向发生摆动，带动所述第二足端（12）在X轴正方向发生位移；

同时该组鳍腿机构组内的各所述鳍腿机构上的所述第三动力机（4）驱动对应的所述缩放机构先展开再收缩，带动所述第二足端（12）先在Z轴正方向发生位移再在Z轴负方向发生位移；

S1-2、支撑动作：一组鳍腿机构组内的各所述鳍腿机构上的所述第一动力机（2）驱动对应的所述缩放机构在X轴负方向发生摆动，同时所述第三动力机（4）驱动所述缩放机构保持不动；

其中，当一组鳍腿机构组在进行步骤S1-1的摆动动作时，同时另一组鳍腿机构组进行步骤S1-2的支撑动作；

步骤S2、不断重复上述步骤S1实现所述机器人在陆地上行走；

在第一种工况下，采用第二种行走方式，所述鳍腿机构采用折叠方式或百叶窗方式时，所述控制方法具体步骤如下：

步骤S1、所述机器人开始动作，具体操作如下：

S1-1、摆动动作：一组鳍腿机构组内的各所述鳍腿机构上的所述第二动力机（3）驱动对应的所述缩放机构在X轴与Y轴所在平面内向X轴正方向弧形摆动，带动所述第二足端（12）在X轴正方向发生位移；

同时该组鳍腿机构组内的各所述鳍腿机构上的所述第三动力机（4）驱动对应的所述缩放机构先展开再收缩，带动所述第二足端（12）先在Z轴正方向发生位移再在Z轴负方向发生位移；

S1-2、支撑动作：一组鳍腿机构组内的各所述鳍腿机构上的所述第二动力机（3）驱动对应的所述缩放机构在X轴与Y轴所在平面内向X轴负方向弧形摆动，同时所述第三动力机（4）驱动所述缩放机构先收缩再展开，保持所述第二足端（12）与所述机体（1）在y轴方向上的距离不变；

其中，当一组鳍腿机构组在进行步骤S1-1的摆动动作时，同时另一组鳍腿机构组进行步骤S1-2的支撑动作；

步骤S2、不断重复上述步骤S1实现所述机器人在陆地上行走；

在第二种工况下，所述鳍腿机构采用折叠方式，所述控制方法具体步骤如下：

步骤S1、各组鳍腿机构组内的各鳍腿机构上的所述第一动力机（2）驱动对应的所述缩放机构在X轴正方向发生摆动，带动所述第二足端（12）在X轴正方向发生位移；

各鳍腿机构维持步骤S1中的朝向X轴正方向的姿态；

步骤S2、各组鳍腿机构组内的各所述鳍腿机构上的所述第三动力机（4）驱动对应的所述缩放机构收缩；

同时各组鳍腿机构组内的各所述鳍腿机构上的所述第二动力机（3）驱动对应的所述缩放机构在X轴与Y轴所在平面内向X轴正方向弧形摆动；

步骤S3、各组鳍腿机构组内的各所述鳍腿机构上的所述第三动力机（4）驱动对应的所述缩放机构展开；

同时各组鳍腿机构组内的各所述鳍腿机构上的所述第二动力机（3）驱动对应的所述缩放机构在X轴与Y轴所在平面内向X轴负方向弧形摆动；

步骤S4、不断重复上述步骤S2至步骤S3实现所述机器人在水中游动；

在第二种工况下，所述鳍腿机构采用百叶窗方式，所述控制方法具体步骤如下：

步骤S1、各组鳍腿机构组内的各鳍腿机构上的所述第一动力机（2）驱动对应的所述缩放机构在X轴正方向发生摆动，带动所述第二足端（12）在X轴正方向发生位移；

各鳍腿机构维持步骤S1中的朝向X轴正方向的姿态；

步骤S2、各组鳍腿机构组内的各所述鳍腿机构上的所述第二动力机（3）驱动对应的所述缩放机构在X轴与Y轴所在平面内向X轴正方向弧形摆动再向X轴负方向弧形摆动；

步骤S3、不断重复上述步骤S2实现所述机器人在水中游动。

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