CN113978672A - 一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人 - Google Patents

Abstract

本申请提供的基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人，躯干上设置左前肢、右前肢、左后肢和右后肢，左前肢和右前肢包括第一驱动机构、旋转腿、第二驱动机构、前小腿组件、前脚蹼组件和第一牵动绳，左后肢和右后肢包括第三驱动机构、后大腿组件、后小腿组件、后脚蹼组件、第二牵动绳和第三牵动绳。机器人游动过程中，驱动第一驱动机构可实现前肢旋转，驱动第二驱动机构牵引第一牵动绳可实现前肢划水，驱动第三驱动机构牵引第二牵动绳和第三牵动绳可实现后肢蹬水，实现机器人游动以及游动姿态的调整。本申请提供的游动机器人能够高仿真的模拟青蛙运动，实现机器人在水中的运动更加平稳、机动性强；同时，可促进水中机器人小型化、便捷化发展。

Description

一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人

技术领域

本申请涉及水下机器人技术领域，尤其涉及一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人。

背景技术

游动机器人作为一种具有在水中游动能力并能完成预定任务的智能机器人系统，已经开始在水中资源勘与开发、水中侦察与预警、水中抢险求援等科学及军事领域发挥越来越重要的作用，青蛙具有优异的水中游动能力，目前的仿蛙机器人研究并没有体现出仿青蛙游动能力的优势所在。

目前，基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人大多采用记忆合金片或气动驱动等方式，这种驱动方式决定了其体形庞大，控制系统也比繁琐，而且机器人的结构也相对复杂，因此很难实现仿蛙机器人在水中灵活游动能力。因此如何提升仿蛙机器人水下游动能力，是本技术领域亟待解决的技术难题。

发明内容

本申请实施例提供了一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人，使基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人在水中运动时更加平稳、机动性强。

本申请提供的一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人，包括：包括：躯干、左前肢、右前肢、左后肢和右后肢，所述左前肢设置在所述躯干的左前侧，所述右前肢设置在所述躯干的右前侧，所述左后肢设置在所述躯干的左后侧，所述右后肢设置在所述躯干的右后侧；其中：

所述左前肢和所述右前肢分别包括第一驱动机构、旋转腿、第二驱动机构、前小腿组件、前脚蹼组件和第一牵动绳；所述第一驱动机构固定连接所述躯干，所述旋转腿固定连接所述第一驱动机构的输出轴，所述第二驱动机构固定连接所述旋转腿，所述前小腿组件的一端连接所述第二驱动机构的输出轴，所述前小腿组件的另一端铰接所述前脚蹼组件的一端；所述第一牵动绳的末端固定连接所述前脚蹼组件的一端，所述第一牵动绳用于当所述第二驱动机构驱动所述前小腿组件时牵动所述前脚蹼组件摆动；

所述左后肢和所述右后肢分别包括第三驱动机构、后大腿组件、后小腿组件、后脚蹼组件、第二牵动绳和第三牵动绳；所述第三驱动机构固定连接所述躯干，所述第三驱动机构的输出轴固定连接所述后大腿组件的一端，所述后大腿组件的另一端铰接所述后小腿组件的一端，所述后小腿组件的另一端铰接所述后脚蹼组件的一端；所述第二牵动绳的一端连接所述躯干、另一端连接所述后小腿组件，且所述第二牵动绳穿过所述后大腿组件，用于当所述第三驱动机构驱动所述后大腿组件时牵动所述后小腿组件摆动；所述第三牵动绳的一端连接所述后大腿组件、另一端连接所述后脚蹼组件，用于当所述第三驱动机构驱动所述后大腿组件时牵动所述后脚蹼组件摆动。

可选的，本申请提供的基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人，所述前小腿组件包括前小腿本体、第一旋转轮和第二旋转轮；所述前小腿本体的一端固定连接所述第二驱动机构的输出轴，所述前小腿本体的另一端通过转轴连接所述前脚蹼组件的一端；

所述前小腿本体上设置中空区，所述第一旋转轮和所述第二旋转轮分别设置在所述中空区，且所述第一旋转轮和所述第二旋转轮分别通过转轴连接所述前小腿本体；

所述前小腿本体上还设置穿线孔，所述第一牵动绳的一端依次绕过所述第一旋转轮和所述第二旋转轮并穿过所述穿线孔连接所述旋转腿。

可选的，本申请提供的基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人，所述前脚蹼组件包括前脚蹼框、前脚心掌和拉簧，所述前脚蹼框的一端铰接所述前小腿组件的另一端；所述前脚蹼框的一端还铰接所述前脚心掌的一端，所述拉簧的一端固定连接所述前脚蹼框、另一端固定连接所述前脚心掌。

可选的，本申请提供的基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人，所述后大腿组件包括后大腿本体和第三旋转轮；所述后大腿本体的一端固定连接所述第三驱动机构的输出轴，所述后大腿本体的另一端连接所述后小腿组件；

所述后大腿本体上设置中空区，所述第三旋转轮设置在所述中空区且通过转轴连接所述后大腿本体，所述第三旋转轮支撑所述第二牵动绳。

可选的，本申请提供的基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人，所述后小腿组件包括后小腿本体和第四旋转轮；所述后小腿本体的一端通过旋转轴铰接所述后大腿组件的另一端，所述小腿本体的另一端通过转轴铰接所述后脚蹼组件的一端；

所述后小腿本体上设置中空区，所述第四旋转轮设置在所述中空区且通过转轴连接所述后小腿本体，所述第四旋转轮支撑所述第三牵动绳。

可选的，本申请提供的基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人，所述前脚蹼框的一端设置第一U型连接部，所述第一U型连接部的两侧通过转轴连接所述前小腿组件的另一端，所述转轴上套设第一扭簧，所述第一扭簧的扭臂分别抵触所述第一U型连接部和所述前小腿组件。

可选的，本申请提供的基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人，所述后小腿本体的一端设置后小腿连接部和绳连接部；所述后小腿连接部通过转轴连接所述后大腿本体的另一端，所述转轴上套设第二扭簧，所述第二扭簧的扭臂分别抵触后大腿本体和所述后小腿连接部；

所述第二牵动绳的另一端连接所述绳连接部。

可选的，本申请提供的基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人，所述后脚蹼组件包括后脚蹼框、后脚心掌和拉簧，所述后脚蹼框的一端铰接所述后小腿本体的另一端；所述后脚蹼框的一端还铰接所述后脚心掌的一端，所述拉簧的一端固定连接所述后脚蹼框、另一端固定连接所述后脚心掌。

可选的，本申请提供的基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人，所述后小腿本体的另一端设置第二U型连接部，所述后脚蹼框的一端设置脚蹼连接部，所述脚蹼连接部嵌设在所述第二U型连接部中并通过转轴连接所述第二U型连接部的两侧，所述转轴上套设第三扭簧，所述第三扭簧的扭臂分别抵触所述第二U型连接部和所述脚蹼连接部；

所述第三牵动绳的另一端连接所述脚蹼连接部。

可选的，本申请提供的基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人，所述躯干上设置后肢安装座，所述后肢安装座上设置电机支撑架、输出轴基座和绳固定座；所述第三驱动机构设置在所述电机支撑架上，所述第三驱动机构的输出轴通过轴承连接所述输出轴基座，所述第二牵动绳的一端连接所述绳固定座。

本申请提供的基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人中，躯干上设置左前肢、右前肢、左后肢和右后肢，左前肢和右前肢包括第一驱动机构、旋转腿、第二驱动机构、前小腿组件、前脚蹼组件和第一牵动绳，左后肢和右后肢包括第三驱动机构、后大腿组件、后小腿组件、后脚蹼组件、第二牵动绳和第三牵动绳。在本申请提供的基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人游动过程中，驱动第一驱动机构可实现前肢旋转，驱动第二驱动机构牵引第一牵动绳可实现前肢划水，驱动第三驱动机构牵引第二牵动绳和第三牵动绳可实现后肢蹬水，进而通过协调控制驱动第一驱动机构、第二驱动机构和第三驱动机构，可实现基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人游动以及游动姿态的调整。本申请提供的基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人能够高仿真的模拟青蛙运动，实现机器人在水中的运动更加平稳、机动性强；同时，可促进水中机器人小型化、便捷化发展。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据一些实施例提供的一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人的立体图一；

图2为根据一些实施例提供的一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人的立体图二；

图3为根据一些实施例提供的一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人的主视图；

图4为根据一些实施例提供的一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人的后视图；

图5为图4中A处的局部放大图；

图6为图4中B处的局部放大图；

图7为根据一些实施例提供的一种躯干的结构示意图；

图8为根据一些实施例提供的一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人的右前肢的结构示意图一；

图9为根据一些实施例提供的一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人的右前肢的结构示意图二；

图10为根据一些实施例提供的一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人的右前肢的结构示意图三；

图11为根据一些实施例提供的一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人的右前肢的结构示意图四；

图12为根据一些实施例提供的一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人的左后肢的结构示意图一；

图13为根据一些实施例提供的一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人的左后肢的结构示意图二；

图14为根据一些实施例提供的一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人的左后肢的结构示意图三；

图15为根据一些实施例提供的一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人的左后肢的结构示意图四；

图16为根据一些实施例提供的一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人沿直线运动的结构示意图一；

图17为根据一些实施例提供的一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人沿直线运动的结构示意图二；

图18为根据一些实施例提供的一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人沿直线运动的结构示意图三；

图19为图17中C处的局部放大图；

图20为图18中D处的局部放大图；

图21为根据一些实施例提供的一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人的状态示意图一；

图22为根据一些实施例提供的一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人的状态示意图二；

图23为根据一些实施例提供的一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人的状态示意图三。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本公开中的技术方案，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本公开保护的范围。

本申请实施例提供的基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人，能够实现水下机器人在水中运动时更加平稳、机动性强。图1为根据一些实施例提供的一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人的立体图一，图2为根据一些实施例体用的一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人的立体图二，图1和2展示出了本申请实施例中基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人的一种状态。如图1和2所示，本申请实施例提供的基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人包括躯干100、左前肢200、右前肢300、左后肢400和右后肢500。

在本申请实施例中，左前肢200、右前肢300、左后肢400和右后肢500分别连接躯干100。如图1所示方向，左前肢200和左后肢400设置在躯干100的左侧，右前肢300和右后肢500设置在躯干100的右侧，左前肢200和右前肢300连接躯干100的靠前端，左后肢400和右后肢500连接躯干100的靠后端。在本申请一些实施例中，左前肢200和右前肢300对称设置在躯干100前端的两侧，左后肢400和右后肢500对称设置在躯干100后端的两侧。

图3为根据一些实施例提供的一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人的主视图，图4为根据一些实施例提供的一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人的后视图，图3和4示出了基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人前肢抬起和后肢曲起的状态。本申请实施例提供的基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人，左前肢200、右前肢300、左后肢400和右后肢500协调运动实现基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人在水下运动。示例地，通过协调控制左前肢200和右前肢300的摆动以及左后肢400和右后肢500的后蹬实现基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人内水下游动，同时通过调整左前肢200和右前肢300的摆动状态，可实现基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人内水下游动状态的调整，如上浮、下潜、转弯等。在本申请实施例中，左前肢200和右前肢300用于平衡基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人以及调整基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人运动方向，左后肢400和右后肢500用于提供基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人游动的动力。

图5为图4中A处的局部放大图，图6为图4中B处的局部放大图，图5和图6中展示出了本申请一些实施例中一种右前肢300和左后肢400的基本结构。如图5所示，在本申请一些实施例中，右前肢300包括第一驱动机构310、旋转腿320、第二驱动机构330、前小腿组件340、前脚蹼组件350和第一牵动绳360；如图6所示，左后肢400包括第三驱动机构410、后大腿组件420、后小腿组件430、后脚蹼组件440、第二牵动绳450和第三牵动绳460。

如图5所示，第一驱动机构310固定连接躯干100，旋转腿320固定连接第一驱动机构320的输出轴；第二驱动机构330固定连接旋转腿320，前小腿组件340的一端连接第二驱动机构330的输出轴，前小腿组件340的另一端铰接前脚蹼组件350的一端；第一牵动绳360的末端固定连接前脚蹼组件350的一端，第一牵动绳360弯折的从前小腿组件340的一端到前小腿组件340另一的前脚蹼组件350。驱动第一驱动机构310，第一驱动机构310的输出轴带动旋转腿320，使旋转腿320随第一驱动机构310的输出轴旋转，使旋转腿320相对躯干100的位置状态改变，进而通过旋转腿320带动前小腿组件340和前脚蹼组件350相对躯干100的位置状态发生改变；驱动第二驱动机构330，牵动第一牵动绳360，进而通过第一牵动绳360调整前脚蹼组件350相对前小腿组件340的位置状态。因此本申请实施例中，通过协调控制第一驱动机构310和第二驱动机构330的驱动时序以及驱动速度，可调整右前肢300的状态，进而调整在右前肢300摆动过程中产生的动力。

图5中粗实线所示的第一牵动绳360仅是简单的示意，第一牵动绳360的首端连接旋转腿320或第一驱动机构310的输出轴，第一牵动绳360的末端连接前脚蹼组件350，在第一牵动绳360的首端到第一牵动绳360的末端之间设置有若干支撑点，用于支撑第一牵动绳360以及改变第一牵动绳360的延伸方向，有助于使前脚蹼组件350的摆动更加平滑。

在本申请一些实施例中，左前肢200的结构可与右前肢300的结构相同，左前肢200与右前肢300轴对称的设置在躯干100远离右前肢300的另一侧；当然在本申请另一些实施例左前肢200的结构可与右前肢300的结构不相同，如在右前肢300的基础上稍加变动等。

如图6所示，第三驱动机构410固定连接躯干100，第三驱动机构410的输出轴固定连接后大腿组件420的一端，后大腿组件420的另一端铰接后小腿组件430的一端，后小腿组件430的另一端铰接后脚蹼组件440的一端；第二牵动绳450的一端连接躯干100、另一端连接后小腿组件430，且第二牵动绳450穿过后大腿组件420，用于当第三驱动机构410驱动后大腿组件420时牵动后小腿组件430摆动；第三牵动绳460的一端连接后大腿组件420、另一端连接后脚蹼组件440，用于当第三驱动机构410驱动后大腿组件420时牵动后脚蹼组件440摆动。驱动第三驱动机构410，第三驱动机构410的输出轴带动后大腿组件420，使后大腿组件420围绕输出轴所在直线摆动，进而使后大腿组件420相对躯干100的位置状态改变；由于在水下受水的作用力和第二牵动绳450的牵动小腿组件430相对后大腿组件420围绕其与后大腿组件420连接处发生旋转，转动的后小腿组件430将牵动第三牵动绳460，进而可调整后脚蹼组件440相对后小腿组件430的位置状态。

图6中粗实线所示的第二牵动绳450和第三牵动绳460仅是简单的示意；第二牵动绳450的首端连接躯干100或其他相对躯干100固定的机构，第二牵动绳450的末端连接后小腿组件430的一端，第二牵动绳450的首端到第二牵动绳450的末端之间设置有若干支撑点，用于支撑第二牵动绳450以及改变第二牵动绳450的延伸方向，有助于使后小腿组件430的摆动更加平滑；第三牵动绳460的首端连接后大腿组件420的另一端，第三牵动绳460的末端连接后脚蹼组件440，第三牵动绳460的首端到第三牵动绳460的末端之间设置有若干支撑点，用于支撑第三牵动绳460以及改变第三牵动绳460的延伸方向，有助于使后脚蹼组件440的摆动更加平滑。

在本申请一些实施例中，右后肢500的结构可与左后肢400的结构相同，右后肢500与左后肢400轴对称的设置在躯干100远离左后肢400的另一侧；当然在本申请另一些实施例右后肢500的结构可与左后肢400的结构不相同，如在左后肢400的基础上稍加变动等。

在本申请实施例中，第一驱动机构310、第二驱动机构330和第三驱动机构410可采用舵机、步进电机等。

图7为根据一些实施例提供的一种躯干的结构示意图。如图7所示，在本申请一些实施例中，躯干100包括上壳体110和下壳体120，上壳体110和下壳体120盖合连接形成包裹腔体，腔体内设置可用于设置机器人控制主板等，机器人控制主板可用于实现第一驱动机构310、第二驱动机构330和第三驱动机构410启动、关闭以及驱动方向等的控制，当然本申请实施例中不局限于通过机器人控制主板控制第一驱动机构310、第二驱动机构330和第三驱动机构410。在本申请实施例中，躯干100的形状可如图7所示的前部稍窄，便于提高躯干100的流线型，减少躯干在水下的阻力。

在本申请一些实施例中，下壳体120的前端设置两个前肢安装卡座121，一个前肢安装卡座121设置在下壳体120前端的一侧、另一个前肢安装卡座121设置在下壳体120前端的另一侧，左前肢200和右前肢300分别通过前肢安装卡座121连接躯干。实例地，第一驱动机构300设置在前肢安装卡座121上。在本申请一些实施例中，前肢安装卡座121贯穿上壳体110和下壳体120盖合连接形成包裹腔体，进而第一驱动机构300可嵌设在躯干100上，便于实现第一驱动机构300的固定以及缩小基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人前端的宽度。当然在本申请实施例中，前肢安装卡座不局限于设置在下壳体120的前端，还可以设置在上壳体110的前端等。

在本申请一些实施例中，如图7所示，下壳体120的后端设置后肢安装座130，后肢安装座130用于装配左后肢400和右后肢500。如图7所示，后肢安装座130可为下壳体120上突出于上壳体110尾部的基座，如此将方便左后肢400和右后肢500的装配，但本申请实施例中不局限此，还可将后肢安装座130设置在上壳体110上等。在本申请实施例中，在后肢安装座130可设置支撑架、基座等，以方便左后肢400和右后肢500的装配。

在本申请一些实施例中，后肢安装座130上设置两个电机支撑架131，一个电机支撑架131设置在后肢安装座130的一侧，另一个电机支撑架131设置在后肢安装座130的另一侧；两个电机支撑架131可轴对称的设置在后肢安装座130的两侧。两个电机支撑架131分别用于支撑连接第三驱动机构，方便第三驱动机构的装配。

在本申请一些实施例中，后肢安装座130上还设置两个输出轴基座132，一个输出轴基座132设置在后肢安装座130一侧的电机支撑架131下方，另一个输出轴基座132设置在后肢安装座130另一侧的电机支撑131下方。输出轴基座132用于方便第三驱动机构输出轴的定位以及方便第三驱动机构装配连接后大腿组件。在在本申请一些实施例中，第三驱动机构的输出轴通过轴承连接输出轴基座132，既能实现输出轴基座132对第三驱动机构输出轴的支撑，又不会妨碍第三驱动机构输出轴转动。

在本申请一些实施例中，为方便第二牵动绳首端的固定，后肢安装座130上设置两个绳固定座133，一个绳固定座133设置在后肢安装座130的一侧，另一个绳固定座133设置在后肢安装座130的另一侧，使用绳固定座133连接第二牵动绳首端。在本申请实施例结合左后肢400和右后肢500的摆动需求，两个绳固定座133设置在输出轴基座132靠近躯干100前端的一侧。

图8为根据一些实施例提供的一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人的右前肢的结构示意图一，图9为根据一些实施例提供的一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人的右前肢的结构示意图二，图10为根据一些实施例提供的一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人的右前肢的结构示意图三，图11为根据一些实施例提供的一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人的右前肢的结构示意图四，图8-11展示出了本申请实施例提供的一种右前肢300的基本结构以及前脚蹼组件350的不同状态。

为方便第一驱动机构310连接旋转腿320，第一驱动机构310的输出轴上设置圆盘311，旋转腿320可通过螺钉等连接圆盘311。进一步，旋转腿320为“L”型的支架机构，旋转腿320的侧边用于连接圆盘311，旋转腿320的底边用于装配支撑第二驱动机构330，如此“L”型的旋转腿320方便承载第二驱动机构330以及方便转接前小腿组件340等。进一步，第一牵动绳360的首端连接旋转腿320，为便于第一牵动绳360与旋转腿320连接，旋转腿320连接圆盘311的侧边设置绳固定孔321，第一牵动绳360的首端连接绳固定孔321。

如图8-11所示，本申请一些实施例中，前小腿组件340包括前小腿本体341、第一旋转轮342和第二旋转轮343。前小腿本体341的一端连接第二驱动机构330的输出轴，前小腿本体341的另一端连接前脚蹼组件350，如前小腿本体341通过转轴连接前脚蹼组件350的一端，使前小腿本体341；前小腿本体341上设置中空区域，第一旋转轮342和第二旋转轮343设置在前小腿本体341的中空区域，且能够在前小腿本体341的中空区域内转动；第一旋转轮342和第二旋转轮343可通过转轴连接前小腿本体341。第一牵动绳360自绳固定孔321延伸至前小腿本体341、并从第一旋转轮342和第二旋转轮343上绕过，如此第一旋转轮342和第二旋转轮343用于支撑第一牵动绳360以及改变第一牵动绳360的延伸方向，使前脚蹼组件350的摆动更加平滑。

进一步的，在本申请一些实施例中，前小腿本体341上还设置穿线孔，该穿线孔也用于支撑第一牵动绳360以及改变第一牵动绳360的延伸方向。示例地，前小腿本体341的一端设置第一穿线孔344、另一端设置第二穿线孔345，第一牵动绳360自第一穿线孔344延伸至第一旋转轮342，经第一旋转轮342绕过依次延伸至第二旋转轮343和第二穿线孔345，最后穿出第二穿线孔345连接前脚蹼组件350。

在本申请一些实施例中，前小腿本体341的另一端通过转轴连接前脚蹼组件350的一端，使前脚蹼组件350能够围绕该转轴相对前小腿本体341转动，进而通过第一牵动绳360的牵动使前脚蹼组件350围绕转轴旋转，实现前脚蹼组件350在对水下的摆动。进一步，该转轴上设置第一扭簧346，当第一牵动绳360的牵动力减小或消失时，通过第一扭簧346使前脚蹼组件350围绕转轴反向旋转、恢复到与前小腿本体341的原始夹角。

在本申请一些实施例中，前脚蹼组件350包括前脚蹼框351、前脚心掌352和拉簧353，前脚蹼框351为框架结构，前脚心掌352为片状结构。

前脚蹼框351连接前小腿本体341的另一端，前脚蹼框351用于方便前脚蹼组件350与前小腿本体341连接；前脚心掌352设置在前脚蹼框351上，一端铰接前脚蹼框351，可相对与前脚蹼框351的铰接位置旋转，前脚心掌352可通过转轴连接前脚蹼框351。前脚蹼框351上设置限位台阶3511和挡块3512，限位台阶3511为设置在前脚蹼框351上的台阶状机构，挡块3512为设置在前脚蹼框351上的凸起。限位台阶3511用于前脚心掌352与前脚蹼框351闭合状态时的装配限位，挡块3512用于前脚心掌352与前脚蹼框351打开状态是的阻挡限位，进而限位台阶3511和挡块3512将前脚心掌352相对前脚蹼框351的旋转角度限定在一定范围内，具体的旋转角度可根据需要进行选择，进而挡块3512的设置位置可根据旋转角度进行选择。

如图11所示，拉簧353的一端连接前脚蹼框351、另一端连接前脚心掌352，用于牵引前脚心掌352。如当前脚心掌352与前脚蹼框351处于打开状态，拉簧353能够牵引前脚心掌352，使其前脚心掌352相对前脚蹼框351、围绕转轴逆时针旋转，使前脚心掌352与前脚蹼框351逐渐闭合。进一步，为便于拉簧353的设置，前脚心掌352上设置若干拉簧固定座3521，拉簧353贯穿若干拉簧固定座3521。

在本申请一些实施例中，为便于第一扭簧346的装配以及前脚蹼组件350与前小腿组件340的装配，前脚蹼框351的一端设置第一U型连接部3513，第一U型连接部3513的两侧通过转轴连接前小腿本体341，第一扭簧346套设在转轴上且第一扭簧346的扭臂分别抵触第一U型连接部3513和前小腿本体341。

在本申请一些实施例中，左前肢200的具体结构可参见上述实施例中提供的右前肢300的具体结构。

图12为根据一些实施例提供的一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人的左后肢的结构示意图一，图13为根据一些实施例提供的一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人的左后肢的结构示意图二，图14为根据一些实施例提供的一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人的左后肢的结构示意图三，图15为根据一些实施例提供的一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人的左后肢的结构示意图四，图12-15展示出了本申请实施例提供的一种左后肢400的基本结构以及后脚蹼组件440的不同状态。

在本申请一些实施例中，第三驱动机构410上设置安装支架411，安装支架411用于便于第三驱动机构410在躯干100上的装配安装。示例地，第三驱动机构410通过安装支架411连接电机支撑架131，如安装支架411通过螺钉固定连接电机支撑架131。

在本申请一些实施例中，后大腿组件420包括后大腿本体421和第三旋转轮422。后大腿本体421的一端连接第三驱动机构410的输出轴，后大腿本体421的另一端连接后小腿组件430。后大腿本体421上设置中空区域，第三旋转轮422设置在中空区域，且能够在后大腿本体421的中空区域内转动；第三旋转轮422可通过转轴连接后大腿本体421。第二牵动绳450自与躯干100的连接处延伸至后大腿本体421，从第三旋转轮422上绕过再延伸至与后小腿组件430的连接处，第三旋转轮422用于支撑第二牵动绳450以及改变第二牵动绳450的延伸方向，使后小腿组件430的摆动更加平滑。

进一步的，在本申请一些实施例中，后大腿本体421上还设置穿线孔，该穿线孔也用于支撑第二牵动绳450以及改变第二牵动绳450的延伸方向。示例地，后大腿本体421的一端设置第三穿线孔423、另一端设置第四穿线孔424，第二牵动绳450自绳固定座133延伸至第三穿线孔423，经第三穿线孔423延伸至第三旋转轮422，然后经第三旋转轮422绕过、延伸至第四穿线孔424，最后穿出第二穿线孔345连接后小腿组件430。

在本申请一些实施例中，后小腿组件430包括后小腿本体431和第四旋转轮432，后小腿本体431的一端连接后大腿本体421的一端，后小腿本体431的另一端连接后脚蹼组件440，如后小腿本体431的另一端通过转轴连接后脚蹼组件440。后小腿本体431上设置中空区域，第四旋转轮432设置在后小腿本体431的中空区域，且能够在后小腿本体431的中空区域内转动；第四旋转轮432可通过转轴连接后小腿本体431。

在本申请一些实施例中，第三牵动绳460的首端连接后大腿本体421的另一端，第三牵动绳460自与后大腿本体421的另一端延伸至后小腿本体431、并从第四旋转轮432上绕过再延伸至与后脚蹼组件440的连接处，如此第四旋转轮432用于支撑第三牵动绳460以及改变第三牵动绳460的延伸方向，使后脚蹼组件440的摆动更加平滑。进一步，后大腿本体421的另一端设置第三牵动绳固定孔4211，第三牵动绳460的首端固定连接第三牵动绳固定孔4211。

进一步的，在本申请一些实施例中，后小腿本体431上还设置穿线孔，该穿线孔也用于支撑第三牵动绳460以及改变第三牵动绳460的延伸方向。示例地，后小腿本体431的一端设置第五穿线孔433、另一端设置第六穿线孔434，第三牵动绳460自第三牵动绳固定孔4211延伸至第五穿线孔433，穿过第五穿线孔433延伸至第四旋转轮432，经第四旋转轮432绕过延伸至第六穿线孔434，最后穿出第六穿线孔434连接后脚蹼组件440。

在本申请一些实施例中，为方便第二牵动绳450连接后小腿本体431以及后小腿本体431连接后大腿组件420，后小腿本体431的一端设置后小腿连接部4311和绳连接部4312，后小腿连接部4311的通过转轴连接后大腿本体421的一端，绳连接部4312突出于后小腿连接部4311，如此有效避免第二牵动绳450影响后小腿本体431相对后大腿本体421转动。示例地，后小腿连接部4311为U型结构，后小腿连接部4311的两侧通过转轴连接后大腿本体421。进一步，该转轴上设置第二扭簧425，第二扭簧425的扭臂分别抵触后小腿连接部4311和后大腿本体421；当第二牵动绳450的牵动力减小或消失时，通过第二扭簧425使后小腿本体431围绕转轴反向旋转、恢复到与后大腿本体421的夹角。

在本申请一些实施例中，后脚蹼组件440包括后脚蹼框441、后脚心掌442和拉簧443，后脚蹼框441为框架结构，后脚心掌442为片状结构。

后脚蹼框441连接后小腿本体431的另一端，后脚蹼框441用于方便后脚蹼组件440与后小腿本体431连接；后脚心掌442设置在后脚蹼框441上，一端铰接后脚蹼框441，可相对与后脚蹼框441的铰接位置旋转，后脚心掌442可通过转轴连接后脚蹼框441。后脚蹼框441上设置限位台阶4411和挡块4412，限位台阶4411为设置在后脚蹼框441上的台阶状机构，挡块4412为设置在后脚蹼框441上的凸起。限位台阶4411用于后脚心掌442与后脚蹼框441闭合状态时的装配限位，挡块4412用于后脚心掌442与后脚蹼框441打开状态是的阻挡限位，进而限位台阶4411和挡块4412将后脚心掌442相对后脚蹼框441的旋转角度限定在一定范围内，具体的旋转角度可根据需要进行选择，进而挡块4412的设置位置可根据旋转角度进行选择。

如图15所示，拉簧443的一端连接后脚蹼框441、另一端连接后脚心掌442，用于牵引后脚心掌442。如当后脚心掌442与后脚蹼框441处于打开状态，拉簧443能够牵引后脚心掌442，使其后脚心掌442相对后脚蹼框441、围绕转轴顺时针旋转，使后脚心掌442与后脚蹼框441逐渐闭合。进一步，为便于拉簧443的设置，后脚心掌442上设置若干拉簧固定座4421，拉簧443贯穿若干拉簧固定座4421。

在本申请一些实施例中，后小腿本体431的另一端通过转轴连接后脚蹼框441，使后脚蹼框441能够围绕该转轴相对后小腿本体431转动，进而通过第三牵动绳460的牵动使后脚蹼组件440围绕转轴旋转，实现后脚蹼组件440在对水下的摆动。进一步，该转轴上设置第三扭簧435，当第三牵动绳460的牵动力减小或消失时，通过第三扭簧435使后脚蹼组件440围绕转轴反向旋转、恢复到与后小腿本体431的原始夹角。

进一步，在本申请一些实施例中，为便于第三扭簧435的装配以及后脚蹼组件440与后小腿本体431的装配，后小腿本体431的另一端设置第二U型连接部4313，第二U型连接部4313的两侧连接转轴；后脚蹼框441上设置连接盘4413，连接盘4413套设在转轴上，通过该转轴连接第二U型连接部4313；第三扭簧435套设在该转轴上且第三扭簧435的扭臂分别抵触第二U型连接部4313和连接盘4413。同时，第三牵动绳460的末端连接连接盘4413，通过牵动连接盘4413，使后脚蹼组件440围绕与第二U型连接部4313连接的转轴旋转，进而能够方便实现后脚蹼组件440在水下的摆动。

在本申请一些实施例中，右后肢500的具体结构可参见上述实施例中提供的左后肢400的具体结构。

在本申请实施例中，通过协调控制左前肢200和右前肢300摆动角度和速度、左后肢400和右后肢500的后蹬速度可以控制基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人游动速度以及方向。下面结合几种具体的运动模式对本申请实施例提供的基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人运动控制进行距离说明。

图16为根据本申请一些实施例提供的一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人沿直线运动的结构示意图一，图17为根据本申请一些实施例提供的一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人沿直线运动的结构示意图二，图18为根据本申请一些实施例提供一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人沿直线运动的结构示意图三，图19为图17中C处的局部放大图，图20为图18中D处的局部放大图，图16示出了基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人中左前肢200和右前肢300开始向躯干100尾部摆动或正在向躯干100尾部摆动的状态，以及左后肢400和右后肢500开始向躯干100尾部蹬水或正在向躯干100尾部蹬水状态，图16中虚线箭头指相应结构的转动方向，图17和18示出了基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人中左前肢200、右前肢300、左后肢400和右后肢500向躯干100前部缩动的状态。

如图16所示，驱动左前肢200中的第二驱动机构，使左前肢200中的前小腿组件逆时针旋转，逆时针旋转的前小腿组件牵动第一牵动绳，被牵动的第一牵动绳带动左前肢200中的前脚蹼组件逆时针摆动，前脚蹼组件的背面向水施加作用力，水向前脚蹼组件的背面施加反作用力，进而对前脚蹼组件产生基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人前行方向上的动力。

如图16所示，驱动右前肢300中的第二驱动机构，使右前肢300中的前小腿组件顺时针旋转，顺时针旋转的前小腿组件牵动第一牵动绳，被牵动的第一牵动绳带动右前肢300中的前脚蹼组件顺时针旋转，同理前脚蹼组件的背面向水施加作用力，水向前脚蹼组件的背面施加反作用力，进而对前脚蹼组件产生基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人前行方向上的动力。

如图16所示，驱动左后肢400中的第三驱动机构，使左后肢400中的后大腿组件逆时针旋转，逆时针旋转的后大腿组件牵动第二牵动绳，被牵动的第二牵动绳带动后小腿组件顺时针转动，顺时针转动的后小腿组件牵动第三牵动绳，被牵动的第三牵动绳带动后脚蹼组件逆时针摆动，后脚蹼组件的背面向水施加作用力，水向后脚蹼组件的背面施加反作用力，进而对后脚蹼组件产生基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人前行方向上的动力。

如图16所示，驱动右后肢中的第三驱动机构，使右后肢中的后大腿组件顺时针旋转，顺时针旋转的后大腿组件牵动第二牵动绳，被牵动的第二牵动绳带动后小腿组件逆时针转动，逆时针转动的后小腿组件牵动第三牵动绳，被牵动的第三牵动绳带动后脚蹼组件顺时针摆动，后脚蹼组件的背面向水施加作用力，水向后脚蹼组件的背面施加反作用力，进而对后脚蹼组件产生基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人前行方向上的动力。

当左前肢200、右前肢300、左后肢400和右后肢500运动到其极限位置，反向第一驱动机构和第三驱动机构，使左前肢200的前小腿组件顺时针旋转、使右前肢300的前小腿组件逆时针旋转、使左后肢400的后大腿组件顺时针旋转以及使右后肢500的后大腿组件逆时针旋转。

如图17-19，左前肢200的前小腿组件顺时针旋转牵动第一牵动绳，被牵动的第一牵动绳带动左前肢200的前脚蹼组件顺时针摆动，前脚蹼组件的正面向水施加作用力，水向前脚蹼组件的正面向水施加反作用了，前脚蹼组件中的前脚心掌与前脚蹼框被打开，以卸去水的反作用力对基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人运动的阻力。同理，右前肢300的前小腿组件逆时针旋转，右前肢300中的前脚心掌与前脚蹼框被打开，卸去水对该反作用力对基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人运动的阻力。

如图17、18和20，左后肢400的后大腿组件顺时针旋转，顺时针旋转的后大腿组件牵动第二牵动绳，被牵动的第二牵动绳带动后小腿组件逆时针转动，逆时针转动的后小腿组件牵动第三牵动绳，被牵动的第三牵动绳带动后脚蹼组件顺时针摆动，后脚蹼组件的正面向水施加作用力，水向后脚蹼组件的正面施加反作用力，后脚蹼组件中的后脚心掌与后脚蹼框被打开，以卸去水的反作用力对基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人运动的阻力。同理，右后肢500的后大腿组件逆时针旋转，右后肢500中的后脚蹼组件中的后脚心掌与后脚蹼框被打开卸去水的反作用力对基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人运动的阻力。

如此，往复的协调好左前肢200、右前肢300、左后肢400和右后肢500的运动，保证左前肢200、右前肢300、左后肢400和右后肢500运动平衡，可使基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人持续的沿直线运动。

当然本申请实施例提供的基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人不止能够完成直线运动，还需要进行右转、左转、上浮、下潜等运动。

图21为根据一些实施例提供的一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人的状态示意图一。如图21所示，当基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人右转时，可控制左前肢200和左后肢400运动、控制右前肢300和右后肢500停止运动；当基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人左转时，可控制右前肢300和右后肢500运动，控制左前肢200和左后肢400停止运动。具体运动的控制可参见基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人直线运动的控制。

图22为根据一些实施例提供的一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人的状态示意图二。如图22所示，在图21所示基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人状态基础上，当基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人上浮时，左前肢200通过其中的第一驱动机构顺时针旋转一定角度，同时右前肢300通过其中的第一驱动机构逆时针旋转一定角度，使左前肢200和右前肢300上的前小腿组件和前脚蹼组件被向上浮方向旋转抬起，再同时控制左前肢200、右前肢300、左后肢400和右后肢500协调运动，具体运动的控制可参见基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人直线运动的控制。左前肢200中第一驱动机构顺时针旋转角度和右前肢300中第一驱动机构逆时针旋转角度可根据具体上浮方向而定，当然本申请实施例中可根据需要任意选择，通常可在0-90°中任意选择。

图23为根据一些实施例提供的一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人的状态示意图三。如图23所示，在图21所示基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人状态基础上，当基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人下潜时，左前肢200通过其中的第一驱动机构逆时针旋转一定角度，同时右前肢300通过其中的第一驱动机构顺时针旋转一定角度，使左前肢200和右前肢300上的前小腿组件和前脚蹼组件被向下潜方向旋转下降，再同时控制左前肢200、右前肢300、左后肢400和右后肢500协调运动，具体运动的控制可参见基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人直线运动的控制。左前肢200中第一驱动机构逆时针旋转角度和右前肢300中第一驱动机构顺时针旋转角度可根据具体下潜方向而定，当然本申请实施例中可根据需要任意选择，通常可在0-90°中任意选择。

本申请提供的基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人，通过驱动第一驱动机构可实现前肢旋转，驱动第二驱动机构牵引第一牵动绳可实现前肢划水，通过驱动第三驱动机构牵引第二牵动绳和第三牵动绳可实现后肢蹬水，进而通过协调控制驱动第一驱动机构、第二驱动机构和第三驱动机构，可实现基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人游动以及游动姿态的调整。本申请提供的基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人能够高仿真的模拟青蛙运动，实现机器人在水中的运动更加平稳、机动性强；同时，可促进水中机器人小型化、便捷化发展。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人，其特征在于，包括：躯干、左前肢、右前肢、左后肢和右后肢，所述左前肢设置在所述躯干的左前侧，所述右前肢设置在所述躯干的右前侧，所述左后肢设置在所述躯干的左后侧，所述右后肢设置在所述躯干的右后侧；其中：

所述左前肢和所述右前肢分别包括第一驱动机构、旋转腿、第二驱动机构、前小腿组件、前脚蹼组件和第一牵动绳；所述第一驱动机构固定连接所述躯干，所述旋转腿固定连接所述第一驱动机构的输出轴，所述第二驱动机构固定连接所述旋转腿，所述前小腿组件的一端连接所述第二驱动机构的输出轴，所述前小腿组件的另一端铰接所述前脚蹼组件的一端；所述第一牵动绳的末端固定连接所述前脚蹼组件的一端，所述第一牵动绳用于当所述第二驱动机构驱动所述前小腿组件时牵动所述前脚蹼组件摆动；

所述左后肢和所述右后肢分别包括第三驱动机构、后大腿组件、后小腿组件、后脚蹼组件、第二牵动绳和第三牵动绳；所述第三驱动机构固定连接所述躯干，所述第三驱动机构的输出轴固定连接所述后大腿组件的一端，所述后大腿组件的另一端铰接所述后小腿组件的一端，所述后小腿组件的另一端铰接所述后脚蹼组件的一端；所述第二牵动绳的一端连接所述躯干、另一端连接所述后小腿组件，且所述第二牵动绳穿过所述后大腿组件，用于当所述第三驱动机构驱动所述后大腿组件时牵动所述后小腿组件摆动；所述第三牵动绳的一端连接所述后大腿组件、另一端连接所述后脚蹼组件，用于当所述第三驱动机构驱动所述后大腿组件时牵动所述后脚蹼组件摆动。

2.根据权利要求1所述的基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人，其特征在于，所述前小腿组件包括前小腿本体、第一旋转轮和第二旋转轮；所述前小腿本体的一端固定连接所述第二驱动机构的输出轴，所述前小腿本体的另一端通过转轴连接所述前脚蹼组件的一端；

所述前小腿本体上设置中空区，所述第一旋转轮和所述第二旋转轮分别设置在所述中空区，且所述第一旋转轮和所述第二旋转轮分别通过转轴连接所述前小腿本体；

所述前小腿本体上还设置穿线孔，所述第一牵动绳的一端依次绕过所述第一旋转轮和所述第二旋转轮并穿过所述穿线孔连接所述旋转腿。

3.根据权利要求1或2所述的基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人，其特征在于，所述前脚蹼组件包括前脚蹼框、前脚心掌和拉簧，所述前脚蹼框的一端铰接所述前小腿组件的另一端；所述前脚蹼框的一端还铰接所述前脚心掌的一端，所述拉簧的一端固定连接所述前脚蹼框、另一端固定连接所述前脚心掌。

4.根据权利要求1所述的基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人，其特征在于，所述后大腿组件包括后大腿本体和第三旋转轮；所述后大腿本体的一端固定连接所述第三驱动机构的输出轴，所述后大腿本体的另一端连接所述后小腿组件；

所述后大腿本体上设置中空区，所述第三旋转轮设置在所述中空区且通过转轴连接所述后大腿本体，所述第三旋转轮支撑所述第二牵动绳。

5.根据权利要求4所述的基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人，其特征在于，所述后小腿组件包括后小腿本体和第四旋转轮；所述后小腿本体的一端通过旋转轴铰接所述后大腿组件的另一端，所述小腿本体的另一端通过转轴铰接所述后脚蹼组件的一端；

所述后小腿本体上设置中空区，所述第四旋转轮设置在所述中空区且通过转轴连接所述后小腿本体，所述第四旋转轮支撑所述第三牵动绳。

6.根据权利要求3所述的基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人，其特征在于，所述前脚蹼框的一端设置第一U型连接部，所述第一U型连接部的两侧通过转轴连接所述前小腿组件的另一端，所述转轴上套设第一扭簧，所述第一扭簧的扭臂分别抵触所述第一U型连接部和所述前小腿组件。

7.根据权利要求5所述的基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人，其特征在于，所述后小腿本体的一端设置后小腿连接部和绳连接部；所述后小腿连接部通过转轴连接所述后大腿本体的另一端，所述转轴上套设第二扭簧，所述第二扭簧的扭臂分别抵触后大腿本体和所述后小腿连接部；

所述第二牵动绳的另一端连接所述绳连接部。

8.根据权利要求5所述的基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人，其特征在于，所述后脚蹼组件包括后脚蹼框、后脚心掌和拉簧，所述后脚蹼框的一端铰接所述后小腿本体的另一端；所述后脚蹼框的一端还铰接所述后脚心掌的一端，所述拉簧的一端固定连接所述后脚蹼框、另一端固定连接所述后脚心掌。

9.根据权利要求8所述的基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人，其特征在于，所述后小腿本体的另一端设置第二U型连接部，所述后脚蹼框的一端设置脚蹼连接部，所述脚蹼连接部嵌设在所述第二U型连接部中并通过转轴连接所述第二U型连接部的两侧，所述转轴上套设第三扭簧，所述第三扭簧的扭臂分别抵触所述第二U型连接部和所述脚蹼连接部；

所述第三牵动绳的另一端连接所述脚蹼连接部。

10.根据权利要求4所述的基于绳驱动的联动仿蛙游动机器人，其特征在于，所述躯干上设置后肢安装座，所述后肢安装座上设置电机支撑架、输出轴基座和绳固定座；所述第三驱动机构设置在所述电机支撑架上，所述第三驱动机构的输出轴通过轴承连接所述输出轴基座，所述第二牵动绳的一端连接所述绳固定座。

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