CN217319953U - 变矢量推进的游走双模两栖机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及水下作业领域中的水陆两栖机器人，具体地说是一种变矢量推进的游走双模两栖机器人，同时具备变矢量推进装置，使得机器人水下作业更灵活；两栖机器人包括机器人载体，四条机械腿，一个七功能机械手以及七台推进器，四台腿部推进器分别固定在四条机械腿上，机械腿模仿狗的形态，安装在机器人载体两侧，每条机械腿拥有三个自由度，安装在大腿上的腿部推进器随大腿运动拥有两个自由度；机器人载体上侧安装七功能机械手；三个垂直推进器布置在机器人载体上，机器人载体还装有雷达、巡检摄像机、双目相机。本实用新型将陆地行走、水下推进两种运动方式有效复合，结构简单，使机器人同时具备陆地、水下以及两者过渡环境的高机动能力。

Description

变矢量推进的游走双模两栖机器人

技术领域

本实用新型涉及水下作业领域中的水陆两栖机器人，具体地说是一种变矢量推进的游走双模两栖机器人。

背景技术

近年来，机器人技术在各领域的应用得到不断地发展，可代替人类进行各种复杂的作业；移动式机器人可在陆地上进行地形勘察、地震救灾、运输物资等工作；水下机器人可在水中完成一系列水下作业任务。水陆两栖机器人结合了陆地移动机器人与水下机器人，具有陆地行走和水生能力，可实现两种不同环境的作业，适用于两栖中各种高风险任务，诸如监测、勘探、污染检测、搜救等。两栖机器人一般有多种运动模式，例如轮式，腿式，摆动式，起伏式和推进式等等，不同的运动模式各有千秋。

而现有的足式两栖机器人存在以下问题：

现有的两栖机器人多采用仿生结构，其中足式机器人在水下只具备和陆地上相同的行走能力，采用爬行模式，而不具备浮游能力。对于目前作业型水下机器人来说，一般会将推进器固定至机器人本体上，水平推进器用于推进机器人进行水平面运动，竖直推进器用于实现机器人的上升下潜。当推进器布置方式确定后，推进器的工作角度便受到限制，导致水下机器人的灵活度不够，影响机器人整体机动能力。

实用新型内容

为了解决现有两栖机器人作业模式单一以及水下模式中推进器工作角度受限的问题，本实用新型的目的在于提供一种变矢量推进的游走双模两栖机器人。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

本实用新型包括机械腿、腿部推进器、垂直推进器、机械手及机器人载体，其中机器人载体前端的左右两侧及后端的左右两侧分别对称安装有机械腿，每条所述机械腿均具有三个自由度，每条所述机械腿上均安装有腿部推进器，所述腿部推进器具有随机械腿的两个自由度，所述机器人载体上还安装有垂直推进器；所述机械手的基座安装于机器人载体上，末端为可开合的末端执行器。

其中：所述机器人载体包括头部、电子舱、前侧本腿连接件及后侧本腿连接件，所述电子舱由浮力材包裹，所述电子舱的前后两端分别与前侧本腿连接件及后侧本腿连接件相连，所述前侧本腿连接件的左右两侧及后侧本腿连接件的左右两侧均对称安装有机械腿；所述电子舱及前侧本腿连接件上分别安装有垂直推进器，所述头部固接于前侧本腿连接件上。

所述前侧本腿连接件两侧的机械腿相平行，所述后侧本腿连接件两侧的机械腿相平行。

所述机器人整体结构为对称形式，对称面为随体坐标系下XZ平面，X轴为机器人的长度方向，Z轴为机器人的高度方向，Y轴为与X轴在同一水平面的机器人的宽度方向；所述机械腿包括大腿及小腿，所述机械腿的三个自由度分别为大腿绕与机器人载体安装同轴处转动、小腿绕大腿与小腿安装同轴处转动以及大腿绕X轴方向转动。

所述大腿外侧安装有浮力材，所述浮力材的外侧开设有与腿部推进器外轮廓相同的圆弧、形成腿部推进器的半槽道，所述腿部推进器安装于浮力材上的半槽道内。

所述机器人载体上分别安装有与电子舱连接的雷达、巡检摄像机、双目相机及照明灯。

所述垂直推进器为三台，呈等腰三角形安装于所述机器人载体上，所述机器人载体的艏部安装一台、艉部对称安装两台。

本实用新型的优点与积极效果为：

1.本实用新型有效实现水中六自由度巡航和两栖步行运动。一方面，继承了足式机器人在运动灵活、生物亲和性高以及适用于复杂地势的优势；另一方面，将水下螺旋桨推进形式与足式机器人结合，拓展了水下推进器的工作角度范围，打破了传统水下机器人推进形式单一固定、时不变的局面，在实现两栖功能的基础上，增加机器人的工作模式，由原有的足式机器人只有行走模式拓展至浮游行走双模式，极大地改善两栖机器人的通过能力和推进效率，提升在两栖环境中的适应性，大幅扩展其应用范围和活动空间。

2.本实用新型采用机械腿以及推进器作为运动单元，可使机器人实现水下、浅水、滩涂、陆上等多种环境的运动和作业。

3.本实用新型可实现两栖步行、水下浮游运动模式，通过调整机械腿的摆动范围可满足两栖步行模式下不同的运动速率、方向以及稳定性需求，进而适用于不一样的地形；在水下浮游模式，也借助机械腿的运动实现变矢量推进，不同的矢量排布以满足时变的实际作业需求，可实现浮游模式下的高灵活运动。

4.本实用新型中装配的机械手有六个自由度，末端执行器可开合，机械手用于两栖作业任务中，完成其可操作空间内的作业任务。

5.本实用新型中装配的巡检摄像机、双目相机、雷达均在两栖作业任务中收集外界信息，实现地势勘察，环境巡检，任务监督的作用。

6.本实用新型也可作为母机器人，根据实际两栖作业需求搭载其他传感器。

附图说明

图1为本实用新型水中浮游模式的立体结构示意图；

图2为本实用新型水中浮游作业模式的立体结构示意图；

图3为本实用新型水中/陆地行走模式的立体结构示意图；

图4为本实用新型水中/陆地行走作业模式的立体结构示意图；

其中：1为机械手，2为头部，3为电子舱，4为垂直推进器，5为大腿，6为小腿，7为腿部推进器，8为雷达，9为巡检摄像机，10为双目相机，11为照明灯，12为前侧本腿连接件，13为后侧本腿连接件，14为半槽道。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详述。

如图1～4所示，本实用新型包括机械腿、腿部推进器7、垂直推进器4、机械手1及机器人载体，其中机器人载体前端的左右两侧及后端的左右两侧分别对称安装有机械腿，每条机械腿均具有三个自由度，每条机械腿上均安装有腿部推进器7，腿部推进器7具有随机械腿的两个自由度，机器人载体上还安装有垂直推进器4；机械手1的基座安装于机器人载体上，末端为可开合的末端执行器。

本实施例的机器人载体包括头部2、电子舱3、前侧本腿连接件12及后侧本腿连接件13，电子舱3由浮力材包裹，电子舱3的前后两端分别与前侧本腿连接件12及后侧本腿连接件13相连，前侧本腿连接件12的左右两侧及后侧本腿连接件13的左右两侧均对称安装有机械腿，前侧本腿连接件12两侧的机械腿相平行，后侧本腿连接件13两侧的机械腿相平行。头部2固接于前侧本腿连接件12上，本实施例的头部2采用浮力材制成，头部2的前侧留有双目相机安装位以及照明灯安装位，双目相机安装位安装双目相机10，照明灯安装位安装照明灯11，双目相机10与照明灯11呈上下排布。电子舱3顶部前侧安装有雷达8，后侧本腿连接件13上安装有巡检摄像机9；巡检摄像机9为现有技术，由热感相机、视觉相机及云台组成，云台具有两个自由度，可绕垂直方向(即Z轴)旋转以及可绕两相机轴线的公垂线(即Y轴)俯仰。

机器人整体结构为对称形式，对称面为随体坐标系下XZ平面，X轴为机器人的长度方向，Z轴为机器人的高度方向，Y轴为与X轴在同一水平面的机器人的宽度方向；四条机械腿模仿机械狗的形态，安装在机器人载体的两侧，本实施例的机械腿为市购产品，购置于杭州宇树科技有限公司，机械腿包括大腿5及小腿6，大腿5与前侧本腿连接件12或后侧本腿连接件13连接，小腿6与大腿5转动连接。机械腿的三个自由度分别为大腿5绕与机器人载体安装同轴处(即Y轴方向)转动、小腿6绕大腿5与小腿6安装同轴处转动以及大腿5绕X轴方向转动。大腿5外侧安装有浮力材，浮力材的外侧开设有与腿部推进器7外轮廓相同的圆弧、形成腿部推进器7的半槽道14，腿部推进器7安装于浮力材上的半槽道14内，具有随大腿5绕大腿5与机器人载体安装同轴处(即Y轴方向)转动以及随大腿5绕X轴方向转动的两个自由度。

本实施例共有七台推进器，分别为四台腿部推进器7及三台垂直推进器4，四台腿部推进器7分别固定于四条机械腿上，三台垂直推进器4分别安装在电子舱3及前侧本腿连接件12上，三台垂直推进器4呈等腰三角形布置，机器人载体的艏部(即前侧本腿连接件12的前端)安装一台、艉部(即电子舱3的后端)对称安装两台，前侧本腿连接件12上的垂直推进器4的安装位置位于雷达8的前侧。

本实施例的机械手1为现有技术，具有六个自由度及一个可开合的末端执行器，共七功能。雷达8位于机械手1与前侧本腿连接件12上垂直推进器4之间。

本实施例的雷达8、巡检摄像机9、双目相机10、照明灯11、腿部推进器7、垂直推进器4及机械腿的动力源分别与电子舱3内的控制器连接。

本实用新型的工作原理为：

在陆地巡检任务中采用陆地行走模式，机械手1处于收回状态，根据实际地势采取不同的步态行走，巡检摄像机9利用云台进行大范围巡检，前侧的双目相机10进行近距离巡检。

在陆地作业任务中采用陆地作业模式，机械手1展开，末端执行器与作业目标进行交互完成作业任务，前侧的双目相机10辅助作业任务。

在水下巡检任务中，根据实际巡检环境的需求选择浮游模式或者水中行走模式，机械手1均处于收回状态。巡检摄像机9利用云台进行大范围巡检，前侧的双目相机10进行近距离巡检。浮游模式中，采用推进器推进，四条机械腿根据实际运动需求调整腿部推进器7的工作角度，使得机器人整体采用变矢量推进，具有更高的灵活性。水中行走模式中，推进器作为辅助推进配合行走步态输出所需的推力。

水下作业模式中，根据实际作业任务的需求选择水中浮游作业模式或者水中行走作业模式，机械手1展开，末端执行器与作业目标进行交互完成作业任务，前侧的双目相机10辅助作业任务。浮游作业模式中，采用推进器推进，四条机械腿根据实际稳定作业需求调整腿部推进器7的工作角度，使得机器人整体采用变矢量推进，具有更高的灵活性和稳定性。水中行走作业模式中，推进器作为辅助推进配合步态输出适当的推力保持机器人整体稳定性。

Claims (7)

1.一种变矢量推进的游走双模两栖机器人，其特征在于：包括机械腿、腿部推进器(7)、垂直推进器(4)、机械手(1)及机器人载体，其中机器人载体前端的左右两侧及后端的左右两侧分别对称安装有机械腿，每条所述机械腿均具有三个自由度，每条所述机械腿上均安装有腿部推进器(7)，所述腿部推进器(7)具有随机械腿的两个自由度，所述机器人载体上还安装有垂直推进器(4)；所述机械手(1)的基座安装于机器人载体上，末端为可开合的末端执行器。

2.根据权利要求1所述变矢量推进的游走双模两栖机器人，其特征在于：所述机器人载体包括头部(2)、电子舱(3)、前侧本腿连接件(12)及后侧本腿连接件(13)，所述电子舱(3)由浮力材包裹，所述电子舱(3)的前后两端分别与前侧本腿连接件(12)及后侧本腿连接件(13)相连，所述前侧本腿连接件(12)的左右两侧及后侧本腿连接件(13)的左右两侧均对称安装有机械腿；所述电子舱(3)及前侧本腿连接件(12)上分别安装有垂直推进器(4)，所述头部(2)固接于前侧本腿连接件(12)上。

3.根据权利要求2所述变矢量推进的游走双模两栖机器人，其特征在于：所述前侧本腿连接件(12)两侧的机械腿相平行，所述后侧本腿连接件(13)两侧的机械腿相平行。

4.根据权利要求1所述变矢量推进的游走双模两栖机器人，其特征在于：所述机器人整体结构为对称形式，对称面为随体坐标系下XZ平面，X轴为机器人的长度方向，Z轴为机器人的高度方向，Y轴为与X轴在同一水平面的机器人的宽度方向；所述机械腿包括大腿(5)及小腿(6)，所述机械腿的三个自由度分别为大腿(5)绕与机器人载体安装同轴处转动、小腿(6)绕大腿(5)与小腿(6)安装同轴处转动以及大腿(5)绕X轴方向转动。

5.根据权利要求4所述变矢量推进的游走双模两栖机器人，其特征在于：所述大腿(5)外侧安装有浮力材，所述浮力材的外侧开设有与腿部推进器(7)外轮廓相同的圆弧、形成腿部推进器(7)的半槽道(14)，所述腿部推进器(7)安装于浮力材上的半槽道(14)内。

6.根据权利要求1所述变矢量推进的游走双模两栖机器人，其特征在于：所述机器人载体上分别安装有与电子舱(3)连接的雷达(8)、巡检摄像机(9)、双目相机(10)及照明灯(11)。

7.根据权利要求1所述变矢量推进的游走双模两栖机器人，其特征在于：所述垂直推进器(4)为三台，呈等腰三角形安装于所述机器人载体上，所述机器人载体的艏部安装一台、艉部对称安装两台。

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