CN219191841U - 一种柔性扑翼腿一体化水陆两栖机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种柔性扑翼腿一体化水陆两栖机器人，新型属于水下机器人领域，特别是涉及一种柔性扑翼腿一体化水陆两栖机器人。解决了现有水陆两栖机器人多为水下推进机构与陆地行走机构分离，存在机构复杂以及推进效率低下的问题。它包括主壳体、防水舱、动力控制系统和柔性扑翼腿组，所述防水舱内嵌设置在主壳体内，所述动力控制系统设置在防水舱的内部，所述柔性扑翼腿组包括第一柔性扑翼腿组、第二柔性扑翼腿组和第三柔性扑翼腿组，所述第一柔性扑翼腿组与第三柔性扑翼腿组分别设置在主壳体两端，所述第二柔性扑翼腿组设置主壳体中间位置。它主要用于水下推进与陆地行走。

Description

一种柔性扑翼腿一体化水陆两栖机器人

技术领域

本实用新型属于水下机器人领域，特别是涉及一种柔性扑翼腿一体化水陆两栖机器人。

背景技术

传统的水下潜器推进方式如依靠螺旋桨和喷水推进实现推进的水下潜器在低速情况下机动性较差，并会在推进时产生较大的噪声，对周围环境干扰较大。水下推进器在低速下的机动性、噪声与对周围环境影响的控制是制约当前水下航行器效能发挥的主要因素。水下生物具有高速、高效、灵活、低噪等特点，其游和控制姿态的能力是任何目前具有传统装备潜器的操纵与推进系统所无法达到的。针对仿生运动推进的水下机器人可以满足推进的隐蔽性，但现有的一些仿生推进方式机动性较差、效率较低且结构复杂。在复杂机动环境及长时间使用情况下易损坏。现有水陆两栖机器人多为水下推进机构与陆地行走机构分离，存在机构复杂以及推进效率低下的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种柔性扑翼腿一体化水陆两栖机器人,以解决现有水陆两栖机器人多为水下推进机构与陆地行走机构分离，存在机构复杂以及推进效率低下的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种柔性扑翼腿一体化水陆两栖机器人，它包括主壳体、防水舱、动力控制系统和柔性扑翼腿组，所述防水舱内嵌设置在主壳体内，所述动力控制系统设置在防水舱的内部，所述柔性扑翼腿组包括第一柔性扑翼腿组、第二柔性扑翼腿组和第三柔性扑翼腿组，所述第一柔性扑翼腿组与第三柔性扑翼腿组分别设置在主壳体两端，所述第二柔性扑翼腿组设置主壳体中间位置，所述第一柔性扑翼腿组、第二柔性扑翼腿组与第三柔性扑翼腿组均包括两个柔性扑翼，所述第一柔性扑翼腿组、第二柔性扑翼腿组与第三柔性扑翼腿组的两个柔性扑翼均对称设置在主壳体两侧，所述柔性扑翼的一端均与主壳体转动连接，所述第二柔性扑翼腿组的两个柔性扑翼与主壳体之间的连接处还设有加长连接件，所述加长连接件的长度大于柔性扑翼的宽度，所述柔性扑翼均与动力控制系统连接，所述柔性扑翼内部设有柔性空腔，所述柔性空腔主要由多个半圆形小腔室串联组成，所述柔性空腔外部设有应变限制层。

更进一步的，所述第一柔性扑翼腿组和第三柔性扑翼腿组的柔性扑翼与主壳体的连接处均设有连轴法兰，所述加长连接件与主壳体的连接处设有连轴法兰。

更进一步的，所述主壳体靠近第一柔性扑翼腿组的一端设有头部壳体，靠近第三柔性扑翼腿组的一端设有尾部壳体，所述主壳体的两侧均设置有侧护板，所述侧护板上螺接有多个双螺纹沉头螺母。

更进一步的，所述头部壳体内嵌连接有水下照明灯和水下摄像头，所述水下照明灯和水下摄像头均与动力控制系统相连，所述尾部壳体上设有穿线孔并内嵌连接有防水开关，所述防水开关与动力控制系统相连，所述穿线孔内穿过电缆，所述电缆一端与动力控制系统相连，另一端与上位机控制端相连。

更进一步的，所述动力控制系统包括主控板、分电板、电池板、闭环电机与空气泵，所述柔性扑翼均分别通过连轴法兰转动连接一个闭环电机，所述第一柔性扑翼腿组、第二柔性扑翼腿组与第三柔性扑翼腿组均连接一个空气泵，所述柔性扑翼均分别通过通气管与空气泵连接，所述电池板通过分电板与闭环电机、主控板、水下照明灯、水下摄像头、防水开关和空气泵相连，所述主控板与闭环电机、电缆、水下照明灯、水下摄像头、防水开关和空气泵相连。

更进一步的，所述防水舱两侧壁靠近闭环电机处均设有穿管孔，所述通气管通过穿管孔和连轴法兰与柔性空腔连接。

更进一步的，所述电池板为1200mAh的6s锂电池。

更进一步的，所述防水舱内设有多个配重块。

更进一步的，所述主控板上设有监测装置，所述监测装置包括水深传感器和水温传感器。

更进一步的，所述水陆两栖机器人主体部分尺寸为750mm×280mm×100mm，所述柔性扑翼的长为235mm，宽为75mm，厚度为32mm。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型采用串列扑翼代替传统的水下螺旋桨推进，通过两侧串列扑翼的协同运动可实现低速下的高机动性运动，相较于传统推进方式，本基于扑翼推进的新型水下机器人隐蔽性更高，对周围环境扰动更小，相较于其余仿生推进方式，本实用新型基于扑翼推进的新型水下机器人机动性更好，推进效率更高；

2、本实用新型的行走机构通过设置柔性扑翼将水下的推进机构与陆地上的行走机构结合到可变姿态的一体，解决了水下或陆地运动时多余运动机构的干扰，简化机械结构，提升推进效率；

3、本实用新型的通过串列扑翼不同方向的协同摆动可实现垂直上浮、垂直下潜、前进、后退、转向、翻滚等运动，再空腔加压充气后，柔性扑翼卷曲成弧形的柔性腿，机器人可实现陆地运动。

4、本实用新型的柔性扑翼腿组采用六足步态，可在可在近海滩涂、凹凸不平的陆地上具有一定越野能力。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型所述的一种柔性扑翼腿一体化水陆两栖机器人的三维整体结构示意图；

图2为本实用新型所述的一种柔性扑翼腿一体化水陆两栖机器人的侧视结构示意图；

图3为本实用新型所述的一种柔性扑翼腿一体化水陆两栖机器人的正视结构示意图；

图4为本实用新型所述的一种柔性扑翼腿一体化水陆两栖机器人的后视结构示意图；

图5为本实用新型所述的一种柔性扑翼腿一体化水陆两栖机器人的俯视结构示意图；

图6为本实用新型所述的一种柔性扑翼腿一体化水陆两栖机器人的防水舱的内部俯视结构示意图；

图7为本实用新型所述的一种柔性扑翼腿一体化水陆两栖机器人的陆地模式的三维整体结构示意图；

图8为本实用新型所述的一种柔性扑翼腿一体化水陆两栖机器人的柔性扑翼的剖视结构示意图；

图9为本实用新型所述的一种柔性扑翼腿一体化水陆两栖机器人的柔性扑翼的部分的局部连接示意图；

图10为本实用新型所述的一种柔性扑翼腿一体化水陆两栖机器人的的柔性扑翼的部分的局部连接的剖视示意图。

1-主壳体，2-头部壳体，3-尾部壳体，4-防水舱，5-侧护板，6-双螺纹沉头螺母，7-连轴法兰，8-加长连接件，9-柔性扑翼，10-闭环电机，11-电池板，12-分电板，13-主控板，14-防水开关，15-水下照明灯，16-水下摄像头，17-穿线孔，18-空气泵，19-通气管，20-穿管孔，21-柔性空腔，22-应变限制层。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

参见图1-10说明本实施方式，一种柔性扑翼腿一体化水陆两栖机器人，它包括主壳体1、防水舱4、动力控制系统和柔性扑翼腿组，所述防水舱4内嵌设置在主壳体1内，所述动力控制系统设置在防水舱4的内部，所述柔性扑翼腿组包括第一柔性扑翼腿组、第二柔性扑翼腿组和第三柔性扑翼腿组，所述第一柔性扑翼腿组与第三柔性扑翼腿组分别设置在主壳体1两端，所述第二柔性扑翼腿组设置主壳体1中间位置，所述第一柔性扑翼腿组、第二柔性扑翼腿组与第三柔性扑翼腿组均包括两个柔性扑翼9，所述第一柔性扑翼腿组、第二柔性扑翼腿组与第三柔性扑翼腿组的两个柔性扑翼9均对称设置在主壳体1两侧，所述柔性扑翼9的一端均与主壳体1转动连接，所述第二柔性扑翼腿组的两个柔性扑翼9与主壳体1之间的连接处还设有加长连接件8，所述加长连接件8的长度大于柔性扑翼9的宽度，以防陆地模式行走时各个柔性扑翼9之间发生干涉，所述柔性扑翼9均与动力控制系统连接，所述柔性扑翼9内部设有柔性空腔21，所述柔性空腔21主要由多个半圆形小腔室串联组成，所述柔性空腔21外部设有应变限制层22。

本实施例中所述主壳体1靠近第一柔性扑翼腿组的一端设有头部壳体2，靠近第三柔性扑翼腿组的一端设有尾部壳体3，所述主壳体1的两侧均设置有侧护板5，所述侧护板5上螺接有多个双螺纹沉头螺母6，壳体可采用3D打印的形式成型。

本实施例中所述头部壳体2内嵌连接有水下照明灯15和水下摄像头16，所述水下照明灯15和水下摄像头16均与动力控制系统相连，其中水下照明灯15用于水下照明，水下摄像头16用于观测水下环境，通过控制机构对水下照明灯15和水下摄像头16进行供电和控制。

本实施例中所述尾部壳体3上设有穿线孔17并内嵌连接有防水开关14，所述防水开关14与动力控制系统相连，所述穿线孔17内穿过电缆，所述电缆一端与动力控制系统相连，另一端与上位机控制端相连，实现控制信号的传输。

本实施例中所述第一柔性扑翼腿组和第三柔性扑翼腿组的柔性扑翼9与主壳体1的连接处均设有连轴法兰7，所述加长连接件8与主壳体1的连接处设有连轴法兰7。

本实施例中所述动力控制系统包括主控板13、分电板12、电池板11、闭环电机10与空气泵18，所述柔性扑翼9均分别通过连轴法兰7转动连接一个闭环电机10，所述第一柔性扑翼腿组、第二柔性扑翼腿组与第三柔性扑翼腿组均连接一个空气泵18，所述柔性扑翼9均分别通过通气管19与空气泵18连接，所述电池板11通过分电板12与闭环电机10、主控板13、水下照明灯15、水下摄像头16、防水开关14和空气泵18相连，所述主控板13与闭环电机10、电缆、水下照明灯15、水下摄像头16、防水开关14和空气泵18相连，所述防水舱4两侧壁靠近闭环电机10处均设有穿管孔20，所述通气管19通过穿管孔20和连轴法兰7与柔性空腔21连接。

本实施例中柔性扑翼腿组采用六足步态，可在可在近海滩涂、凹凸不平的陆地上具有一定越野能力，通过六个闭环电机10的协同转动从而带动柔性扑翼腿组的摆动即可实现垂直上浮、垂直下潜、前进、后退、转向、翻滚等水下机动动作以及陆地上的行走机动动作。

本实施例中防水舱4内的空气泵18通过通气管19与柔性扑翼9内的柔性空腔21连通，通气管19穿过防水舱4侧方的穿管孔20连接空气泵18与连轴法兰7，所述连轴法兰7中心是贯穿的空心，通气管19可穿过连轴法兰7上的空心进入柔性扑翼9内的柔性空腔21，空气泵18可加压吸放气来改变柔性扑翼9的状态，当不加压打气时柔性扑翼9为扑翼状态，机器人可在水下进行机动，当空气泵18压打气时，柔性空腔21内充气时，腔室膨胀，这将导致柔性空腔21的腔室在轴向上膨胀，但由于应变限制层22不膨胀，柔性空腔21反而弯曲并带动柔性扑翼9变形，在增加输入压力时，柔性扑翼9变形和弯曲角度均显著增加。压力和弯曲角之间存在近似的线性关系。柔性扑翼9弯曲后机器人可根据六足步态来实现陆地上的行走。

本实施例在进行前进动作时，柔性扑翼腿组平行于主壳体1长度方向向后设置，做往复30°的摆动以实现前进。后退动作时，柔性扑翼腿组平行于主壳体1长度方向向前设置，做往复30°的摆动以实现后退。向右转向动作时，柔性扑翼腿组平行于主壳体1长度方向设置，位于右侧的柔性扑翼腿组做往复30°的摆动以实现向右转向。向左转向动作时，柔性扑翼腿组平行于主壳体1长度方向设置，位于左侧的柔性扑翼腿组做往复30°的摆动以实现向左转向。原地转向运动时，柔性扑翼腿组平行于主壳体1长度方向设置，左右两侧的柔性扑翼腿组朝向相反，左右两侧的闭环电机10转动方向相反，做往复30°的摆动以实现原地转向。垂直上浮动作时，柔性扑翼腿组垂直于主壳体1长度方向向下设置，做往复30°的摆动以实现垂直上浮。垂直下潜动作时，柔性扑翼腿组垂直于主壳体1长度方向向上设置，做往复30°的摆动以实现垂直下潜。翻滚动作时，柔性扑翼腿组垂直于主壳体1长度方向，左右两侧的柔性扑翼腿组朝向相反，左右两侧的闭环电机10转动方向相反，做往复30°的摆动以实现翻滚。

本实施例中所述防水舱4内设有多个配重块。

本实施例中所述电池板11为1200mAh的6s锂电池。

本实施例中所述主控板13上设有监测装置，所述监测装置包括水深传感器和水温传感器。

本实施例中所述水陆两栖机器人主体部分尺寸为750mm×280mm×100mm，所述柔性扑翼9的长为235mm，宽为75mm，厚度为32mm。

以上公开的本实用新型实施例只是用于帮助阐述本实用新型。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。

Claims (10)

1.一种柔性扑翼腿一体化水陆两栖机器人，其特征在于：它包括主壳体(1)、防水舱(4)、动力控制系统和柔性扑翼腿组，所述防水舱(4)内嵌设置在主壳体(1)内，所述动力控制系统设置在防水舱(4)的内部，所述柔性扑翼腿组包括第一柔性扑翼腿组、第二柔性扑翼腿组和第三柔性扑翼腿组，所述第一柔性扑翼腿组与第三柔性扑翼腿组分别设置在主壳体(1)两端，所述第二柔性扑翼腿组设置主壳体(1)中间位置，所述第一柔性扑翼腿组、第二柔性扑翼腿组与第三柔性扑翼腿组均包括两个柔性扑翼(9)，所述第一柔性扑翼腿组、第二柔性扑翼腿组与第三柔性扑翼腿组的两个柔性扑翼(9)均对称设置在主壳体(1)两侧，所述柔性扑翼(9)的一端均与主壳体(1)转动连接，所述第二柔性扑翼腿组的两个柔性扑翼(9)与主壳体(1)之间的连接处还设有加长连接件(8)，所述加长连接件(8)的长度大于柔性扑翼(9)的宽度，所述柔性扑翼(9)均与动力控制系统连接，所述柔性扑翼(9)内部设有柔性空腔(21)，所述柔性空腔(21)主要由多个半圆形小腔室串联组成，所述柔性空腔(21)外部设有应变限制层(22)。

2.根据权利要求1所述的一种柔性扑翼腿一体化水陆两栖机器人，其特征在于：所述第一柔性扑翼腿组和第三柔性扑翼腿组的柔性扑翼(9)与主壳体(1)的连接处均设有连轴法兰(7)，所述加长连接件(8)与主壳体(1)的连接处设有连轴法兰(7)。

3.根据权利要求1所述的一种柔性扑翼腿一体化水陆两栖机器人，其特征在于：所述主壳体(1)靠近第一柔性扑翼腿组的一端设有头部壳体(2)，靠近第三柔性扑翼腿组的一端设有尾部壳体(3)，所述主壳体(1)的两侧均设置有侧护板(5)，所述侧护板(5)上螺接有多个双螺纹沉头螺母(6)。

4.根据权利要求3所述的一种柔性扑翼腿一体化水陆两栖机器人，其特征在于：所述头部壳体(2)内嵌连接有水下照明灯(15)和水下摄像头(16)，所述水下照明灯(15)和水下摄像头(16)均与动力控制系统相连，所述尾部壳体(3)上设有穿线孔(17)并内嵌连接有防水开关(14)，所述防水开关(14)与动力控制系统相连，所述穿线孔(17)内穿过电缆，所述电缆一端与动力控制系统相连，另一端与上位机控制端相连。

5.根据权利要求2所述的一种柔性扑翼腿一体化水陆两栖机器人，其特征在于：所述动力控制系统包括主控板(13)、分电板(12)、电池板(11)、闭环电机(10)与空气泵(18)，所述柔性扑翼(9)均分别通过连轴法兰(7)转动连接一个闭环电机(10)，所述第一柔性扑翼腿组、第二柔性扑翼腿组与第三柔性扑翼腿组均连接一个空气泵(18)，所述柔性扑翼(9)均分别通过通气管(19)与空气泵(18)连接，所述电池板(11)通过分电板(12)与闭环电机(10)、主控板(13)、水下照明灯(15)、水下摄像头(16)、防水开关(14)和空气泵(18)相连，所述主控板(13)与闭环电机(10)、电缆、水下照明灯(15)、水下摄像头(16)、防水开关(14)和空气泵(18)相连。

6.根据权利要求5所述的一种柔性扑翼腿一体化水陆两栖机器人，其特征在于：所述防水舱(4)两侧壁靠近闭环电机(10)处均设有穿管孔(20)，所述通气管(19)通过穿管孔(20)和连轴法兰(7)与柔性空腔(21)连接。

7.根据权利要求5所述的一种柔性扑翼腿一体化水陆两栖机器人，其特征在于：所述电池板(11)为1200mAh的6s锂电池。

8.根据权利要求1所述的一种柔性扑翼腿一体化水陆两栖机器人，其特征在于：所述防水舱(4)内设有多个配重块。

9.根据权利要求5所述的一种柔性扑翼腿一体化水陆两栖机器人，其特征在于：所述主控板(13)上设有监测装置，所述监测装置包括水深传感器和水温传感器。

10.根据权利要求1所述的一种柔性扑翼腿一体化水陆两栖机器人，其特征在于：所述水陆两栖机器人主体部分尺寸为750mm×280mm×100mm，所述柔性扑翼(9)的长为235mm，宽为75mm，厚度为32mm。

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