一种球形两栖机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种球形两栖机器人，其上半球壳具有浮力补偿功能，可以实现机器人自主的悬浮；且通过滑轨结构减轻水平舵机的承重。该球形两栖机器人包括：上球壳、中间隔板、腿部结构和滑轨机构，其中上球壳具有浮力补偿功能，可以实现机器人自主的悬浮，通过在进水舱的不同高度上设计均匀分布的进水孔来调节机器人的浮力。腿部结构通过滑轨机构与为其运动提供动力的水平舵机转轴相连，滑轨机构中水平转动杆一端与机器人腿部机构固定，另一端连接轴承并放置在滑轨上，从而减轻水平舵机及水平支架的承重。同时在中间隔板的下端面上设置有可拆卸的独立电池舱。

A spherical amphibious robot

The invention discloses a spherical amphibious robot, whose upper hemispherical shell has buoyancy compensation function, can realize autonomous suspension of the robot, and reduces the load of the horizontal rudder through a sliding track structure. The spherical amphibious robot includes upper spherical shell, middle partition board, leg structure and sliding track mechanism. The upper spherical shell has buoyancy compensation function and can realize autonomous suspension of the robot. The buoyancy of the robot can be adjusted by designing uniformly distributed water intake holes at different altitudes of the intake tank. The leg structure is connected with the horizontal rudder shaft which provides power for its motion through the sliding rail mechanism. One end of the horizontal rotating rod in the sliding rail mechanism is fixed with the leg mechanism of the robot, and the other end is connected with the bearing and placed on the sliding rail, thus reducing the load-bearing of the horizontal rudder and the horizontal bracket. At the same time, a detachable independent battery compartment is arranged on the lower end face of the middle baffle.

【技术实现步骤摘要】
一种球形两栖机器人
专利技术涉及一种机器人，具体涉及一种球形机器人。
技术介绍
随着陆地资源的匮乏，人类已经进军海洋资源开发。与陆地环境不同，海洋环境存在更多的未知性和复杂性。由于人类能亲自探索海洋环境有限，所以水下机器人作为一种具有环境感知能力，自主控制能力，自主作业能力的装置，必然成为开发海洋的重要工具。近些年，水下机器人成为了国内外研究的热点；但现有的水下机器人多采用鱼雷状流线型结构和螺旋桨推进，鱼雷状流线型的设计导致其转向半径大，无法实现狭窄空间作业。螺旋桨推进保证水下机器人单向运动速度较高，但是其动力系统和螺旋桨的高噪声对其周围环境带来较大的干扰，很难实现高隐蔽性。与鱼雷状流线型水下机器人相比，球形机器人有较多优点，对称性好，旋转半径小，运动模型简单。国外方面，美国对水下球形机器人研究较多。夏威夷大学研制了ODIN水下球形机器人，配备八组推进器，可实现六自由度运动；麻省理工研制了类似蛋形机器人，上半部分采用防水外壳，采用六台水泵从机器人内部的橡胶管往外喷水实现机器人推进；美国军方还研制了GuardBot机器人，其采用倒立摆模型，通过调整机器人的重心位置实现运动控制。国内方面，2007年，哈尔滨工程大学仿生微机器人实验室所研制的一款球形水下潜器，其采用两个喷水电机作为驱动装置，并设有两个入水口和两个出水口。该球形水下潜器采用姿态传感器信号反馈调整的控制方法对自身的运动控制，但由于其动力系统设计相对粗放，运动灵活性有限，机动性较差。中科院研制的球形机器人采用喷水驱动运动，并装有机械臂可以完成抓捕操作。2010北京邮电大学的孙汉旭团队研制了BYSQ系列球形水下机器，该系列机器人通过其内部的双驱动转向机构与螺旋桨推进器的配合来实现六个自由度的水下运动。但该设计的体型较大，在浅水、沼泽、滩涂等环境下的生存能力有限。传统的水下机器人只适合在水下环境，而两栖机器人作业范围广，环境适应能力强，可以执行人类无法完成的复杂任务，所以两栖机器人的研究有重要意义。在国外的研究中，代表性的是日本东京工业大学研制的两栖蛇形机器人ACMR5，该机器人由多关节组成并具有水陆两栖适应性，在陆地上运动时，ACM-R5依靠身体的蜿蜒运动推进，也能实现翻滚运动；在水下运动时，ACM-R5采用仿鳗鲡式的波动推进。但ACM-R5机器人运动较慢，仅能达到0.4m/s。2005年麦吉尔大学研制了一种仿蟑螂的两栖机器人Whegs，推进机构采用了三辐轮桨腿式设计，近似轮子，能够实现高性能和平稳推进。加拿大MCGILL大学研发了两栖六足机器人AQUA，AQUA在陆地上运动时采用弧形腿推进，利用弧形腿机动性能高和通用性好的特点，可以实现多种陆地环境的高速推进；在水下，利用六个桨的拍动推进，AQUA能够实现巡航、升降、纵荡、转向、翻滚五个自由度运动。不足的是由于AQUA在陆地山和水下采用两套不同的推进机构，并不实现真正意义的两栖。综上所述，现有水下自主航行器/机器人和球形机器人及水陆两栖机器人的存在以下问题：(1)现有的鱼雷状流线型水下机器人由于体型转弯半径大，无法实现狭窄空间内的灵活和高精密作业。同时其较大的体型和动力系统对周围环境带来较大的干扰，无法实现高隐蔽作业。(2)现有的球形机器人在陆地上一般采用滚动的运动方式，对地形要求高，不适应海底以及浅滩，岛礁等非结构环境；在水下多采用螺旋桨推进，由于螺旋桨多裸露在机器人躯体外，容易损坏，对海洋环境破坏大。而且螺旋桨工作噪声大，难隐蔽作业。(3)目前的两栖机器人普遍采用了仿生学的原理设计，如仿生螃蟹、蟑螂和蛇等，仿生螃蟹机器人只能进行陆地和水底的爬行，运动距离较近。仿生蟑螂机器人在水下和陆地采用了不同的驱动结构，在水下和陆地运动切换时，需要人工更换驱动结构。仿生蛇机器人采用关节式设计，姿态不易控制，且其陆上和水下运动较慢，仅能达到0.4m/s。(4)以前设计的球形两栖机器人，由于机器人体积过大，重力不足，机器人进入水中后需要添加额外的配重才能悬停在水中；且电池模块密封在上半球内，更换电池需要重新拆卸上球壳，不便于更换电池；机器人腿部机构完全加载在水平舵机上，造成水平舵机负载大，易损坏。此外，还存在机器人无法感知周围环境以及自身运动速度等问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种球形两栖机器人，其上半球壳具有浮力补偿功能，可以实现机器人自主的悬浮；且通过滑轨结构减轻水平舵机的承重。所述的球形两栖机器人，包括：半球形壳体和位于半球形壳体下端面沿周向分布的两个以上腿部机构；其特征在于：所述半球形壳体由进水舱和密封舱对接后形成，其中所述进水舱位于半球形的球顶侧，密封舱固定在中间隔板上；机器人的电气设备放置在密封舱内，所述密封舱上设置有一个以上过线孔；用于形成所述进水舱的进水舱球壳的圆周面上分布有两个以上进水孔；所述腿部机构通过滑轨结构和为该腿部机构提供动力的水平舵机转轴相连，所述滑轨结构与所述腿部机构一一对应，每个滑轨结构包括：滑轨、水平支架和水平转动杆，其连接关系为：弧形结构的滑轨固定在所述中间隔板的下端面的凸台上，在中间隔板下端面每个滑轨的圆心位置安装有水平舵机，水平舵机转轴的轴线垂直于中间隔板，水平支架的一端和与之对应的腿部机构相连，另一端通过水平舵机舵盘与水平舵机转轴连接；水平支架与所述腿部机构相连的一端设置有用于安装水平转动杆的支座，水平转动杆的一端支撑在该支座上，另一端通过轴承支撑在所述滑轨上，所述轴承能够在所述滑轨上滚动。用于为机器人内部电气设备供电的电池设置在电池舱内，所述电池舱可拆卸安装在中间隔板下端面。在所述电池舱的底部安装有两个以上万向轮。有益效果：(1)该球形两栖机器人采用半球形结构，可实现零半径旋转；上半球壳具有浮力补偿功能，可以实现机器人自主的悬浮，通过在进水舱的不同高度上设计均匀分布的进水孔来调节机器人的浮力，在机器人浸入水中后无需添加额外配重即可下潜，节省机器人能量，解决了两栖机器人下沉需要额外添加配重的问题，实现了完全自主的两栖。(2)针对水平舵机负载重、易损坏问题，设计了可以分担机器人腿部机构重量，减轻水平舵机旋转阻力的滑轨结构。将水平转动杆一端与机器人腿部机构固定，另一端连接轴承并放置在半圆形滑轨上，从而减轻水平舵机及水平支架的承重。(3)针对以前设计的两栖机器人电池不便于更换的问题，设计了可拆卸的独立电池舱，电池完全封闭在电池舱内，从引线孔引出的正负极线与防水开关头连接，减少了更换电池带来的磨损。(4)电池舱底部带万向轮，为机器人增加了滑行步态。(5)在该两栖机器人上还安装有双目摄像头，实时感知周围环境，可实现目标跟踪和监测；安装压力传感器实时测量机器人速度，便于更精准的控制。附图说明图1为本专利技术的球形两栖机器人的正视图；图2为本专利技术的球形两栖机器人的仰视图；图3为本专利技术的球形两栖机器人的正视爆炸图；图4为上球壳放大正视图；图5进水舱俯视图；图6密封舱俯视图；图7滑轨结构爆炸图；图8滑轨结构局部放大图；图9滑轨仰视图；图10滑轨仰视爆炸图；图11腿部机构的滑动机构分解图；图12水平转动杆安装爆炸图；图13电池舱等轴测图；图14电池舱那个仰视图；图15电池舱安装爆炸图；其中：1-进水舱，2-密封舱，3-中间隔板，4-电池舱，5-腿部机构，1-1-水听器，1-2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种球形两栖机器人，包括：半球形壳体和位于半球形壳体下端面沿周向分布的两个以上腿部机构(5)；其特征在于：所述半球形壳体由进水舱(1)和密封舱(2)对接后形成，其中所述进水舱(1)位于半球形的球顶侧，密封舱(2)固定在中间隔板(3)上；机器人的电气设备放置在密封舱(2)内，所述密封舱(2)上设置有一个以上过线孔；用于形成所述进水舱(1)的进水舱球壳(1‑11)的圆周面上分布有两个以上进水孔；所述腿部机构(5)通过滑轨结构和为该腿部机构(5)提供动力的水平舵机转轴(3‑4)相连，所述滑轨结构与所述腿部机构(5)一一对应，每个滑轨结构包括：滑轨(3‑1)、水平支架(5‑9)和水平转动杆(5‑7)，其连接关系为：弧形结构的滑轨(3‑1)固定在所述中间隔板(3)的下端面的凸台上，在中间隔板(7)下端面每个滑轨(3‑1)的圆心位置安装有水平舵机，水平舵机转轴(3‑4)的轴线垂直于中间隔板(7)，水平支架(5‑9)的一端和与之对应的腿部机构(5)相连，另一端通过水平舵机舵盘(5‑8)与水平舵机转轴(3‑4)连接；水平支架(5‑9)与所述腿部机构(5)相连的一端设置有用于安装水平转动杆(5‑7)的支座，水平转动杆(5‑7)的一端支撑在该支座上，另一端通过轴承(5‑4)支撑在所述滑轨(3‑1)上，所述轴承(5‑4)能够在所述滑轨(3‑1)上滚动。...

【技术特征摘要】
1.一种球形两栖机器人，包括：半球形壳体和位于半球形壳体下端面沿周向分布的两个以上腿部机构(5)；其特征在于：所述半球形壳体由进水舱(1)和密封舱(2)对接后形成，其中所述进水舱(1)位于半球形的球顶侧，密封舱(2)固定在中间隔板(3)上；机器人的电气设备放置在密封舱(2)内，所述密封舱(2)上设置有一个以上过线孔；用于形成所述进水舱(1)的进水舱球壳(1-11)的圆周面上分布有两个以上进水孔；所述腿部机构(5)通过滑轨结构和为该腿部机构(5)提供动力的水平舵机转轴(3-4)相连，所述滑轨结构与所述腿部机构(5)一一对应，每个滑轨结构包括：滑轨(3-1)、水平支架(5-9)和水平转动杆(5-7)，其连接关系为：弧形结构的滑轨(3-1)固定在所述中间隔板(3)的下端面的凸台上，在中间隔板(7)下端面每个滑轨(3-1)的圆心位置安装有水平舵机，水平舵机转轴(3-4)的轴线垂直于中间隔板(7)，水平支架(5-9)的一端和与之对应的腿部机构(5)相连，另一端通过水平舵机舵盘(5-8)与水平舵机转轴(3-4)连接；水平支架(5-9)与所述腿部机构(5)相连的一端设置有用于安装水平转动杆(5-7)的支座，水平转动杆(5-7)的一端支撑在该支座上，另一端通过轴承(5-4)支撑在所述滑轨(3-1)上，所述轴承(5-4)能够在所述滑轨(3-1)上滚动。2.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭书祥，侯夕欢，石立伟，邢会明，刘惠康，刘钰，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11