水陆两栖的轮桨蛇形机器人及其运动方法技术

一种水陆两栖的轮桨蛇形机器人及其运动方法，属机器人领域。它的每组轮桨结构(A)包括垂直交叉的左轮桨(1)和右轮桨(6)；相邻轮桨结构(A)通过弹簧(B)连接。通过左轮桨(1)和右轮桨(6)转动带动机器人前进；由于左右轮桨与地面的摩擦力或与水面的作用推进力不同，弹簧拉紧的情况下，会出现时而左偏，时而右偏现象；通过该原理实现水陆两栖的轮桨蛇形机器人在地面或水面向该侧转弯运动。本发明专利技术具有较高的水陆两栖运动功能、满足自然环境下非结构地形水面‑陆地表面自适应要求，可作为自然环境下的水陆两栖登陆移动平台。

【技术实现步骤摘要】
水陆两栖的轮桨蛇形机器人及其运动方法
本专利技术属于机器人技术应用领域，具体涉及一种水陆两栖的轮桨蛇形机器人及其运动方法，主要作为自然环境下的水陆两栖登陆移动平台。
技术介绍
适应各种水陆复杂环境的机器人是当今机器人研究领域最为前沿的课题之一，它集机械、电子、计算机、材料、传感器、控制技术及人工智能等多门学科于一体，反映了一个国家的智能化和自动化研究水平，同时也作为一个国家高科技实力的重要标志，各发达国家在该领域相继投入巨资开展研究。足式机器人能够实现复杂地面爬坡，可调整前后端高低体位运动相结合的方式，满足更大坡度的山地环境运动要求，增强了山地环境运动的适应性，但同时足式机器人行进速度低，因重心原因容易引起运动不稳定。轮式机器人更适合平坦的路面，且能高速移动，但容易打滑，不平稳，越障能力、地形适应能力差。桨式驱动的机器人可以实现在水面移动，但不适合复杂地面运动。模拟鱼类尾鳍驱动方式的仿生机器人可以实现水中的自由游动，但不太适合复杂地面上运动。如何能将各式机器人的优点集中，弥补缺点是一个当下的研究热点。比较国内外较为著名的轮桨式结合机器人，其中由TheUniversityofMichigan、McGillUniversity、UniversityofCalifornia等研究机构研制的“X-RHexLite”是一款轮足结合的机器人（https://www.grasp.upenn.edu/projects/x-rhex-lite-xrl），它可以双足跳跃，四足跳跃、六足跳跃，还可以连续跳跃。通过不同的跳跃模式达到不同的效果，比如跳跃沟槽，攀爬矮墙，或者是180°跳跃翻身，甚至是在岩石地面运动，装上桨式的腿还可以在水中游动。中科院沈阳自动化研究所研制的一种基于轮桨-足板混合驱动的水陆两栖机器人（专利号：ZL200910222487.7），采用的螺旋桨推进和轮式运动的混合模式。杨静姝等人提出了一种轮桨腿一体的两栖机器人及其控制方法（专利号：CN201710434755.6），具有陆地爬行、水中浮潜、水底爬行多种工作模式。清华大学设计的多模态刚柔复合蛇形机器人装置（专利号：ZL201610140174.7），采用多个串联起来的蛇形机器人单元模块，外侧采用多个无动力轮作为与地面接触支撑。泰华宏业（天津）机器人技术研究院有限责任公司提出一种螺旋推进蛇形机器人（专利号：ZL201510003688.3），采用4个一组的螺旋壳体，在每个螺旋壳体上设置有螺旋齿，通过螺旋结构与地面接触，实现螺旋推进的蛇形运动。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有较高的水陆两栖运动功能、满足自然环境下非结构地形水面-陆地表面自适应要求，可作为自然环境下的水陆两栖的轮桨蛇形机器人及其运动方法。一种水陆两栖的轮桨蛇形机器人,包括N对轮桨结构，N为大于等于2的自然数；每一组轮桨结构包括一个防水直流电机、一个主齿轮、一个中心轴、一个副齿轮、一个左轮桨、一个右轮桨；其中主齿轮安装于防水直流电机输出轴，副齿轮安装于中心轴上，副齿轮与主齿轮相啮合；左轮桨和右轮桨结构一样，均为圆片状，左轮桨安装于中心轴的左端，右轮桨安装于中心轴的右端；安装时中心轴位于左轮桨和右轮桨的直径方向上，且安装后左轮桨和右轮桨垂直交叉。相邻轮桨结构通过弹簧连接；相邻轮桨结构的左轮桨之间安装相位相差90度，相邻轮桨结构的右轮桨之间安装相位相差90度。所述水陆两栖的轮桨蛇形机器人的运动方法,其特征在于：机器人的所有轮桨结构中的防水直流电机驱动对应主齿轮转动，通过啮合关系带动副齿轮转动，带动同一中心轴上的左轮桨和右轮桨转动，进而带动机器人前进；当前面第一个轮桨结构滚动，且其余轮桨结构静止时，第一根弹簧出现拉伸现象，由于左右轮桨与地面的摩擦力或与水面的作用推进力不同，弹簧拉紧的情况下，第一个轮桨会出现时而左偏，时而右偏现象；当第一个轮桨结构向一侧偏转后，其余轮桨结构再一起滚动，实现水陆两栖的轮桨蛇形机器人在地面或水面向该侧转弯运动。所述的每一对轮桨结构还包括上盒盖和下盒盖，下盒盖具有容纳防水直流电机的电机槽，和容纳中心轴的旋转槽；上盒盖与下盒盖上下贴合固定。所述的上盒盖上面安装有电池和无线控制板。综上所述，在研究几何图形过程中，发现了两个垂直交叉对接的圆片可以在平面上滚动，受此启发，单个圆片可以作为轮子，也可以作为桨，将两个垂直交叉对接的圆片组合起来可以作为一种轮桨混合结构。采用垂直交叉对接的两个圆片作为轮桨结构的水陆两栖型轮桨蛇形机器人及其运动方法尚未报道过，也并未开展过研究。将此结构用在蛇形机器人驱动结构设计中，将可实现一种水面、陆地环境适应的两栖仿蛇机器人，将具有重要的研究意义和工程价值。本专利技术与现有技术相比有如下优点：1、结合轮桨的连续旋转速度调整左右推力，以此控制方向。轮桨的结构可实现在水面、地面等复杂非结构环境下运动，具有优越的水陆两栖登陆越野性能。2、本专利技术的结构简单、运动原理清晰、运动实现方便。3、本专利技术的结构巧妙、体积小、重量轻、加工方便、经济可行，可为自然环境下的水面-陆地的两栖登陆越野移动平台提供解决方案。附图说明图1是本专利技术一种水陆两栖的轮桨蛇形机器人总体图；图2是本专利技术一种水陆两栖的轮桨蛇形机器人分解示意图；图3是本专利技术一种水陆两栖的轮桨蛇形机器人的轮桨结构分解示意图；图4是本专利技术一种水陆两栖的轮桨蛇形机器人单个轮桨在地面滚动状态图；图5是本专利技术一种水陆两栖的轮桨蛇形机器人的直线运动状态1侧视图；图6是本专利技术一种水陆两栖的轮桨蛇形机器人的直线运动状态2侧视图；图7是本专利技术一种水陆两栖的轮桨蛇形机器人的直线运动状态3侧视图；图8是本专利技术一种水陆两栖的轮桨蛇形机器人的直线运动状态4侧视图；图9是本专利技术一种水陆两栖的轮桨蛇形机器人的直线运动状态1俯视图；图10是本专利技术一种水陆两栖的轮桨蛇形机器人的直线运动状态2俯视图；图11是本专利技术一种水陆两栖的轮桨蛇形机器人的直线运动状态3俯视图；图12是本专利技术一种水陆两栖的轮桨蛇形机器人的直线运动状态4俯视图；图13是本专利技术一种水陆两栖的轮桨蛇形机器人的左转弯运动俯视图；图14是本专利技术一种水陆两栖的轮桨蛇形机器人的右转弯运动俯视图；图中标号名称：A、轮桨结构；B、弹簧；1、左轮桨；2、副齿轮；3、上盒盖；4、电池；5、无线控制板；6、右轮桨；7、主齿轮；8、下盒盖；9、防水直流电机；10、中心轴。其中X、Y、Z为对应三维空间坐标系，X轴向为前进方向、Y向为侧视图方向、Z向为俯视图方向。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明：结合图1-13，本实施例为一种水陆两栖的轮桨蛇形机器人及其运动方法，包括轮桨结构A；弹簧B。其中轮桨结构A中包括左轮桨1、副齿轮2、上盒盖3、电池4、无线控制板5、右轮桨6、主齿轮7、下盒盖8、防水直流电机9、中心轴10。其中X、Y、Z为对应三维空间坐标系，X轴向为前进方向、Y向为侧视图方向、Z向为俯视图方向。其中结合图2，本实施例为一种水陆两栖的轮桨蛇形机器人及其运动方法，包括4个轮桨结构A、3根弹簧B。其中轮桨结构A和弹簧B依次按顺序，排序相连。其中结合图3，本实施例为一种水陆两栖的轮桨蛇形机器人及其运动方法，轮桨结构A中包括左轮桨1、副齿轮2、上盒盖3、电池4、无线控制板本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水陆两栖的轮桨蛇形机器人,其特征在于：包括N组轮桨结构(A)，N为大于等于2的自然数；每一组轮桨结构(A)包括一个防水直流电机(9)、一个主齿轮(7)、一个中心轴(10)、一个副齿轮(2)、一个左轮桨(1)、一个右轮桨(6)；其中主齿轮(7)安装于防水直流电机(9)输出轴，副齿轮(2)安装于中心轴(10)上，副齿轮(2)与主齿轮(7)相啮合；左轮桨(1)和右轮桨(6)结构一样，均为圆片状，左轮桨(1)安装于中心轴(10)的左端，右轮桨(6)安装于中心轴(10)的右端；安装时中心轴(10)位于左轮桨(1)和右轮桨(6)的直径方向上，且安装后左轮桨(1)和右轮桨(6)垂直交叉；相邻轮桨结构(A)通过弹簧(B)连接；相邻轮桨结构(A)的左轮桨(1)之间安装相位相差90度，相邻轮桨结构(A)的右轮桨(6)之间安装相位相差90度。

【技术特征摘要】
1.一种水陆两栖的轮桨蛇形机器人,其特征在于：包括N组轮桨结构(A)，N为大于等于2的自然数；每一组轮桨结构(A)包括一个防水直流电机(9)、一个主齿轮(7)、一个中心轴(10)、一个副齿轮(2)、一个左轮桨(1)、一个右轮桨(6)；其中主齿轮(7)安装于防水直流电机(9)输出轴，副齿轮(2)安装于中心轴(10)上，副齿轮(2)与主齿轮(7)相啮合；左轮桨(1)和右轮桨(6)结构一样，均为圆片状，左轮桨(1)安装于中心轴(10)的左端，右轮桨(6)安装于中心轴(10)的右端；安装时中心轴(10)位于左轮桨(1)和右轮桨(6)的直径方向上，且安装后左轮桨(1)和右轮桨(6)垂直交叉；相邻轮桨结构(A)通过弹簧(B)连接；相邻轮桨结构(A)的左轮桨(1)之间安装相位相差90度，相邻轮桨结构(A)的右轮桨(6)之间安装相位相差90度。2.根据权利要求1所述的水陆两栖的轮桨蛇形机器人，其特征在于：上述每一组轮桨结构(...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞星汉，
申请(专利权)人：俞星汉，
类型：发明
国别省市：江苏,32