足桨－翼混合驱动式水陆两栖作业仿生机器人及运动方法技术

本发明专利技术公开了一种足桨－翼混合驱动式水陆两栖作业仿生机器人及运动方法，机器人包括机体，机体的两侧对称安装有至少四组独立控制回转运动的足桨驱动模块，所有足桨驱动模块均向下倾斜，且倾斜角度相同；机体的尾部对称安装有至少两组独立控制上下摆动的尾翼驱动模块。本发明专利技术机器人具有爬行和浮游运动模式，能够在水中任意深度工作，且不需要通过浮力调节装置，依靠较少的电机具有较强的不规则地面和不同水域环境的适应能力，提高了机器人爬行的稳定性和越障能力，简化了调节过程，结构简单，灵活性高，重量轻，综合运动性能强。

The bionic robot and its motion method for amphibious operation driven by foot oar wing hybrid

【技术实现步骤摘要】
足桨－翼混合驱动式水陆两栖作业仿生机器人及运动方法
本专利技术属于水陆两栖仿生机器
，涉及一种足桨－翼混合驱动式水陆两栖作业仿生机器人及运动方法。
技术介绍
众所周知，海洋面积占地球总面积的71%，而海洋正是人类赖以生存和发展的四大战略空间一陆、海、空、天中继陆地之后的第二大空间，是能源、生物资源和金属资源的战略性开发基地，是目前最现实、最具发展潜力的空间。作为蓝色国土的海洋密切关系到人类的生存和发展，进入21世纪后，人类更加强烈的感受到陆地资源日趋紧张的压力。海洋即将成为人类可持续发展的重要基地，是人类未来的希望。水下机器人从20世纪后半叶诞生起，就伴随着人类认识海洋、开发海洋和保护海洋的进程不断发展，专为在普通潜水技术较难到达的区域和深度执行各种任务而生的水下机器人，现有大多数水下机器人在外形上更像一艘微小型潜艇，都是针对深海环境的水下作业，在浅水、碎浪带和海滩区域作业能力较弱，甚至无法作业；而陆上应用的机器人对极浅水和碎浪带区域更是束手无策。水陆两栖机器人是一种集陆地和水中特定运动于一体的特种移动机器人，但现有的水下机器人无论是多足式、波动式、轮式、履带式等，都很难实现机器人在水中可自由调节沉浮的同时满足在陆地上的速度、越障能力、机动性、稳定性等方面的要求，尤其在水生物繁茂的区域连续旋转的驱动方式极易发生缠绕，无法有效的作业。专利技术一种新型的混合驱动式水下机器人、研究新型运动方式成为近年来两栖机器人的重要研究方向和发展趋势之一。在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有技术存在以下缺点：申请号200920266709.0的中国专利，通过对驱动机构的设计，使机器人在不同环境下通过驱动轮或者螺旋桨推动机身运动；其缺点是，机器人在爬行过程中越障能力较差，且轮子或桨叶与地面刚性碰撞极易发生塑性变形，而且机器人本身不具备水中上浮下潜的能力，需要搭载三个浮筒调节自己在水中的深度，机器人系统较为复杂且机器人重量较大；另一方面在水生物繁茂的地区，螺旋桨高速旋转极易发生缠绕，使机器人在该区域陷住难以摆脱。申请号201710155344.3的中国专利，通过轮桨转向机构的设计实现了机器人在水中的上浮下潜，但其机构过于复杂，仍未解决在陆地上越障能力弱，运动不平稳，在水生物繁茂的地区轮桨驱动系统极易与水生物发生缠绕的问题。申请号201720946173.1的中国专利，提出了在水生物繁茂的环境下工作的驱动形式，其缺点在于由一个电机驱动两个尾翼，运动灵活性较差，虽能在水中直线运动，通过弹簧恢复力实现桨叶的往复运动，输出力矩较小，只能推动体积很小的机器人在水中运动，而且该专利的目的是通过一种新型的机构实现一个电机驱动两个桨的拍动，实际的运动方式极其单一，水下作业能力极其有限。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种足桨－翼混合驱动式水陆两栖作业仿生机器人，具有爬行和浮游运动模式，能够在水中任意深度工作，且不需要通过浮力调节装置，依靠较少的电机具有较强的不规则地面和不同水域环境的适应能力，提高了机器人爬行的稳定性和越障能力，简化了调节过程，结构简单，灵活性高，重量轻，综合运动性能强，解决了现有技术中的问题。本专利技术的另一目的是，提供一种足桨－翼混合驱动式水陆两栖作业仿生机器人的运动方法。本专利技术所采用的技术方案是，一种足桨－翼混合驱动式水陆两栖作业仿生机器人，包括机体，机体的两侧对称安装有至少四组独立控制回转运动的足桨驱动模块，所有足桨驱动模块均向下倾斜，且倾斜角度相同；机体的尾部对称安装有至少两组独立控制上下摆动的尾翼驱动模块。进一步的，所述四组足桨驱动模块的结构相同，每组足桨驱动模块均包括足桨混合推进装置和一号驱动关节，每个足桨混合推进装置分别通过一号驱动关节与对应回转驱动装置的输出端连接，一号驱动关节安装在足桨驱动框架内，足桨驱动框架与机体连接。进一步的，所述足桨混合推进装置包括轮毂、轮缘及桨叶，轮毂与一号驱动关节的输出轴连接，轮毂外圆周面上沿周向均匀固结有多个桨叶，每个桨叶的外缘分别连接有弧形的轮缘，轮缘一端与桨叶连接，轮缘另一端为自由端，自由端与桨叶之间存在间隙，所有轮缘位于同一圆周上，且圆心在轮毂的轴线上。进一步的，所述轮缘的尺寸不小于对应桨叶外缘的尺寸。进一步的，所述轮毂的外端部为圆锥形。进一步的，所述足桨驱动模块与水平方向的夹角不超过20°。进一步的，所述所有尾翼驱动模块的结构相同，每组尾翼驱动模块均包括二号驱动关节和尾翼，尾翼固定安装在二号驱动关节的输出轴上，二号驱动关节的输出轴往复旋转带动尾翼实现上下拍动，二号驱动关节安装在尾翼框架内，尾翼框架与机体连接。进一步的，所述二号驱动关节的旋转关节输出轴与连杆相连，使得连杆做相对回转或摆动，二号驱动关节的电机采用分装式直流力矩电机，电机定子与关节壳体固连，电机转子与分装式谐波减速器的波发生器固连，电机转子通过滚动轴承安装在关节壳体的电机支架上，谐波减速器的柔轮与端盖连接，角度传感器通过短轴与端盖连接，端盖与关节壳体之间动密封连接，柔轮与端盖互相平行，谐波减速器的刚轮与关节壳体连接，关节壳体与尾翼框架连接，角度传感器通过传感器支架固定在关节壳体上，角度传感器的输入端通过短轴与端盖连接。进一步的，所述机体上安装有密封控制舱，用于安装二号驱动关节、一号驱动关节的驱动控制装置；每个二号驱动关节、一号驱动关节分别独立密封，通过O型圈进行静密封，通过格莱圈进行动密封，二号驱动关节通过内部充油或外部提供压力补偿的方式提高承压能力。一种足桨－翼混合驱动式水陆两栖作业仿生机器人的运动方法，包括：控制足桨混合推进装置正转、反转实现机器人在陆地前进、后退、左转弯，右转弯；控制机器人左前侧足桨混合推进装置和右后侧足桨混合推进装置正向高速旋转，同时机器人右前侧足桨混合推进装置和左后侧足桨混合推进装置反向高速旋转，实现机器人水中最小转弯半径为0的右转向；控制机器人右前侧足桨混合推进装置和左后侧足桨混合推进装置正向高速旋转，同时机器人左前侧足桨混合推进装置和右后侧足桨混合推进装置反向高速旋转，实现机器人水中最小转弯半径为0的左转向；机器人机体处水平位置，控制所有足桨混合推进装置反向旋转，实现机器人水中下潜；机器人机体处水平位置，控制所有足桨混合推进装置正向旋转，竖直方向的分力能够保持机器人在水中的悬浮姿态或上浮；控制机器人前面两侧足桨混合推进装置反转，后面两侧足桨混合推进装置正转，实现机器人在水中向前翻滚；控制机器人前面两侧足桨混合推进装置正转，后面两侧足桨混合推进装置反转，实现机器人在水中向后翻滚；控制所有尾翼同时拍动，推动机器人水中前进；控制左侧尾翼停止拍动，右侧尾翼拍动，推动机器人水中左转；控制右侧尾翼停止拍动，左侧尾翼拍动，推动机器人水中右转。本专利技术的有益效果是，具有以下优点：1、本专利技术机器人机体两侧对称安装有与水平方向成一定角度的足桨驱动模块，实现在地面和水底运动；机体尾部设有尾翼驱动模块，通过双尾翼往复拍动的形式实现水中浮游运动，在水生物繁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种足桨－翼混合驱动式水陆两栖作业仿生机器人，其特征在于，包括机体（4），机体（4）的两侧对称安装有至少四组独立控制回转运动的足桨驱动模块，所有足桨驱动模块均向下倾斜，且倾斜角度相同；机体（4）的尾部对称安装有至少两组独立控制上下摆动的尾翼驱动模块。/n

【技术特征摘要】
1.一种足桨－翼混合驱动式水陆两栖作业仿生机器人，其特征在于，包括机体（4），机体（4）的两侧对称安装有至少四组独立控制回转运动的足桨驱动模块，所有足桨驱动模块均向下倾斜，且倾斜角度相同；机体（4）的尾部对称安装有至少两组独立控制上下摆动的尾翼驱动模块。


2.根据权利要求1所述的一种足桨－翼混合驱动式水陆两栖作业仿生机器人，其特征在于，所述每组足桨驱动模块的结构相同，每组足桨驱动模块均包括足桨混合推进装置（1）和一号驱动关节（2），每个足桨混合推进装置（1）分别通过一号驱动关节（2）与对应回转驱动装置的输出端连接，一号驱动关节（2）安装在足桨驱动框架（3）内，足桨驱动框架（3）与机体（4）连接。


3.根据权利要求1或2所述的一种足桨－翼混合驱动式水陆两栖作业仿生机器人，其特征在于，所述足桨混合推进装置（1）包括轮毂、轮缘（1-2）及桨叶（1-1），轮毂与一号驱动关节（2）的输出轴连接，轮毂外圆周面上沿周向均匀固结有多个桨叶（1-1），每个桨叶（1-1）的外缘分别连接有弧形的轮缘（1-2），轮缘（1-2）一端与桨叶（1-1）连接，轮缘（1-2）另一端为自由端，自由端与桨叶（1-1）之间存在间隙，所有轮缘（1-2）位于同一圆周上，且圆心在轮毂的轴线上。


4.根据权利要求3所述的一种足桨－翼混合驱动式水陆两栖作业仿生机器人，其特征在于，所述轮缘（1-2）的尺寸不小于对应桨叶（1-1）外缘的尺寸。


5.根据权利要求3所述的一种足桨－翼混合驱动式水陆两栖作业仿生机器人，其特征在于，所述轮毂的外端部为圆锥形。


6.根据权利要求1所述的一种足桨－翼混合驱动式水陆两栖作业仿生机器人，其特征在于，所述足桨驱动模块与水平方向的夹角不超过20°。


7.根据权利要求1或2所述的一种足桨－翼混合驱动式水陆两栖作业仿生机器人，其特征在于，所述所有尾翼驱动模块的结构相同，每组尾翼驱动模块均包括二号驱动关节（8）和尾翼（7），尾翼（7）固定安装在二号驱动关节（8）的输出轴上，二号驱动关节（8）的输出轴往复旋转带动尾翼（7）实现上下拍动，二号驱动关节（8）安装在尾翼框架（6）内，尾翼框架（6）与机体（4）连接。


8.根据权利要求7所述的一种足桨－翼混合驱动式水陆两栖作业仿生机器人，其特征在于，所述二号驱动关节（8）的旋转关节输...

【专利技术属性】
技术研发人员：王刚，马鑫盟，张易豪，陈曦，贾鹏，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23