一种两栖机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种两栖机器人，包括躯体框架、步行足单元、游泳足单元、浮力舱和电子舱；步行足单元包括三对六条且呈放射状连接在躯体框架上的步行足；游泳足单元包括成对设置于躯体框架尾端的游泳足；浮力舱设置于躯体框架的下部，通过抽排水以实现两栖机器人的上浮或下沉；电子舱内的控制模块根据接收到的指令和传感器模块提供的两栖机器人运行姿态及其所属的水陆环境信息控制步行足单元、游泳足单元的运动姿态、以及浮力舱的抽排水动作。在水中，有两种驱动方式为两栖机器人提供前进动力，其一是通过游泳足单元摆动实现；另一种是通过浮力舱的浮力调节配合步行足的前后摆动改变两栖机器人的重心以实现两栖机器人低耗能的长距离滑翔迁移。

An amphibious robot

【技术实现步骤摘要】
一种两栖机器人
本专利技术涉及两栖机器人
，具体涉及一种两栖机器人。
技术介绍
哈尔滨工程大学王立权教授课题组成功研制了若干代两栖仿生机械蟹样机，并对多足机器人步态控制机理进行深入研究，探讨了机器人间协同配合作业的可能性。该型机械蟹以中华绒螯蟹为仿生对象，八条步行足协调配合保证了其在陆地上运动灵活性；特制的“防水外衣”保证了其水密特性，可实现水中作业。此外，该课题组还成功研制了以梭子蟹为原型的足桨耦合驱动仿生海蟹机器人，并实现了水下行走和水中浮游的双重功能。随着海洋战略地位和研究价值的上升，机器人逐渐被应用于海洋探索。目前国内外研究的水下机器人运动方式主要包括浮游和爬行，但均局限于浅水和深水海域，对于海洋与陆地衔接的极浅水、碎浪带、拍岸浪区和滩涂地带，其作业能力差强人意；陆地应用的机器人更是束手无策。北京理工大学郭书祥教授于2015年研制了一种多功能两栖生物型子母机器人。该机器人由IPMC智能材料制成，母机器人为球形，通过腿式步行机构与矢量喷水驱动相结合的方式实现水陆两栖运动。子机器人通过IPMC制成的八条爪和IPMC驱动的游泳足实现两栖运动。此外，子机器人还可通过电解IPMC爪产生的气泡实现水中上浮运动。该机器人具有多种运动模式且采用智能材料制成，具有极强的参考价值。但其体积小，续航能力差，难以投入实际应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种两栖机器人将水下滑翔机与多足海蟹、鱼的不同运动模式有机结合，通过结构优化重组和算法优化，重点解决目前两栖机器人多运动模式下效率低，作业范围有限的问题，丰富近海海洋资源探测与开发的手段，为我国海洋经济发展提供技术支撑。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种两栖机器人，包括：躯体框架和安装在所述躯体框架上的步行足单元、游泳足单元、浮力舱、控制模块和传感器模块；所述步行足单元包括至少分为三对且呈放射状连接在所述躯体框架上的步行足，每对所述步行足均对称布置在所述躯体框架的两侧；所述游泳足单元包括成对设置于所述躯体框架尾端的游泳足；所述浮力舱设置于所述躯体框架的下部，通过抽排水以实现两栖机器人的上浮或下沉；所述传感器模块用于检测所述两栖机器人的运行姿态及其所属的水陆环境信息；所述控制模块用于根据所述传感器模块提供的所述两栖机器人的运行姿态及其所属的水陆环境信息控制所述步行足单元和所述游泳足单元的运动姿态、以及所述浮力舱的抽排水动作；在陆地，所述控制模块控制多个所述步行足运动姿态的变化以实现所述两栖机器人的陆地爬行；在水中，所述控制模块控制所述游泳足单元摆动为所述两栖机器人提供前行动力、并通过控制所述浮力舱调节所述两栖机器人的上浮或下沉同时控制多个所述步行足的前后摆动来调节所述两栖机器人的重心偏置，以实现所述两栖机器人的水中滑翔。进一步地，所述步行足为由仿蟹基节段、中节段、尾节段三段肢体和将这三段两两链接在一起的髋关节、膝关节、踝关节三个关节共同组成的三自由度串联式结构；其中，所述躯体框架通过髋关节与所述基节段链接，所述基节段和所述中节段通过膝关节链接，所述中节段和所述尾节段通过踝关节链接。进一步地，所述步行足包括：与所述躯体框架相连的基节段支架；安装在所述基节段支架上用于驱动所述步行足左右摆动的髋关节驱动电机；与所述髋关节驱动电机输出端相连的十字型支架；安装在所述十字型支架上用于驱动所述步行足上下运动的膝关节驱动电机；与所述膝关节驱动电机输出端相连的中节段支架；安装在所述中节段支架上的踝关节驱动电机；以及，由所述踝关节驱动电机驱动运动以实现所述步行足横移运动的尾节段支架。进一步地，所述游泳足包括：安装在所述躯体框架尾部的游泳足驱动电机；由所述游泳足驱动电机驱动做左右摆动的驱动电机架；以及，安装在所述驱动电机架上随所述驱动电机架运动摆动以在水中对所述两栖机器人产生推力的尾鳍。进一步地，所述尾鳍呈片状。进一步地，所述浮力舱包括：内部具有蓄水空间的舱体；连接在所述舱体前端的前连接端盖和连接在所述舱体尾端的后连接端盖；连接在所述后连接端盖外侧的平端盖，所述平端盖上设有贯通所述舱体内部空间和外界之间的开孔。进一步地，所述前连接端盖和所述舱体之间、所述后连接端盖和所述舱体之间均垫设有防水密封结构。进一步地，所述舱体内安装有齿轮泵、柔性水囊、吸水流量计、吸水电磁阀、排水流量计和排水电磁阀；所述柔性水囊固接在所述舱体内表面上；所述齿轮泵的一端和柔性水囊通过水管相连，另一端连接电磁阀；电磁阀通过三通接头分为进水和出水两条水路；进水水路上设有单向阀、吸水流量计；出水水路上设有单向阀和排水流量计；进出水两条水路再通过三通接头和外界水体相通的水管上。进一步地，所述躯体框架的上部安装有内部密封的防水电子舱，所述控制模块安装在所述防水电子舱内；所述传感器模块包括安装在防水电子舱内的IMU传感模块、视觉模块和测距模块和安装在所述浮力舱外的用于检测所述两栖机器人在水中的深度的水压传感器；所述IMU传感模块用于检测所述两栖机器人的三轴姿态角信息以及加速度信息，所述视觉模块用于检测水下环境的图形信息，所述测距模块用于检测水下环境中的障碍物距离信息。进一步地，所述控制模块包括系统控制模块、驱动电机控制模块、电压转换模块和浮力调节控制模块；所述系统控制模块用于控制两栖机器人内部的各路信号的实时处理和运算，实现两栖机器人与外界的通讯；所述驱动电机控制模块用于将所述系统控制模块的运动指令转换为PWM波以控制六条步行足的运动，实现两栖机器人的爬行；所述电压转换模块用于将电池输出的电压转换为传感器模块和设备所需的电压；所述浮力调节控制模块用于控制浮力箱中电磁阀的启闭、齿轮泵的正反转和获取流量计的计量数据信息，实现两栖机器人在水中滑翔运动。本专利技术技术方案，具有如下优点：1.本专利技术提供的两栖机器人，在陆地上，通过控制模块控制多个步行足运动姿态的变化可以实现两栖机器人的陆地爬行；在水中，控制模块通过控制游泳足单元摆动为两栖机器人提供前行动力、并通过控制浮力舱以调节两栖机器人的上浮或下沉及同时控制多个步行足的前后摆动来调节两栖机器人的重心偏置，以实现两栖机器人的水中滑翔；这种两栖机器人具备陆地和水底爬行、水下滑翔等运动模式，在面对复杂的地形(如滩涂地、沙地)有较好的通过性；而且在水下可以依靠浮力调节和重心调节实现低耗能的长距离滑翔迁移；这种利用两栖机器人的三对步行足作为重心调节结构来调整两栖机器人滑翔姿态的方式，既节约了传统水下滑翔机原有的重心调节机构，又可以减低机构的复杂度以减轻重量。2.本专利技术提供的两栖机器人，采用模块化、紧凑性的布置，在不影响两栖机器人具备功能前提下充分利用空间，保证结构设计的小型化、多模块化、功能多样化。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种两栖机器人，其特征在于，包括：躯体框架和安装在所述躯体框架上的步行足单元、游泳足单元、浮力舱(6)、控制模块和传感器模块；/n所述步行足单元包括至少分为三对且呈放射状连接在所述躯体框架上的步行足(4)，每对所述步行足(4)均对称布置在所述躯体框架的两侧；/n所述游泳足单元包括成对设置于所述躯体框架尾端的游泳足(3)；所述浮力舱(6)设置于所述躯体框架的下部，通过抽排水以实现两栖机器人的上浮或下沉；/n所述传感器模块用于检测所述两栖机器人的运行姿态及其所属的水陆环境信息；/n所述控制模块用于根据所述传感器模块提供的所述两栖机器人的运行姿态及其所属的水陆环境信息控制所述步行足单元和所述游泳足单元的运动姿态、以及所述浮力舱(6)的抽排水动作；/n在陆地，所述控制模块控制多个所述步行足(4)运动姿态的变化以实现所述两栖机器人的陆地爬行；在水中，所述控制模块控制所述游泳足单元摆动为所述两栖机器人提供前行动力、并通过控制所述浮力舱(6)调节所述两栖机器人的上浮或下沉同时控制多个所述步行足(4)的前后摆动来调节所述两栖机器人的重心偏置，以实现所述两栖机器人的水中滑翔。/n

【技术特征摘要】
1.一种两栖机器人，其特征在于，包括：躯体框架和安装在所述躯体框架上的步行足单元、游泳足单元、浮力舱(6)、控制模块和传感器模块；
所述步行足单元包括至少分为三对且呈放射状连接在所述躯体框架上的步行足(4)，每对所述步行足(4)均对称布置在所述躯体框架的两侧；
所述游泳足单元包括成对设置于所述躯体框架尾端的游泳足(3)；所述浮力舱(6)设置于所述躯体框架的下部，通过抽排水以实现两栖机器人的上浮或下沉；
所述传感器模块用于检测所述两栖机器人的运行姿态及其所属的水陆环境信息；
所述控制模块用于根据所述传感器模块提供的所述两栖机器人的运行姿态及其所属的水陆环境信息控制所述步行足单元和所述游泳足单元的运动姿态、以及所述浮力舱(6)的抽排水动作；
在陆地，所述控制模块控制多个所述步行足(4)运动姿态的变化以实现所述两栖机器人的陆地爬行；在水中，所述控制模块控制所述游泳足单元摆动为所述两栖机器人提供前行动力、并通过控制所述浮力舱(6)调节所述两栖机器人的上浮或下沉同时控制多个所述步行足(4)的前后摆动来调节所述两栖机器人的重心偏置，以实现所述两栖机器人的水中滑翔。


2.根据权利要求1所述的两栖机器人，其特征在于，所述步行足(4)为由仿蟹基节段、中节段、尾节段三段肢体和将这三段两两链接在一起的髋关节、膝关节、踝关节三个关节共同组成的三自由度串联式结构；其中，所述躯体框架通过髋关节与所述基节段链接，所述基节段和所述中节段通过膝关节链接，所述中节段和所述尾节段通过踝关节链接。


3.根据权利要求2所述的两栖机器人，其特征在于，所述步行足(4)包括：
与所述躯体框架相连的基节段支架(19)；
安装在所述基节段支架(19)上用于驱动所述步行足(4)左右摆动的髋关节驱动电机(18)；
与所述髋关节驱动电机(18)输出端相连的十字型支架(17)；
安装在所述十字型支架(17)上用于驱动所述步行足(4)上下运动的膝关节驱动电机(20)；
与所述膝关节驱动电机(20)输出端相连的中节段支架(21)；
安装在所述中节段支架(21)上的踝关节驱动电机(22)；以及，
由所述踝关节驱动电机(22)驱动运动以实现所述步行足(4)横移运动的尾节段支架(23)。


4.根据权利要求1－3中任意一项所述的两栖机器人，其特征在于，所述游泳足(3)包括：
安装在所述躯体框架尾部的游泳足驱动电机(25)；
由所述游泳足驱动电机(25)驱动做左右摆动的驱动电机架(26)；以及，
安装在所述驱动电机架(26)上随所述驱动电机架(26)运动摆动以在水中对所述两栖机器人产生推力的尾鳍(27)。


5....

【专利技术属性】
技术研发人员：杜建铭，陈大展，曾钧生，尚晓峰，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44