一种仿鸬鹚腿-蹼足游走机构制造技术

本发明专利技术实施例公开了一种仿鸬鹚腿

【技术实现步骤摘要】
一种仿鸬鹚腿
‑
蹼足游走机构


[0001]本专利技术涉及仿生两栖机器人领域，具体地涉及一种仿鸬鹚腿
‑
蹼足游走机构。

技术介绍

[0002]仿生两栖机器人是基于仿生生物学，模仿两栖生物的结构和驱动机构，并施以智能控制的机器人。多年来，国内外学者已经在仿生两栖机器人的推进机理研究方面取得了丰富的研究成果。目前，仿生两栖机器人的两栖推进方式多采用腿足式、游走式、轮浆式、复合驱动式等推进方式。腿足式两栖机器人具有较强的地形适应能力，但是需要多组驱动单元，增加了驱动结构的冗余，并且水下机动性不强；游走式两栖机器人在水中游动性能较好，但是在碎石、浅滩等环境下，推进性能大大降低，适应复杂环境的能力不强；轮浆式机器人在陆地上拥有较强的机动性，在水底爬行时则因为机器人轮辐转动速度较小，而且会产生侧向力，易对机器人爬行方向产生干扰。
[0003]在其他研究方面，Johansson等对游禽划水机理进行一些活体实验，发现游禽不仅采用阻力模式划水推进，而且通过升力模式推进。樊继壮等通过脚蹼压力分布和流场结构特点分析，发现水生青蛙推进过程中采用阻力模式和升力模式结合的方式，提高推进效率。哥德堡大学在Nature上发表论文，针对不同形状蹼足研究发现非对称蹼足更有利于水下推进。在自然界中，鸬鹚作为典型的游禽，具有较好的陆上及水中运动能力。由此，可将鸬鹚作为仿生两栖机器人的仿生对象，通过蹼足划水和行走机理实现两栖推进。

技术实现思路

[0004]为了提高机器人水中推进的效率、提高机器人在崎岖岩石或松软地面等地形的适应能力、有效克服驱动机构冗余等问题，本专利技术提供一种仿鸬鹚腿
‑
蹼足游走机构，借鉴了鸬鹚的生物特征，该机构可作为两栖机器人的驱动结构，以提高机器人的划水效率和对复杂地形的适应能力。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下的技术方案。
[0006]本专利技术提供了一种仿鸬鹚腿
‑
蹼足游走机构，应用于机器人，所述腿
‑
蹼足游走机构包括：后肢连接架、腿组件和蹼足组件；
[0007]其中，所述后肢连接架，用于固定连接机器人本体和所述腿组件的一端；
[0008]所述腿组件，用于驱动机器人的运动，至少可实现横向转动、纵向转动以及高度调节；
[0009]蹼足组件，连接于所述腿组件的另一端，具有蹼结构，受所述腿组件驱动能够实现高度调节、俯仰角度调节、方位角度调节、翻滚角度调节，并与所述腿组件配合实现机器人的划水动作以提供推力。
[0010]进一步的，所述腿组件包括横向摆动关节、平行多驱动纵向摆动关节、平行多连杆结构；
[0011]其中，所述横向摆动关节包括横向摆动电机、主动转动轴、被动转动轴；所述平行
多驱动纵向摆动关节包括第一纵向摆动结构和第二纵向摆动结构；所述平行多连杆结构包括第一多连杆结构和第二多连杆结构；
[0012]所述主动转动轴和所述被动转动轴分别沿纵向与所述第一纵向摆动结构和所述第二纵向摆动结构固定连接；所述第一纵向摆动结构沿纵向连接于所述第一多连杆结构的一端，所述第二纵向摆动结构沿纵向连接于所述第二多连杆结构的一端；所述第一多连杆结构和所述第二多连杆结构的另一端沿横向分别连接于所述蹼足组件的两侧；
[0013]所述横向摆动关节带动所述平行多驱动纵向摆动关节和所述平行多连杆结构横向转动；。
[0014]进一步的，所述后肢连接架包括纵向连接件，所述纵向连接件包括连接板和连接环，所述后肢连接架通过所述连接板与机器人本体固定连接；
[0015]所述连接环从所述连接板的下方伸出，所述连接环的轴向与所述连接板的长度方向平行，并沿所述连接板的长度方向设置多个，沿所述连接板的宽度方向设置多列，所述主动转动轴和被动转动轴分别穿设于其中一列连接环内。
[0016]进一步的，所述后肢连接架还包括横向摆动关节连接件，所述横向摆动关节连接于所述摆动关节连接件上，并通过所述摆动关节连接件与机器人本体连接；
[0017]其中，所述横向摆动电机与所述横向摆动关节连接件固定连接，所述主动转动轴和所述被动转动轴与所述横向摆动关节连接件转动连接。
[0018]进一步的，所述摆动关节连接件上还设置有与所述平行多驱动纵向摆动关节的横向转动轨迹对应的弧形通槽；在所述第一纵向摆动结构、所述第二纵向摆动结构上还设置有与所述弧形通槽相匹配的凸台，可使所述平行多驱动纵向摆动关节稳定地卡接在所述弧形通槽内，并沿预定轨迹转动。
[0019]进一步的，所述第一多连杆结构或所述第二多连杆结构包括第一杆，第二杆，第三杆和第四杆；
[0020]其中，所述第一杆的一端与所述第一纵向摆动结构或所述第二纵向摆动结构的第一纵向电机的输出端固定连接；所述第二杆与所述第一纵向摆动结构或所述第二纵向摆动结构的第二纵向电机的输出端固定连接；所述第一杆的另一端与所述第三杆的一端转动连接；所述第二杆的另一端与所述第四杆的一端转动连接；
[0021]其中，所述第四杆为一弯折杆，其弯折点朝向机器人后方突出；所述第三杆的另一端转动连接于所述第四杆的弯折点处；所述第四杆的另一端与所述蹼足组件转动连接。
[0022]进一步的，所述蹼足组件包括蹼足连接架、蹼足转动电机；所述蹼足转动电机固定连接于所述蹼足连接架；
[0023]所述蹼足组件还包括用于与所述平行多连杆结构转动连接的第一蹼足转动连接件、第二蹼足转动连接件；所述第一蹼足转动连接件和所述第二蹼足转动连接件的转动轴朝向机器人长度方向。
[0024]进一步的，所述蹼足组件为多关节变刚度蹼足结构，包括脚掌主体、多组脚趾结构、脚掌变刚度调节舵机、柔性线；
[0025]其中，每组脚趾结构包括多个脚趾，各脚趾之间由转轴连接，且在至少一个转轴上套设有弹簧；
[0026]所述柔性线的一端连接于所述脚掌变刚度调节舵机的输出端，另一端依次穿设于
所述脚掌主体和每个脚趾，并在脚趾结构的末端固定连接；所述脚掌变刚度调节舵机的输出轴转动作用于所述柔性线，进而通过拉伸所述柔性线而改变所述弹簧的变形，并进一步改变所述蹼足组件的刚度。
[0027]进一步的，所述蹼足组件包括多组脚趾结构及其附接的脚蹼，所述多组脚趾结构和所述脚蹼形成的蹼结构整体呈扇形，扇形弧边朝向所述腿
‑
蹼足游走机构内侧，且扇形打开的最大角度在160
‑
180
°
之间；扇形打开在最大角度时，扇形一直线边与机器人正方向夹角在10
‑
20
°
之间，以利于机器人的水下推进。
[0028]另一方面，本专利技术还提供了一种仿鸬鹚两栖机器人，其仿鸬鹚躯干机构包括依次连接的头部、颈部、腹部，所述仿鸬鹚两栖机器人还包括如上所述的腿
‑
蹼足游走机构连接于所述腹部。
[0029]本专利技术实施例的仿鸬鹚腿
‑
蹼足游走机构的腿组件，用于驱动机器人的运动，至本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿鸬鹚腿
‑
蹼足游走机构，其特征在于，所述腿
‑
蹼足游走机构包括：后肢连接架(4)、腿组件(5)和蹼足组件(6)；其中，所述后肢连接架(4)，用于固定连接机器人本体和所述腿组件(5)的一端；所述腿组件(5)，用于驱动机器人的运动，至少可实现横向转动、纵向转动以及高度调节；蹼足组件(6)，连接于所述腿组件(5)的另一端，具有蹼结构，受所述腿组件(5)驱动能够实现高度调节、俯仰角度调节、方位角度调节、翻滚角度调节，并与所述腿组件(5)配合实现机器人的划水动作以提供推力。2.根据权利要求1所述的腿
‑
蹼足游走机构，其特征在于，所述腿组件(5)包括横向摆动关节(5
‑
1)、平行多驱动纵向摆动关节(5
‑
2)、平行多连杆结构(5
‑
3)；其中，所述横向摆动关节(5
‑
1)包括横向摆动电机(5
‑
11)、主动转动轴(5
‑
12)、被动转动轴(5
‑
13)；所述平行多驱动纵向摆动关节(5
‑
2)包括第一纵向摆动结构(5
‑
21)和第二纵向摆动结构(5
‑
22)；所述平行多连杆结构(5
‑
3)包括第一多连杆结构(5
‑
31)和第二多连杆结构(5
‑
32)；所述主动转动轴(5
‑
12)和所述被动转动轴(5
‑
13)分别沿纵向与所述第一纵向摆动结构(5
‑
21)和所述第二纵向摆动结构(5
‑
22)固定连接；所述第一纵向摆动结构(5
‑
21)沿纵向连接于所述第一多连杆结构(5
‑
31)的一端，所述第二纵向摆动结构(5
‑
22)沿纵向连接于所述第二多连杆结构(5
‑
32)的一端；所述第一多连杆结构(5
‑
31)和所述第二多连杆结构(5
‑
32)的另一端沿横向分别连接于所述蹼足组件(6)的两侧；所述横向摆动关节(5
‑
1)带动所述平行多驱动纵向摆动关节(5
‑
2)和所述平行多连杆结构(5
‑
3)横向转动。3.根据权利要求2所述的腿
‑
蹼足游走机构，其特征在于，所述后肢连接架(4)包括纵向连接件(4
‑
1)，所述纵向连接件(4
‑
1)包括连接板(4
‑
11)和连接环(4
‑
12)，所述后肢连接架(4)通过所述连接板(4
‑
11)与机器人本体固定连接；所述连接环(4
‑
12)从所述连接板(4
‑
11)的下方伸出，所述连接环(4
‑
12)的轴向与所述连接板(4
‑
11)的长度方向平行，并沿所述连接板(4
‑
11)的长度方向设置多个，沿所述连接板(4
‑
11)的宽度方向设置多列，所述主动转动轴(5
‑
12)和被动转动轴(5
‑
13)分别穿设于其中一列连接环(4
‑
12)内。4.根据权利要求3所述的腿
‑
蹼足游走机构，其特征在于，所述后肢连接架(4)还包括横向摆动关节连接件(4
‑
2)，所述横向摆动关节(5
‑
1)连接于所述摆动关节连接件(4
‑
2)上，并通过所述摆动关节连接件(4
‑
2)与机器人本体连接；其中，所述横向摆动电机(5
‑
11)与所述横向摆动关节连接件(4
‑
2)固定连接，所述主动转动轴(5
‑
12)和所述被动转动轴(5
‑
13)与所述横向摆动关节连接件(4
‑
2)转动连接。5.根据权利要求4所述的腿
‑
蹼足游走机构，其特征在于，所述摆动关节连接件(4
‑
2)上还设置有与所述平行多驱动纵向摆动关节(5
‑
2)的横向转动轨迹对应的弧形通槽(4
‑
21)；在所述第一纵向摆动结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢会明，徐泽勇，许德新，王元瑞，雷莫夫，程子杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：