CN102825988B - 一种两栖移动机器人平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种两栖移动机器人平台，包括支撑平台、动力臂、旋转固定轴、胸鳍、反偏向轮、轮舵机构和尾璞，支撑平台内部装有控制模块、驱动模块，控制模块控制驱动模块为机器人平台提供驱动力，同时控制并调整平台的浮力，从而使机器人整体实现上浮、下潜、水平运动；轮舵机构安装在支撑平台的头部下方；支撑平台的尾部安装的两个动力臂在驱动电机的驱动下在水平面内相对或反向摆动；动力臂的末端固定连接反偏向轮，反偏向轮将水平的摆动转化为直线运动；尾璞安装在动力臂上，胸鳍安装在支撑平台尾部的左右两侧。本发明能够利用同一驱动动作实现在陆地和流体中的驱动，从而使机器人在不改变驱动方式的情况下实现两栖环境中的运动。

Description

一种两栖移动机器人平台

技术领域

本发明属于机器人技术领域，涉及一种两栖移动机器人平台。

背景技术

随着科技的发展，机器人技术在生产和研究活动中的重要作用愈发凸显，机器人是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物,机器人技术是一门快速发展的高新技术,它是机械、电子、自动化及信息处理技术的融合，在交通、医疗、军事、工业生产等方面用途广泛。机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置、控制模块和复杂机械等组成，其运动形式、感知方式等方面的探索是这一领域的一个重要研究方向。

目前已经提出的机器人运动形式有轮式、履带式、步行式、蠕动式等，这些运动形式的机器人在应用中各有所长。

传统的轮式机器人已经发展得非常成熟，其所具有的复杂地形通过能力、行进路线控制能力已经非常强，但是在不外加单独机械结构的情况下难以胜任两栖环境下的工作。典型的轮式机器人如“火星探路者”号轮式机器人，相似地，履带式、步行式等运动形式在陆地上均有优势，但是在两栖环境下，尤其是水下环境中难以实现自主运动，这是这些机器人所采用的运动形式的缺陷。

以上所述的运动形式对于今后发展在血液中运动的纳米机器人、在海水中运动的两栖机器人的要求来说显得力不从心。同时，除了步行式机器人的运动由于可以模仿人类的运动因而可以改造为运动视觉冲击力比较强的舞蹈机器人外其他的几种运动形式在这方面没有太大的潜力。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种两栖移动机器人平台，能够利用同一驱动动作实现在陆地和流体中的驱动，从而使机器人能够在不改变驱动方式的情况下实现两栖环境中的运动。

一种两栖移动机器人平台，包括支撑平台、动力臂、旋转固定轴、胸鳍、反偏向轮、轮舵机构和尾璞，其中，反偏向轮包括轮架、车轮和倾斜转轴，车轮与轮架活动安装在一起，车轮在轮架上转动，轮架与倾斜转轴活动安装在一起，轮架能绕倾斜转轴的轴线转动，轮架的中心轴线与倾斜转轴的轴线相交后存在倾角；支撑平台为内部中空的水密结构，其内部装有控制模块、驱动模块，控制模块控制驱动模块为机器人平台提供驱动力，同时控制并调整平台的浮力，从而使机器人整体实现上浮、下潜、水平运动；轮舵机构为滚轮和舵片通过水平连接件固连为一体的组合机构，滚轮和舵片分别连接在水平连接件的两端。

其整体连接关系为：轮舵机构通过其上的连接件安装在支撑平台的头部下方，轮舵机构在控制模块的控制下能绕连接部位的轴线实现180度旋转；支撑平台的尾部通过两个旋转固定轴沿水平方向对称安装两个动力臂，两个动力臂在驱动电机的驱动下在水平面内相对或反向摆动；动力臂的末端固定连接反偏向轮的倾斜转轴，反偏心轮的倾斜转轴与竖直方向有夹角，倾斜转轴的轴线与地面的交点和轮子和地面的交点不重合，而是位于交点的前方即机器人头部方向；尾璞安装在动力臂上位于反偏心轮的上方，胸鳍安装在支撑平台尾部的左右两侧，尾璞和胸鳍由各自的舵机驱动并可展开与水平面形成不同的夹角，展开的角度由控制模块控制。

工作原理：

在陆地上时，胸鳍水平贴合在支撑平台的底面上，轮舵机构的滚轮与连接在两个动力臂上的反偏向轮的车轮同时与地面接触，实现对机器人平台的三点支撑，通过水平摆动动力臂,利用动力臂上的反偏向轮与地面的相互作用力驱动，实现机器人在陆地上的运动；

在流体中时，控制模块控制收起轮舵机构的滚轮，使舵片位置调整到支撑平台的正下方，反偏向轮移动至动力臂的内侧，同时尾璞展开至与流体阻力最大位置；支撑平台内的驱动模块驱动动力臂，动力臂上的尾蹼与流体的相互作用产生动力驱动机器人平台在流体中水平运动,由支撑平台内的驱动模块辅助实现机器人平台的上浮和下潜，胸鳍在控制模块的控制下配合对机器人施加横滚力矩，控制机器人在液体中的横滚姿态，由轮舵机构和单腿摆臂运动协同实现机器人平台的转向，从而实现在流体环境中的驱动。

有益效果：

1、本发明能够在不改变自身结构和运动形式的情况下,同时在水陆两栖环境中进行驱动

2、本发明运动动作表现力强，可适应通道宽度的变化。可作为多机器人协同编队、水陆两栖机器人、侦察机器人、管道巡视机器人、微纳米生物机器人运动原型等多个研究领域的实验与验证平台。

3、本发明重量小，运动灵巧轻便，速度快，具有机械结构紧凑合理，智能性、实用性、稳定性、节能性、经济性和通用性好等特点。

附图说明

图1是本发明的陆地驱动状态侧视图；

图2是本发明的流体驱动状态侧视图；

图3是本发明的陆地驱动状态俯视图；

图4使本发明反偏向轮的结构示意图。

其中，1-动力臂，2-旋转固定轴、3-胸鳍、4-反偏向轮、5-轮舵机构、6-尾璞、7-倾斜转轴、8-支撑平台、9-车轮、10-轮架、11-倾斜转轴。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如附图1、2和3所示，本发明提供了一种两栖移动机器人平台，包括支撑平台8、动力臂1、旋转固定轴2、胸鳍3、反偏向轮4、轮舵机构5和尾璞6；

如附图4所示，反偏向轮4包括轮架10、车轮9和倾斜转轴11，车轮9与轮架10活动安装在一起，车轮9在轮架10上转动，轮架10与倾斜转轴11活动安装在一起，轮架10能绕倾斜转轴11的轴线转动，轮架10的中心轴线与倾斜转轴11的轴线相交后存在倾角；倾斜转轴11可使用其他方式代替，即通过在车轮9与轮架10之间加入回力弹簧方式实现，其目的是阻碍车轮9与轮架10间出现方向夹角。

支撑平台8为内部中空的水密结构，其内部装有控制模块、驱动电机、齿轮、水箱和压缩气瓶，控制模块控制驱动电机驱动齿轮为机器人平台提供驱动力，同时控制压缩气瓶调整支撑平台8内部水与空气的含量比例来得到需要的浮力，从而使机器人整体实现上浮、下潜、水平运动；动力臂1内部为中空结构，轮舵机构5为滚轮和舵片通过水平连接件固连为一体的组合机构，滚轮和舵片分别连接在水平连接件的两端。

其整体连接关系为：轮舵机构5通过其上的连接件安装在支撑平台8的头部下方，轮舵机构5在控制模块的控制下能绕连接部位的轴线实现180度旋转；支撑平台8的尾部通过两个旋转固定轴2沿水平方向对称安装两个动力臂1，两个动力臂1在驱动电机的驱动下在水平面内相对或反向摆动；动力臂1的末端固定连接反偏向轮4的倾斜转轴，反偏向轮4的倾斜转轴7与竖直方向有夹角，倾斜转轴7的轴线与地面的交点和轮子和地面的交点不重合，而是位于交点的前方即机器人头部方向；尾璞6安装在动力臂1上位于反偏心轮4的上方，胸鳍3安装在支撑平台8尾部的左右两侧，尾璞6和胸鳍3由各自的舵机驱动并可展开与水平面形成不同的夹角，展开的角度由控制模块控制。

工作原理：

在陆地上运动时，胸鳍3水平贴合在支撑平台8的底面上，轮舵机构5的滚轮与连接在两个动力臂1上的反偏向轮4的车轮同时与地面接触，实现对机器人平台的三点支撑，通过水平摆动动力臂1,由于倾斜转轴7的作用，车轮9在动力臂1摆动的过程中与倾斜转轴7之间会产生夹角，进而车轮9与地面之间会产生抑制夹角生成的摩擦力，摩擦力在平台运动方向上的分力可驱动机器人向前运动。

在流体中时，控制模块控制收起轮舵机构5的滚轮，使舵片位置调整到支撑平台8的正下方，反偏向轮4移动至动力臂1的内侧，同时尾璞6展开至与流体阻力最大位置；支撑平台8内的驱动电机驱动齿轮带动动力臂1，动力臂1上的尾蹼6与流体的相互作用产生动力驱动机器人平台在流体中运动,由压缩气瓶、水箱辅助实现机器人平台的上浮和下潜，胸鳍3在控制模块的控制下配合对机器人施加横滚力矩，控制机器人在液体中的横滚姿态，由轮舵机构5和单独摆动动力臂协同实现机器人平台的转向，从而实现在流体环境中的驱动。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种两栖移动机器人平台，其特征在于包括支撑平台(8)、动力臂(1)、旋转固定轴(2)、胸鳍(3)、反偏向轮(4)、轮舵机构(5)和尾璞(6)；反偏向轮(4)包括轮架(10)、车轮(9)和倾斜转轴(11)，车轮(9)与轮架(10)活动安装在一起，车轮(9)在轮架(10)上转动，轮架(10)与倾斜转轴(11)活动安装在一起，轮架(10)能绕倾斜转轴(11)的轴线转动，轮架(10)的中心轴线与倾斜转轴(11)的轴线相交后存在倾角；轮舵机构(5)为滚轮和舵片通过水平连接件固连为一体的组合机构，滚轮和舵片分别连接在水平连接件的两端；

其整体连接关系为：轮舵机构(5)通过其上的水平连接件安装在支撑平台(8)的头部下方，轮舵机构(5)在控制模块的控制下能绕连接部位的轴线实现180度旋转；支撑平台(8)的尾部通过两个旋转固定轴(2)沿水平方向对称安装两个动力臂(1)，两个动力臂(1)在驱动电机的驱动下在水平面内相对或反向摆动；动力臂(1)的末端固定连接反偏向轮(4)的倾斜转轴，反偏向轮(4)的倾斜转轴(11)与竖直方向有夹角，倾斜转轴(11)的轴线与地面的交点和轮子和地面的交点不重合，而是位于轮子和地面交点的前方即机器人头部方向；尾璞(6)安装在动力臂(1)上位于反偏向轮(4)的上方，胸鳍(3)安装在支撑平台(8)尾部的左右两侧，尾璞(6)和胸鳍(3)由各自的舵机驱动并可展开与水平面形成不同的夹角。

2.如权利要求1所述的两栖移动机器人平台，其特征在于所述支撑平台(8)为内部中空的水密结构，其内部装有控制模块、驱动电机、齿轮、水箱和压缩气瓶，控制模块控制驱动电机驱动齿轮为机器人平台提供驱动力，同时控制压缩气瓶调整支撑平台(8)内部水与空气的含量比例来得到需要的浮力。

3.如权利要求1或2所述的两栖移动机器人平台，其特征在于所述尾璞(6)和胸鳍(3)展开的角度由控制模块控制。

4.如权利要求1所述的两栖移动机器人平台，其特征在于所述动力臂(1)内部为中空结构。

5.如权利要求1所述的两栖移动机器人平台，其特征在于所述倾斜转轴(11)由通过在车轮(9)与轮架(10)之间加入回力弹簧方式实现，回力弹簧阻碍车轮(9)与轮架(10)间出现方向夹角。