[發明專利]基于差動輪偏心機構的輪足兩棲機器人機構

無效

• 申請號: 201210566751.0
• 申請日: 2012-12-25
• 公開（公告）號: CN102975782A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 王濤;馬書根;蒲華燕;劉吉成;羅均;謝少榮
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: B62D57/02
• 分類號: B62D57/02;B60F3/00
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術領域

本發明涉及一種基于差動輪偏心機構的輪足兩棲機器人機構，可實現陸上與水中運動。

技術背景

近年來，計算機系統的發展推動了機器人技術的進步，機器人的種類不斷增加，除了主要用于制造業的工業機器人外，還出現了應用航天的如航天器和外星球移動車、航海的如深海作業機器人、醫療護理的如手術機器人、家庭服務的如護理機器人、軍事的如排雷機器人等領域的特種機器人。但是大多數機器人都只能在單一環境中活動，例如陸地移動機器人由于沒有水中推進機構或不具備防水功能而不能進行水下活動，而水下機器人大多又不具備或沒有足夠的陸地運動能力。受兩棲類動物的啟發，人們對既能適應陸地和近海灘涂，又能適應復雜水體環境的兩棲機器人產生了濃厚的興趣。而自然界又有多種具有良好兩棲適應性的蟹、龜、蛙、鱷魚、企鵝等動物為兩棲機器人的設計提供了生物原型。

根據運動方式的不同，目前的兩棲機器人大致可以分為兩類：腿式兩棲機器人和蛇形機器人。但是，目前國內外關于兩棲機器人的研究多集中于兩棲環境下的推進機構的探索性研究，雖然取得了一定的進展，但實際性能比如速度、機動性、地形適應性等相對較差，兩棲活動能力不能同時得到保障。

本推進機構采用了適合水、陸兩種環境的復合式推進機構，使得這種偏心機構的輪足兩棲機器人具備運動形式豐富、環境適應能力強等特點，非常適合于在濱海、沼澤以及淺海等復雜的兩棲環境中完成科學探索、軍事偵察、緊急搜救等任務。

發明內容

本發明的目的在于提出一種基于偏心機構的輪足兩棲機器人機構，以滿足兩棲機器人在兩棲環境中順利地執行各種任務。

本發明的構思是：外輪殼由一個電機驅動，繞其中心軸轉動；四個鉸鏈均勻分布在外輪殼內；內部有一套差動輪系由兩個電機聯合驅動，由行星輪和行星架作為輸出；槳葉組的槳軸安裝在一個與行星輪同軸的轉盤上，且轉盤的尺寸要保證槳軸在運動中能通過外輪殼的中心；四根長度相同的槳葉安裝在槳軸上，并分別穿過四個鉸鏈，當外輪殼和差動輪系運動時，槳葉為隨動。

根據上述的構思，本發明采用如下技術方案：

一種基于差動輪偏心機構的輪足兩棲機器人機構，包括由槳葉、槳軸、鉸鏈、外輪殼、機架、電機、差動輪系和傳動機構，其特征在于：所述槳葉滑動穿過鉸鏈固定在槳軸上，鉸鏈周向均布安裝在外輪殼上，所述電機經傳動機構分別驅動外輪殼和差動輪系；外輪殼和電機均安裝在所述的機架上。

所述傳動機構包括第一、第二錐齒輪、第一、第二、第三傳動齒輪、內齒輪、行星輪、太陽輪、太陽輪，連接方式為：

a.所述的電機通過第一錐齒輪和第一傳動齒輪驅動外輪殼上固定的內齒輪；

b.所述的電機通過一個聯軸器驅動太陽輪；

c.?所述的電機通過第二錐齒輪、第三傳動齒輪和第二傳動齒輪驅動太陽輪上固定的三角連桿。

通過調整差動輪系來改變槳軸在外輪殼中的位置并配合外輪殼的轉動，可以實現多種構型，進而可以實現多種運動模式。針對典型的兩棲地形，本模塊重點實現了3種基本運動模式和1種組合運動模式，如圖1所示。

1）輪式移動模式，圖1(a)。在輪式移動模式中，槳葉被收回至外輪殼中，外輪殼與地面接觸。通過驅動外輪殼轉動，使機器人可以在相對平整的路面移動。

2）足式爬行模式，圖1(b)。在這種模式中，槳葉的末端與地面接觸，實現類似足的功能。通過規劃各足的運動，可以使機器人在復雜的崎嶇地面穩定行走。

3）水中游動模式，圖1(c)(d)。在水中，槳葉從外輪殼中伸出并繞槳軸周期性地擺動，推動機器人能在水中游動。根據槳葉擺動的方式不同，存在兩種游動模式：擺動劃水(c)和旋轉劃水(d)。

4）輪-足混合移動模式，圖1(e)。在沙地、沼澤等環境中，輪式運動可能因打滑而失效，而足式運動可能因為陷入地面而喪失功能。這時，如圖2(e)所示通過將槳葉伸出外輪殼，便可利用輪和足的特點同時解決陷入和打滑的問題，可以提高機器人在惡劣環境中的生存能力。

本發明具有如下實質性特點和顯著優點：

（1）采用復合式推進機構，只需一套機構就能滿足普通的兩棲機器人需要多套不同的推進機構才能夠實現的推進能力；

（2）運動形式豐富，能夠實現多種不同的運動模式，從而提高兩棲機器人的環境適應能力。?

附圖說明

圖1是兩棲輪足機器人機構的運動模式圖。

圖2是兩棲輪足機器人機構的結構示意圖。

圖3是兩棲輪足機器人機構的槳葉組安裝圖。

圖4是兩棲輪足機器人機構的差動輪系安裝圖。