[發明專利]變結構水陸空三棲類輪式越障機器人

無效

• 申請號: 201310513103.3
• 申請日: 2013-10-25
• 公開（公告）號: CN103522853A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 孫濤;宋軼民;梁棟;連賓賓;高浩
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B60F5/00
• 分類號: B60F5/00;B60B19/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 張金亭

技術領域

本發明涉及移動機器人領域，具體是一種可變結構并且具有水陸空三棲越障能力的類輪式越障機器人。

背景技術

越障機器人因具有較強的環境適應與感知、動態決策與規劃、行為控制與執行等能力而在生化污染等危險惡劣環境下實現軍事偵察、掃雷排險、物料搬運等功能，具有廣闊的應用前景。目前，越障機器人的研究主要集中于陸地移動機器人，主要有輪式、履帶式、腿式、蠕動式、跳躍式和復合式六大類。

輪式機器人的速度快、效率高、運動噪聲低，但其地形適應能力較差，對崎嶇度大的復雜地形無能為力，基本無越障能力。如申請號201110177875.5名稱為“一種全方位輪式移動機器人”的發明專利，使車輪輪體呈空心結構并放置軸向旋轉電機，通過改變車輪的旋轉方向使移動機器人實現3自由度全方位回轉，然而該移動機器人只適用于平坦地面，無法應對崎嶇地形，更無越障能力。

履帶式機器人越障能力與地形適應能力強，履帶與地面接觸面積大，運動較平穩，但缺陷是速度相對較小、效率低、機動性差，不能處理高度落差較大的地形，且崎嶇地面對履帶磨損較大。如申請號201010535194.7名稱為“機器人履帶運動模塊”的發明專利，采用齒向向外的同步帶作為履帶，具備轉彎和障礙檢測功能，但在越障過程中同步帶壽命低、易磨損甚至磨斷。

腿式機器人雖然能夠適應復雜的地形，機動性及能效性高，但由于其結構自由度多、機構復雜，導致控制困難、移動速度慢、功耗大。如申請號200580001117.0名稱為“腿式移動機器人”的發明專利，在腳部設置地面反作用力探測器及彈簧構件以減小慣性力和高速運動時的沖擊影響，然而機器人結構布置與控制系統復雜，成本增加。

蛇行式和跳躍式機器人在復雜環境適應性方面具有優越性，但其承載能力較差，運動平穩性不高。如申請號201210041454.4名稱為“一種多功能蛇形機器人”的發明專利，具有跨越溝槽與臺階、爬桿等功能，地形適應能力較強，然而該機器人由多個基本節通過具有三轉動能力的接頭連接而成，結構較為復雜，越障時由接頭轉動抬起基本節，需要較大的轉動力矩，承載能力與運動穩定性較差。

復合式移動機器人由上述五類移動機器人組合而成，如復合輪式、輪-腿式、輪-腿-履帶式等。復合式移動機器人雖結合了各類機器人的優勢，但也繼承了各類機器人的缺陷，結構與控制復雜。如申請號201310205386.5名稱為“一種可跳躍的移動機器人”將輪式與跳躍式裝置組合，通過自平衡系統控制輪式移動裝置的平移運動，由鎖定釋放裝置控制跳躍機構的跳躍運動，為應對機器人本體跳躍落地時的沖擊影響還設置了落地緩沖和姿態調整機構，機器人的構成較復雜，各機構間的協調控制難度較大。

上述各類移動式越障機器人主要應用于陸地崎嶇地形，若地形崎嶇度大，不同類型移動機器人有不同應對策略，但效率均不高，且上述移動越障機器人均無法應對涉水環境。如何提高越障機器人的復雜環境適應力，實現其高效越障能力，是目前越障機器人的研究重心。

發明內容

本發明的目的在于克服現有越障機器人的不足，提高越障機器人的復雜環境適應力，提供一種具有移動、飛行、渡水三種運動功能的機器人。

本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是：一種變結構水陸空三棲類輪式越障機器人，包括機體，在所述機體的左右兩側設有對稱布置的類輪結構，每個所述類輪結構通過一上下翻轉換位機構與所述機體連接；每個所述類輪結構設有一驅動電機，所述驅動電機安裝在所述上下翻轉換位機構上；每個所述類輪結構設有一個與所述上下翻轉換位機構轉動連接的輪軸座、周向均布固定在所述輪軸座上的3～5個輪輻和對應固定在每個所述輪輻外端的輪緣段，相鄰的兩個所述輪緣段之間設有跨距；所有所述輪輻采用螺旋槳槳葉結構，在所述機體左右兩側對稱設置的兩個所述類輪結構的輪輻的螺旋槳槳葉結構旋向相反，在所述機體對角設置的兩個所述類輪結構的輪輻的螺旋槳槳葉結構旋向相同。

所述上下翻轉換位機構包括水平支撐架、擺桿、內伸縮桿、外套筒和推拉機構，所述水平支撐架的內端與所述機體的側面垂直固接，所述水平支撐架的外端與所述擺桿的內端通過軸線與所述水平支撐架垂直的轉動副連接，所述擺桿的外端設有與其轉動連接的類輪結構，該類輪結構的驅動電機安裝在所述擺桿內，所述擺桿的上中部或下中部通過轉動副與所述內伸縮桿的外端連接，所述內伸縮桿滑動連接在所述外套筒內，所述外套筒的內端通過轉動副與所述機體相連，所述內伸縮桿設有所述推拉機構，所述推拉機構的動力源固定在所述外套筒的內端上。

在行進過程中，至少有三個不同側的所述輪緣段與地面接觸。