[實用新型]一種可變結構的新型球形兩棲機器人

有效

• 申請號: 201420833334.2
• 申請日: 2014-12-24
• 公開（公告）號: CN204432276U
• 公開（公告）日: 2015-07-01
• 發明（設計）人: 郭書祥;李利國;郭健;魏巍;畢霖
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: B60F3/00
• 分類號: B60F3/00;B60K7/00;B62D57/028;B63H11/02
• 代理公司: 天津天麓律師事務所 12212
• 代理人: 王里歌

(一)技術領域：

本實用新型涉及一種機器人，尤其是一種可在水陸兩種環境中運動并根據環境的變化自主切換運動方式的球形兩棲機器人。

(二)背景技術：

機器人是一種具有高度靈活性的自動化機器，可以代替人類去做繁重或者精細的工作。兩棲機器人因其能實現水中和陸地的兩種領域運動，使得該類型機器人具有廣泛的應用前景,包括在生活、工業、軍事等領域。雖然現在機器人的能力還是有限的，但它處于迅速發展的態勢，并開始對整個工業生產、太空和海洋探索以及人類生活的各方面產生巨大的積極影響，維護國家權益。

目前國內、外有眾多的團隊和學者從事著球形機器人以及兩棲機器人的研究。其中國外的研究起步較早，發達國家已走在世界的前列，相關研究的成果較多。我國在國家自然科學基金委、國防科工委和863高技術研究發展計劃等的大力資助下，哈爾濱工程大學、電子科技大學、北京郵電大學、北京理工大學、南京航空航天大學等也都對球型機器人以及兩棲機器人開展了研究并取得了一些進展，但與國外相比仍有較大差距。這與我國微電子、機械制造工業的整體發展水平不高密切相關。

(1)國外研究現狀

2012年，英國，曼切斯特大學研制出一種小型的球形機器人，該機器人只能夠在水里移動，不能實現在水陸兩棲。該機器人直徑小，能適應狹窄的環境作業，但由于其采用螺旋槳驅動，噪聲較大。2010年，美國，麻省理工學院利用康達效應的原理，提出泵—流量閥的概念，開發了一種類似鴨蛋的水下機器人。研制了驅動機器人水中運動的裝置，該機器人采用對稱結構，無纜線控制，沒有附屬物，體積小，能有效避免水中外在環境的干擾，適用于水下核管道的檢測，但是對機器人難以實現準確控制。2013年，加拿大，麥吉爾大學，開發了一種兩棲機器人，該機器人利用輪子的轉動實現其在水陸兩棲的運動。

(2)國內研究現狀

哈爾濱工程大學研發了基于矢量推進的球形機器人，它能實現水中3自由度的運動，但是體積過大。北京郵電大學一直致力于陸地中的球形機器人的研究，先后研制了4代機器人，包括帶有機械臂抓取功能的球形機器人，該機器人利用質量塊重心的偏移實現機器人的滾動。北京理工大學近年也在研制球形機器人，他們通過控制伺服舵機的角度，帶動輪子，來實現其多自由度的滾動。

雖然國內外研究團隊在球形機器人方面已經取得重大的突破，但仍然存在一些問題：1)多數球形機器人的幾何尺寸普遍偏大，不利于其在狹窄的空間運動；2)機器人水下運動多采用螺旋槳驅動，噪聲大、隱蔽性差；3)一些球形機器人只能在單一領域下運動，不能實現水陸兩棲，不能適應復雜的環境。

(三)實用新型內容：

本實用新型目的設計一種可變結構的新型球形兩棲機器人，它能夠解決現有球形機器人的問題，具有環境適應性強、尺寸小、活動范圍大、噪聲低、使用方便的優點，在海洋、荒島的開發和利用中發揮的重要作用。

本實用新型的技術方案：一種可變結構的新型球形兩棲機器人，其特征在于它包括上、下兩部分，其中上半部分包括半圓球殼和圓盤，下半部分包括至少3組驅動裝置和攝像頭；所述半圓球殼和圓盤連接構成殼體，所述殼體內部有安裝供電電池、控制裝置和液位傳感器，所述液位傳感器鑲嵌在圓盤上；所述圓盤上安裝驅動裝置和用于采集周圍環境信息的攝像頭；所述驅動裝置、攝像頭、供電電池、液位傳感器均與控制裝置連接。

所述至少3組驅動裝置呈中心對稱分布在圓盤上，所述攝像頭安裝在圓盤的中心位置。

所述每組驅動裝置包括防水伺服舵機Ⅰ、防水伺服舵機Ⅱ、噴水電機、噴管、直流電機以及車輪；所述防水伺服舵機Ⅰ、防水伺服舵機Ⅱ在空間上垂直擺放；所述防水伺服舵機Ⅰ與圓盤連接，所述防水伺服舵機Ⅱ安裝于多功能舵機支架上；

所述直流電機與噴水電機安裝在防水殼中，防水殼通過L形支架固定在多功能舵機支架上；

所述車輪與直流電機連接；所述噴管與噴水電機連接；

所述防水伺服舵機Ⅰ、防水伺服舵機Ⅱ、噴水電機及直流電機均與控制裝置連接。

所述防水伺服舵機Ⅰ通過垂直安裝的一字型舵機支架和長U形舵機支架與防水伺服舵機Ⅱ連接。

所述防水伺服舵機Ⅰ、防水伺服舵機Ⅱ、直流電機以及車輪構成陸地運動時采用的輪式結構；所述防水伺服舵機Ⅰ、防水伺服舵機Ⅱ、噴水電機及噴管構成陸地運動時采用的腿式結構以及水下運動時采用的噴水推進結構。

所述防水伺服電機Ⅰ通過銅柱和螺絲Ⅱ固定在圓盤上。