[實(shí)用新型]一種球形兩棲機(jī)器人

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201821206546.2
• 申請日: 2018-07-27
• 公開（公告）號: CN208789417U
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭書祥;侯夕歡;石立偉;邢會(huì)明;劉惠康;劉鈺
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: B60F3/00
• 分類號: B60F3/00;B62D57/028
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 仇蕾安;楊志兵

本實(shí)用新型公開了一種球形兩棲機(jī)器人，其上半球殼具有浮力補(bǔ)償功能，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自主的懸浮；且通過滑軌結(jié)構(gòu)減輕水平舵機(jī)的承重。該球形兩棲機(jī)器人包括：上球殼、中間隔板、腿部結(jié)構(gòu)和滑軌機(jī)構(gòu)，其中上球殼具有浮力補(bǔ)償功能，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自主的懸浮，通過在進(jìn)水艙的不同高度上設(shè)計(jì)均勻分布的進(jìn)水孔來調(diào)節(jié)機(jī)器人的浮力。腿部結(jié)構(gòu)通過滑軌機(jī)構(gòu)與為其運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力的水平舵機(jī)轉(zhuǎn)軸相連，滑軌機(jī)構(gòu)中水平轉(zhuǎn)動(dòng)桿一端與機(jī)器人腿部機(jī)構(gòu)固定，另一端連接軸承并放置在滑軌上，從而減輕水平舵機(jī)及水平支架的承重。同時(shí)在中間隔板的下端面上設(shè)置有可拆卸的獨(dú)立電池艙。

技術(shù)領(lǐng)域

實(shí)用新型涉及一種機(jī)器人，具體涉及一種球形機(jī)器人。

背景技術(shù)

隨著陸地資源的匱乏，人類已經(jīng)進(jìn)軍海洋資源開發(fā)。與陸地環(huán)境不同，海洋環(huán)境存在更多的未知性和復(fù)雜性。由于人類能親自探索海洋環(huán)境有限，所以水下機(jī)器人作為一種具有環(huán)境感知能力，自主控制能力，自主作業(yè)能力的裝置，必然成為開發(fā)海洋的重要工具。

近些年，水下機(jī)器人成為了國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)；但現(xiàn)有的水下機(jī)器人多采用魚雷狀流線型結(jié)構(gòu)和螺旋槳推進(jìn)，魚雷狀流線型的設(shè)計(jì)導(dǎo)致其轉(zhuǎn)向半徑大，無法實(shí)現(xiàn)狹窄空間作業(yè)。螺旋槳推進(jìn)保證水下機(jī)器人單向運(yùn)動(dòng)速度較高，但是其動(dòng)力系統(tǒng)和螺旋槳的高噪聲對其周圍環(huán)境帶來較大的干擾，很難實(shí)現(xiàn)高隱蔽性。

與魚雷狀流線型水下機(jī)器人相比，球形機(jī)器人有較多優(yōu)點(diǎn)，對稱性好，旋轉(zhuǎn)半徑小，運(yùn)動(dòng)模型簡單。國外方面，美國對水下球形機(jī)器人研究較多。夏威夷大學(xué)研制了ODIN水下球形機(jī)器人，配備八組推進(jìn)器，可實(shí)現(xiàn)六自由度運(yùn)動(dòng)；麻省理工研制了類似蛋形機(jī)器人，上半部分采用防水外殼，采用六臺(tái)水泵從機(jī)器人內(nèi)部的橡膠管往外噴水實(shí)現(xiàn)機(jī)器人推進(jìn)；美國軍方還研制了GuardBot機(jī)器人，其采用倒立擺模型，通過調(diào)整機(jī)器人的重心位置實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制。國內(nèi)方面，2007年，哈爾濱工程大學(xué)仿生微機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室所研制的一款球形水下潛器，其采用兩個(gè)噴水電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置，并設(shè)有兩個(gè)入水口和兩個(gè)出水口。該球形水下潛器采用姿態(tài)傳感器信號反饋調(diào)整的控制方法對自身的運(yùn)動(dòng)控制，但由于其動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)相對粗放，運(yùn)動(dòng)靈活性有限，機(jī)動(dòng)性較差。中科院研制的球形機(jī)器人采用噴水驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，并裝有機(jī)械臂可以完成抓捕操作。2010北京郵電大學(xué)的孫漢旭團(tuán)隊(duì)研制了BYSQ系列球形水下機(jī)器，該系列機(jī)器人通過其內(nèi)部的雙驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)與螺旋槳推進(jìn)器的配合來實(shí)現(xiàn)六個(gè)自由度的水下運(yùn)動(dòng)。但該設(shè)計(jì)的體型較大，在淺水、沼澤、灘涂等環(huán)境下的生存能力有限。

傳統(tǒng)的水下機(jī)器人只適合在水下環(huán)境，而兩棲機(jī)器人作業(yè)范圍廣，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，可以執(zhí)行人類無法完成的復(fù)雜任務(wù)，所以兩棲機(jī)器人的研究有重要意義。在國外的研究中，代表性的是日本東京工業(yè)大學(xué)研制的兩棲蛇形機(jī)器人ACMR5，該機(jī)器人由多關(guān)節(jié)組成并具有水陸兩棲適應(yīng)性，在陸地上運(yùn)動(dòng)時(shí)，ACM-R5依靠身體的蜿蜒運(yùn)動(dòng)推進(jìn)，也能實(shí)現(xiàn)翻滾運(yùn)動(dòng)；在水下運(yùn)動(dòng)時(shí)，ACM-R5采用仿鰻鱺式的波動(dòng)推進(jìn)。但ACM-R5機(jī)器人運(yùn)動(dòng)較慢，僅能達(dá)到0.4m/s。2005年麥吉爾大學(xué)研制了一種仿蟑螂的兩棲機(jī)器人Whegs，推進(jìn)機(jī)構(gòu)采用了三輻輪槳腿式設(shè)計(jì)，近似輪子，能夠?qū)崿F(xiàn)高性能和平穩(wěn)推進(jìn)。加拿大MCGILL大學(xué)研發(fā)了兩棲六足機(jī)器人AQUA，AQUA在陸地上運(yùn)動(dòng)時(shí)采用弧形腿推進(jìn)，利用弧形腿機(jī)動(dòng)性能高和通用性好的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)多種陸地環(huán)境的高速推進(jìn)；在水下，利用六個(gè)槳的拍動(dòng)推進(jìn)，AQUA能夠?qū)崿F(xiàn)巡航、升降、縱蕩、轉(zhuǎn)向、翻滾五個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)。不足的是由于AQUA在陸地山和水下采用兩套不同的推進(jìn)機(jī)構(gòu)，并不實(shí)現(xiàn)真正意義的兩棲。

綜上所述，現(xiàn)有水下自主航行器/機(jī)器人和球形機(jī)器人及水陸兩棲機(jī)器人的存在以下問題：

(1)現(xiàn)有的魚雷狀流線型水下機(jī)器人由于體型轉(zhuǎn)彎半徑大，無法實(shí)現(xiàn)狹窄空間內(nèi)的靈活和高精密作業(yè)。同時(shí)其較大的體型和動(dòng)力系統(tǒng)對周圍環(huán)境帶來較大的干擾，無法實(shí)現(xiàn)高隱蔽作業(yè)。

(2)現(xiàn)有的球形機(jī)器人在陸地上一般采用滾動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方式，對地形要求高，不適應(yīng)海底以及淺灘，島礁等非結(jié)構(gòu)環(huán)境；在水下多采用螺旋槳推進(jìn)，由于螺旋槳多裸露在機(jī)器人軀體外，容易損壞，對海洋環(huán)境破壞大。而且螺旋槳工作噪聲大，難隱蔽作業(yè)。