专利名称：水陆两栖仿生机器龟的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种模仿龟的结构形态、运动形式的机器人，具体是一种水陆两栖仿生机器龟。属于机器人仿生学领域。
背景技术：
仿生学诞生于20世纪60年代，是生物科学和工程技术相结合的一门边沿学科，经过四、五十年的发展，现代仿生学已经延伸到很多领域，机器人学是其主要的结合和应用领域之一。机器人仿生学是从仿生的角度对机器人进行研究，是机器人领域的重要分支。这方面的研究引起各国相关研究人员和专家的极大兴趣和关注，并取得了大量可喜成果和积极进展。然而，国内外在适应水中活动或在陆地上爬行的只适应于单一环境下的仿生机器人研究的比较多，但在水路两栖仿生机器人方面研究的比较少。
经文献检索发现，由孟宪源主编的、机械工业出版社1994年6月出版的《现代机构手册》下册第297页介绍了一种乌龟爬行玩具结构，此结构由六杆机构和两摇杆组成，在摇杆的末端装有四组摆杆，做成龟脚，龟脚用发条驱动。此龟结构简单，只能向前爬行，且爬行时龟脚容易打滑，不能实现水陆两栖运动。
发明内容
本发明针对现有技术的不足和缺陷，基于仿生学原理，通过对生态龟的生活习性、结构特点、运动方式的观察与研究，提供一种水陆两栖仿生机器龟，使其具有生态龟的结构形态和运动形式，能够在水中游动和在陆上爬行，可以作为两栖水陆科学探测工具。
本发明是根据以下技术方案实现的，本仿生机器龟在结构上是前后左右对称的，包括足、长轴、短轴、圆台、软轴接头(一)、(二)、(三)和(四)、滑转绞、间隙齿轮组、软轴(一)、(二)和(三)、a型支架、内壳、外壳和步进电机。其连接方式为足和软轴(一)连接，软轴(一)通过软轴接头(一)、(二)和软轴(二)连接，软轴接头(一)和(二)分别固定在外壳的外面和里面，软轴(二)的另一端通过软轴接头(三)和间隙齿轮组的从动轮连接；足也和短轴连接，短轴的另一端和固定在外壳上的a型支架连接；足还和长轴连接，长轴的另一端穿过固定在外壳上的滑转绞与圆台连接，圆台固定在外壳底板上，圆台还和软轴(三)连接，软轴(三)的另一端通过软轴接头(四)和间隙齿轮组的主动轮连接，间隙齿轮组的主动轮和固定在内壳里面的步进电机的输出轴相连接。内壳用水溶胶密封在外壳里面。
足包括脚部支点、翼板、内轴、外轴、耳部(一)和(二)和滚动轴承(一)和(二)。连接方式脚部支点通过螺母、螺栓与翼板一端作紧固连接，翼板的另一端通过螺母、螺栓与内轴一端作紧固连接，内轴的另一端伸出外轴，该端为螺旋接口，连接软轴(一)，内轴与外轴通过两端的滚动轴承(一)和(二)相连，外轴与内轴可作360度灵活的相对转动，耳部(一)、(二)通过螺栓固定在外轴上，耳部(一)、(二)的另一端分别与短轴和长轴相连，可相对转动。
滑转绞包括筒身、转动轴部(一)和(二)、轴套(一)和(二)、支撑板(一)和(二)、O型密封圈(一)和(二)、铜套(一)和(二)。连接方式在筒身中加装了两个O型密封圈(一)和(二)，长轴通过两个O型密封圈(一)和(二)嵌套在筒身里面，筒身上有两个转动轴部(一)和(二)，其与筒身一次成型，转动轴部(一)和(二)分别和轴套(一)和(二)连接，且在转动轴部(一)和(二)上分别镶有一层铜套(一)、(二)，轴套与支撑板相连，支撑板再通过螺栓螺母安装到外壳上。
圆台包括支撑板、顶架板、圆盘、圆盘上突轴、圆盘下突轴、轴承(一)和(二)和轴承套。连接方式长轴的一端穿过固定在外壳上的滑转绞与圆盘上突轴相连，顶架板和圆盘由支撑板支撑和固定；顶架板用螺栓固定在支撑板上面，倾斜30度角放置，圆盘下突轴的底部套有一个轴承套，并且通过两个轴承穿过顶架板，连接软轴(三)，圆盘和顶架板之间可作360度相对运动。
本发明将龟足、长轴、短轴、滑转绞、软轴和间歇齿轮组结合成一体实现仿生机器龟的两栖运动，采用软轴来传递动力。在水中游动时，机器龟的足首先平放，向外展开，足部与身体保持平行；接着，足部向前伸展；伸至最前点时，足部向下翻转，使之成为与前进方向近似垂直的竖直状态；然后向后收回，当足部滑动到最后点时，足部翻转回来恢复到平行状态；最后，足部回到最初的状态，完成一次循环。在陆上，机器龟依靠扁平的外壳底板使整个身体基本贴着地面，然后通过两只前足推动整个身体向前运动。
与现有技术相比，本发明结构紧凑，动作灵敏，可用于水陆两栖科学研究。该仿生机器人应用广泛，它可用于游艺、科普领域的表演，又可以作为水陆两栖科学探险之用，由于在结构上具有水陆两栖的运动功能，再配上智能化的控制系统，还可以用在军事上，作为前线的情报侦察、抢滩登陆的先遣战士。它的结构简化、微型化后还可开发出各种玩具。
图1、仿生机器龟的总体结构示意2、仿生机器龟的足部结构示意3、仿生机器龟的滑转绞结构示意4、仿生机器龟的圆台结构示意图
具体实施例方式如图1、图2、图3和图4所示，本发明包括足1、长轴2、短轴3、圆台4、软轴接头5、6、7和8、滑转绞9、间隙齿轮组10、软轴11、12和13、a型支架14、内壳15、外壳16、步进电机17。足1和软轴11连接，软轴11通过软轴接头5、6和软轴12连接，软轴接头5和6分别固定在外壳16的外面和里面，软轴12的另一端通过软轴接头7和间隙齿轮组10的从动轮连接；足1和短轴3连接，短轴3的另一端和固定在外壳16上的a型支架14连接；足1还和长轴2连接，长轴2的另一端穿过固定在外壳16上的滑转绞9与圆台4连接，圆台4固定在外壳16底板上，圆台4还和软轴13连接，软轴13的另一端通过软轴接头8和间隙齿轮组10的主动轮连接，间隙齿轮组10的主动轮和步进电机17的输出轴相连接。内壳15用水溶胶密封在外壳16里面。
足1包括脚部支点18、翼板19、内轴20、外轴21、耳部22、23和滚动轴承24、25。其连接方式为脚部支点18通过螺母、螺栓与翼板19一端作紧固连接，翼板19的另一端通过螺母、螺栓与内轴20一端作紧固连接，内轴20的另一端伸出外轴21，该端为螺旋接口，连接软轴11，内轴20与外轴21通过两端的滚动轴承24、25相连，外轴21与内轴20可作360度灵活的相对转动，耳部22、23通过螺栓固定在外轴21上，耳部22、23的另一端分别与短轴3和长轴2相连，可相对转动。
滑转绞9包括筒身26、转动轴部27和28、轴套29和30、支撑板31和32、O型密封圈33和34、铜套35和36。连接方式在筒身26中加装了两个O型密封圈33和34，长轴2通过两个O型密封圈33和34嵌套在筒身26里面，筒身26上有两个转动轴部27和28，其与筒身26一次成型，转动轴部27和28分别和轴套29和30连接，在转动轴部27和28上分别镶有一层铜套35、36，轴套29、30分别与支撑板31、32相连，支撑板31、32通过螺栓螺母安装到外壳16上。
圆台4包括支撑板37、顶架板38、圆盘39、圆盘上突轴40、圆盘下突轴41、轴承42、43和轴承套44。其连接方式长轴2的一端穿过固定在外壳16上的滑转绞9与圆盘上突轴40相连，顶架板38和圆盘39由支撑板37支撑和固定；顶架板38用螺栓固定在支撑板37上面，倾斜30度角放置，圆盘下突轴41的底部套有一个轴承套44，并且通过轴承42、43穿过顶架板38，连接软轴13，圆盘39和顶架板38之间可作360度相对运动。
权利要求
1.一种水陆两栖仿生机器龟，包括足(1)、外壳(16)，其特征在于还包括长轴(2)、短轴(3)、圆台(4)、软轴接头(5)、(6)、(7)和(8)、滑转绞(9)、间隙齿轮组(10)、软轴(11)、(12)和(13)、a型支架(14)、内壳(15)、步进电机(17)，结构上前后左右对称，足(1)和软轴(11)连接，软轴(11)通过软轴接头(5)、(6)和软轴(12)连接，软轴接头(5)和(6)分别固定在外壳(16)的外面和里面，软轴(12)的另一端通过软轴接头(7)和间隙齿轮组(10)的从动轮连接，足(1)和短轴(3)连接，短轴(3)的另一端和固定在外壳(16)上的a型支架(14)连接，足(1)还和长轴(2)连接，长轴(2)的另一端穿过固定在外壳(16)上的滑转绞(9)与圆台(4)连接，圆台(4)固定在外壳(16)底板上，圆台(4)还和软轴(13)连接，软轴(13)的另一端通过软轴接头(8)和间隙齿轮组(10)的主动轮连接，间隙齿轮组(10)的主动轮和步进电机(17)的输出轴相连接，内壳(15)用水溶胶密封在外壳(16)里面。
2.根据权利要求1所述的水陆两栖仿生机器龟，其特征是，足(1)包括脚部支点(18)、翼板(19)、内轴(20)、外轴(21)、耳部(22)、(23)和滚动轴承(24)、(25)，其连接方式为脚部支点(18)通过螺母、螺栓与翼板(19)一端作紧固连接，翼板(19)的另一端通过螺母、螺栓与内轴(20)一端作紧固连接，内轴(20)的另一端伸出外轴(21)，该端为螺旋接口，连接软轴(11)，内轴(20)与外轴(21)通过两端的滚动轴承(24)、(25)相连，外轴(21)与内轴(20)可作360度灵活的相对转动，耳部(22)、(23)通过螺栓固定在外轴(21)上，耳部(22)、(23)的另一端分别与短轴(3)和长轴(2)相连，可相对转动。
3.根据权利要求1所述的水陆两栖仿生机器龟，其特征是，滑转绞(9)包括筒身(26)、转动轴部(27)和(28)、轴套(29)和(30)、支撑板(31)和(32)、O型密封圈(33)和(34)、铜套(35)和(36)，其连接方式在筒身(26)中加装了两个O型密封圈(33)和(34)，长轴(2)通过两个O型密封圈(33)和(34)嵌套在筒身(26)里面，筒身(26)上有两个转动轴部(27)和(28)，其与筒身(26)一次成型，转动轴部(27)和(28)分别和轴套(29)和(30)连接，在转动轴部(27)和(28)上分别镶有一层铜套(35)、(36)，轴套(29)、(30)分别与支撑板(31)、(32)相连，支撑板(31)、(32)通过螺栓螺母安装到外壳(16)上。
4.根据权利要求1所述的水陆两栖仿生机器龟，其特征是，圆台(4)包括支撑板(37)、顶架板(38)、圆盘(39)、圆盘上突轴(40)、圆盘下突轴(41)、轴承(42)、(43)和轴承套(44)，其连接方式长轴(2)的一端穿过固定在外壳(16)上的滑转绞(9)与圆盘上突轴(40)相连，顶架板(38)和圆盘(39)由支撑板(37)支撑和固定，顶架板(38)用螺栓固定在支撑板(37)上面，倾斜(30)度角放置，圆盘下突轴(41)的底部套有一个轴承套(44)，并且通过轴承(42)、(43)穿过顶架板(38)，连接软轴(13)，圆盘(39)和顶架板(38)之间作360度相对运动。
全文摘要
一种水陆两栖仿生机器龟，属于机器人仿生学领域。本发明前后左右对称的，足和第一软轴连接，第一软轴通过软轴接头和第二软轴连接，软轴接头分别固定在外壳的外面和里面，第二软轴的另一端通过软轴接头和间隙齿轮组的从动轮连接；足也和短轴连接，短轴的另一端和固定在外壳上的a型支架连接，足还和长轴连接，长轴的另一端穿过固定在外壳上的滑转绞与圆台连接，圆台固定在外壳底板上，圆台还和第三软轴连接，第三软轴的另一端通过软轴接头和间隙齿轮组的主动轮连接，间隙齿轮组的主动轮和固定在内壳里面的步进电机的输出轴相连接。内壳用水溶胶密封在外壳里面。本发明结构紧凑，动作灵敏，可用于水陆两栖科学研究。
文档编号B25J9/06GK1537703SQ200310108109
公开日2004年10月20日 申请日期2003年10月23日 优先权日2003年10月23日
发明者孙安, 吴斌, 高雪官, 孙 安 申请人:上海交通大学