一种可变体、模块化两栖仿生移动平台

本发明涉及仿生移动平台技术领域，尤其涉及一种可变体、模块化两栖仿生移动平台。

背景技术：

近年来，海洋与陆地衔接的浅滩带越来越受到科学考察、环境监测、军事探测、海底资源勘测与开发等领域的关注，从而推动了适用于浅滩作业的水陆两栖平台技术发展。由于浅海带植物茂盛，珊瑚礁众多，各种底栖、浮游生物大量繁殖，其种类和数量大大超过其它海域，传统螺旋桨机构推进的作业机器人极易受到干扰出现故障。此外，现有的两栖移动平台噪声大，不易隐蔽，很难完成对浅海区域的隐蔽性侦查和探测。同时，现有的两栖移动平台在陆地和水中大多数采用两套不同的推进方式和腿式或蛇形结构，如在陆地上大多数采用足式、波动式、轮式和履带式等推进方式，在水下以水翼法、波动、喷射等推进法为主。如专利cn110001320a及专利cn102785542b中所描述的，这种形式的两栖仿生移动平台虽然能完成水陆两栖运动和作业，但结构复杂，控制难度高并且与真实的两栖动物运动机制还有较大差别，尤其是两套驱动机构使得整个机器人结构复杂，给移动平台控制及使用带来诸多困难。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种可变体、模块化两栖仿生移动平台，很好的解决了上述问题，能够很好的实现陆地行走、水中巡游的两栖运动模式，同时能够实现转向、下潜、上浮、翻越障碍物、多节组合变体等功能，移动灵活，结构简单，控制方便，运行稳定。

本发明的技术方案是一种可变体、模块化两栖仿生移动平台，包括多个串联的驱动装置，相邻的驱动装置之间通过转向组件连接，所述驱动装置包括底座和两个运动组件，两个所述运动组件通过对称设置的驱动组件对称连接在底座两侧，所述驱动组件包括对称安装在底座上的驱动舵机、连接驱动舵机驱动运动组件运动的连接组件。

进一步的，所述转向组件包括设置在底座前端的转向舵机和设置在底座后端的转向轴，所述转向舵机的输出端固定连接有旋转板，所述转向轴上套接有旋转架，相邻的两个驱动装置中，后方的驱动装置的所述旋转板与前方的驱动装置的旋转架之间固定连接。

进一步的，所述运动组件为波浪形的飘鳍板。

进一步的，所述驱动组件有三组，每组所述驱动组件均包括对称设置在底座两侧的两个驱动舵机，每个所述驱动舵机与运动组件之间均通过连接组件驱动连接。

进一步的，所述连接组件包括第一连杆、第二连杆和摆腿，所述第一连杆一端与驱动舵机输出端固定连接，所述第一连杆另一端与第二连杆一端通过销轴转动连接，所述第二连杆另一端与摆腿一端通过销轴转动连接，所述摆腿另一端与运动组件固定连接，所述摆腿中部通过滑动轴承与底座转动连接。

进一步的，所述摆腿通过夹爪与运动组件上部夹持固定连接。

进一步的，所述第一连杆通过螺钉与驱动舵机固定连接。

进一步的，所述底座两侧还对称设置有浮力调节气腔。

进一步的，所述底座中部设置有控制器，所述控制器与驱动舵机和浮力调节气腔控制连接，用于控制驱动舵机的转动角度、速度和浮力调节气腔的气量。

进一步的，所述底座上设置有顶盖，所述控制器、驱动舵机和浮力调节气腔均包覆在顶盖内。

本发明的有益效果是：

1）本发明采用模块化设计，驱动装置可以多个串联组合，各个驱动装置之间铰接关节可控，安装维修方便，具备更大机动性能和承载能力，同时抗风险能力更强，其中一个驱动装置损坏时，另外的驱动装置可以正常工作，整个移动平台的移动能力受影响较小，驱动装置之间的转向组件，使一移动平台具备更强的变体能力及翻越障碍物的能力，如整体的上下俯仰，左右摇摆，以获得在水中和陆上更大的机动灵活性和越障能力；

2）实现了在陆地和水中均能很好移动的要求，简化了现有采用水中和陆地两套不同驱动装置驱动的技术，在水中和陆地均采用同一套驱动装置，满足了在浅海区域复杂环境下的作业要求，简化了驱动结构，适应能力强；

3）本发明的波浪形的飘鳍板，采用柔性材料制成，如橡胶等可产生一定形变的材料，飘鳍板既能在水上上下翻动，又能在陆地上实现摆动，实现了水中巡游、陆地行走、转向的两栖移动，同时在浮力调节气腔的配合下具有转向、下潜、上浮等功能，结构简单，控制方便，运行稳定；同时还能够采用多个驱动装置首尾连接的方式，实现多节组合变体。

附图说明

图1为本发明的第一种立体结构示意图（飘鳍板与底座垂直；陆地行走时）；

图2为本发明的第二种立体结构示意图（飘鳍板与底座平行；水中巡游时）；

图3为本发明的第三种立体结构示意图（无顶盖；翻越障碍时）；

图4为本发明中驱动装置的立体结构示意图（飘鳍板与底座垂直）；

图5为本发明中驱动装置的立体结构示意图（无顶盖，飘鳍板与底座平行）；

图6为本发明中驱动装置的结构俯视图（无顶盖，飘鳍板与底座平行）；

图7为本发明中驱动装置的结构侧视图（无顶盖，飘鳍板与底座平行）；

图8为本发明中连接组件的结构示意图；

图中：1、驱动装置；11、底座；12、驱动舵机；13、飘鳍板；14、连接组件；141、第一连杆；142、第二连杆；143、摆腿；144、滑动轴承；145、夹爪；146、螺钉；15、浮力调节气腔；16、控制器；17、顶盖；2、转向组件；21、转向舵机；22、转向轴；23、旋转板；24、旋转架。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一：如图1-8所示，本发明提供了一种可变体、模块化两栖仿生移动平台，包括多个串联的驱动装置1，相邻的驱动装置1之间通过转向组件2连接，所述驱动装置1包括底座11和两个运动组件，两个所述运动组件通过对称设置的驱动组件对称连接在底座11两侧，所述驱动组件包括对称安装在底座11上的驱动舵机12、连接驱动舵机12驱动运动组件运动的连接组件14。

所述转向组件2包括设置在底座11前端的转向舵机21和设置在底座11后端的转向轴22，所述转向舵机21的输出端固定连接有旋转板23，所述转向轴22上套接有旋转架24，相邻的两个驱动装置1中，后方的驱动装置1的所述旋转板23与前方的驱动装置1的旋转架24之间固定连接。

如采用三个驱动装置1串联的方式，中间的驱动装置1前端的转向舵机21与第一个驱动装置1后端的转向轴22连接，而中间的驱动装置1后端的转向轴22又和第三个驱动装置1前端的转向舵机21连接。转向舵机21的输出端能够上下转动，进而带动转向板上下转动，转向板与转向架固定连接，转向架也能够在转向舵机21的带动下上下转动，转向架套接在转向轴22上，上下转动的转向架对前一个驱动装置1施加向上或者向下的力，使前一个驱动装置1整体的上下俯仰，使前一个驱动装置1能够抬升或者下降，达到翻越障碍物的功能。而转向架与转向轴22为套接，转向架可以在转向轴22上转动，使转向架可以在转向轴22上左右移动，即相邻两个驱动装置1之间也具有相对转动的能力，使整个移动平台在转向上具有更大的灵活性。

所述运动组件为波浪形的飘鳍板13。即飘鳍板13也为波形带。飘鳍板13采用能够产生一定形变的橡胶或塑料材料制成，即飘鳍板13为柔性材料，但是其同时具有一定的刚性，现有的橡胶薄板均具有这一特性，其材质为现有技术，只要能够实现在力的作用下产生波浪形形变的即可。在驱动组件驱动连接组件14时，连接组件14带动飘鳍板13能够实现飘鳍板13波浪形的摆动，同时飘鳍板13上部平齐，下部呈高低起伏的波浪形。

所述驱动组件有三组，当然，驱动组件也可以为两组、四组等多组。优选的为三组，每组所述驱动组件均包括对称设置在底座11两侧的两个驱动舵机12，每个所述驱动舵机12与运动组件之间均通过连接组件14驱动连接。三组驱动组件分别连接在飘鳍板13的前部、中部和后部，通过三组驱动组件不同的摆动，使飘鳍板13产生不同的形变。如第一组驱动组件带动其连接处的飘鳍板13位于最低位置时，第二组驱动组件带动其连接处的飘鳍板13位于平面位置，而第三组驱动组件带动其连接处的飘鳍板13位于最高位置，然后后一组驱动组件重复前一组驱动组件的运动轨迹，使整个飘鳍板13产生波浪形的运动形变。

所述连接组件14包括第一连杆141、第二连杆142和摆腿143，所述第一连杆141一端与驱动舵机12输出端固定连接，所述第一连杆141另一端与第二连杆142一端通过销轴转动连接，所述第二连杆142另一端与摆腿143一端通过销轴转动连接，所述摆腿143另一端与运动组件固定连接，所述摆腿143中部通过滑动轴承144与底座11转动连接。即驱动舵机12的输出端产生转动或者摆动，带动第一连杆141摆动，进而带动第二连杆142移动，第二连杆142拉动摆腿143一端，使摆腿143在滑动轴承144上转动，从而使摆腿143的另一端带动飘鳍板13移动，多个驱动组件产生不同的转动或摆动，使飘鳍板13产生不同的角度和形变，实现不同的运动方式。即连接组件14为四连杆结构。

所述摆腿143通过夹爪145与运动组件上部夹持固定连接。即摆腿143与夹爪145固定连接，夹爪145固定夹持飘鳍板13上端，摆腿143能够带动飘鳍板13一起转动。所述滑动轴承144为自润滑滑动轴承144，能够稳定的使摆腿143在底座11上转动，阻力较小。所述第一连杆141通过螺钉146与驱动舵机12固定连接。螺钉146连接稳固，同时拆卸安装方便，方便组装和维修。

本发明的移动平台采用模块化的设计，采用了创新的波浪形的飘鳍板13作为推进机构，该飘鳍板13能在多个连接组件14互相独立的驱动组件驱动下产生各种运动姿态，驱使移动平台移动。在水中，两侧飘鳍板13展开与底座11平行，通过飘鳍板13的波动运动模仿鳐鱼在水中的运动；在陆上，两侧飘鳍板13旋转90度与底座11呈垂直姿态，此时通过飘鳍板13的波动则转化为移动平台与地面接触类似于蛇在地面的蜿蜒运动。移动平台的转向依靠两侧飘鳍板13运动的速差产生转向力矩，类似于履带车辆的差速运动；移动平台在水中的浮潜依靠两侧飘鳍板13产生特殊的波形运动而实现。在移动平台转向时，相邻两个驱动装置1之间的转向轴22和转向架之间是转动连接的，在转向时，相邻两个驱动装置1之间的夹角随着其飘鳍板13的不同运动而产生变化，与刚性连接的两个驱动装置1相比，转向更加方便，操作更加灵活。

本发明的移动平台中的每个模块化的驱动装置1都是一个两栖小平台，三组独立控制的驱动装置1保证其完全具备水陆两栖移动功能，并且自主可控，在水中类似于鳐鱼运动。而多个模块化的驱动装置1可以根据需求快速拼接变体为多节的移动平台，通过各个驱动装置1的集中协调控制，使整个移动平台具备更大机动能力和承载能力，形成类似于仿生蛇的形态；并且当移动平台部分损坏或者中间断开情况下仍然具备生存能力。各个驱动装置1间铰接关节可控，使移动平台具备更强的变体能力及翻越障碍物的能力，如整体的上下俯仰，左右摇摆，以获得在水中和陆上更大的机动灵活性和越障能力。

实施例二，如图3、5、6所示，在实施例一的基础上，所述底座11两侧还对称设置有浮力调节气腔15。即通过浮力调节气腔15内气体的多少，使整个驱动装置1的浮力进行改变，实现驱动装置1在水中的沉浮。浮力调节气腔15内可以设置气体发生器，同时能够及时的排出气体，即能够及时改变浮力调节气腔15内气体的多少，实现整个驱动装置1浮力的改变。

驱动装置1整体上采用电驱动方案但不限于电驱动。具体的驱动装置1主要由驱动组件和浮力调节气腔15组成。驱动组件由一联排的驱动舵机12和连接组件14组成，每个连接组件14连接飘鳍板13一个位置，驱动舵机12旋转会驱动摆腿143带动飘鳍板13上下摆动或左右摆动提供驱动力，各驱动舵机12初始相位不同，通过调节左右驱动舵机12的转速可以使驱动装置1转向。驱动装置1需要水陆转换时，所有驱动舵机12驱动使连接组件14的摆腿143初始角度改变度，迫使飘鳍板13到竖直位置，与陆地接触，当驱动组件带动飘鳍板13运动时，便形成了类似路上蛇的蜿蜒运动。

所述底座11中部设置有控制器16，控制器16外设置有防水罩，所述控制器16与驱动舵机12和浮力调节气腔15控制连接，用于控制驱动舵机12的转动角度、速度和浮力调节气腔15的气量。所述底座11上设置有顶盖17，所述控制器16、驱动舵机12和浮力调节气腔15均包覆在顶盖17内。即控制器16能够控制每个驱动舵机12的转动角度和转速，同时能够控制浮力调节气腔15内的气量，改变整个驱动装置1的浮力大小。

每个驱动装置1配备一个独立的电源，为控制器16和驱动舵机12、转向舵机21等提供能源，使每个驱动装置1均能刑场一个独立的移动平台，同时多个驱动装置1的控制器16之间也进行相互连接控制，或者设置一个总的控制器16，使多个驱动装置1连接在一个后，能够相互配合和联系。

本发明的移动平台总体设计借鉴蛇和鳐鱼的运动方式，对于每一个驱动装置1在身躯两侧设计一对使用柔性材质制作而成的波浪形的飘鳍板13。在水中时，两侧飘鳍板13展开与底座11平行，通过飘鳍板13的波动运动模仿鱼在水中的运动，波浪形的飘鳍板13就像鱼的鳍一样，可以上下摆动，能为移动平台的提供动力，移动平台在水中的浮潜依靠两侧飘鳍板13产生特殊的波形运动而实现。在陆上，两侧的飘鳍板13可以整体向下翻转90°与底座11呈垂直姿态，形成类似蛇在地面上蜿蜒爬行的形式，通过横向摆动飘鳍板13，可以使移动平台获得前进和转向的动力。移动平台在水中和陆上的转向依靠两侧飘鳍板13运动的速差产生转向力矩，类似于履带车辆的差速运动。翻越障碍物时，移动平台驱动模块之间的转向舵机21，前端的驱动装置1呈现昂起状态，移动平台继续驱动前行，使移动平台顺利爬上障碍物

在本发明的移动平台上可以安装其他部件，如检查部件、探测部件等，实现在海洋与陆地衔接的浅滩带进行两栖作业。本发明采用模块化设计，驱动装置1可以多个串联组合，各个驱动装置1之间铰接关节可控，安装维修方便，具备更大机动性能和承载能力，同时抗风险能力更强，其中一个驱动装置1损坏时，另外的驱动装置1可以正常工作，整个移动平台的移动能力受影响较小，驱动装置1之间的转向组件2，使一移动平台具备更强的变体能力及翻越障碍物的能力，如整体的上下俯仰，左右摇摆，以获得在水中和陆上更大的机动灵活性和越障能力；实现了在陆地和水中均能很好移动的要求，简化了现有采用水中和陆地两套不同驱动装置1驱动的技术，在水中和陆地均采用同一套驱动装置1，满足了在浅海区域复杂环境下的作业要求，简化了驱动结构，适应能力强；本发明的波浪形的飘鳍板13，采用柔性材料制成，如橡胶等可产生一定形变的材料，飘鳍板13既能在水上上下翻动，又能在陆地上实现摆动，实现了水中巡游、陆地行走、转向的两栖移动，同时在浮力调节气腔15的配合下具有转向、下潜、上浮等功能，结构简单，控制方便，运行稳定；同时还能够采用多个驱动装置1首尾连接的方式，实现多节组合变体。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。