17穿过、并穿出艏部舱体23的侧壁，与轮足4连接；回转轴14由位于支撑套17内的两个套在回转轴14上的滚动轴承16支撑，并实现回转轴14的相对转动；轴用弹性挡圈18卡在回转轴14的卡槽内，借助滚动轴承16的端面实现对回转轴14的轴向定位；回转轴14与艏部舱体23之间的动密封通过O形密封圈15实现；艏部舱体23与艏部舱盖24之间装有用于静密封的艏部密封垫25，通过螺钉连接可实现艏部舱盖24、艏部密封垫25在艏部舱体23上的固定，并密封形成水密的密封舱形式，保证艏部I舱体内搭载的元器件正常工作。
[0030]本发明躯干2前后两端的前、后摆动关节5、6采用相同的元器件和结构实现方式，以前摆动关节5为例进行说明，如图6所示，舵机11通过由舵机曲柄35、连杆36和摆轴曲柄37所构成的连杆机构驱动摆动轴29，实现关节的摆动功能；舵机11通过螺钉固定在舵机支架33上，舵机支架33通过螺钉固定在躯干舱体26的内壁上；舵机曲柄35通过螺钉固定在舵机11的驱动轴上，连杆36的一端穿过舵机曲柄35上的光孔，并通过锁紧螺母34实现连接和限位；连杆36的另一端穿过摆轴曲柄37上的光孔，并通过锁紧螺母34实现连接和限位；摆轴曲柄37通过锁紧螺钉39实现与摆动轴29的固连；摆动轴29的下端套装在小轴套38内，小轴套38镶嵌在躯干舱体26的底部光孔内，并利用卡在摆动轴29卡槽内的限位挡圈32实现轴向的定位；摆动轴29的上部套装在大轴套31内，大轴套31镶嵌在躯干舱体26的顶部光孔内，并利用卡在摆动轴29卡槽内的限位挡圈32实现轴向的定位；摆动轴29的上部由躯干舱体26穿出，与艏部舱盖24连接，进而通过舵机11带动艏部I进行摆动；摆动轴29与躯干舱体26之间的动密封通过O形密封圈30来实现；躯干舱体26与躯干舱盖28之间装有用于静密封的躯干密封垫27，通过螺钉连接可实现躯干舱盖28、躯干密封垫27在躯干舱体26上的固定，并密封形成水密的密封舱形式，保证躯干2舱体内搭载的元器件正常工作。
[0031]如图7所示，尾鳍7可在后摆动关节6的驱动下，随艉部3 —起摆动，实现本发明的水陆两栖机器人在水中的浮游运动。尾鳍7的止口端镶嵌在艉部舱体42后部的孔槽内，并利用四个紧固铆钉43实现两者的固连；艉部舱体42与艉部舱盖40之间装有用于静密封的艉部密封垫41，通过螺钉连接可实现艉部舱盖40、艉部密封垫41在艉部舱体42上的固定，并密封形成水密的密封舱形式，保证艉部3舱体内搭载的元器件正常工作。
[0032]本发明的工作原理为:
[0033]本发明的仿生水陆两栖机器人可以实现陆地爬行和水中浮游两种运动模式，且无需更换驱动装置即可实现两种运动模式的自主切换。如图2A及图2B所示，爬行状态下，轮足4由轮足驱动单元9驱动连续回转，主要发挥轮式移动机构的特点，通过轮足4的连续回转，并可在前摆动关节5的辅助下，实现陆地上的直线或转向爬行运动。如图2C及图2D所示，在水中浮游运动时，在后摆动关节6的驱动下，艉部3连同尾鳍7左右摆动，模拟鱼类尾鳍的运动产生前进的推力，并可在前摆动关节5的辅助下，实现水中的直航或转向。
【主权项】
1.一种轮足-尾鳍混合驱动的仿生水陆两栖机器人，其特征在于:包括艏部(I)、躯干(2)、艉部(3)、轮足(4)及尾鳍(7)，其中躯干(2)的两端分别通过前摆动关节(5)及后摆动关节(6)与艏部(I)、艉部(3)相连，所述艏部(I)和艉部(3)分别通过前摆动关节(5)及后摆动关节(6 )驱动摆动，所述尾鳍(7 )安装在艉部(3 )上，随该艉部(3 )摆动；所述艏部(I)及艉部(3 )的两侧分别安装有轮足(4 )，艏部(I)两侧的轮足(4 )和艉部(3 )两侧的轮足(4 )分别通过安装在艏部(I)内的轮足驱动单元(9)及安装在艉部(3)内的轮足驱动单元(9)驱动转动；所述前摆动关节(5)及后摆动关节(6)结构相同，均包括舵机(11)、连杆机构及摆动轴(29)，所述舵机(11)安装在躯干(2)内，该舵机(11)的输出端通过所述连杆机构与摆动轴(29)相连，所述摆动轴(29)转动安装在躯干(2)上，所述艏部(I)及艉部(3)分别与前、后摆动关节(5、6)中的摆动轴(29)相连，由前、后摆动关节(5、6)中的舵机(11)驱动摆动。
2.按权利要求1所述轮足-尾鳍混合驱动的仿生水陆两栖机器人，其特征在于:所述艏部(I)包括艏部舱体(23)、艏部舱盖(24)及轮足驱动单元(9)，该艏部舱盖(24)与艏部舱体(23)密封连接，且与所述前摆动关节(5)中的摆动轴(29)连接；所述轮足驱动单元(9)容置于由艏部舱盖(24)与艏部舱体(23)围成的密闭空间内，包括驱动电机(22)及回转轴(14)，所述驱动电机(22)安装在艏部舱体(23)内，艏部(I)两侧的轮足(4)分别通过回转轴(14)与驱动电机(22)相连，由一台驱动电机(22)同时驱动两侧的轮足(4)同步转动。
3.按权利要求2所述轮足-尾鳍混合驱动的仿生水陆两栖机器人，其特征在于:所述艏部舱体(23)的两侧内壁上分别安装有支撑套(17)，每根回转轴(14)的一端分别与所述驱动电机(22)相连，每根回转轴(14)的另一端由支撑套(17)穿过、并穿出所述艏部舱体(23)的侧壁，与所述轮足(4)连接；所述支撑套(17)内安装有套设在回转轴(14)上的滚动轴承(16)。
4.按权利要求2或3所述轮足-尾鳍混合驱动的仿生水陆两栖机器人，其特征在于:所述驱动电机(22 )通过电机支架(21)安装在艏部舱体(23 )上，该驱动电机(22 )为两端出轴形式、分别通过两个联轴器(19)与两根回转轴(14)的一端相连，所述联轴器(19)上设有实现联轴器(19)与回转轴(14)和驱动电机(22)输出轴径向定位的紧定螺钉(20);所述回转轴(14)与艏部舱体(23)侧壁之间通过O形密封圈(15)实现动密封；所述艏部舱盖(24)与艏部舱体(23)之间设有用于静密封的艏部密封垫(25)。
5.按权利要求1所述轮足-尾鳍混合驱动的仿生水陆两栖机器人，其特征在于:所述躯干(2 )包括躯干舱体(26 )、躯干舱盖(28 )、及前、后摆动关节(5、6 )，该躯干舱盖(28 )与躯干舱体(26 )密封连接，所述前、后摆动关节(5、6 )分别安装在躯干舱体(26 )内；所述连杆机构包括舵机曲柄(35)、连杆(36)及摆轴曲柄(37)，其中舵机曲柄(35)与舵机(11)的驱动轴相连，所述连杆(36)的一端与舵机曲柄(35)连接，另一端与摆轴曲柄(37)相连，所述摆轴曲柄(37)与摆动轴(29)固接。
6.按权利要求5所述轮足-尾鳍混合驱动的仿生水陆两栖机器人，其特征在于:所述摆动轴(29)的上下两端分别通过轴套与躯干舱体(26)连接，并通过卡在所述摆动轴(29)卡槽内的限位挡圈(32)实现所述轴套的轴向定位；所述摆动轴(29)与躯干舱体(26)之间通过O形密封圈(30)实现动密封，该摆动轴(29)的上端由躯干舱体(26)穿出、与艏部(I)或艉部(3)相连；所述躯干舱盖(28)与躯干舱体(26)之间设有用于静密封的躯干密封垫(27)。
7.按权利要求1所述轮足-尾鳍混合驱动的仿生水陆两栖机器人，其特征在于:所述艉部(3 )包括艉部舱体(42 )、艉部舱盖(40 )及轮足驱动单元(9 )，该艉部舱盖(40 )与艉部舱体(42)密封连接，且与所述后摆动关节(6)中的摆动轴(29)连接；所述轮足驱动单元(9)容置于由艉部舱盖(40)与艉部舱体(42)围成的密闭空间内，包括驱动电机(22)及回转轴(14)，所述驱动电机(22)安装在艉部舱体(42)内，艉部(3)两侧的轮足(4)分别通过回转轴(14)与驱动电机(22)相连，由一台驱动电机(22)同时驱动两侧的轮足(4)同步转动；所述尾鳍(7 )安装在艉部舱体(42 )上，与艉部(3 )连动。
8.按权利要求7所述轮足-尾鳍混合驱动的仿生水陆两栖机器人，其特征在于:所述艉部舱体(42)的两侧内壁上分别安装有支撑套(17)，每根回转轴(14)的一端分别与所述驱动电机(22)相连，每根回转轴(14)的另一端由支撑套(17)穿过、并穿出所述艉部舱体(42)的侧壁，与所述轮足(4)连接；所述支撑套(17)内安装有套设在回转轴(14)上的滚动轴承(16);所述尾鳍(7)及艉部舱体(42)连接的一端分别设有止口、孔槽，尾鳍(7)的止口端镶嵌在艉部舱体(42)的所述孔槽内，并通过紧固铆钉(43)固接。
9.按权利要求7或8所述轮足-尾鳍混合驱动的仿生水陆两栖机器人，其特征在于:所述驱动电机(22 )通过电机支架(21)安装在艉部舱体(42 )上，该驱动电机(22 )为两端出轴形式、分别通过两个联轴器(19)与两根回转轴(14)的一端相连，所述联轴器(19)上设有实现联轴器(19)与回转轴(14)和驱动电机(22)输出轴径向定位的紧定螺钉(20);所述回转轴(14)与艉部舱体(42)侧壁之间通过O形密封圈(15)实现动密封；所述艉部舱盖(40)与艉部舱体(42 )之间设有用于静密封的艉部密封垫(41)。
10.按权利要求1所述轮足-尾鳍混合驱动的仿生水陆两栖机器人，其特征在于:所述艏部(I)两侧轮足(4)之间的相位差及艉部(3)两侧轮足(4)之间的相位差均为90°，且艏部(I)左侧轮足与艉部(3)右侧轮足的相位相同，艏部(I)右侧轮足与艉部(3)左侧轮足的相位相同。
【专利摘要】本发明涉及水陆两栖机器人，具体地说一种轮足-尾鳍混合驱动的仿生水陆两栖机器人，包括艏部、躯干、艉部、轮足及尾鳍，艏部主要搭载有轮足驱动控制器、轮足驱动单元以及由轮足驱动单元所驱动的轮足；躯干主要搭载有前摆动关节、舵机、主控制单元、电池组及其管理模块和后摆动关节；艉部主要搭载有尾鳍、轮足驱动控制器、轮足驱动单元以及由轮足驱动单元所驱动的轮足；艏部与躯干的机械连接和固定通过前摆动关节实现，电气连接通过水密电缆实现；艉部与躯干的机械连接和固定通过后摆动关节实现，电气连接通过水密电缆实现。本发明具有结构紧凑、运动灵活、稳定性好、水陆运动模式自行切换、环境适应能力强等特点。
【IPC分类】B60F3-00
【公开号】CN104669961
【申请号】CN201310640085
【发明人】唐元贵, 张艾群, 俞建成
【申请人】中国科学院沈阳自动化研究所
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2013年11月30日