一种水陆两栖桶形机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水陆两栖桶形机器人，属于机电一体化技术领域，可用于陆地、水面环境下执行探测、运输和打捞任务。
【背景技术】
[0002]两栖机器人具有很强的环境适应能力，作战范围广泛，容易布放与回收，可以充当侦察设备、武器系统、通讯系统的载体，执行人类无法完成的近海域多种作战任务。此外两栖机器人还可用于水面垃圾的打捞、运送物资等民用领域。对于大型的两栖机器人还可以充当登陆艇。然而，在登陆过程中，其运行环境极为复杂，如水藻、沼泽等等，此时采用传统的螺旋桨推进几乎不可行，需设计更加合理的推进器，使机器人能顺利地渡过环境恶劣的浅水区域，进行登陆作业。
[0003]文献 Outdoor navigat1n with a spherical amphib1us robot[C]//Intelligent Robots and Systems (IROS)，2010 IEEE/RSJ Internat1nal Conferenceon.1EEE, 2010:5113-5118介绍了 Kaznov等人设计的一种两栖球形机器人，球壳表面有小突刺，可使机器人在水面和陆上运动。然而，受制于外壳设计，该机器人在水上推进动力小，且其作业平台少，只能携带摄像机。检索中还发现，西北工业大学的白杰等在《机械与电子》(2010，11:73-75)上发表的《一种新型球形机器人机构设计及运动仿真》中提出通过电机驱动配重绕主轴转动来改变重心位置，产生偏心力矩驱动球壳运动。该球形机器人的机构复杂，稳定性和机动性较差，且只能在陆地上运动。
【发明内容】
[0004]要解决的技术问题
[0005]为解决上述现有两栖机器人作业能力差、机动性不足的问题，本发明设计了一种水陆两栖桶形机器人。
[0006]技术方案
[0007]水陆两栖桶形机器人，由推进轮壳体、内部驱动装置、作业平台和密封及连接件组成，其特征在于:内部驱动装置置于壳体内部，作业平台置于两推进轮中间，推进轮可进行串并联进一步拓展其应用潜力。
[0008]推进轮壳体外侧装有T型叶片，内侧装有太阳能电池板；内部驱动由驱动电机、配重块和支撑板组成，驱动电机安装在壳体内部的支撑板上，内部配重通过轴承与壳体主轴连接，主轴和法兰盖通过对顶螺母固联，法兰端面由硅胶片进行密封。两边推进轮主轴由两固联菱形带座轴承进行连接。
[0009]驱动电机通过接受端和发射端实现转速及转向控制，太阳能片所转化的电能通过储电电路进行整流稳压及升压后，存储到蓄电池中。作业平台可安装机械臂，并由无线遥控控制其俯仰、转向及开合运动。
[0010]所述一种水陆两栖桶形机器人，其特征在于:推进轮壳体外侧装有T型叶片，高度为壳体高度的一半。两叶片夹角应小于内部驱动的最大摆角，保证机器人能正常启动。通过安装带有一定弧度的T型叶片，不仅可为机器人水面航行时提供推力，也能增大叶片的受力面积，利于机器人越过沼泽或较软的地质。
[0011]所述一种水陆两栖桶形机器人，其特征在于:两推进轮主轴的联轴器是由两固联的菱形带座轴承组成。两轴承通过螺栓连接，单个轴承和主轴由螺钉固联。推进轮之间的转速相互独立，便于进行差速调节实现转弯运动。
[0012]所述一种水陆两栖桶形机器人，其特征在于:机器人采用模块化设计，可进行串联连接。机器人可用上述两固联的菱形带座轴承在其左右串联连接推进轮，增加其作业能力。
[0013]所述一种水陆两栖桶形机器人，其特征在于:作业平台和主轴通过轴承连接，平台下方配有重物块，可使平台保持平衡。此外，作业平台上也可安装太阳能片为作业平台蓄电。
[0014]所述一种水陆两栖桶形机器人，其特征在于:壳体可采用透明材料加工，其内表面贴有太阳能片，可接受外界太阳能，为蓄电池供电。
[0015]有益效果
[0016](I)相对于电机直接拖动推进轮的驱动方式而言，利用重心偏移原理驱动水陆两栖桶形机器人，减少了启动力矩，更节省能耗。
[0017](2)在壳体外侧安装带有一定弧度的T型叶片，不仅能提供机器人水面航行时的推力，也能增大叶片的受力面积，有利于机器人越过水陆交界面、沼泽等较软的地质。
[0018](3)传统联轴器的输入和输出轴的转速相同，会使两推进轮的转动形成干涉，极大地降低了机器人的机动性。本发明将两个轴承用螺栓固联形成特殊的联轴器，保证了两边推进轮的独立转动，机器人甚至可进行原地360°旋转。
[0019](4)采用透明壳体，在壳体内侧可安装太阳能片，接收太阳能提升其续航能力。此夕卜，作业平台上也可安装太阳能片为作业结构蓄电。
[0020](5)模块化设计可大大扩展机器人的应用范围和能力，提升其结构稳定性，使其能抵挡水面上的大浪和崎岖路面的冲击。
[0021](6)两推进轮中间的作业平台能携带作业工具，进一步扩展机器人的用途。如作业平台可输送物资，如安装机械臂还可进行水面打捞。
【附图说明】
[0022]图1:单个推进轮的侧视图及A-A的剖视图；
[0023]图2:两栖桶形机器人装配图；
[0024]图3:串联式两栖桶形机器人；
[0025]图中:1、壳体；2、叶片；3、法兰盘；4、法兰端面；5、轴承；6、大齿轮；7、主轴；8、联轴器；9、电机；10、竖直支撑板；11、小齿轮；12、L型电机支架；13、水平支撑板；14、作业平台；15、两固联的KFLOOOC(E)菱形带座轴承；16、配重块。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
[0027]如图1、图2、图3所示，本发明的一个实施例为:一种水陆两栖桶形机器人，由推进轮壳体、内部驱动装置、作业平台、密封件及连接件组成。
[0028](I)推进轮壳体
[0029]单个推进轮的壳体I为圆管型，采用有机玻璃加工，内侧可安装太阳能片。壳体上均布安装了 15个T型叶片2。叶片顶端带有一定弧度为了保证与地面成线接触，从而减少地面运动时的摩擦损失。壳体两侧为端法兰盘3结构，与圆管段壳体I粘接，法兰盘上开有均布的10个通孔。
[0030](2)内部驱动装置
[0031]水陆两栖桶形机器人的内部驱动装置是由大齿轮6、小齿轮11、电机9、联轴器8、L型电机支架12、水平支撑板13、竖直支撑10、主轴7和轴承5组成。
[0032]如图1所示，驱动电机9固定在L型电机支架12上，L型电机支架12和水平支撑板13用螺栓连接，水平支撑板13的左右两侧与两竖直支撑板10用螺栓连接，竖直板10上端开通孔，并在孔内与轴承5紧配合，两竖直板10通过轴承5与主轴7形成活动连接。电机9输出轴通过联轴器8带动小齿轮11，小齿轮11再驱动与主轴7固联的大齿轮6，主轴7通过对顶螺母与法兰端面4固联。当小齿轮11带动L型电机支架12向前摆动时，机器人的重心也会随之摆动，进而重力会产生一个恢复力矩，带动壳体I向前运动。此时大齿轮6也会随着转动，L型电机支架12相对角速度减小，重心位置降低，重力的恢复力矩减小，壳体I的转动也将减慢。由于驱动负载的力矩减少，电机9的转速会加快，从而又使L型电机支架12向前摆动，重复之前的运动。如此周而复始地驱动机器人前进。
[0033](3)密封件和连接件
[0034]法兰盘3和法兰端面4用螺栓进行紧配合，两者之间可用硅胶片进行密封。法兰端面4中心孔和主轴7之间用密封胶进行密封。
[0035]如图2所示，两个推进轮的主轴7用两固联的KFLOOOC(E)菱形带座轴承15连接在一起，此种连接可以保证两侧推进轮的转速相互独立。转弯时，固定一侧推进轮或降低其转速，让另一侧推进轮正常前进，机器人就绕静止或转动缓慢的推进轮实现转弯运动。
[0036]如图3所示，两栖机器人可进行串联连接，对其作业能力进行拓展。连接时仍采用两固联的菱形带座轴承15。
[0037](4)作业平台
[0038]如图1所示，作业平台14和主轴7通过轴承连接，平台下方配有重物块，可使平台保持平衡。此外，作业平台14上也可安装太阳能片为作业平台蓄电，太阳能片经二极管和整流电路之后可以为电池蓄电提升其航程。单个太阳能片可提供0.5V的电压，IA的电流，将壳体I内部的30片太阳能片进行串联可为12V锂电池充电。
[0039]作业平台13上可安装机械臂，通过单片机预编程进行控制，进行俯仰与开合的双自由度运动。
【主权项】
1.一种水陆两栖桶形机器人，由推进轮壳体、内部驱动装置、作业平台和密封及连接件组成，其特征在于:内部驱动装置置于壳体内部，作业平台置于两推进轮中间，推进轮两侧可串联另一组推进轮； 推进轮壳体外侧装有T型叶片，内侧装有太阳能电池板；内部驱动由驱动电机、配重块和支撑板组成，驱动电机安装在壳体内部的支撑板上，内部配重通过轴承与壳体主轴连接，主轴和法兰盖通过对顶螺母固联，法兰端面由硅胶片进行密封；两边推进轮主轴由两固联菱形带座轴承进行连接； 驱动电机通过接受端和发射端实现转速及转向控制，太阳能片所转化的电能通过储电电路进行整流稳压及升压后，存储到蓄电池中；作业平台可安装机械臂，并由无线遥控控制其俯仰、转向及开合运动。
2.根据权利要求1所述的一种水陆两栖桶形机器人，其特征是:机器人采用模块化设计，可用两固联的菱形带座轴承在其左右串联连接推进轮；两轴承通过螺栓连接，单个轴承和主轴由螺钉固联。
3.根据权利要求1所述的一种水陆两栖桶形机器人，其特征是:作业平台和主轴通过轴承连接，平台下方配有重物块，可使平台保持平衡；作业平台上可安装太阳能片。
4.根据权利要求1所述的一种水陆两栖桶形机器人，其特征是:推进轮壳体外侧装有T型叶片，叶片顶端带有一定弧度；两叶片夹角应小于内部驱动装置的最大摆角，保证机器人能正常启动。
5.根据权利要求1所述的一种水陆两栖桶形机器人，其特征是:壳体可采用透明材料加工，其内表面贴有太阳能片。
【专利摘要】本发明涉及一种水陆两栖桶形机器人，属于机电一体化技术领域，它由推进轮壳体、内部驱动装置、作业平台、密封件和连接件组成。推进轮内部的驱动机构由减速电机、支撑板和配重块组成。两推进轮主轴由两固联的菱形带座轴承连接，使两轮具有独立的转速。采用透明壳体，壳体外侧装有T型叶片，内侧装有太阳能片。两推进轮中间的作业平台可用来安装作业工具。采用模块化设计，推进轮两侧可串联连接另一推进轮。水陆两栖桶形机器人机动性好、作业能力强，可用于两栖探测和运输领域。
【IPC分类】B60F3-00
【公开号】CN104842726
【申请号】CN201510244121
【发明人】蒋彬, 王致强, 白杰, 罗凯
【申请人】西北工业大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年5月12日