串并混联结构的水下足式机器人的制作方法

本申请涉及水下监测技术领域，尤其涉及一种串并混联结构的水下足式机器人。

背景技术：

海洋属于我国国土重要的一部分，探索未知的海洋世界成为目前十分重要也十分迫切的一项任务。但海洋水下环境恶劣危险，并且人的潜水深度优先发，所以在21世纪智能化快速发展的今天，各式各样的水下机器人成为海洋水下作业的重要工具。

水下机器人是一种工作与水下的极限作业机器人。目前，水下机器人主要包括无人遥控潜水器(remotelyoperatedvehicle，简称rov)和无缆水下机器人(autonomousunderwatervehicle，简称auv)。按照移动方式进行划分，水下机器人可分为轮式机器人、履带式机器人和足式机器人。轮式机器人具有较高的运行速度，工作平稳，但不适合复杂未知的地形上工作，在平稳的地面上优先选择轮式机器人。履带式机器越野性好，适合在浅滩，沙土等较为松软的地面中执行工作，履带与地面形成的接触面积大，从而提高了其运行的平稳性，但也不适合复杂的地形上执行工作。而足式机器人，在复杂地形上的优势就体现了出来，工作空间大，避障能力强。但是现有的足式机器人多是步行机器人，重心较高，容易侧翻，工作速度较慢且用于搭载外接设备的空间较小。

技术实现要素：

本申请提供了一种串并混联结构的水下足式机器人，可实现大步伐运动，且具有良好的平稳性以及具有充足的空间搭载外接设备。

本申请提供了一种串并混联结构的水下足式机器人，包括：机体以及设置在所述机体侧边的第一运动机构、第二运动机构、第三运动机构和第四运动机构；所述第一运动机构和所述第二运动机构沿所述机体长度方向对称设置在所述机体的两侧，所述第三运动机构和所述第四运动机构向对称设置在所述机体的两侧；

所述第一运动机构、第二运动机构、第三运动机构和第四运动机构均包括运动组件，其中：

所述运动组件包括第一腿、第二腿、第三腿、第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器、第一安装基座、第二安装基座、第三安装基座、连接座和足部；

所述第一安装基座、第二安装基座和第三安装基座分别固定安装在所述机体上；

所述第一腿的一端活动连接所述连接座的顶部，所述第一腿的另一端连接所述第一安装基座，所述第一安装基座上设置所述第一驱动器，所述第一驱动器驱动所述第一腿旋转；

所述第二腿的一端活动连接所述连接座的前部，所述第二腿的另一端连接所述第二安装基座，所述第二安装基座上设置所述第二驱动器，所述第二驱动器驱动所述第二腿旋转；

所述第三腿的一端活动连接所述连接座的后部，所述第三腿的另一端连接所述第三安装基座；

所述足部的上端活动连接所述连接座的底部，所述连接座的底部设置所述第三驱动器，所述第三驱动器驱动所述足部旋转。

可选的，上述串并混联结构的水下足式机器人中，所述第一安装基座上设置第一旋转轴，所述第一驱动器驱动连接所述第一旋转轴，所述第一腿的另一端通过所述第一旋转轴连接所述第一安装基座。

可选的，上述串并混联结构的水下足式机器人中，所述第二安装基座上设置第二旋转轴，所述第二驱动器驱动来连接所述第二旋转轴，所述第二腿的另一端通过所述第二旋转轴连接所述第二安装基座。

可选的，上述串并混联结构的水下足式机器人中，所述第三安装基座上设置第三旋转轴，所述第三腿的另一端通过所述第三旋转轴连接所述第三安装基座。

可选的，上述串并混联结构的水下足式机器人中，所述运动组件还包括第二平行腿，所述第二平行腿的一端连接所述第二旋转轴，所述第二平行腿的另一端连接所述连接座，所述第二平行腿与所述第二腿平行。

可选的，上述串并混联结构的水下足式机器人中，所述运动组件还包括第三平行腿，所述第三平行腿的一端连接所述第三旋转轴，所述第三平行腿的另一端连接所述连接座，所述第三平行腿与所述第三腿平行。

可选的，上述串并混联结构的水下足式机器人中，所述连接座的前部和后部分别设置第一连接柱和第二连接柱，所述第二腿通过所述第一连接柱连接所述连接座，所述第三腿通过所述第二连接柱连接所述连接座。

可选的，上述串并混联结构的水下足式机器人中，所述连接座上设置第一连接桩和第二连接桩，所述第一腿通过所述第一连接桩活动连接所述连接座，所述足部通过所述第二连接桩活动连接所述连接座。

本申请提供的串并混联结构的水下足式机器人，第一运动机构、第二运动机构、第三运动机构和第四运动机构支撑机体，通过协调第一运动机构、第二运动机构、第三运动机构和第四运动机构的运动，实现水下足式机器人运动。在申请提供的水下足式机器人中，第一运动机构、第二运动机构、第三运动机构和第四运动机构均包括运动组件，彼此之间的运动组件是相互独立的，实现第一运动机构、第二运动机构、第三运动机构和第四运动机构之间相互独立；而每一个运动组件包括三自由度方向的运动，每自由度上的远动是相互关联的，因此实现水下足式机器人的串并混联结构。在本申请提供的水下足式机器人中，机体具有充足的支撑空间，便于搭载外接设备，有助于提升水下足式机器人的使用范围；第一运动机构、第二运动机构、第三运动机构和第四运动机构之间的协调运动保证水下足式机器人的运动平稳性，并可实现水下足式机器人大步伐运动，保证水下足式机器人的运动效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的串并混联结构的水下足式机器人的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的运动组件的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的运动组件的局部结构示意图。

其中：

1-机体，2-第一腿，3-第二腿，4-第三腿，5-第一驱动器，6-第二驱动器，7-第三驱动器，8-第一安装基座，9-第二安装基座，10-第三安装基座，11-连接座，12-足部，13-第一旋转轴，14-第二旋转轴，15-第三旋转轴，16-第二平行腿，17-第三平行腿，18-第一连接柱，19-第二连接柱，20-第一连接桩，21-第二连接桩。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

参见附图1，附图1示出了本申请实施例提供的串并混联结构的水下足式机器人的基本结构。下面结合附图1对本申请实施例提供的串并混联结构的水下足式机器人进行详细说明书。

如附图1所示，本申请实施例提供的串并混联结构的水下足式机器人，包括机体1以及设置在所述机体1侧边的第一运动机构、第二运动机构、第三运动机构和第四运动机构。具体的，第一运动机构和第二运动机构沿机体1长度延伸方向对称设置在机体1两侧，第三运动机构和第四运动机构沿机体1长度延伸方向对称设置在机体1两侧。可选的，第一运动机构和第三运动机构位于机体1的同侧，第二运动机构和第四运动机构位于机体1的同侧，即第一运动机构位于第四运动机构的对角，第二运动机构位于第三运动机构的对角。

第一运动机构、第二运动机构、第三运动机构和第四运动机构用于支撑机体1并带动机体1运动。机体1不但用于设置第一运动机构、第二运动机构、第三运动机构和第四运动机构，其内部还用于承载水下足式机器人的控制主板，以及还用于搭载外接设备。在本申请实施例中，机体1采用近似长方体结构，不仅方便安装第一运动机构、第二运动机构、第三运动机构和第四运动机构，还可提升用于搭载外接设备的空间。具体的，机体1上设置机盖，水下足式机器人的控制主板通过机盖密封至机体1中，使得机器人的主要部分得到保护，提高了机器人工作的可靠性。

在本申请实施例中，第一运动机构、第二运动机构、第三运动机构和第四运动机构均包括运动组件。附图2和3为本申请实施例提供的运动组件的结构图。

如附图2和3所示，本申请实施例提供的运动组件包括第一腿2、第二腿3、第三腿4、第一驱动器5、第二驱动器6、第三驱动器7、第一安装基座8、第二安装基座9、第三安装基座10、连接座11和足部12。运动组件内各组成部件相互配合使第一运动机构、第二运动机构、第三运动机构和第四运动机构均有3个自由度：z方向的转动自由度、y方向的转动自由度和x方向的转动自由度。

第一安装基座8、第二安装基座9和第三安装基座10分别固定安装在机体1上。第一安装基座、第二安装基座和第三安装基座用于将第一腿2、第二腿3和第三腿4连接至机体1上。在本申请实施例中，第一安装基座8、第二安装基座9和第三安装基座10可选用成对的吊耳结构。

连接座11用于将第一腿2、第二腿3、第三腿4和足部12连接一体，便于实现第一腿2、第二腿3、第三腿4和足部12之间的联动。在本申请实施例中，连接座11采用对称的工字结构。如此，便于保证第一腿2、第二腿3、第三腿4和足部12之间联动的灵活性和稳定性，避免第一腿2、第二腿3、第三腿4和足部12之间产生干涉，避免造成运动不良。

第一腿2的一端活动连接所述连接座11的顶部，第一腿2的另一端连接所述第一安装基座8，所述第一安装基座8上设置所述第一驱动器5，所述第一驱动器5驱动所述第一腿2旋转。第二腿3的一端活动连接所述连接座11的前部，第二腿3的另一端连接所述第二安装基座9，所述第二安装基座9上设置所述第二驱动器6，所述第二驱动器6驱动所述第二腿3旋转。第三腿4的一端活动连接所述连接座11的后部，第三腿4的另一端连接所述第三安装基座10。

在本申请实施例中，第一腿2与第二腿3的旋转方向垂直，即：若第一腿2沿竖直方向旋转，则第二腿3沿水平方向旋转；若第一腿2沿水平方向旋转，则第二腿3沿竖直方向旋转。在本申请具体实施方式中，第一腿2沿垂直于机体1长度延伸方向旋转，第二腿3沿机体1长度延伸方向旋转。第三腿4与第二腿3平行，亦可称第三腿4为第二腿3从动腿，随第一腿2和第二腿3运动。第三腿4有助于提高运动组件的平稳虚性。第一驱动器5和第二驱动器6的协调旋转，可实现运动组件三维方向上的摆动。当第一运动机构、第二运动机构、第三运动机构和第四运动机构的各运动组件协调摆动，可实现机体1的三维方向上的移动。

在本申请实施例中，第一腿2、第二腿3和第三腿4分别为两端设置连接孔的轴状结构件。可选的，第一腿2、第二腿3和第三腿4的两端分别设置u型连接吊耳，方便第一腿2、第二腿3和第三腿4的连接安装。第一腿2、第二腿3和第三腿4分别具有-60°～60°的旋转角度。

足部12的上端活动连接所述连接座11的底部，所述连接座11的底部设置所述第三驱动器7，所述第三驱动器7驱动所述足部12旋转。足部12所在直线与机体1长度延伸方向所在直线异面，足部12沿机体1长度延伸方向旋转。足部12的下端p采用高尔夫球杆端部类似结构，用于与地面的接触相切，提高了机器人落地的平稳性，不易侧翻和打滑。

第一驱动器5用于控制运动组件上下运动，第二驱动器6用于控制运动组件沿机体1长度延伸方向前进，第三驱动器7用于控制足部12运动。第一驱动器5、第二驱动器6和第三驱动器7相互配合协调工作，可进行有效的行走和避障，通过adams仿真验证实现水下足式机器人的运动。第一驱动器5、第二驱动器6和第三驱动器7可选择伺服电机。

在本申请实施例提供串并混联结构的水下足式机器人中，第一运动机构、第二运动机构、第三运动机构和第四运动机构支撑机体，通过协调第一运动机构、第二运动机构、第三运动机构和第四运动机构的运动，实现水下足式机器人运动。在申请提供的水下足式机器人中，第一运动机构、第二运动机构、第三运动机构和第四运动机构均包括运动组件，彼此之间的运动组件是相互独立的，实现第一运动机构、第二运动机构、第三运动机构和第四运动机构之间相互独立；而每一个运动组件包括三自由度方向的运动，每自由度上的远动是相互关联的，因此实现水下足式机器人的串并混联结构。在本申请提供的水下足式机器人中，机体具有充足的支撑空间，便于搭载外接设备，有助于提升水下足式机器人的使用范围；第一运动机构、第二运动机构、第三运动机构和第四运动机构之间的协调运动保证水下足式机器人的运动平稳性，并可实现水下足式机器人大步伐运动，保证水下足式机器人的运动效率，以解决现有足式机器人复杂环境适应能力差的，效率低、工作空间小、构件之间发生干涉、承重能力低等问题。

在本申请实施例中，第一安装基座8上设置第一旋转轴13，第一驱动器5驱动连接第一旋转轴13，第一腿2的另一端通过第一旋转轴13连接第一安装基座8。在本申请具体实施方式中，第一旋转轴13为十字状轴，第一旋转轴13一条直线方向上的轴与第一安装基座8连接，另一条直线方向的轴用于连接第一腿2。第一驱动器5可通过联轴器连接第一旋转轴13与第一安装基座8连接的轴。第一旋转轴13可分别通过轴承连接第一安装基座8和第一腿2。在本申请请实施例中，第一腿2与第一旋转轴13形成一个转动副。

在本申请实施例中，第二安装基座9上设置第二旋转轴14，第二驱动器6驱动来连接第二旋转轴14，第二腿3的另一端通过第二旋转轴14连接第二安装基座9。在本申请具体实施方式中，第二旋转轴14可为十字状轴，第二旋转轴14一条直线方向上的轴与第二安装基座9连接，另一条直线方向的轴用于连接第二腿3。第二驱动器6可通过联轴器连接第二旋转轴14与第二安装基座9连接的轴。第二旋转轴14可分别通过轴承连接第二安装基座9和第二腿3。在本申请请实施例中，第二腿3与第二旋转轴14形成一个转动副。

在本申请实施例中，第三安装基座10上设置第三旋转轴15，第三腿4的另一端通过第三旋转轴15连接第三安装基座10。在本申请具体实施方式中，第三旋转轴15可为十字状轴，第三旋转轴15一条直线方向上的轴与第三安装基座10连接，另一条直线方向的轴用于连接第三腿4。在本申请请实施例中，第三腿4与第三旋转轴15形成一个转动副。

在本申请实施例中，第一旋转轴13、第二旋转轴14和第三旋转轴15，不仅方便第一腿2、第二腿3和第三腿4的连接安装，还方便实现第一腿2、第二腿3和第三腿4之间协调运动。

在本申请实施例中，所述运动组件还包括第二平行腿16，所述第二平行腿16的一端连接所述第二旋转轴14，所述第二平行腿16的另一端连接所述连接座11，所述第二平行腿16与所述第二腿3平行。第二平行腿16为第二腿3的从动腿，其与第二旋转轴14以及连接座11的连接方式参见第二腿3，在此不再赘述。设置第二平行腿16有助于第二驱动器6动力的传递，且有助于提升运动组件运动的平稳性。

在本申请实施中，所述运动组件还包括第三平行腿17，所述第三平行腿17的一端连接所述第三旋转轴15，所述第三平行腿17的另一端连接所述连接座11，所述第三平行腿17与所述第三腿4平行。第三平行腿17为第三腿4的从动腿，其与第三旋转轴15以及连接座11的连接方式参见第三腿4，在此不再赘述。设置第二平行腿16有助于提升运动组件运动的平稳性。

为方便第二腿3和第三腿4与连接座11的连接，连接座11的前部和后部分别设置第一连接柱18和第二连接柱19，所述第二腿3通过所述第一连接柱18连接所述连接座11，所述第三腿4通过所述第二连接柱19连接所述连接座11。如此，当设置第一连接柱18和第二连接柱19后，也将更加方便第二平行腿16和第三平行腿17的连接安装。在本申请实施例中，第一连接柱18上设置安装轴用于轴承连接第二腿3和第二平行腿16，第二连接柱19上设置安装轴用于轴承连接第三腿4和第三平行腿17。在本申请实施例中，第二腿3和第二平行腿16分别与第一连接柱18形成u副，第三腿4和第三平行腿17分别与第二连接柱19形成u副。

为方便第一腿2和足部12与连接座11的连接，连接座11上设置第一连接桩20和第二连接桩21，所述第一腿2通过所述第一连接桩20活动连接所述连接座11，所述足部12通过所述第二连接桩21活动连接所述连接座11。在本申请实施例中，第一连接桩20上设置安装轴用于轴承连接第一腿2，第二连接桩21上设置安装轴用于轴承连接足部12。在本申请实施例中，第一腿2与第一连接桩20形成u副，足部12与第二连接桩21形成转动副。

本申请实施例提供的串并混联结构的水下足式机器人的运动过程：通过控制第一运动机构、第二运动机构、第三运动机构和第四运动机构中的运动组件，实现对角运动机构进行同操作(抬起、落下和转动)。在每个运动组件执行动作过程中，抬起一定角度(预先设定)，然后由第一驱动器5和第三驱动器7对应第一腿2和第二腿3转动一定角度(预先设定)，落下是足部12与路面接触，然后停止运动。在遇路面不平路障时可以通过控制第三驱动器7使足部抬起或下落从而达到避障的效果，另外通过控制第一驱动器5可以使机体1上升或者下落，可以直接避开一些较大的障碍物，达到双重避障的效果。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。