专利名称：游动机器人及其运动方法
技术领域：
本发明涉及机器人领域，尤其是一种游动机器人。
背景技术：
体内介入检查与治疗具有安全、微创等优点，迅速成为医学工程领域的主流。目前体内介入检查的手段包括采用微型消化道胶囊内窥镜或者游动机器人的方式等。但是，目前的微型消化道胶囊内窥镜虽然可以利用消化道蠕动进行整个区域检查，但其行走缓慢，存在视觉盲区；错过病变组织时，不能主动返程。目前用于液体环境中的游动机器人大多采用磁场驱动原理，但是磁场驱动在可控性方面较差，且能源消耗大，驱动效果不理想。因此，需要一种新的技术方案以解决上述问题。
发明内容
为了解决现有技术所产生的问题，本发明提供了一种驱动效果佳、运动控制性强的游动机器人及其控制方法。为达到上述目的，本发明游动机器人可采用如下技术方案—种游动机器人，包括机身、与机身后端连接的推进器以及位于机身内并与所述推进器连接以提供推进器动力的推进器电机；所述游动机器人还设有位于机身后端的平衡桨以及位于机身内与所述平衡桨连接以提供平衡桨动力的平衡桨电机，所述推进器包括位于机身轴线两侧的左推进器及右推进器，所述平衡桨沿机身轴线延伸并设有同样沿机身轴线延伸的桨片。本发明所述的游动机器人，通过设置位于机身轴线两侧左推进器及右推进器来实现游动机器人的前进、转向、上浮及下潜，同时设置沿机身轴线延伸的平衡桨，以在游动机器人沿轴向滚动时使平衡桨转动而对机身产生转动力矩以使机身保持平衡，防止机身沿轴向滚动。相对于现有技术，本发明游动机器人驱动效果佳，并可实现前进、转向、上浮及下潜，运动控制性强，能够在复杂的环境中运动并作业。为达到上述目的，本发明游动机器人的运动方法可采用如下技术方案游动机器人的运动方法，包括 游动机器人前进运动所述左推进器及右推进器产生大小、方向均相同的推动力， 平衡桨不工作，使该游动机器人向前运动；游动机器人转向运动左推进器、右推进器及平衡桨位于同一水平面内，调节左、 右推进器的转向或/和转速，使左、右推进器产生大小或/和方向不同的推进力，给游动机器人带来转动力矩，使游动机器人在水平方向上产生一个向左或向右的运动，令其转向；同时，当机身绕机身轴向滚动时，平衡桨向与机身滚动方向的相同方向转动来对机身产生绕机身轴向的反向转动力矩，以阻止机身绕机身轴向的滚动；游动机器人的上浮和下潜运动首先使机身绕轴线回转90°，使左推进器、右推进器及平衡桨位于竖直平面内，调节左、右推进器的转向或/和转速，使左、右推进器产生大小或/和方向不同的推进力，给游动机器人带来转动力矩，使游动机器人在竖直方向上产生一个向上或向下的运动，令其转向；同时，当机身绕机身轴向滚动时，平衡桨向与机身滚动方向的相同方向转动来对机身产生绕机身轴向的反向转动力矩，以阻止机身绕机身轴向的滚动。本发明所述的游动机器人，通过设置位于机身轴线两侧左推进器及右推进器来实现游动机器人的前进、转向、上浮及下潜，同时设置沿机身轴线延伸的平衡桨，以在游动机器人绕轴向滚动时使平衡桨转动而对机身产生转动力矩以使机身保持平衡，防止机身绕轴向滚动。相对于现有技术，本发明游动机器人驱动效果佳，并可实现前进、转向、上浮及下潜，运动控制性强，能够在复杂的环境中运动并作业。
图1是本发明游动机器人的立体分解图。图2是本发明游动机器人中推进器的立体图。图3是本发明游动机器人中平衡桨的立体图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式
仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。请参阅图1及图3所示，本发明公开了一种游动机器人100，包括机身21、与机身 21前端连接的头部22、与机身21后端连接的推进器、位于机身21内并与所述推进器连接以提供推进器动力的推进器电机41、同样位于机身21后端的平衡桨50、位于机身21内与所述平衡桨50连接以提供平衡桨50动力的平衡桨电机42以及位于机身21内并固定电机 41、42的固定装置60。所述推进器包括位于机身21轴线两侧的左推进器31及右推进器32， 所述平衡桨50沿机身21轴线延伸并设有同样沿机身21轴线延伸的若干桨片51。所述推进器电机41及平衡桨电机42均连接有位于机身21内的驱动器43。在本实施方式中，所述游动机器人100还设有位姿检测装置(如陀螺仪，未图示)、控制器(未图示)及电源(未图示)。所述的左、右推进器31、32均具有螺旋状尾部，该螺旋状尾部为柔性尾部或者固定螺旋状尾部。若该尾部为柔性尾部，则转动时，在流体介质作用下自动形成螺旋状尾部，螺旋形状由尾部形状、材料柔度、旋转速度及环境介质特性决定；若尾部为固定螺旋状尾部， 其螺旋形状由加工形成，不受介质影响。在本实施方式中，该螺旋状尾部选用固定螺旋状尾部，该固定螺旋状尾部上设有连续的螺旋槽33。在本实施方式中，游动机器人100还设有连接平衡桨50及平衡桨电机42的加长轴44，该加长轴44可以使平衡桨50与左、右推进器 31,32的位置错开以避免干涉。所述头部22中可选择的设置医疗器械、摄像装置及药品容器，以适宜医用或者探测需要。所述头部22与机身21之间设有用以密封的密封圈23。以下，结合图1介绍本发明所述游动机器人的运动方法，游动机器人100前进运动所述左推进器31及右推进器32产生大小、方向均相同的推动力，平衡桨50不工作，使该游动机器人100向前运动；
游动机器人100转向运动左推进器31、右推进器32及平衡桨50位于同一水平面内，调节左、右推进器31、32的转向或/和转速，使左、右推进器31、32的产生大小或/和方向不同的推进力，给游动机器人100带来转动力矩，使游动机器人100在水平方向上产生一个向左或向右的运动，令其转向；同时，当机身21绕机身轴向滚动时，平衡桨50向与机身 21滚动方向的相同方向转动来对机身21产生绕机身轴向的反向转动力矩，以阻止机身21 绕机身轴向的滚动；游动机器人100的上浮和下潜运动首先使机身21绕轴线回转90°，使左推进器 31、右推进器32及平衡桨50位于竖直平面内，调节左、右推进器31、32的转向或/和转速， 使左、右推进器31、32产生大小或/和方向不同的推进力，给游动机器人100带来转动力矩，使游动机器人100在竖直方向上产生一个向上或向下的运动，令其转向；同时，当机身 21绕机身轴向滚动时，平衡桨50向与机身21滚动方向的相同方向转动来对机身21产生绕机身轴向的反向转动力矩，以阻止机身21绕机身轴向的滚动。本发明所述的游动机器人相对于现有技术，驱动效果佳，并可实现前进、转向、上浮及下潜，运动控制性强，能够在复杂的环境中运动并作业。同时，在机身内只需设置三个电机，电机数量相对较少，有利于减少整个游动机器人的体积。
权利要求
1.一种游动机器人，包括机身、与机身后端连接的推进器以及位于机身内并与所述推进器连接以提供推进器动力的推进器电机；其特征在于所述游动机器人还设有位于机身后端的平衡桨以及位于机身内与所述平衡桨连接以提供平衡桨动力的平衡桨电机，所述推进器包括位于机身轴线两侧的左推进器及右推进器，所述平衡桨沿机身轴线延伸并设有同样沿机身轴线延伸的桨片。
2.根据权利要求1所述的游动机器人，其特征在于所述游动机器人还设有位姿检测直ο
3.根据权利要求1所述的游动机器人，其特征在于所述推进器具有螺旋状尾部，该螺旋状尾部为柔性尾部或者固定螺旋状尾部。
4.根据权利要求3所述的游动机器人，其特征在于所述游动机器人还设有连接平衡桨及平衡桨电机的加长轴。
5.根据权利要求5所述的游动机器人，其特征在于所述游动机器人还设有位于机身内并固定电机的固定装置。
6.根据权利要求2所述的游动机器人，其特征在于所述位姿检测装置为陀螺仪。
7.根据权利要求1所述的游动机器人的运动方法，其特征在于包括游动机器人前进运动所述左推进器及右推进器产生大小、方向均相同的推动力，平衡桨不工作，使该游动机器人向前运动；游动机器人转向运动左推进器、右推进器及平衡桨位于同一水平面内，调节左、右推进器的转向或/和转速，使左、右推进器产生大小或/和方向不同的推进力，给游动机器人带来转动力矩，使游动机器人在水平方向上产生一个向左或向右的运动，令其转向；同时， 当机身绕机身轴向滚动时，平衡桨向与机身滚动方向的相同方向转动来对机身产生绕机身轴向的反向转动力矩，以阻止机身绕机身轴向的滚动；游动机器人的上浮和下潜运动首先使机身绕轴线回转90°，使左推进器、右推进器及平衡桨位于竖直平面内，调节左、右推进器的转向或/和转速，使左、右推进器产生大小或/和方向不同的推进力，给游动机器人带来转动力矩，使游动机器人在竖直方向上产生一个向上或向下的运动，令其转向；同时，当机身绕机身轴向滚动时，平衡桨向与机身滚动方向的相同方向转动来对机身产生绕机身轴向的反向转动力矩，以阻止机身绕机身轴向的滚动。
全文摘要
本发明公开了一种游动机器人，通过设置位于机身轴线两侧左推进器及右推进器来实现游动机器人的前进、转向、上浮及下潜，同时设置沿机身轴线延伸的平衡桨，以在游动机器人沿轴向滚动时使平衡桨转动而对机身产生绕机身轴向的反向转动力矩以使机身保持平衡，阻止机身绕机身轴向滚动。相对于现有技术，本发明游动机器人驱动效果佳，并可实现前进、转向、上浮及下潜，运动控制性强，能够在复杂的环境中运动并作业。
文档编号F16L55/32GK102379744SQ20111031700
公开日2012年3月21日 申请日期2011年10月18日 优先权日2011年10月18日
发明者朱玉川, 李成刚, 游有鹏, 王化明, 王鹏, 赵东标, 金永安, 陈柏 申请人:南京航空航天大学