基於差動輪偏心機構的輪足兩棲機器人機構的製作方法
2023-08-03 16:31:56 1
專利名稱：基於差動輪偏心機構的輪足兩棲機器人機構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種基於差動輪偏心機構的輪足兩棲機器人機構，可實現陸上與水中運動。
背景技術：
近年來，計算機系統的發展推動了機器人技術的進步，機器人的種類不斷增加，除了主要用於製造業的工業機器人外，還出現了應用航天的如太空飛行器和外星球移動車、航海的如深海作業機器人、醫療護理的如手術機器人、家庭服務的如護理機器人、軍事的如排雷機器人等領域的特種機器人。但是大多數機器人都只能在單一環境中活動，例如陸地移動機器人由於沒有水中推進機構或不具備防水功能而不能進行水下活動，而水下機器人大多又不具備或沒有足夠的陸地運動能力。受兩棲類動物的啟發，人們對既能適應陸地和近海灘涂，又能適應複雜水體環境的兩棲機器人產生了濃厚的興趣。而自然界又有多種具有良好兩棲適應性的蟹、龜、蛙、鱷魚、企鵝等動物為兩棲機器人的設計提供了生物原型。根據運動方式的不同，目前的兩棲機器人大致可以分為兩類腿式兩棲機器人和蛇形機器人。但是，目前國內外關於兩棲機器人的研究多集中於兩棲環境下的推進機構的探索性研究，雖然取得了一定的進展，但實際性能比如速度、機動性、地形適應性等相對較差，兩棲活動能力不能同時得到保障。本推進機構採用了適合水、陸兩種環境的複合式推進機構，使得這種偏心機構的輪足兩棲機器人具備運動形式豐富、環境適應能力強等特點，非常適合於在濱海、沼澤以及淺海等複雜的兩棲環境中完成科學探索、軍事偵察、緊急搜救等任務。
發明內容
本發明的目的在於提出一種基於偏心機構的輪足兩棲機器人機構，以滿足兩棲機器人在兩棲環境中順利地執行各種任務。本發明的構思是外輪殼由一個電機驅動，繞其中心軸轉動；四個鉸鏈均勻分布在外輪殼內；內部有一套差動輪系由兩個電機聯合驅動，由行星輪和行星架作為輸出；槳葉組的槳軸安裝在一個與行星輪同軸的轉盤上，且轉盤的尺寸要保證槳軸在運動中能通過外輪殼的中心；四根長度相同的槳葉安裝在槳軸上，並分別穿過四個鉸鏈，當外輪殼和差動輪系運動時，槳葉為隨動。根據上述的構思，本發明採用如下技術方案
一種基於差動輪偏心機構的輪足兩棲機器人機構，包括由槳葉、槳軸、鉸鏈、外輪殼、機架、電機、差動輪系和傳動機構，其特徵在於所述槳葉滑動穿過鉸鏈固定在槳軸上，鉸鏈周向均布安裝在外輪殼上，所述電機經傳動機構分別驅動外輪殼和差動輪系；外輪殼和電機均安裝在所述的機架上。所述傳動機構包括第一、第二錐齒輪、第一、第二、第三傳動齒輪、內齒輪、行星輪、太陽輪、太陽輪，連接方式為a.所述的電機通過第一錐齒輪和第一傳動齒輪驅動外輪殼上固定的內齒輪；
b.所述的電機通過一個聯軸器驅動太陽輪；
c.所述的電機通過第二錐齒輪、第三傳動齒輪和第二傳動齒輪驅動太陽輪上固定的三角連杆。通過調整差動輪系來改變槳軸在外輪殼中的位置並配合外輪殼的轉動，可以實現多種構型，進而可以實現多種運動模式。針對典型的兩棲地形，本模塊重點實現了 3種基本運動模式和I種組合運動模式，如圖1所示。I)輪式移動模式，圖1(a)。在輪式移動模式中，槳葉被收回至外輪殼中，外輪殼與地面接觸。通過驅動外輪殼轉動，使機器人可以在相對平整的路面移動。2)足式爬行模式，圖1(b)。在這種模式中，槳葉的末端與地面接觸，實現類似足的功能。通過規劃各足的運動，可以使機器人在複雜的崎嶇地面穩定行走。 3)水中遊動模式，圖1(c) (d)。在水中，槳葉從外輪殼中伸出並繞槳軸周期性地擺動，推動機器人能在水中遊動。根據槳葉擺動的方式不同，存在兩種遊動模式擺動划水(C)和旋轉划水(d)。4)輪-足混合移動模式，圖1 (e)。在沙地、沼澤等環境中，輪式運動可能因打滑而失效，而足式運動可能因為陷入地面而喪失功能。這時，如圖2(e)所示通過將槳葉伸出外輪殼，便可利用輪和足的特點同時解決陷入和打滑的問題，可以提高機器人在惡劣環境中的生存能力。本發明具有如下實質性特點和顯著優點
(1)採用複合式推進機構，只需一套機構就能滿足普通的兩棲機器人需要多套不同的推進機構才能夠實現的推進能力；
(2)運動形式豐富，能夠實現多種不同的運動模式，從而提高兩棲機器人的環境適應能力。
圖1是兩棲輪足機器人機構的運動模式圖。圖2是兩棲輪足機器人機構的結構示意圖。圖3是兩棲輪足機器人機構的槳葉組安裝圖。圖4是兩棲輪足機器人機構的差動輪系安裝圖。圖5是兩棲輪足機器人機構的傳動結構圖。圖6是兩棲輪足機器人機構的整體結構圖。
具體實施例方式本發明的優選實施例結合
如下
實施例一
參見圖1 5，本基於差動輪偏心機構的輪足兩棲機器人機構，包括由槳葉(I)、槳軸
(2)、鉸鏈(3)、外輪殼(4)、機架(5)、電機X @ S (18，17，15)、差動輪系和傳動機構，其特徵在於所述槳葉(I)滑動穿過鉸鏈(3)固定在槳軸(2)上，鉸鏈(3)周向均布安裝在外輪殼(4)上，所述電機5) S (18，17，15)經傳動機構分別驅動外輪殼(4)和差動輪系；外輪殼(4)和電機:X:f+I； (18，17，15)均安裝在所述的機架(5)上。實施例二
本實施例與實施例一基本相同，特別之處是
所述的基於差動輪偏心機構的輪足兩棲機器人機構，其特徵在於所述槳葉(I)穿過鉸鏈(3)後，內端通過一個槳葉連接塊(21)固定在槳軸(2)上。所述的基於差動輪偏心機構的輪足兩棲機器人機構，其特徵在於所述槳軸(2)固定在一個與差動輪系中的行星輪(9)同軸的一個轉盤(22)上。所述的基於差動輪偏心機構的輪足兩棲機器人機構，其特徵在於所述傳動機構包括第一、第二錐齒輪(19,13)、第一、第二、第三傳動齒輪(6, 7,11)、內齒輪(12)、行星輪(9)、太陽輪①(8)、太陽輪(10)，連接方式為
a.所述的電機:X:(18)通過第一錐齒輪(19)和第一傳動齒輪(6)驅動外輪殼(4)上固定的內齒輪(12)；
b.所述的電機S(17)通過一個聯軸器驅動太陽輪X: (8)；
c.所述的電機:f(15)通過第二錐齒輪(13)、第三傳動齒輪(11)和第二傳動齒輪(7)驅動太陽輪:1: (10)上固定的三角連杆(20)。
實施例三
本基於差動輪偏心機構的輪足兩棲機器人的結構如下
如圖2所示，四根槳葉(I)分別穿過四個鉸鏈(3)固定在槳軸(2)上，並通過差動輪系的轉動來調整槳軸(2)的位置，外輪殼(4)可以獨立運動。這樣通過槳軸(2)和外輪殼(4)的配合運動就可以實現上述的幾種運動模式。其中，槳葉(I)是通過槳葉連接塊(21)與槳軸(2)相連，見圖3 ;四個鉸鏈(3)是均勻分布在外輪殼(4)內，見圖6 ;槳軸(2)是固定在與差動輪系中的行星輪(9)同軸的一個轉盤(22)上，見圖4 ;外輪殼(4)、電機安裝板(14)和固定板(16)是安裝在機架(5)上。本模塊的傳動機構布置為三個有刷伺服電機均安裝在電機安裝板(14)上。其中電機.X: (18)的轉動通過一對第一錐齒輪(19)傳遞到第一傳動齒輪(6)上,第一傳動齒輪
(6)又和內齒輪(12)相嚙合，而內齒輪(12)通過螺釘固定在外輪殼(4)上，這樣電機X (18)可以控制外輪殼(4)的轉動。電機f (17)通過一個聯軸器直接驅動差動輪系中太陽輪X:
(S)0而電機(15)的轉動同樣也是通過一對第二錐齒輪(13)傳遞到第三傳動齒輪(11)上，第三傳動齒輪(11)與第二傳動齒輪(7 )嚙合傳動，第二傳動齒輪(7 )通過三角連杆(20 )來驅動差動輪系中的另外一個太陽輪:f: (10)。另外，整個傳動機構安裝在固定板(16)上。上述具體實施方式
用來解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制，在本發明的精神和權利要求的保護範圍內，對本發明作出的任何修改和改變，都落在本方面的保護範圍。
權利要求
1.一種基於差動輪偏心機構的輪足兩棲機器人機構，包括由槳葉(I)、槳軸(2)、鉸鏈(3)、外輪殼(4)、機架(5)、電機①②③(18，17，15)、差動輪系和傳動機構，其特徵在於所述槳葉(I)滑動穿過鉸鏈(3)固定在槳軸(2)上，鉸鏈(3)周向均布安裝在外輪殼(4)上；所述電機③(18，17，15)經傳動機構分別驅動外輪殼(4)和差動輪系；外輪殼(4)和電機$ :!: (18,17，15)均安裝在所述的機架(5)上。
2.根據權利要求I所述的基於差動輪偏心機構的輪足兩棲機器人機構，其特徵在於所述槳葉(I)穿過鉸鏈(3 )後，內端通過一個槳葉連接塊(21)固定在槳軸(2 )上。
3.根據權利要求I或2所述的基於差動輪偏心機構的輪足兩棲機器人機構，其特徵在於所述槳軸(2 )固定在一個與差動輪系中的行星輪(9 )同軸的一個轉盤(22 )上。
4.根據權利要求I所述的基於差動輪偏心機構的輪足兩棲機器人機構，其特徵在於所述傳動機構包括第一、第二錐齒輪(19,13)、第一、第二、第三傳動齒輪(6, 7,11)、內齒輪(12)、行星輪(9)、太陽輪:X:②(8，10)，連接方式為 a.所述的電機:X:+(18)通過第一錐齒輪(19)和第一傳動齒輪(6)驅動外輪殼(4)上固定的內齒輪(12)； b.所述的電機S(17)通過一個聯軸器驅動太陽輪$ (8)；c.所述的電機③(15)通過第二錐齒輪(13)、第三傳動齒輪(11)和第二傳動齒輪(7)，驅動太陽輪: (10)上固定的三角連杆(20)。
全文摘要
本發明涉及一種基於差動輪偏心機構的輪足兩棲機器人機構。它包括槳葉、槳軸、鉸鏈、外輪殼、機架、電機、差動輪系和傳動機構。其中槳葉滑動穿過鉸鏈固定在槳軸上，電機經傳動機構分別驅動外輪殼和差動輪系；外輪殼和電機均安裝在機架上。通過調整差動輪系來改變槳軸在外輪殼中的位置並配合外輪殼的轉動，可以實現多種構型，進而可以實現多種運動模式。由於本機構採用了適合水、陸兩種環境的複合式推進模式，使得這種基於偏心機構的輪足兩棲機器人具備運動形式豐富、環境適應能力強等特點。
文檔編號B60F3/00GK102975782SQ20121056675
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月25日 優先權日2012年12月25日
發明者王濤, 馬書根, 蒲華燕, 劉吉成, 羅均, 謝少榮 申請人:上海大學