一種水陸兩棲桶形機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水陸兩棲桶形機(jī)器人，屬于機(jī)電一體化技術(shù)領(lǐng)域，可用于陸地、水面環(huán)境下執(zhí)行探測(cè)、運(yùn)輸和打撈任務(wù)。
【背景技術(shù)】
[0002]兩棲機(jī)器人具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，作戰(zhàn)范圍廣泛，容易布放與回收，可以充當(dāng)偵察設(shè)備、武器系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)的載體，執(zhí)行人類無法完成的近海域多種作戰(zhàn)任務(wù)。此外兩棲機(jī)器人還可用于水面垃圾的打撈、運(yùn)送物資等民用領(lǐng)域。對(duì)于大型的兩棲機(jī)器人還可以充當(dāng)?shù)顷懲?。然而，在登陸過程中，其運(yùn)行環(huán)境極為復(fù)雜，如水藻、沼澤等等，此時(shí)采用傳統(tǒng)的螺旋槳推進(jìn)幾乎不可行，需設(shè)計(jì)更加合理的推進(jìn)器，使機(jī)器人能順利地渡過環(huán)境惡劣的淺水區(qū)域，進(jìn)行登陸作業(yè)。
[0003]文獻(xiàn) Outdoor navigat1n with a spherical amphib1us robot[C]//Intelligent Robots and Systems (IROS)，2010 IEEE/RSJ Internat1nal Conferenceon.1EEE, 2010:5113-5118介紹了 Kaznov等人設(shè)計(jì)的一種兩棲球形機(jī)器人，球殼表面有小突刺，可使機(jī)器人在水面和陸上運(yùn)動(dòng)。然而，受制于外殼設(shè)計(jì)，該機(jī)器人在水上推進(jìn)動(dòng)力小，且其作業(yè)平臺(tái)少，只能攜帶攝像機(jī)。檢索中還發(fā)現(xiàn)，西北工業(yè)大學(xué)的白杰等在《機(jī)械與電子》(2010，11:73-75)上發(fā)表的《一種新型球形機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真》中提出通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)配重繞主軸轉(zhuǎn)動(dòng)來改變重心位置，產(chǎn)生偏心力矩驅(qū)動(dòng)球殼運(yùn)動(dòng)。該球形機(jī)器人的機(jī)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定性和機(jī)動(dòng)性較差，且只能在陸地上運(yùn)動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]要解決的技術(shù)問題
[0005]為解決上述現(xiàn)有兩棲機(jī)器人作業(yè)能力差、機(jī)動(dòng)性不足的問題，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種水陸兩棲桶形機(jī)器人。
[0006]技術(shù)方案
[0007]水陸兩棲桶形機(jī)器人，由推進(jìn)輪殼體、內(nèi)部驅(qū)動(dòng)裝置、作業(yè)平臺(tái)和密封及連接件組成，其特征在于:內(nèi)部驅(qū)動(dòng)裝置置于殼體內(nèi)部，作業(yè)平臺(tái)置于兩推進(jìn)輪中間，推進(jìn)輪可進(jìn)行串并聯(lián)進(jìn)一步拓展其應(yīng)用潛力。
[0008]推進(jìn)輪殼體外側(cè)裝有T型葉片，內(nèi)側(cè)裝有太陽能電池板；內(nèi)部驅(qū)動(dòng)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、配重塊和支撐板組成，驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在殼體內(nèi)部的支撐板上，內(nèi)部配重通過軸承與殼體主軸連接，主軸和法蘭蓋通過對(duì)頂螺母固聯(lián)，法蘭端面由硅膠片進(jìn)行密封。兩邊推進(jìn)輪主軸由兩固聯(lián)菱形帶座軸承進(jìn)行連接。
[0009]驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過接受端和發(fā)射端實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向控制，太陽能片所轉(zhuǎn)化的電能通過儲(chǔ)電電路進(jìn)行整流穩(wěn)壓及升壓后，存儲(chǔ)到蓄電池中。作業(yè)平臺(tái)可安裝機(jī)械臂，并由無線遙控控制其俯仰、轉(zhuǎn)向及開合運(yùn)動(dòng)。
[0010]所述一種水陸兩棲桶形機(jī)器人，其特征在于:推進(jìn)輪殼體外側(cè)裝有T型葉片，高度為殼體高度的一半。兩葉片夾角應(yīng)小于內(nèi)部驅(qū)動(dòng)的最大擺角，保證機(jī)器人能正常啟動(dòng)。通過安裝帶有一定弧度的T型葉片，不僅可為機(jī)器人水面航行時(shí)提供推力，也能增大葉片的受力面積，利于機(jī)器人越過沼澤或較軟的地質(zhì)。
[0011]所述一種水陸兩棲桶形機(jī)器人，其特征在于:兩推進(jìn)輪主軸的聯(lián)軸器是由兩固聯(lián)的菱形帶座軸承組成。兩軸承通過螺栓連接，單個(gè)軸承和主軸由螺釘固聯(lián)。推進(jìn)輪之間的轉(zhuǎn)速相互獨(dú)立，便于進(jìn)行差速調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)。
[0012]所述一種水陸兩棲桶形機(jī)器人，其特征在于:機(jī)器人采用模塊化設(shè)計(jì)，可進(jìn)行串聯(lián)連接。機(jī)器人可用上述兩固聯(lián)的菱形帶座軸承在其左右串聯(lián)連接推進(jìn)輪，增加其作業(yè)能力。
[0013]所述一種水陸兩棲桶形機(jī)器人，其特征在于:作業(yè)平臺(tái)和主軸通過軸承連接，平臺(tái)下方配有重物塊，可使平臺(tái)保持平衡。此外，作業(yè)平臺(tái)上也可安裝太陽能片為作業(yè)平臺(tái)蓄電。
[0014]所述一種水陸兩棲桶形機(jī)器人，其特征在于:殼體可采用透明材料加工，其內(nèi)表面貼有太陽能片，可接受外界太陽能，為蓄電池供電。
[0015]有益效果
[0016](I)相對(duì)于電機(jī)直接拖動(dòng)推進(jìn)輪的驅(qū)動(dòng)方式而言，利用重心偏移原理驅(qū)動(dòng)水陸兩棲桶形機(jī)器人，減少了啟動(dòng)力矩，更節(jié)省能耗。
[0017](2)在殼體外側(cè)安裝帶有一定弧度的T型葉片，不僅能提供機(jī)器人水面航行時(shí)的推力，也能增大葉片的受力面積，有利于機(jī)器人越過水陸交界面、沼澤等較軟的地質(zhì)。
[0018](3)傳統(tǒng)聯(lián)軸器的輸入和輸出軸的轉(zhuǎn)速相同，會(huì)使兩推進(jìn)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)形成干涉，極大地降低了機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性。本發(fā)明將兩個(gè)軸承用螺栓固聯(lián)形成特殊的聯(lián)軸器，保證了兩邊推進(jìn)輪的獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)器人甚至可進(jìn)行原地360°旋轉(zhuǎn)。
[0019](4)采用透明殼體，在殼體內(nèi)側(cè)可安裝太陽能片，接收太陽能提升其續(xù)航能力。此夕卜，作業(yè)平臺(tái)上也可安裝太陽能片為作業(yè)結(jié)構(gòu)蓄電。
[0020](5)模塊化設(shè)計(jì)可大大擴(kuò)展機(jī)器人的應(yīng)用范圍和能力，提升其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，使其能抵擋水面上的大浪和崎嶇路面的沖擊。
[0021](6)兩推進(jìn)輪中間的作業(yè)平臺(tái)能攜帶作業(yè)工具，進(jìn)一步擴(kuò)展機(jī)器人的用途。如作業(yè)平臺(tái)可輸送物資，如安裝機(jī)械臂還可進(jìn)行水面打撈。
【附圖說明】
[0022]圖1:單個(gè)推進(jìn)輪的側(cè)視圖及A-A的剖視圖；
[0023]圖2:兩棲桶形機(jī)器人裝配圖；
[0024]圖3:串聯(lián)式兩棲桶形機(jī)器人；
[0025]圖中:1、殼體；2、葉片；3、法蘭盤；4、法蘭端面；5、軸承；6、大齒輪；7、主軸；8、聯(lián)軸器；9、電機(jī)；10、豎直支撐板；11、小齒輪；12、L型電機(jī)支架；13、水平支撐板；14、作業(yè)平臺(tái)；15、兩固聯(lián)的KFLOOOC(E)菱形帶座軸承；16、配重塊。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0027]如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例為:一種水陸兩棲桶形機(jī)器人，由推進(jìn)輪殼體、內(nèi)部驅(qū)動(dòng)裝置、作業(yè)平臺(tái)、密封件及連接件組成。
[0028](I)推進(jìn)輪殼體
[0029]單個(gè)推進(jìn)輪的殼體I為圓管型，采用有機(jī)玻璃加工，內(nèi)側(cè)可安裝太陽能片。殼體上均布安裝了 15個(gè)T型葉片2。葉片頂端帶有一定弧度為了保證與地面成線接觸，從而減少地面運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦損失。殼體兩側(cè)為端法蘭盤3結(jié)構(gòu)，與圓管段殼體I粘接，法蘭盤上開有均布的10個(gè)通孔。
[0030](2)內(nèi)部驅(qū)動(dòng)裝置
[0031]水陸兩棲桶形機(jī)器人的內(nèi)部驅(qū)動(dòng)裝置是由大齒輪6、小齒輪11、電機(jī)9、聯(lián)軸器8、L型電機(jī)支架12、水平支撐板13、豎直支撐10、主軸7和軸承5組成。
[0032]如圖1所示，驅(qū)動(dòng)電機(jī)9固定在L型電機(jī)支架12上，L型電機(jī)支架12和水平支撐板13用螺栓連接，水平支撐板13的左右兩側(cè)與兩豎直支撐板10用螺栓連接，豎直板10上端開通孔，并在孔內(nèi)與軸承5緊配合，兩豎直板10通過軸承5與主軸7形成活動(dòng)連接。電機(jī)9輸出軸通過聯(lián)軸器8帶動(dòng)小齒輪11，小齒輪11再驅(qū)動(dòng)與主軸7固聯(lián)的大齒輪6，主軸7通過對(duì)頂螺母與法蘭端面4固聯(lián)。當(dāng)小齒輪11帶動(dòng)L型電機(jī)支架12向前擺動(dòng)時(shí)，機(jī)器人的重心也會(huì)隨之?dāng)[動(dòng)，進(jìn)而重力會(huì)產(chǎn)生一個(gè)恢復(fù)力矩，帶動(dòng)殼體I向前運(yùn)動(dòng)。此時(shí)大齒輪6也會(huì)隨著轉(zhuǎn)動(dòng)，L型電機(jī)支架12相對(duì)角速度減小，重心位置降低，重力的恢復(fù)力矩減小，殼體I的轉(zhuǎn)動(dòng)也將減慢。由于驅(qū)動(dòng)負(fù)載的力矩減少，電機(jī)9的轉(zhuǎn)速會(huì)加快，從而又使L型電機(jī)支架12向前擺動(dòng)，重復(fù)之前的運(yùn)動(dòng)。如此周而復(fù)始地驅(qū)動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)。
[0033](3)密封件和連接件
[0034]法蘭盤3和法蘭端面4用螺栓進(jìn)行緊配合，兩者之間可用硅膠片進(jìn)行密封。法蘭端面4中心孔和主軸7之間用密封膠進(jìn)行密封。
[0035]如圖2所示，兩個(gè)推進(jìn)輪的主軸7用兩固聯(lián)的KFLOOOC(E)菱形帶座軸承15連接在一起，此種連接可以保證兩側(cè)推進(jìn)輪的轉(zhuǎn)速相互獨(dú)立。轉(zhuǎn)彎時(shí)，固定一側(cè)推進(jìn)輪或降低其轉(zhuǎn)速，讓另一側(cè)推進(jìn)輪正常前進(jìn)，機(jī)器人就繞靜止或轉(zhuǎn)動(dòng)緩慢的推進(jìn)輪實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)。
[0036]如圖3所示，兩棲機(jī)器人可進(jìn)行串聯(lián)連接，對(duì)其作業(yè)能力進(jìn)行拓展。連接時(shí)仍采用兩固聯(lián)的菱形帶座軸承15。
[0037](4)作業(yè)平臺(tái)
[0038]如圖1所示，作業(yè)平臺(tái)14和主軸7通過軸承連接，平臺(tái)下方配有重物塊，可使平臺(tái)保持平衡。此外，作業(yè)平臺(tái)14上也可安裝太陽能片為作業(yè)平臺(tái)蓄電，太陽能片經(jīng)二極管和整流電路之后可以為電池蓄電提升其航程。單個(gè)太陽能片可提供0.5V的電壓，IA的電流，將殼體I內(nèi)部的30片太陽能片進(jìn)行串聯(lián)可為12V鋰電池充電。
[0039]作業(yè)平臺(tái)13上可安裝機(jī)械臂，通過單片機(jī)預(yù)編程進(jìn)行控制，進(jìn)行俯仰與開合的雙自由度運(yùn)動(dòng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種水陸兩棲桶形機(jī)器人，由推進(jìn)輪殼體、內(nèi)部驅(qū)動(dòng)裝置、作業(yè)平臺(tái)和密封及連接件組成，其特征在于:內(nèi)部驅(qū)動(dòng)裝置置于殼體內(nèi)部，作業(yè)平臺(tái)置于兩推進(jìn)輪中間，推進(jìn)輪兩側(cè)可串聯(lián)另一組推進(jìn)輪； 推進(jìn)輪殼體外側(cè)裝有T型葉片，內(nèi)側(cè)裝有太陽能電池板；內(nèi)部驅(qū)動(dòng)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、配重塊和支撐板組成，驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在殼體內(nèi)部的支撐板上，內(nèi)部配重通過軸承與殼體主軸連接，主軸和法蘭蓋通過對(duì)頂螺母固聯(lián)，法蘭端面由硅膠片進(jìn)行密封；兩邊推進(jìn)輪主軸由兩固聯(lián)菱形帶座軸承進(jìn)行連接； 驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過接受端和發(fā)射端實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向控制，太陽能片所轉(zhuǎn)化的電能通過儲(chǔ)電電路進(jìn)行整流穩(wěn)壓及升壓后，存儲(chǔ)到蓄電池中；作業(yè)平臺(tái)可安裝機(jī)械臂，并由無線遙控控制其俯仰、轉(zhuǎn)向及開合運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水陸兩棲桶形機(jī)器人，其特征是:機(jī)器人采用模塊化設(shè)計(jì)，可用兩固聯(lián)的菱形帶座軸承在其左右串聯(lián)連接推進(jìn)輪；兩軸承通過螺栓連接，單個(gè)軸承和主軸由螺釘固聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水陸兩棲桶形機(jī)器人，其特征是:作業(yè)平臺(tái)和主軸通過軸承連接，平臺(tái)下方配有重物塊，可使平臺(tái)保持平衡；作業(yè)平臺(tái)上可安裝太陽能片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水陸兩棲桶形機(jī)器人，其特征是:推進(jìn)輪殼體外側(cè)裝有T型葉片，葉片頂端帶有一定弧度；兩葉片夾角應(yīng)小于內(nèi)部驅(qū)動(dòng)裝置的最大擺角，保證機(jī)器人能正常啟動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水陸兩棲桶形機(jī)器人，其特征是:殼體可采用透明材料加工，其內(nèi)表面貼有太陽能片。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種水陸兩棲桶形機(jī)器人，屬于機(jī)電一體化技術(shù)領(lǐng)域，它由推進(jìn)輪殼體、內(nèi)部驅(qū)動(dòng)裝置、作業(yè)平臺(tái)、密封件和連接件組成。推進(jìn)輪內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由減速電機(jī)、支撐板和配重塊組成。兩推進(jìn)輪主軸由兩固聯(lián)的菱形帶座軸承連接，使兩輪具有獨(dú)立的轉(zhuǎn)速。采用透明殼體，殼體外側(cè)裝有T型葉片，內(nèi)側(cè)裝有太陽能片。兩推進(jìn)輪中間的作業(yè)平臺(tái)可用來安裝作業(yè)工具。采用模塊化設(shè)計(jì)，推進(jìn)輪兩側(cè)可串聯(lián)連接另一推進(jìn)輪。水陸兩棲桶形機(jī)器人機(jī)動(dòng)性好、作業(yè)能力強(qiáng)，可用于兩棲探測(cè)和運(yùn)輸領(lǐng)域。
【IPC分類】B60F3-00
【公開號(hào)】CN104842726
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510244121
【發(fā)明人】蔣彬, 王致強(qiáng), 白杰, 羅凱
【申請(qǐng)人】西北工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年8月19日
【申請(qǐng)日】2015年5月12日