一种水陆两栖机器人双轮结构仿生足蹼装置的制作方法

本发明属于机器人行走结构技术领域，尤其涉及一种水陆两栖机器人双轮结构仿生足蹼装置。

背景技术：

近年来随着机器人技术的不断发展与成熟，大量的机器人被应用于执行侦察、运输、探测等任务。这些机器人大致可分为三类：地面机器人、水下机器人及空间机器人。其中，地面机器人多采用轮式或履带式足部结构，水下机器人采用螺旋桨、仿生掌蹼结构。这两种机器人由于足部结构的限制，通常只能在地形环境较为单一的情况下使用，而常见的运输、侦察类机器人一般需要面对复杂的地形环境，比如较为崎岖的山地，泥泞的泥滩以及水坑、浅滩等水陆交错地形，当面对地形环境复杂多变、水陆环境交错的情况时大多只能束手无策，无法适应复杂多变的水陆交错环境。现有的一些水陆两栖机器人采用六足或球形结构的足部装置，可以应对一些复杂环境，但由于其自身结构所限，在陆地上的运动能力较差，存在运动速度缓慢、震动剧烈、容易暴露目标等问题，无法满足探测、侦察机器人的基本需求；另外，当机器人足部陷入凹坑、泥沼等地形时，简单的轮式、履带式结构无法轻易摆脱困境。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有的侦测机器人足部功能较为单一，只能适应单一环境，如地面机器人只能在陆地上运动，水下机器人只能在水中运动，而侦察机器人要面对复杂的水陆环境，功能较为单一的足部装置则无法胜任复杂的环境；

(2)现存的水陆两栖机器人足部装置，如六足、球型足部结构在陆地上的运动效果差，运动速度缓慢，震荡幅度大，容易被探测，而在水中的运动不易控制，不能保证运动速度；

(3)在面对泥沼、陷坑等地形时，无论是传统的轮式、履带式足部结构，抑或是六足等新型仿生结构都不能有效地使机器人摆脱困境，不能满足侦察探测类型的机器人面对复杂环境时的需求。

技术实现要素：

针对上述背景技术中指出的不足，本发明提供了一种水陆两栖机器人双轮结构仿生足蹼装置，旨在解决上述背景技术中现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种水陆两栖机器人双轮结构仿生足蹼装置，包括设置于机器人行走位置处的传动轴、安装于所述传动轴两端的双轮胎、固定于双轮胎之间传动轴轴向上的多个气缸、连接于所述气缸上的活塞杆，所述活塞杆之间连接有橡胶材料形成橡胶足蹼，橡胶足蹼所在的面与传动轴所在的面平行。

优选地，所述气缸和活塞杆均对应设置3个，橡胶足蹼在活塞杆的顶部及气缸的底部进行固定。

优选地，所述活塞杆伸长后橡胶足蹼的顶端高于轮胎的外边缘，所述活塞杆收缩后橡胶足蹼的顶端低于轮胎的外边缘。

优选地，所述传动轴为中空结构，所述中空结构内的中空部分形成所述气缸的气动回路。

优选地，所述气缸焊接固定于传动轴上。

相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：

本发明把双轮结构与仿生足蹼结构进行巧妙地结合，利用两种结构各自在陆地和水中的运动优势，通过气动回路控制气缸上活塞杆的伸出及缩回，实现了机器人足部运动陆地模式和水上模式的切换，在陆地上使用技术成熟的轮式结构，能够使机器人以20km/h以上的速度在陆地上运行，相比于普通的两栖类六足机器人最高10km/h的速度提升2倍以上。而在水面上利用仿生足蹼结构能够使机器人保持0.2m/s的移动速度。此外，本发明还能够通过轮式结构与足蹼结构的结合使侦察机器人在泥沼、凹坑等不利地形行走，极大地扩展了侦察运输类机器人的活动范围，增强了其对环境的适应能力，克服了大部分复杂地形带来的不便，对侦察运输类机器人具有极大的实用价值。

附图说明

图1是本发明实施例提供的水陆两栖机器人双轮结构仿生足蹼装置水上模式的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的水陆两栖机器人双轮结构仿生足蹼装置陆地模式的结构示意图。

图3是本发明实施例提供的水陆两栖机器人双轮结构仿生足蹼装置的主视图。

图中：1-轮胎；2-传动轴；3-气缸；4-活塞杆；5-橡胶足蹼。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1-3，本发明提供一种水陆两栖机器人双轮结构仿生足蹼装置，包括轮胎1、传动轴2、气缸3及活塞杆4，轮胎1通过传动轴2安装于机器人的行走位置处，使用双轮结构，在传动轴2的两端部安装双轮胎1，双轮胎1之间的传动轴2的轴向上的固定3个气缸3，可采用焊接的方式对其进行固定，每个气缸3上均设有活塞杆4，相邻活塞杆4之间通过橡胶材料进行连接，两块橡胶材料的四个角分别固定在相邻活塞杆4的顶部及相邻气缸3的底部，形成橡胶足蹼5，活塞杆4伸缩的过程中，由于橡胶材料仅在四个角与活塞杆4顶部、气缸3底部进行了固定，因而橡胶材料也能随同活塞杆4的伸缩进行伸展与压缩变形。橡胶足蹼所在面与传动轴2所在的面平行，以便于橡胶足蹼5能发挥其应有的作用。本领域技术人员公知，气缸3是通过气动回路实现活塞杆4的伸缩运动的，本发明中，可将传动轴2设计为中空结构，在中空结构内的中空部分形成气缸3的气动回路，中空的传动轴2要能保证其强度，中空结构能够节省材料，降低成本。本发明通过双轮结构与仿生足蹼的结合，利用两种结构各自在陆地和水中的运动优势，实现机器人在水陆两种环境中的运动，为使得足蹼结构在水中或泥淖中发挥优势，又不影响双轮结构在陆地使用，本发明中活塞杆4伸长后橡胶足蹼的顶端高于轮胎1的外边缘，活塞杆4收缩后橡胶足蹼的顶端低于轮胎1的外边缘。

本发明的应用过程：当侦察运输类机器人在水面上运动时，其足蹼结构采用图1所示的水上模式，通过气动回路控制活塞杆4推出气缸3，此时固定在活塞杆4上的橡胶足蹼5伸展为平面，形成足蹼形状，利用足蹼绕传动轴2做回转运动与水产生反推力，推动机器人在水面上运动。当侦察运输类机器人在陆地上运动时，其足蹼结构采用图2所示的陆上模式，通过气动回路控制活塞杆4收缩回两轮之间的气缸3中而不影响双轮的运动，然后利用装置的双轮结构在陆地上运行，此时，足蹼结构为轮式结构，有利于机器人在陆地上平稳高速的运动。当侦察运输类机器人的轮胎陷入泥沼类地形时，可将本发明切换至水上模式，使橡胶足蹼伸展，利用足蹼与泥沼接触的推动作用，其反作用力大的特点可以将机器人轮胎从泥沼中推出，从而容易地摆脱困境。

本发明通过双轮结构，有效地提升了机器人在崎岖地形上的运动能力，能够使机器人以20km/h以上的速度在陆地上运行，相比于普通的两栖类六足机器人最高10km/h的速度提升2倍以上，在保证速度的前提下还能提升机器人运动的稳定性。通过仿生足蹼结构，可以让机器人在水面上移动，获得如同两栖类动物在水上运动的能力，在水面上能够使机器人保持0.2m/s的移动速度。通过气动回路控制气缸上活塞杆的伸出及缩回，使橡胶足蹼展开或收缩，从而实现机器人足部在水路与陆地运动模式切换的功能。仿生足蹼结构能够使机器人在水面上获得前进的推进力，同时当机器人陷入泥淖、凹坑中时可利用该结构的伸出以及足蹼活塞头与泥泞地形接触面积大、受力效果好等特点使机器人迅速摆脱困境。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种水陆两栖机器人双轮结构仿生足蹼装置，其特征在于，包括设置于机器人行走位置处的传动轴、安装于所述传动轴两端的双轮胎、固定于双轮胎之间传动轴轴向上的多个气缸、连接于所述气缸上的活塞杆，所述活塞杆之间连接有橡胶材料形成橡胶足蹼，所述橡胶足蹼所在的面与传动轴所在的面平行。

2.如权利要求1所述的水陆两栖机器人双轮结构仿生足蹼装置，其特征在于，所述气缸和活塞杆均对应设置3个，所述橡胶足蹼在活塞杆的顶部及气缸的底部进行固定。

3.如权利要求1所述的水陆两栖机器人双轮结构仿生足蹼装置，其特征在于，所述活塞杆伸长后橡胶足蹼的顶端高于轮胎的外边缘，所述活塞杆收缩后橡胶足蹼的顶端低于轮胎的外边缘。

4.如权利要求1所述的水陆两栖机器人双轮结构仿生足蹼装置，其特征在于，所述传动轴为中空结构，所述中空结构内的中空部分形成所述气缸的气动回路。

5.如权利要求1所述的水陆两栖机器人双轮结构仿生足蹼装置，其特征在于，所述气缸焊接固定于传动轴上。

技术总结

本发明公开了一种水陆两栖机器人双轮结构仿生足蹼装置，包括设置于机器人行走位置处的传动轴、安装于所述传动轴两端的双轮胎、固定于双轮胎之间传动轴轴向上的多个气缸、连接于所述气缸上的活塞杆，所述活塞杆之间连接有橡胶材料形成橡胶足蹼，橡胶足蹼所在的面与传动轴所在的面平行。本发明将双轮结构与仿生足蹼结构进行巧妙地结合，通过气动回路控制气缸上活塞杆的伸出及缩回，实现了机器人足部运动陆地模式和水上模式的切换，在崎岖地形上能保证速度的前提下还能提升机器人运动的稳定性。本发明还能够使侦察机器人在泥沼、凹坑等不利地形行走，极大地扩展了侦察运输类机器人的活动范围，增强了其对环境的适应能力，具有广阔的应用前景。

技术研发人员：安德麟;安虎平

受保护的技术使用者：西安交通大学

技术研发日：.11.27

技术公布日：.02.07

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