專利名稱:一種水陸兩棲蛇形機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及機器人機構(gòu),具體地說是一種水陸兩棲蛇形機器人。
背景技術(shù):
蛇形機器人具有穩(wěn)定性好、橫截面小、柔性等特點,能在各種粗糙、陡峭、崎嶇的復(fù) 雜地形上行走,并可攀爬障礙物,在水中游動,這是以輪子或腿作為行走工具的機器人難以 做到的。在目前已有的蛇形機器人中,絕大多數(shù)都是應(yīng)用于陸地環(huán)境,這類蛇形機器人不適 用于水陸兩棲環(huán)境。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有蛇形機器人不適用于水陸兩棲環(huán)境的問題,本發(fā)明的目的在于提供 一種水陸兩棲蛇形機器人。 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的 本發(fā)明由多個模塊組成,各模塊可相對轉(zhuǎn)動地相連接,兩相鄰模塊中的一個可相 對另一個水平偏轉(zhuǎn)及仰俯擺動。 其中所述相鄰模塊之間設(shè)有可伸縮的防水護套,機器人兩端的模塊上分別安裝 有外罩;外罩為半球型;所述模塊包括外殼及安裝在外殼內(nèi)的舵機、差動驅(qū)動機構(gòu)、扭轉(zhuǎn)板 和第一連接板,其中舵機包括扭轉(zhuǎn)舵機及第一、二偏轉(zhuǎn)舵機,扭轉(zhuǎn)板連接于扭轉(zhuǎn)舵機的輸出 軸;差動驅(qū)動機構(gòu)包括第一 六直齒輪及第一 三傘齒輪,第一直齒輪連接于第一偏轉(zhuǎn)舵 機的輸出軸,通過第二直齒輪與第三直齒輪嚙合傳動,第三直齒輪與第一傘齒輪連動,第一 傘齒輪通過第二傘齒輪與第三傘齒輪嚙合傳動;第六直齒輪連接于第二偏轉(zhuǎn)舵機的輸出 軸,通過第五直齒輪與第四直齒輪嚙合傳動,第四直齒輪與第三傘齒輪連動;第一連接板 固接于第二傘齒輪的齒輪軸、與其連動;第一、二偏轉(zhuǎn)舵機的輸出端朝向相反,第一 三直 齒輪及第四 六直齒輪分別位于外殼內(nèi)的兩側(cè);第一傘齒輪與第三傘齒輪的軸線共線,第 二傘齒輪位于第一、三傘齒輪的下方,第二傘齒輪的軸線垂直于第一、三傘齒輪的軸線;扭 轉(zhuǎn)板包括蓋板、法蘭盤及軸承座,蓋板安裝在外殼內(nèi)的第二連接板上,法蘭盤位于蓋板的一 側(cè)、具有階梯式圓臺結(jié)構(gòu),法蘭盤通過軸承座與扭轉(zhuǎn)舵機的輸出軸相連接;第一連接板為 "L"形,其一邊與第二傘齒輪的齒輪軸固接,另一邊開有與法蘭盤相連接的孔;外殼的外圓 周表面均布有多個與表面垂直的翼,翼上裝有被動輪;模塊具有轉(zhuǎn)動、水平偏轉(zhuǎn)及仰俯擺動 的三個自由度。 本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果為 1.本發(fā)明即可在陸地上運動,也可在水中運動,不受環(huán)境因素的限制。 2.本發(fā)明在陸地環(huán)境時,單翼或雙翼著地均能實現(xiàn)平穩(wěn)運動;在水中時,翼處于
任意方向都可以運動。 3.本發(fā)明的模塊具有三個自由度,運動靈活。 4.模塊之間設(shè)置了防水護套,密封性好,防止了模塊內(nèi)部進水。
5.扭轉(zhuǎn)板通過階梯式圓臺結(jié)構(gòu)與連接板固接,實現(xiàn)了扭轉(zhuǎn)板可繞其中心進行轉(zhuǎn)動 的自由度。 6.本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便。
圖1為本發(fā)明外形結(jié)構(gòu)示意圖; 圖2為本發(fā)明去掉防水護罩的結(jié)構(gòu)示意圖; 圖3為本發(fā)明具有三個自由度的模塊外形結(jié)構(gòu)示意圖; 圖4為圖3模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖之一 ; 圖5為圖3模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖之二 ; 圖6為圖3模塊的俯視圖; 圖7為圖3中扭轉(zhuǎn)板的結(jié)構(gòu)示意圖之一 ; 圖8為圖3中扭轉(zhuǎn)板的結(jié)構(gòu)示意圖之二 ; 其中1為模塊,2為防水護套,3為翼,4為被動輪,5為外罩,6為外殼,7為第一連 接板,8為扭轉(zhuǎn)板,9為扭轉(zhuǎn)舵機,10為第一偏轉(zhuǎn)舵機,11為第一直齒輪,12為第二直齒輪,13 為第三直齒輪,14為第一傘齒輪,15為第二傘齒輪,16為第三傘齒輪,17為第四直齒輪,18 為第五直齒輪,19為第六直齒輪,20為第二偏轉(zhuǎn)舵機,21為第二連接板,22為蓋板,23為法 蘭盤,24為軸承座,25為孔。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳述。 如圖1、圖2所示,本發(fā)明由多個模塊1連接組成,相鄰模塊1之間設(shè)有可伸縮的防 水護套2,機器人兩端的模塊上分別安裝有外罩5,外罩5為透明的半球型塑料罩。
如圖3 6所示,模塊1包括外殼6及安裝在外殼6內(nèi)的舵機、差動驅(qū)動機構(gòu)、扭 轉(zhuǎn)板8、第一、二連接板7、21,其中舵機包括扭轉(zhuǎn)舵機9及第一、二偏轉(zhuǎn)舵機10、20,分別安裝 在第二連接板21上,扭轉(zhuǎn)舵機9位于模塊的一端,扭轉(zhuǎn)板8連接于扭轉(zhuǎn)舵機9的輸出軸;第 一偏轉(zhuǎn)舵機10位于第二偏轉(zhuǎn)舵機20的上方,兩偏轉(zhuǎn)舵機的輸出端朝向相反。差動驅(qū)動機 構(gòu)包括第一 六直齒輪及第一 三傘齒輪,第一 三直齒輪位于第一偏轉(zhuǎn)舵機10的輸出 端方向,第四 六直齒輪位于第二偏轉(zhuǎn)舵機20的輸出端方向。第一直齒輪11固接于第一 偏轉(zhuǎn)舵機10的輸出軸,隨著第一偏轉(zhuǎn)舵機10的輸出軸轉(zhuǎn)動,第一直齒輪11通過第二直齒 輪12與第三直齒輪13嚙合傳動,第三直齒輪13與第一傘齒輪14連動,第一傘齒輪14通 過第二傘齒輪15與第三傘齒輪16嚙合傳動;第六直齒輪19固接于第二偏轉(zhuǎn)舵機20的輸 出軸,隨著第二偏轉(zhuǎn)舵機20的輸出軸轉(zhuǎn)動,第六直齒輪19通過第五直齒輪18與第四直齒 輪17嚙合傳動,第四直齒輪17與第三傘齒輪16連動;第一傘齒輪14與第三傘齒輪16的 軸線共線,第二傘齒輪15位于第一、三傘齒輪14、16的下方,第二傘齒輪15的軸線垂直于 第一、三傘齒輪14、16的軸線;第一連接板7固接于第二傘齒輪15的齒輪軸、與其連動。
如圖7、圖8所示,扭轉(zhuǎn)板8包括蓋板22、法蘭盤23及軸承座24,蓋板22安裝在外 殼6內(nèi)的第二連接板21上,法蘭盤23位于蓋板22的一側(cè)、具有階梯式圓臺結(jié)構(gòu),法蘭盤23 通過軸承座24與扭轉(zhuǎn)舵機9的輸出軸相連接。第一連接板7為"L"形,其一邊與第二傘齒
4輪15的齒輪軸固接,另一邊開有與法蘭盤23相連接的孔25 ;法蘭盤23直徑較小的圓柱容置于孔25內(nèi),再用螺釘將第一連接板7把緊于法蘭盤23。 外殼3為圓形,上面均布有多個與外殼表面垂直的翼14,翼14至少有兩個,本實施例設(shè)置了四個翼,在每個翼14上分別裝有兩個被動輪15。 本發(fā)明的水陸兩棲蛇形機器人,一端部的模塊內(nèi)部只設(shè)有扭轉(zhuǎn)舵機及扭轉(zhuǎn)板,其他模塊的結(jié)構(gòu)相同,均具有360°轉(zhuǎn)動、水平偏轉(zhuǎn)及仰俯擺動的三個自由度。
本發(fā)明的工作原理為 第一偏轉(zhuǎn)舵機10工作,帶動第一直齒輪11轉(zhuǎn)動,通過第二直齒輪12驅(qū)動第三直齒輪13轉(zhuǎn)動;由于第一傘齒輪14與第三直齒輪13連動,因此第一傘齒輪14與第三直齒輪13共同轉(zhuǎn)動。同時,第二偏轉(zhuǎn)舵機20工作,帶動第六直齒輪19轉(zhuǎn)動,通過第五直齒輪18驅(qū)動第四直齒輪17轉(zhuǎn)動;由于第三傘齒輪16與第四直齒輪17連動,因此第三傘齒輪16與第四直齒輪17共同轉(zhuǎn)動。當?shù)谝粋泯X輪14與第三傘齒輪16以相同方向,相同速度轉(zhuǎn)動時,通過第二傘齒輪15分別與第一、三傘齒輪14、 16的嚙合,使得第二傘齒輪15帶動第一連接板7產(chǎn)生仰俯擺動;當?shù)谝粋泯X輪14與第三傘齒輪16以相反方向,相同速度轉(zhuǎn)動時,即使得第二傘齒輪15帶動第一連接板7產(chǎn)生水平偏轉(zhuǎn)。 一個模塊的第一連接板7是與下一個模塊扭轉(zhuǎn)板的法蘭盤相連,因此下一個模塊即可實現(xiàn)水平偏轉(zhuǎn)及仰俯擺動。扭轉(zhuǎn)舵機9工作,帶動法蘭盤23轉(zhuǎn)動,由于法蘭盤23與第一連接板7固連,因此即可實現(xiàn)模塊的360。轉(zhuǎn)動,具有三個自由度。 本發(fā)明在陸地環(huán)境時,單翼或雙翼著地都能實現(xiàn)平穩(wěn)運動;在水中時,翼處于任意方向都可以運動。模塊可互換,可用模塊組成不同長度的水陸兩棲蛇形機器人。
本實施例中,水陸兩棲蛇形機器人是由八個??旖M成的,尺寸為①140mmX1140mm,其中單個模塊的尺寸為①140mmX 124mm。所述扭轉(zhuǎn)舵機9及第一、二偏轉(zhuǎn)舵機10、20以電機為主結(jié)構(gòu),為市購產(chǎn)品,可購置于臺灣Futaba公司,型號為S3305。
權(quán)利要求
一種水陸兩棲蛇形機器人,其特征在于由多個模塊(1)組成,各模塊可相對轉(zhuǎn)動地相連接,兩相鄰模塊中的一個可相對另一個水平偏轉(zhuǎn)及仰俯擺動。
2. 按權(quán)利要求1所述的水陸兩棲蛇形機器人,其特征在于所述相鄰模塊(1)之間設(shè) 有可伸縮的防水護套(2),機器人兩端的模塊上分別安裝有外罩(5)。
3. 按權(quán)利要求1所述的水陸兩棲蛇形機器人,其特征在于所述外罩(5)為半球型。
4. 按權(quán)利要求1所述的水陸兩棲蛇形機器人,其特征在于所述模塊(1)包括外殼(6)及安裝在外殼(6)內(nèi)的舵機、差動驅(qū)動機構(gòu)、扭轉(zhuǎn)板(8)和第一連接板(7),其中舵機包括 扭轉(zhuǎn)舵機(9)及第一、二偏轉(zhuǎn)舵機(10、20),扭轉(zhuǎn)板(8)連接于扭轉(zhuǎn)舵機(9)的輸出軸;差 動驅(qū)動機構(gòu)包括第一 六直齒輪及第一 三傘齒輪,第一直齒輪(11)連接于第一偏轉(zhuǎn)舵 機(10)的輸出軸,通過第二直齒輪(12)與第三直齒輪(13)嚙合傳動,第三直齒輪(13)與 第一傘齒輪(14)連動,第一傘齒輪(14)通過第二傘齒輪(15)與第三傘齒輪(16)嚙合傳 動;第六直齒輪(19)連接于第二偏轉(zhuǎn)舵機(20)的輸出軸,通過第五直齒輪(18)與第四直 齒輪(17)嚙合傳動,第四直齒輪(17)與第三傘齒輪(16)連動;第一連接板(7)固接于第 二傘齒輪(15)的齒輪軸、與其連動。
5. 按權(quán)利要求4所述的水陸兩棲蛇形機器人,其特征在于所述第一、二偏轉(zhuǎn)舵機(10、 20)的輸出端朝向相反,第一 三直齒輪(11 13)及第四 六直齒輪(17 19)分別位于 外殼(6)內(nèi)的兩側(cè)。
6. 按權(quán)利要求4所述的水陸兩棲蛇形機器人,其特征在于所述第一傘齒輪(14)與第 三傘齒輪(16)的軸線共線,第二傘齒輪(15)位于第一、三傘齒輪(14、 16)的下方,第二傘 齒輪(15)的軸線垂直于第一、三傘齒輪(14、16)的軸線。
7. 按權(quán)利要求4所述的水陸兩棲蛇形機器人,其特征在于所述扭轉(zhuǎn)板(8)包括蓋板 (22)、法蘭盤(23)及軸承座(24),蓋板(22)安裝在外殼(6)內(nèi)的第二連接板(21)上,法蘭 盤(23)位于蓋板(22)的一側(cè)、具有階梯式圓臺結(jié)構(gòu),法蘭盤(23)通過軸承座(24)與扭轉(zhuǎn) 舵機(9)的輸出軸相連接。
8. 按權(quán)利要求4或7所述的水陸兩棲蛇形機器人,其特征在于所述第一連接板(7) 為"L"形,其一邊與第二傘齒輪(15)的齒輪軸固接,另一邊開有與法蘭盤(23)相連接的孔 (25)。
9. 按權(quán)利要求4所述的水陸兩棲蛇形機器人,其特征在于所述外殼(3)的外圓周表 面均布有多個與表面垂直的翼(14),翼(14)上裝有被動輪(15)。
10. 按權(quán)利要求1所述的水陸兩棲蛇形機器人,其特征在于所述模塊(1)具有轉(zhuǎn)動、 水平偏轉(zhuǎn)及仰俯擺動的三個自由度。
全文摘要
本發(fā)明涉及機器人機構(gòu),具體地說是一種水陸兩棲蛇形機器人,由多個模塊組成,各模塊可相對轉(zhuǎn)動地相連接,兩相鄰模塊中的一個可相對另一個水平偏轉(zhuǎn)及仰俯擺動。本發(fā)明既可在陸地上運動,也可在水中運動,不受環(huán)境因素的限制;在陸地環(huán)境時,單翼或雙翼著地均能實現(xiàn)平穩(wěn)運動;在水中時,翼處于任意方向都可以運動;模塊具有三個自由度,運動靈活;模塊之間設(shè)置了防水護套,密封性好,防止了模塊內(nèi)部進水;扭轉(zhuǎn)板通過階梯式圓臺結(jié)構(gòu)與連接板固接,實現(xiàn)了扭轉(zhuǎn)板可繞其中心進行轉(zhuǎn)動的自由度。
文檔編號B25J17/00GK101746237SQ20081022997
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月19日
發(fā)明者葉長龍, 張國偉, 李斌, 王聰, 王越超, 馬書根, 龔海里 申請人:中國科學(xué)院沈陽自動化研究所