變結(jié)構(gòu)水陸空三棲類輪式越障機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種變結(jié)構(gòu)水陸空三棲類輪式越障機(jī)器人，包括機(jī)體，在機(jī)體的左右兩側(cè)設(shè)有對稱布置的類輪結(jié)構(gòu)，每個(gè)類輪結(jié)構(gòu)通過一上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)與機(jī)體連接；每個(gè)類輪結(jié)構(gòu)設(shè)有一驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)上；每個(gè)類輪結(jié)構(gòu)設(shè)有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)輪軸座、周向均布固定在輪軸座上的3～5個(gè)輪輻和對應(yīng)固定在每個(gè)輪輻外端的輪緣段，相鄰的兩個(gè)輪緣段之間設(shè)有跨距；所有輪輻采用螺旋槳槳葉結(jié)構(gòu)，在機(jī)體左右兩側(cè)對稱設(shè)置的兩個(gè)類輪結(jié)構(gòu)的輪輻的螺旋槳槳葉結(jié)構(gòu)旋向相反，在機(jī)體對角設(shè)置的兩個(gè)類輪結(jié)構(gòu)的輪輻的螺旋槳槳葉結(jié)構(gòu)旋向相同。本實(shí)用新型可行進(jìn)于崎嶇的路面，可飛越障礙物，可游動(dòng)前行于河流、湖泊等涉水環(huán)境。
【專利說明】變結(jié)構(gòu)水陸空三棲類輪式越障機(jī)器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域，具體是一種可變結(jié)構(gòu)并且具有水陸空三棲越障能力的類輪式越障機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]越障機(jī)器人因具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)與感知、動(dòng)態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等能力而在生化污染等危險(xiǎn)惡劣環(huán)境下實(shí)現(xiàn)軍事偵察、掃雷排險(xiǎn)、物料搬運(yùn)等功能，具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，越障機(jī)器人的研究主要集中于陸地移動(dòng)機(jī)器人，主要有輪式、履帶式、腿式、蠕動(dòng)式、跳躍式和復(fù)合式六大類。
[0003]輪式機(jī)器人的速度快、效率高、運(yùn)動(dòng)噪聲低,但其地形適應(yīng)能力較差,對崎嶇度大的復(fù)雜地形無能為力，基本無越障能力。如申請?zhí)?01110177875.5名稱為“一種全方位輪式移動(dòng)機(jī)器人”的發(fā)明專利，使車輪輪體呈空心結(jié)構(gòu)并放置軸向旋轉(zhuǎn)電機(jī)，通過改變車輪的旋轉(zhuǎn)方向使移動(dòng)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)3自由度全方位回轉(zhuǎn)，然而該移動(dòng)機(jī)器人只適用于平坦地面，無法應(yīng)對崎嶇地形，更無越障能力。
[0004]履帶式機(jī)器人越障能力與地形適應(yīng)能力強(qiáng)，履帶與地面接觸面積大，運(yùn)動(dòng)較平穩(wěn)，但缺陷是速度相對較小、效率低、機(jī)動(dòng)性差，不能處理高度落差較大的地形，且崎嶇地面對履帶磨損較大。如申請?zhí)?01010535194.7名稱為“機(jī)器人履帶運(yùn)動(dòng)模塊”的發(fā)明專利，采用齒向向外的同步帶作為履帶，具備轉(zhuǎn)彎和障礙檢測功能，但在越障過程中同步帶壽命低、易磨損甚至磨斷。
[0005]腿式機(jī)器人雖然能夠適應(yīng)復(fù)雜的地形，機(jī)動(dòng)性及能效性高，但由于其結(jié)構(gòu)自由度多、機(jī)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致控制困難、移動(dòng)速度慢、功耗大。如申請?zhí)?00580001117.0名稱為“腿式移動(dòng)機(jī)器人”的發(fā)明專利，在腳部設(shè)置地面反作用力探測器及彈簧構(gòu)件以減小慣性力和高速運(yùn)動(dòng)時(shí)的沖擊影響，然而機(jī)器人結(jié)構(gòu)布置與控制系統(tǒng)復(fù)雜，成本增加。
[0006]蛇行式和跳躍式機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性方面具有優(yōu)越性，但其承載能力較差，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性不高。如申請?zhí)?01210041454.4名稱為“一種多功能蛇形機(jī)器人”的發(fā)明專利，具有跨越溝槽與臺(tái)階、爬桿等功能，地形適應(yīng)能力較強(qiáng)，然而該機(jī)器人由多個(gè)基本節(jié)通過具有三轉(zhuǎn)動(dòng)能力的接頭連接而成，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，越障時(shí)由接頭轉(zhuǎn)動(dòng)抬起基本節(jié)，需要較大的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，承載能力與運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性較差。
[0007]復(fù)合式移動(dòng)機(jī)器人由上述五類移動(dòng)機(jī)器人組合而成，如復(fù)合輪式、輪-腿式、輪-腿-履帶式等。復(fù)合式移動(dòng)機(jī)器人雖結(jié)合了各類機(jī)器人的優(yōu)勢，但也繼承了各類機(jī)器人的缺陷，結(jié)構(gòu)與控制復(fù)雜。如申請?zhí)?01310205386.5名稱為“一種可跳躍的移動(dòng)機(jī)器人”將輪式與跳躍式裝置組合，通過自平衡系統(tǒng)控制輪式移動(dòng)裝置的平移運(yùn)動(dòng)，由鎖定釋放裝置控制跳躍機(jī)構(gòu)的跳躍運(yùn)動(dòng)，為應(yīng)對機(jī)器人本體跳躍落地時(shí)的沖擊影響還設(shè)置了落地緩沖和姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)，機(jī)器人的構(gòu)成較復(fù)雜，各機(jī)構(gòu)間的協(xié)調(diào)控制難度較大。
[0008]上述各類移動(dòng)式越障機(jī)器人主要應(yīng)用于陸地崎嶇地形，若地形崎嶇度大，不同類型移動(dòng)機(jī)器人有不同應(yīng)對策略，但效率均不高，且上述移動(dòng)越障機(jī)器人均無法應(yīng)對涉水環(huán)境。如何提高越障機(jī)器人的復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)其高效越障能力，是目前越障機(jī)器人的研
究重心。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有越障機(jī)器人的不足，提高越障機(jī)器人的復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)力，提供一種具有移動(dòng)、飛行、渡水三種運(yùn)動(dòng)功能的機(jī)器人。
[0010]本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:一種變結(jié)構(gòu)水陸空三棲類輪式越障機(jī)器人，包括機(jī)體，在所述機(jī)體的左右兩側(cè)設(shè)有對稱布置的類輪結(jié)構(gòu)，每個(gè)所述類輪結(jié)構(gòu)通過一上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)與所述機(jī)體連接；每個(gè)所述類輪結(jié)構(gòu)設(shè)有一驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在所述上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)上；每個(gè)所述類輪結(jié)構(gòu)設(shè)有一個(gè)與所述上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)連接的輪軸座、周向均布固定在所述輪軸座上的3?5個(gè)輪輻和對應(yīng)固定在每個(gè)所述輪輻外端的輪緣段，相鄰的兩個(gè)所述輪緣段之間設(shè)有跨距；所有所述輪輻采用螺旋槳槳葉結(jié)構(gòu)，在所述機(jī)體左右兩側(cè)對稱設(shè)置的兩個(gè)所述類輪結(jié)構(gòu)的輪輻的螺旋槳槳葉結(jié)構(gòu)旋向相反，在所述機(jī)體對角設(shè)置的兩個(gè)所述類輪結(jié)構(gòu)的輪輻的螺旋槳槳葉結(jié)構(gòu)旋向相同。
[0011]所述上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)包括水平支撐架、擺桿、內(nèi)伸縮桿、外套筒和推拉機(jī)構(gòu)，所述水平支撐架的內(nèi)端與所述機(jī)體的側(cè)面垂直固接，所述水平支撐架的外端與所述擺桿的內(nèi)端通過軸線與所述水平支撐架垂直的轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，所述擺桿的外端設(shè)有與其轉(zhuǎn)動(dòng)連接的類輪結(jié)構(gòu)，該類輪結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在所述擺桿內(nèi)，所述擺桿的上中部或下中部通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與所述內(nèi)伸縮桿的外端連接，所述內(nèi)伸縮桿滑動(dòng)連接在所述外套筒內(nèi)，所述外套筒的內(nèi)端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與所述機(jī)體相連，所述內(nèi)伸縮桿設(shè)有所述推拉機(jī)構(gòu)，所述推拉機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源固定在所述外套筒的內(nèi)端上。
[0012]在行進(jìn)過程中，至少有三個(gè)不同側(cè)的所述輪緣段與地面接觸。
[0013]所述輪緣段上設(shè)有凹凸不平的花紋。
[0014]本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0015]I)越障能力強(qiáng)；類輪結(jié)構(gòu)的輪緣為同一圓周的對稱弧段，具有如輪式裝置般的靈活快速直線移動(dòng)及轉(zhuǎn)彎能力，輪緣間存在跨距，可越過正常車輪無法跨越的障礙。
[0016]2)復(fù)雜路況適應(yīng)性高；若地形崎嶇度大，僅靠類輪結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)爬行無法攀越，可通過換向機(jī)構(gòu)使部分類輪結(jié)構(gòu)上翻90°旋轉(zhuǎn)換向，由類輪結(jié)構(gòu)的螺旋槳槳葉式輪輻旋轉(zhuǎn)為越障機(jī)器人提供升力，實(shí)現(xiàn)飛行越障，若遇到河流、湖泊等涉水環(huán)境，可通過換向機(jī)構(gòu)使部分類輪結(jié)構(gòu)上翻90°旋轉(zhuǎn)換向，由其輪輻旋轉(zhuǎn)提供升力，其余類輪結(jié)構(gòu)的輪輻旋轉(zhuǎn)提供前進(jìn)推動(dòng)力。
[0017]3)結(jié)構(gòu)簡單，機(jī)動(dòng)性好；若陸地行進(jìn)過程移動(dòng)機(jī)器人不慎失穩(wěn)，對稱布置結(jié)構(gòu)可保證其機(jī)體180°翻轉(zhuǎn)后仍可繼續(xù)前行。
[0018]綜上，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單緊湊，機(jī)動(dòng)性較好，可快速行進(jìn)于較為崎嶇的路面，可低空飛越難以攀越的障礙物，還可游動(dòng)前行于河流、湖泊等涉水環(huán)境。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本實(shí)用新型的變結(jié)構(gòu)水陸空三棲類輪式越障機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)圖；[0020]圖2是本實(shí)用新型的上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3是本實(shí)用新型的類輪結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4是本實(shí)用新型的空中飛行結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖5是本實(shí)用新型的渡水結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖中:1_機(jī)體、201-第一上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)、202-第二上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)、203-第三上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)、204-第四上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)、205-第五上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)、206-第六上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)、207-水平支撐架、208-擺桿、209-內(nèi)伸縮桿、210-外套筒、211-動(dòng)力源、301-第一類輪結(jié)構(gòu)、302-第二類輪結(jié)構(gòu)、303-第三類輪結(jié)構(gòu)、304-第四類輪結(jié)構(gòu)、305-第五類輪結(jié)構(gòu)、306-第六類輪結(jié)構(gòu)、307-輪軸座、308-輪輻、309-輪緣段。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為能進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下:
[0026]請參閱圖1?圖5，本實(shí)用新型一種變結(jié)構(gòu)水陸空三棲類輪式越障機(jī)器人，包括機(jī)體1，在機(jī)體I的左右兩側(cè)設(shè)有對稱布置的類輪結(jié)構(gòu)，每個(gè)類輪結(jié)構(gòu)通過一上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)與機(jī)體I連接；每個(gè)類輪結(jié)構(gòu)設(shè)有一驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)上；每個(gè)類輪結(jié)構(gòu)設(shè)有與上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)連接的一個(gè)輪軸座307、周向均布固定在輪軸座307上的3?5個(gè)輪輻308和對應(yīng)固定在每個(gè)輪輻308外端的輪緣段309，相鄰的兩個(gè)輪緣段309之間設(shè)有跨距；所有輪輻308采用螺旋槳槳葉結(jié)構(gòu)，在機(jī)體左右兩側(cè)對稱設(shè)置的兩個(gè)類輪結(jié)構(gòu)的輪輻的螺旋槳槳葉結(jié)構(gòu)旋向相反，在機(jī)體對角設(shè)置的兩個(gè)類輪結(jié)構(gòu)的輪輻的螺旋槳槳葉結(jié)構(gòu)旋向相同。
[0027]本實(shí)用新型的越障機(jī)器人結(jié)構(gòu)對稱，若行進(jìn)過程不慎翻轉(zhuǎn)仍可按該翻轉(zhuǎn)后的形態(tài)繼續(xù)前進(jìn)。上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)能夠使類輪結(jié)構(gòu)的軸線上翻或下翻90°，實(shí)現(xiàn)類輪結(jié)構(gòu)軸線由垂直機(jī)體側(cè)面到平行機(jī)體側(cè)面的轉(zhuǎn)向換位。
[0028]下面結(jié)合每一幅圖對本實(shí)用新型的實(shí)施例做進(jìn)一步說明:
[0029]請參閱圖1?圖5，一種變結(jié)構(gòu)水陸空三棲類輪式越障機(jī)器人，機(jī)體I內(nèi)部包含運(yùn)動(dòng)控制計(jì)算器，機(jī)體I設(shè)有外部設(shè)備和感知探測設(shè)備等裝置，主要作用為探知環(huán)境及地形狀況、傳輸信號(hào)和給定指令等。在本實(shí)施例中，類輪結(jié)構(gòu)有前后左右均對稱的6個(gè)，分別為:第一類輪結(jié)構(gòu)301、第二類輪結(jié)構(gòu)302、第三類輪結(jié)構(gòu)303、第四類輪結(jié)構(gòu)304、第五類輪結(jié)構(gòu)305和第六類輪結(jié)構(gòu)306。上述所有類輪結(jié)構(gòu)具有相同的結(jié)構(gòu)組成，包括輪軸座307、輪輻308和輪緣段309。輪軸座307在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的作用下，可相對于擺桿轉(zhuǎn)動(dòng)；在輪軸座307的外圓面上周向?qū)ΨQ安裝三至五個(gè)輪輻308，每一輪輻308的外端固定安裝輪緣段309，輪緣段309呈圓弧形，如圖3虛線所示，同一類輪結(jié)構(gòu)的輪緣段為同一圓周上的弧段，輪緣段309可以采用壓花等工藝手段在外側(cè)形成凹凸不平的花紋以增大摩擦系數(shù)，防止類輪結(jié)構(gòu)在陸地上移動(dòng)時(shí)打滑；輪輻308采用螺旋槳槳葉結(jié)構(gòu)。第一類輪結(jié)構(gòu)301、第三類輪結(jié)構(gòu)303、第四類輪結(jié)構(gòu)304和第六類輪結(jié)構(gòu)306具有相同的材質(zhì)與尺寸，第二類輪結(jié)構(gòu)302和第五類輪結(jié)構(gòu)305具有相同的材質(zhì)與尺寸。如圖1所示，第一類輪結(jié)構(gòu)301的輪輻和第六類輪結(jié)構(gòu)306的輪輻為左旋設(shè)置，第三類輪結(jié)構(gòu)303的輪輻和第四類輪結(jié)構(gòu)304的輪輻為右旋設(shè)置；第二類輪結(jié)構(gòu)302的輪輻為右旋設(shè)置時(shí)，第五類輪結(jié)構(gòu)305的輪輻為左旋設(shè)置。反之，若第一類輪結(jié)構(gòu)301的輪輻和第六類輪結(jié)構(gòu)306的輪輻為右旋設(shè)置，第三類輪結(jié)構(gòu)303的輪輻和第四類輪結(jié)構(gòu)304的輪輻則為左旋設(shè)置；若第二類輪結(jié)構(gòu)302的輪輻為左旋設(shè)置，第五類輪結(jié)構(gòu)305的輪輻為右旋設(shè)置。
[0030]每個(gè)類輪結(jié)構(gòu)設(shè)有一個(gè)上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)，在本實(shí)施例中，共有6個(gè)上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)，分別為:第一上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)201、第二上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)202、第三上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)203、第四上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)204、第五上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)205和第六上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)206。上述每個(gè)上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)都具有使類輪結(jié)構(gòu)的軸線由水平狀態(tài)翻轉(zhuǎn)換位成豎直狀態(tài)的能力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)類輪結(jié)構(gòu)軸線的90ο換位。任何具有上述換位功能的裝置均可用作上述越障機(jī)器人的上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)。如圖2所示，本實(shí)施例采用平面四桿機(jī)構(gòu)形成上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)，包括水平支撐架207、擺桿208、內(nèi)伸縮桿209、外套筒210和推拉機(jī)構(gòu)。水平支撐架207的內(nèi)端與機(jī)體I的側(cè)面垂直固接，水平支撐架207的外端與擺桿208的一端通過軸線與水平支撐架207垂直的轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，擺桿208的外端設(shè)有與其轉(zhuǎn)動(dòng)連接的類輪結(jié)構(gòu)，該類輪結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在擺桿208內(nèi)；在擺桿208的上中部或下中部通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與內(nèi)伸縮桿209的外端連接，內(nèi)伸縮桿209滑動(dòng)連接在外套筒210內(nèi)，外套筒210的內(nèi)端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與機(jī)體I相連，內(nèi)伸縮桿209設(shè)有推拉機(jī)構(gòu)，推拉機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源固定在外套筒210的內(nèi)端上。推拉機(jī)構(gòu)可以采用直線電機(jī)也可以采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)+螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的形式。推拉機(jī)構(gòu)帶動(dòng)內(nèi)伸縮桿209相對于外套筒210移動(dòng)構(gòu)成直線移動(dòng)副，水平支撐架207、擺桿208、內(nèi)伸縮桿209和外套筒210構(gòu)成平面四桿機(jī)構(gòu)，如圖2所示，擺桿208可繞與水平支撐架207垂直的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線擺動(dòng)。上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)并不限制采用上述結(jié)構(gòu)，還可采用其他實(shí)現(xiàn)形式，如伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副和多轉(zhuǎn)動(dòng)空間機(jī)構(gòu)等。
[0031]上述變結(jié)構(gòu)水陸空三棲類輪式越障機(jī)器人可根據(jù)地形的不同狀況，采取不同的越障形式，主要有移動(dòng)、飛行、渡水三種運(yùn)動(dòng)功能。
[0032]如圖1所示，在陸地上行進(jìn)時(shí)，上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)不起作用，擺桿208位于水平位置，六個(gè)類輪結(jié)構(gòu)均與地面接觸。類輪結(jié)構(gòu)的輪緣段309呈圓弧形，可產(chǎn)生與正常車輪一致的滾動(dòng)前進(jìn)模式，越障機(jī)器人行進(jìn)方向?yàn)榧^所示A方向。調(diào)節(jié)六個(gè)類輪結(jié)構(gòu)的速度，可實(shí)現(xiàn)與正常輪式裝置一致的差動(dòng)轉(zhuǎn)彎功能。同一類輪結(jié)構(gòu)的輪緣段309存在跨距，可跨越正常輪式裝置無法攀越的障礙。每個(gè)類輪結(jié)構(gòu)包括三至五個(gè)輪輻308，調(diào)節(jié)六個(gè)類輪結(jié)構(gòu)的輪輻308的相位，使六個(gè)類輪結(jié)構(gòu)的輪緣段309接觸地面的時(shí)間存在差異，保證行進(jìn)過程中至少有三個(gè)不同側(cè)的類輪結(jié)構(gòu)的輪緣段309與地面接觸，防止本實(shí)用新型的移動(dòng)機(jī)器人失穩(wěn)，增強(qiáng)其平面移動(dòng)的穩(wěn)定性。
[0033]如圖4所示，若安裝于機(jī)體I內(nèi)的感知探測設(shè)備觀測到前方出現(xiàn)無法攀越的障礙，啟動(dòng)第一上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)201、第三上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)203、第四上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)204和第六上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)206，使擺桿208相對于水平支撐架207產(chǎn)生90°向上旋轉(zhuǎn)，則第一類輪結(jié)構(gòu)301、第三類輪結(jié)構(gòu)303、第四類輪結(jié)構(gòu)304和第六類輪結(jié)構(gòu)306位于機(jī)體I上方的同一高度水平平面且輪軸座軸線與機(jī)體I上表面垂直；第二上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)202與第五上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)205保持不動(dòng)，則第二類輪結(jié)構(gòu)302與第五類輪結(jié)構(gòu)305輪軸座軸線方向仍與機(jī)體I上表面平行。如圖4虛線箭頭所示，第一類輪結(jié)構(gòu)301和第六類輪結(jié)構(gòu)306在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的作用下順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，第三類輪結(jié)構(gòu)303和第四類輪結(jié)構(gòu)304在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的作用下逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，第二類輪結(jié)構(gòu)302和第五類輪結(jié)構(gòu)305保持靜止，第一類輪結(jié)構(gòu)301、第三類輪結(jié)構(gòu)303、第四類輪結(jié)構(gòu)304和第六類輪結(jié)構(gòu)306通過氣流作用產(chǎn)生與輪軸座307軸線方向平行的升力以及阻止類輪結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)的力矩，如圖4實(shí)線箭頭所示B方向，升力帶動(dòng)上述越障機(jī)器人飛行越過障礙。調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速改變第一類輪結(jié)構(gòu)301、第三類輪結(jié)構(gòu)303、第四類輪結(jié)構(gòu)304和第六類輪結(jié)構(gòu)306的轉(zhuǎn)速，升力隨之變化，從而控制上述越障機(jī)器人的飛行姿態(tài)和位置。上述越障機(jī)器人平衡飛行時(shí)，陀螺效應(yīng)與空氣動(dòng)力扭矩效應(yīng)均被抵消，且類輪結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)對機(jī)體I的反扭矩得到平衡。
[0034]如圖5所示，若安裝于機(jī)體I內(nèi)的感知探測設(shè)備觀測到前方出現(xiàn)河流、湖泊等涉水環(huán)境，啟動(dòng)第二上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)202和第五上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)205，使擺桿208相對于支撐架207產(chǎn)生90°向上旋轉(zhuǎn)，則第二類輪結(jié)構(gòu)302和第五類輪結(jié)構(gòu)305位于機(jī)體I上方的同一高度水平平面且輪軸座軸線與機(jī)體I上表面垂直；第二類輪結(jié)構(gòu)302在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的作用下逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，第五類輪結(jié)構(gòu)305在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的作用下順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，由于類輪結(jié)構(gòu)的輪輻308呈螺旋槳槳葉式結(jié)構(gòu)，通過氣流作用產(chǎn)生與輪軸座307軸線方向平行的升力以及阻止類輪結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)的力矩，而第二類輪結(jié)構(gòu)302和第五類輪結(jié)構(gòu)305的螺旋槳槳葉結(jié)構(gòu)旋向相反，阻止類輪結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)的力矩被抵消，與輪軸座307軸線方向平行的升力為上述越障機(jī)器人提供浮力。第一上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)201、第三上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)203、第四上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)204和第六上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)206保持不動(dòng)，則第一類輪結(jié)構(gòu)301、第三類輪結(jié)構(gòu)303、第四類輪結(jié)構(gòu)304和第六類輪結(jié)構(gòu)306輪軸座的軸線方向仍與機(jī)體I上表面垂直。類輪結(jié)構(gòu)的輪輻308呈螺旋槳槳葉式結(jié)構(gòu)，第一類輪結(jié)構(gòu)301、第三類輪結(jié)構(gòu)303、第四類輪結(jié)構(gòu)304和第六類輪結(jié)構(gòu)306的輪輻308在水中旋轉(zhuǎn)，由水流作用產(chǎn)生與輪軸座307軸線方向平行的分力以及與阻止類輪結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)的力矩。當(dāng)?shù)谝活愝喗Y(jié)構(gòu)301和第六類輪結(jié)構(gòu)306的旋轉(zhuǎn)方向與第一類輪結(jié)構(gòu)301和第六類輪結(jié)構(gòu)306的旋轉(zhuǎn)方向相反時(shí)，阻止類輪結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)的力矩被抵消，與輪軸座307軸線方向平行的分力起推動(dòng)作用，上述越障機(jī)器人游動(dòng)前行方向?yàn)閳D5中C方向。改變第一類輪結(jié)構(gòu)301、第三類輪結(jié)構(gòu)303、第四類輪結(jié)構(gòu)304和第六類輪結(jié)構(gòu)306的旋轉(zhuǎn)速度，可實(shí)現(xiàn)水中轉(zhuǎn)彎換向等游行姿態(tài)調(diào)整。
[0035]值得注意的是，上述運(yùn)動(dòng)形式的描述僅僅是示意性的，上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)與類輪結(jié)構(gòu)的不同作用形式，可實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的越障機(jī)器人空中與水中的不同運(yùn)動(dòng)形態(tài)，所以，本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】。類輪結(jié)構(gòu)的個(gè)數(shù)、不同類輪結(jié)構(gòu)或類輪結(jié)構(gòu)的不同安裝形式都會(huì)導(dǎo)致具體運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方式的差異，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本實(shí)用新型宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)范圍的情況下，做出其他變化或變型，均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種變結(jié)構(gòu)水陸空三棲類輪式越障機(jī)器人，包括機(jī)體，其特征在于，在所述機(jī)體的左右兩側(cè)設(shè)有對稱布置的類輪結(jié)構(gòu)，每個(gè)所述類輪結(jié)構(gòu)通過一上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)與所述機(jī)體連接；每個(gè)所述類輪結(jié)構(gòu)設(shè)有一驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在所述上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)上；每個(gè)所述類輪結(jié)構(gòu)設(shè)有一個(gè)與所述上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)連接的輪軸座、周向均布固定在所述輪軸座上的3?5個(gè)輪輻和對應(yīng)固定在每個(gè)所述輪輻外端的輪緣段，相鄰的兩個(gè)所述輪緣段之間設(shè)有跨距；所有所述輪輻采用螺旋槳槳葉結(jié)構(gòu)，在所述機(jī)體左右兩側(cè)對稱設(shè)置的兩個(gè)所述類輪結(jié)構(gòu)的輪輻的螺旋槳槳葉結(jié)構(gòu)旋向相反，在所述機(jī)體對角設(shè)置的兩個(gè)所述類輪結(jié)構(gòu)的輪輻的螺旋槳槳葉結(jié)構(gòu)旋向相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變結(jié)構(gòu)水陸空三棲類輪式越障機(jī)器人，其特征在于，所述上下翻轉(zhuǎn)換位機(jī)構(gòu)包括水平支撐架、擺桿、內(nèi)伸縮桿、外套筒和推拉機(jī)構(gòu)， 所述水平支撐架的內(nèi)端與所述機(jī)體的側(cè)面垂直固接，所述水平支撐架的外端與所述擺桿的內(nèi)端通過軸線與所述水平支撐架垂直的轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，所述擺桿的外端設(shè)有與其轉(zhuǎn)動(dòng)連接的類輪結(jié)構(gòu)，該類輪結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在所述擺桿內(nèi)，所述擺桿的上中部或下中部通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與所述內(nèi)伸縮桿的外端連接，所述內(nèi)伸縮桿滑動(dòng)連接在所述外套筒內(nèi)，所述外套筒的內(nèi)端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與所述機(jī)體相連，所述內(nèi)伸縮桿設(shè)有所述推拉機(jī)構(gòu)，所述推拉機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源固定在所述外套筒的內(nèi)端上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變結(jié)構(gòu)水陸空三棲類輪式越障機(jī)器人，其特征在于，在行進(jìn)過程中，至少有三個(gè)不同側(cè)的所述輪緣段與地面接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變結(jié)構(gòu)水陸空三棲類輪式越障機(jī)器人，其特征在于，所述輪緣段上設(shè)有凹凸不平的花紋。
【文檔編號(hào)】B60F5/00GK203511205SQ201320665128
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月25日
【發(fā)明者】孫濤, 宋軼民, 梁棟, 連賓賓, 高 浩 申請人:天津大學(xué)