一種水陸兩棲桶形機器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種水陸兩棲桶形機器人，屬于機電一體化技術(shù)領(lǐng)域，可用于陸地、水面環(huán)境下執(zhí)行探測、運輸和打撈任務(wù)。
【背景技術(shù)】
[0002]兩棲機器人具有很強的環(huán)境適應能力，作戰(zhàn)范圍廣泛，容易布放與回收，可以充當偵察設(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)。此外兩棲機器人還可用于水面垃圾的打撈、運送物資等民用領(lǐng)域。對于大型的兩棲機器人還可以充當?shù)顷懲?。然而，在登陸過程中，其運行環(huán)境極為復雜，如水藻、沼澤等等，此時采用傳統(tǒng)的螺旋槳推進幾乎不可行，需設(shè)計更加合理的推進器，使機器人能順利地渡過環(huán)境惡劣的淺水區(qū)域，進行登陸作業(yè)。
[0003]文獻 Outdoor navigat1n with a spherical amphib1us robot[C]//Intelligent Robots and Systems (IROS)，2010IEEE/RSJ Internat1nal Conferenceon.1EEE, 2010:5113-5118介紹了 Kaznov等人設(shè)計的一種兩棲球形機器人，球殼表面有小突刺，可使機器人在水面和陸上運動。然而，受制于外殼設(shè)計，該機器人在水上推進動力小，且其作業(yè)平臺少，只能攜帶攝像機。檢索中還發(fā)現(xiàn)，西北工業(yè)大學的白杰等在《機械與電子》(2010，11:73-75)上發(fā)表的《一種新型球形機器人機構(gòu)設(shè)計及運動仿真》中提出通過電機驅(qū)動配重繞主軸轉(zhuǎn)動來改變重心位置，產(chǎn)生偏心力矩驅(qū)動球殼運動。該球形機器人的機構(gòu)復雜，穩(wěn)定性和機動性較差，且只能在陸地上運動。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]要解決的技術(shù)問題
[0005]為解決上述現(xiàn)有兩棲機器人作業(yè)能力差、機動性不足的問題，本實用新型設(shè)計了一種水陸兩棲桶形機器人。
[0006]技術(shù)方案
[0007]水陸兩棲桶形機器人，由推進輪殼體、內(nèi)部驅(qū)動裝置、作業(yè)平臺和密封及連接件組成，其特征在于:內(nèi)部驅(qū)動裝置置于殼體內(nèi)部，作業(yè)平臺置于兩推進輪中間，推進輪可進行串并聯(lián)進一步拓展其應用潛力。
[0008]推進輪殼體外側(cè)裝有T型葉片，內(nèi)側(cè)裝有太陽能電池板；內(nèi)部驅(qū)動由驅(qū)動電機、配重塊和支撐板組成，驅(qū)動電機安裝在殼體內(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頂螺母固聯(lián)，法蘭端面由硅膠片進行密封。兩邊推進輪主軸由兩固聯(lián)菱形帶座軸承進行連接。
[0009]驅(qū)動電機通過接受端和發(fā)射端實現(xiàn)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向控制，太陽能片所轉(zhuǎn)化的電能通過儲電電路進行整流穩(wěn)壓及升壓后，存儲到蓄電池中。作業(yè)平臺可安裝機械臂，并由無線遙控控制其俯仰、轉(zhuǎn)向及開合運動。
[0010]所述一種水陸兩棲桶形機器人，其特征在于:推進輪殼體外側(cè)裝有T型葉片，高度為殼體高度的一半。兩葉片夾角應小于內(nèi)部驅(qū)動的最大擺角，保證機器人能正常啟動。通過安裝帶有一定弧度的T型葉片，不僅可為機器人水面航行時提供推力，也能增大葉片的受力面積，利于機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器人，其特征在于:兩推進輪主軸的聯(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，單個軸承和主軸由螺釘固聯(lián)。推進輪之間的轉(zhuǎn)速相互獨立，便于進行差速調(diào)節(jié)實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎運動。
[0012]所述一種水陸兩棲桶形機器人，其特征在于:機器人采用模塊化設(shè)計，可進行串聯(lián)連接。機器人可用上述兩固聯(lián)的菱形帶座軸承在其左右串聯(lián)連接推進輪，增加其作業(yè)能力。
[0013]所述一種水陸兩棲桶形機器人，其特征在于:作業(yè)平臺和主軸通過軸承連接，平臺下方配有重物塊，可使平臺保持平衡。此外，作業(yè)平臺上也可安裝太陽能片為作業(yè)平臺蓄電。
[0014]所述一種水陸兩棲桶形機器人，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)相對于電機直接拖動推進輪的驅(qū)動方式而言，利用重心偏移原理驅(qū)動水陸兩棲桶形機器人，減少了啟動力矩，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，不僅能提供機器人水面航行時的推力，也能增大葉片的受力面積，有利于機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，會使兩推進輪的轉(zhuǎn)動形成干涉，極大地降低了機器人的機動性。本實用新型將兩個軸承用螺栓固聯(lián)形成特殊的聯(lián)軸器，保證了兩邊推進輪的獨立轉(zhuǎn)動，機器人甚至可進行原地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)計可大大擴展機器人的應用范圍和能力，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)兩推進輪中間的作業(yè)平臺能攜帶作業(yè)工具，進一步擴展機器人的用途。如作業(yè)平臺可輸送物資，如安裝機械臂還可進行水面打撈。
【附圖說明】
[0022]圖1:單個推進輪的側(cè)視圖及A-A的剖視圖；
[0023]圖2:兩棲桶形機器人裝配圖；
[0024]圖3:串聯(lián)式兩棲桶形機器人；
[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；10、豎直支撐板；11、小齒輪；12、L型電機支架；13、水平支撐板；14、作業(yè)平臺；15、兩固聯(lián)的KFLOOOC(E)菱形帶座軸承；16、配重塊。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步的詳細說明。
[0027]如圖1、圖2、圖3所示，本實用新型的一個實施例為:一種水陸兩棲桶形機器人，由推進輪殼體、內(nèi)部驅(qū)動裝置、作業(yè)平臺、密封件及連接件組成。
[0028](I)推進輪殼體
[0029]單個推進輪的殼體I為圓管型，采用有機玻璃加工，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，從而減少地面運動時的摩擦損失。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個通孔。
[0030](2)內(nèi)部驅(qū)動裝置
[0031]水陸兩棲桶形機器人的內(nèi)部驅(qū)動裝置是由大齒輪6、小齒輪11、電機9、聯(lián)軸器8、L型電機支架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)動電機9固定在L型電機支架12上，L型電機支架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形成活動連接。電機9輸出軸通過聯(lián)軸器8帶動小齒輪11，小齒輪11再驅(qū)動與主軸7固聯(lián)的大齒輪6，主軸7通過對頂螺母與法蘭端面4固聯(lián)。當小齒輪11帶動L型電機支架12向前擺動時，機器人的重心也會隨之擺動，進而重力會產(chǎn)生一個恢復力矩，帶動殼體I向前運動。此時大齒輪6也會隨著轉(zhuǎn)動，L型電機支架12相對角速度減小，重心位置降低，重力的恢復力矩減小，殼體I的轉(zhuǎn)動也將減慢。由于驅(qū)動負載的力矩減少，電機9的轉(zhuǎn)速會加快，從而又使L型電機支架12向前擺動，重復之前的運動。如此周而復始地驅(qū)動機器人前進。
[0033](3)密封件和連接件
[0034]法蘭盤3和法蘭端面4用螺栓進行緊配合，兩者之間可用硅膠片進行密封。法蘭端面4中心孔和主軸7之間用密封膠進行密封。
[0035]如圖2所示，兩個推進輪的主軸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)推進輪的轉(zhuǎn)速相互獨立。轉(zhuǎn)彎時，固定一側(cè)推進輪或降低其轉(zhuǎn)速，讓另一側(cè)推進輪正常前進，機器人就繞靜止或轉(zhuǎn)動緩慢的推進輪實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎運動。
[0036]如圖3所示，兩棲機器人可進行串聯(lián)連接，對其作業(yè)能力進行拓展。連接時仍采用兩固聯(lián)的菱形帶座軸承15。
[0037](4)作業(yè)平臺
[0038]如圖1所示，作業(yè)平臺14和主軸7通過軸承連接，平臺下方配有重物塊，可使平臺保持平衡。此外，作業(yè)平臺14上也可安裝太陽能片為作業(yè)平臺蓄電，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片太陽能片進行串聯(lián)可為12V鋰電池充電。
[0039]作業(yè)平臺13上可安裝機械臂，通過單片機預編程進行控制，進行俯仰與開合的雙自由度運動。
【主權(quán)項】
1.一種水陸兩棲桶形機器人，由推進輪殼體、內(nèi)部驅(qū)動裝置、作業(yè)平臺和密封及連接件組成，其特征在于:內(nèi)部驅(qū)動裝置置于殼體內(nèi)部，作業(yè)平臺置于兩推進輪中間，推進輪兩側(cè)可串聯(lián)另一組推進輪； 推進輪殼體外側(cè)裝有T型葉片，內(nèi)側(cè)裝有太陽能電池板；內(nèi)部驅(qū)動由驅(qū)動電機、配重塊和支撐板組成，驅(qū)動電機安裝在殼體內(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頂螺母固聯(lián)，法蘭端面由硅膠片進行密封；兩邊推進輪主軸由兩固聯(lián)菱形帶座軸承進行連接； 驅(qū)動電機通過接受端和發(fā)射端實現(xiàn)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向控制，太陽能片所轉(zhuǎn)化的電能通過儲電電路進行整流穩(wěn)壓及升壓后，存儲到蓄電池中；作業(yè)平臺可安裝機械臂，并由無線遙控控制其俯仰、轉(zhuǎn)向及開合運動。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水陸兩棲桶形機器人，其特征是:機器人采用模塊化設(shè)計，可用兩固聯(lián)的菱形帶座軸承在其左右串聯(lián)連接推進輪；兩軸承通過螺栓連接，單個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器人，其特征是:作業(yè)平臺和主軸通過軸承連接，平臺下方配有重物塊，可使平臺保持平衡；作業(yè)平臺上可安裝太陽能片。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水陸兩棲桶形機器人，其特征是:推進輪殼體外側(cè)裝有T型葉片，葉片頂端帶有一定弧度；兩葉片夾角應小于內(nèi)部驅(qū)動裝置的最大擺角，保證機器人能正常啟動。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水陸兩棲桶形機器人，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】本實用新型涉及一種水陸兩棲桶形機器人，屬于機電一體化技術(shù)領(lǐng)域，它由推進輪殼體、內(nèi)部驅(qū)動裝置、作業(yè)平臺、密封件和連接件組成。推進輪內(nèi)部的驅(qū)動機構(gòu)由減速電機、支撐板和配重塊組成。兩推進輪主軸由兩固聯(lián)的菱形帶座軸承連接，使兩輪具有獨立的轉(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。兩推進輪中間的作業(yè)平臺可用來安裝作業(yè)工具。采用模塊化設(shè)計，推進輪兩側(cè)可串聯(lián)連接另一推進輪。水陸兩棲桶形機器人機動性好、作業(yè)能力強，可用于兩棲探測和運輸領(lǐng)域。
【IPC分類】B60F3/00
【公開號】CN204623036
【申請?zhí)枴緾N201520309255
【發(fā)明人】蔣彬, 王致強, 白杰, 羅凱
【申請人】西北工業(yè)大學
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年5月12日