[发明专利]一种基于偏心桨机构的水陆两栖车轮机构

说明书

技术领域

本发明属于机器人技术领域，涉及机器人移动机构，具体涉及一种基于偏心桨机构的水陆两栖车轮机构。

背景技术

目前陆地移动机器人的移动方式多是轮式滚动或腿式行走，但这两种移动方式在水中和滩涂地形中的运动能力有限。水下机器人则主要依靠螺旋桨驱动，在浅水和深水区域具有很好的作业能力，而在极浅水、随浪带和海滩区域作业能力较弱，且无法在陆地上为机器人提供行进动力。因此，目前单一移动载体的结构特征严重制约了机器人在复杂地形的应用。为保证移动机器人既能适应陆地和近岸滩涂的多变地形，又能适应复杂的水环境，有必要提出一种可根据具体作业环境，改变移动构件构形和机器人运动方式的移动载体。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于偏心桨机构的水陆两栖车轮机构，该机构可提高轮式移动机器人的越障能力与地形适应性，进而提高其移动效率。

本发明包括驱动部件、传动部件和轮桨部件。

所述的驱动部件包括车轮驱动电机、桨叶驱动电机、桨叶位置调节电机和电机座；所述的电机座固定在机器人车体上，车轮驱动电机、桨叶驱动电机和桨叶位置调节电机均固定在电机座上。

所述的传动部件包括桨叶位置调节齿轮、车轮减速盘、桨叶位置调节减速盘、支撑架连接轴、导杆、桨叶位置调节丝杠、丝杠螺母、从动锥齿轮、支撑架和车轮驱动齿轮。车轮驱动电机带动车轮驱动齿轮转动，桨叶位置调节电机带动桨叶位置调节齿轮转动；桨叶驱动电机通过支撑架连接轴带动支撑架转动，支撑架的两端分别固定设置有一块定位块；桨叶位置调节减速盘设置在两块定位块之间，且与每块定位块的内侧壁间隙配合连接；所述的桨叶位置调节减速盘整体呈圆筒形，内壁设有轮齿，靠近支撑架的端面设有主动锥齿轮；所述的桨叶位置调节齿轮通过中间传动齿轮与桨叶位置调节减速盘内壁的轮齿啮合，所述的从动锥齿轮固定在桨叶位置调节丝杠上，且与桨叶位置调节减速盘端面的主动锥齿轮啮合；桨叶位置调节丝杠的两端均与支撑架轴承连接；所述的导杆固定在支撑架上；丝杠螺母套置在导杆和桨叶位置调节丝杠上，且与导杆滑动连接，与桨叶位置调节丝杠螺纹连接；所述的车轮减速盘整体呈圆筒形，内壁设有轮齿，车轮驱动齿轮与车轮减速盘内壁的轮齿啮合。

所述的轮桨部件包括铰块、桨叶中心轴、桨叶和轮壳；所述的轮壳沿周向均布开设有多个槽口，每个槽口的垂直轮壳轴向的两侧壁分别与对应铰块的一端轴承连接；车轮减速盘固定在轮壳的内壁上，固定在支撑架上的两块定位块的外侧壁均与轮壳间隙配合连接；所述的桨叶中心轴与丝杠螺母固定，多片桨叶沿桨叶中心轴的周向均布，桨叶的数量与轮壳的槽口数量相等；每片桨叶的一端分别与桨叶中心轴铰接，另一端分别伸入对应铰块的滑槽中。

所述桨叶驱动电机的输出轴沿电机座的轴向设置，车轮驱动电机和桨叶位置调节电机的输出轴沿电机座的径向设置；所述的车轮驱动电机通过一对锥齿轮将动力传递给车轮驱动齿轮，桨叶位置调节电机通过一对锥齿轮将动力传递给桨叶位置调节齿轮；所述桨叶驱动电机的输出轴与支撑架连接轴的一端固接，支撑架连接轴的另一端固定在支撑架的中心处。

所述的轮壳整体呈圆筒形，包括两个固定连接的半圆筒部分。

本发明的有益效果：

1、本发明可以进行类轮式滚动，提高移动机器人在平坦路面上的行驶效率；通过类腿式行走模式，提高移动机器人在崎岖陆地地形情况下的越障能力；通过轮腿综合式移动模式，增加车轮与地面的附着力，实现移动机器人在滩涂、沼泽等松软路面条件下的快速行进；在桨摆动和桨转动运动模式下，可分别实现移动机器人在浅水区和深水区的高速航行；通过类轮式滚动、类腿式行走、轮腿综合式移动、桨转动式、桨摆动式等复合运动的传递与转化，有效提升了机器人在两栖地形中的适应性以及运动性能。

2、本发明运动灵巧、速度快、稳定性好、节能实用；偏心桨机构充分利用车轮内部空间，机构紧凑，重量轻。

附图说明

图1为本发明的整体结构立体图；

图2为本发明中各零部件的结构立体图；

图3为本发明实现类轮式滚动步态的机构原理示意图；

图4-1为本发明实现类腿式行走运动步态越过障碍前的机构原理示意图；

图4-2为本发明实现类腿式行走运动步态越过障碍过程中的机构原理示意图；

图4-3为本发明实现类腿式行走运动步态时越过障碍后的机构原理示意图；

图5为本发明实现轮腿综合式运动步态的机构原理示意图；

图6为本发明实现深水区域转动式桨运动步态的机构原理示意图；