[发明专利]水陆两栖的轮桨蛇形机器人及其运动方法

说明书

一种水陆两栖的轮桨蛇形机器人及其运动方法，属机器人领域。它的每组轮桨结构(A)包括垂直交叉的左轮桨(1)和右轮桨(6)；相邻轮桨结构(A)通过弹簧(B)连接。通过左轮桨(1)和右轮桨(6)转动带动机器人前进；由于左右轮桨与地面的摩擦力或与水面的作用推进力不同，弹簧拉紧的情况下，会出现时而左偏，时而右偏现象；通过该原理实现水陆两栖的轮桨蛇形机器人在地面或水面向该侧转弯运动。本发明具有较高的水陆两栖运动功能、满足自然环境下非结构地形水面‑陆地表面自适应要求，可作为自然环境下的水陆两栖登陆移动平台。

技术领域

本发明属于机器人技术应用领域，具体涉及一种水陆两栖的轮桨蛇形机器人及其运动方法，主要作为自然环境下的水陆两栖登陆移动平台。

背景技术

适应各种水陆复杂环境的机器人是当今机器人研究领域最为前沿的课题之一，它集机械、电子、计算机、材料、传感器、控制技术及人工智能等多门学科于一体，反映了一个国家的智能化和自动化研究水平，同时也作为一个国家高科技实力的重要标志，各发达国家在该领域相继投入巨资开展研究。

足式机器人能够实现复杂地面爬坡，可调整前后端高低体位运动相结合的方式，满足更大坡度的山地环境运动要求，增强了山地环境运动的适应性，但同时足式机器人行进速度低，因重心原因容易引起运动不稳定。轮式机器人更适合平坦的路面，且能高速移动，但容易打滑，不平稳，越障能力、地形适应能力差。桨式驱动的机器人可以实现在水面移动，但不适合复杂地面运动。模拟鱼类尾鳍驱动方式的仿生机器人可以实现水中的自由游动，但不太适合复杂地面上运动。如何能将各式机器人的优点集中，弥补缺点是一个当下的研究热点。

比较国内外较为著名的轮桨式结合机器人，其中由The University ofMichigan、McGill University、University of California等研究机构研制的“X-RHexLite” 是一款轮足结合的机器人（https://www.grasp.upenn.edu/projects/x-rhex-lite-xrl），它可以双足跳跃，四足跳跃、六足跳跃，还可以连续跳跃。通过不同的跳跃模式达到不同的效果，比如跳跃沟槽，攀爬矮墙，或者是180°跳跃翻身，甚至是在岩石地面运动，装上桨式的腿还可以在水中游动。中科院沈阳自动化研究所研制的一种基于轮桨-足板混合驱动的水陆两栖机器人（专利号：ZL200910222487.7），采用的螺旋桨推进和轮式运动的混合模式。杨静姝等人提出了一种轮桨腿一体的两栖机器人及其控制方法（专利号：CN201710434755.6），具有陆地爬行、水中浮潜、水底爬行多种工作模式。清华大学设计的多模态刚柔复合蛇形机器人装置（专利号：ZL201610140174.7），采用多个串联起来的蛇形机器人单元模块，外侧采用多个无动力轮作为与地面接触支撑。泰华宏业（天津）机器人技术研究院有限责任公司提出一种螺旋推进蛇形机器人（专利号：ZL201510003688.3），采用4个一组的螺旋壳体，在每个螺旋壳体上设置有螺旋齿，通过螺旋结构与地面接触，实现螺旋推进的蛇形运动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有较高的水陆两栖运动功能、满足自然环境下非结构地形水面-陆地表面自适应要求，可作为自然环境下的水陆两栖的轮桨蛇形机器人及其运动方法。

一种水陆两栖的轮桨蛇形机器人,包括N对轮桨结构，N为大于等于2的自然数；每一组轮桨结构包括一个防水直流电机、一个主齿轮、一个中心轴、一个副齿轮、一个左轮桨、一个右轮桨；其中主齿轮安装于防水直流电机输出轴，副齿轮安装于中心轴上，副齿轮与主齿轮相啮合；左轮桨和右轮桨结构一样，均为圆片状，左轮桨安装于中心轴的左端，右轮桨安装于中心轴的右端；安装时中心轴位于左轮桨和右轮桨的直径方向上，且安装后左轮桨和右轮桨垂直交叉。相邻轮桨结构通过弹簧连接；相邻轮桨结构的左轮桨之间安装相位相差90度，相邻轮桨结构的右轮桨之间安装相位相差90度。