[实用新型]一种球形两栖机器人

说明书

本实用新型公开了一种球形两栖机器人，其上半球壳具有浮力补偿功能，可以实现机器人自主的悬浮；且通过滑轨结构减轻水平舵机的承重。该球形两栖机器人包括：上球壳、中间隔板、腿部结构和滑轨机构，其中上球壳具有浮力补偿功能，可以实现机器人自主的悬浮，通过在进水舱的不同高度上设计均匀分布的进水孔来调节机器人的浮力。腿部结构通过滑轨机构与为其运动提供动力的水平舵机转轴相连，滑轨机构中水平转动杆一端与机器人腿部机构固定，另一端连接轴承并放置在滑轨上，从而减轻水平舵机及水平支架的承重。同时在中间隔板的下端面上设置有可拆卸的独立电池舱。

技术领域

实用新型涉及一种机器人，具体涉及一种球形机器人。

背景技术

随着陆地资源的匮乏，人类已经进军海洋资源开发。与陆地环境不同，海洋环境存在更多的未知性和复杂性。由于人类能亲自探索海洋环境有限，所以水下机器人作为一种具有环境感知能力，自主控制能力，自主作业能力的装置，必然成为开发海洋的重要工具。

近些年，水下机器人成为了国内外研究的热点；但现有的水下机器人多采用鱼雷状流线型结构和螺旋桨推进，鱼雷状流线型的设计导致其转向半径大，无法实现狭窄空间作业。螺旋桨推进保证水下机器人单向运动速度较高，但是其动力系统和螺旋桨的高噪声对其周围环境带来较大的干扰，很难实现高隐蔽性。

与鱼雷状流线型水下机器人相比，球形机器人有较多优点，对称性好，旋转半径小，运动模型简单。国外方面，美国对水下球形机器人研究较多。夏威夷大学研制了ODIN水下球形机器人，配备八组推进器，可实现六自由度运动；麻省理工研制了类似蛋形机器人，上半部分采用防水外壳，采用六台水泵从机器人内部的橡胶管往外喷水实现机器人推进；美国军方还研制了GuardBot机器人，其采用倒立摆模型，通过调整机器人的重心位置实现运动控制。国内方面，2007年，哈尔滨工程大学仿生微机器人实验室所研制的一款球形水下潜器，其采用两个喷水电机作为驱动装置，并设有两个入水口和两个出水口。该球形水下潜器采用姿态传感器信号反馈调整的控制方法对自身的运动控制，但由于其动力系统设计相对粗放，运动灵活性有限，机动性较差。中科院研制的球形机器人采用喷水驱动运动，并装有机械臂可以完成抓捕操作。2010北京邮电大学的孙汉旭团队研制了BYSQ系列球形水下机器，该系列机器人通过其内部的双驱动转向机构与螺旋桨推进器的配合来实现六个自由度的水下运动。但该设计的体型较大，在浅水、沼泽、滩涂等环境下的生存能力有限。

传统的水下机器人只适合在水下环境，而两栖机器人作业范围广，环境适应能力强，可以执行人类无法完成的复杂任务，所以两栖机器人的研究有重要意义。在国外的研究中，代表性的是日本东京工业大学研制的两栖蛇形机器人ACMR5，该机器人由多关节组成并具有水陆两栖适应性，在陆地上运动时，ACM-R5依靠身体的蜿蜒运动推进，也能实现翻滚运动；在水下运动时，ACM-R5采用仿鳗鲡式的波动推进。但ACM-R5机器人运动较慢，仅能达到0.4m/s。2005年麦吉尔大学研制了一种仿蟑螂的两栖机器人Whegs，推进机构采用了三辐轮桨腿式设计，近似轮子，能够实现高性能和平稳推进。加拿大MCGILL大学研发了两栖六足机器人AQUA，AQUA在陆地上运动时采用弧形腿推进，利用弧形腿机动性能高和通用性好的特点，可以实现多种陆地环境的高速推进；在水下，利用六个桨的拍动推进，AQUA能够实现巡航、升降、纵荡、转向、翻滚五个自由度运动。不足的是由于AQUA在陆地山和水下采用两套不同的推进机构，并不实现真正意义的两栖。

综上所述，现有水下自主航行器/机器人和球形机器人及水陆两栖机器人的存在以下问题：

(1)现有的鱼雷状流线型水下机器人由于体型转弯半径大，无法实现狭窄空间内的灵活和高精密作业。同时其较大的体型和动力系统对周围环境带来较大的干扰，无法实现高隐蔽作业。

(2)现有的球形机器人在陆地上一般采用滚动的运动方式，对地形要求高，不适应海底以及浅滩，岛礁等非结构环境；在水下多采用螺旋桨推进，由于螺旋桨多裸露在机器人躯体外，容易损坏，对海洋环境破坏大。而且螺旋桨工作噪声大，难隐蔽作业。