[发明专利]适用于水陆两栖环境的复合式变形腿

说明书

本发明公开了一种适用于水陆两栖环境的复合式变形腿，包括链状结构的变形腿和用于驱动所述变形腿转动的行进动力装置；所述变形腿包括依次铰接的多个变形节；相邻所述变形节之间设有用于使所述变形腿在自然状态下保持直形的连接弹簧；所述变形腿可在外力作用下弯曲并通过锁定机构使变形腿保持弯曲形态；所述锁定机构包括固定于所述变形节端部的被锁定块、设置于相邻变形节的锁定滑块、用于推动所述锁定滑块对所述被锁定块进行约束的复位弹簧、以及设置于变形腿前端通过拉索拉动锁定滑块进行解锁滑动的解锁动力装置；本发明将两种推进机构复合，满足机器人在陆地、水下两种完全不同的环境中对推进机构的要求。

技术领域

本发明涉及于水陆两栖机器人领域，具体涉及一种适用于水陆两栖环境的复合式变形腿。

背景技术

随着机器人技术的发展及应用，越来越多的任务要求机器人能同时在两个或者多个不同类型的环境中进行作业。其中针对水陆两栖环境的作业任务尤为常见，因此需要大力发展水陆两栖机器人。陆地推进方式为与地面发生相对运动，产生摩擦力；而水下推进方式一般为推动流体，产生涡流。常见的两栖机器人推进方式大致可分为两类：一类是具有两套推进机构，通过切换不同机构实现不同介质环境的推进；另一类是采用复合推进机构。

对于前一类的机器人，如中国科学院自动化研究所研制的AmphiRobot两栖机器人。AmphiRobot陆地采用轮桨机构实现仿轮式运动，水下采用仿鱼推进机构实现仿鲹科鱼类游动。这种两套推进机构的设计增加了结构的复杂性和控制的难度，降低了机器人的有效载荷和稳定性。

复合推进机构是指使用一套水下和陆地复合的推进机构，如专利号为CN201210273204.3的专利，提出了一款两栖机器人。机器人采用可变形足-蹼复合推进机构，水下时，在弹性薄板的作用下驱动机构为平直的蹼状，实现游动；陆地上，电机通过钢丝拉动各节板变形为弧形足状，进行行走。该发明将陆地足式推进方式和水中蹼式推进方式融合在一起，但是存在一些不足之处。该发明提出的复合推进机构变形为弧形足状时，通过钢丝绳的拉紧保持弧形足状。电机转速越大，钢丝绳所受拉力越大，钢丝绳的承载能力限制了电机的转速，从而限制了机器人在陆地的运动速度。该发明提出的复合推进机构通过弹性薄板变形为平直蹼状，整个钢片厚度是均匀的，导致整个变形腿的刚度也是一样的，没有考虑变刚度问题，这与鱼鳍等天然柔性蹼的结构不符，从仿生的角度来看该方案尚需优化。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是解决陆地、水下推进方式的复合问题，实现水陆两栖环境下高效的运动性能，提供一种适用于水陆两栖环境的复合式变形腿，包括链状结构的变形腿和用于驱动所述变形腿转动的行进动力装置；所述变形腿包括依次铰接的多个变形节；相邻所述变形节之间设有用于使所述变形腿在自然状态下保持直形的连接弹簧；所述变形腿可在外力作用下弯曲并通过锁定机构使变形腿保持弯曲形态；所述锁定机构包括固定于所述变形节端部的被锁定块、设置于相邻变形节的锁定滑块、用于推动所述锁定滑块对所述被锁定块进行约束的复位弹簧、以及设置于变形腿前端通过拉索拉动锁定滑块进行解锁滑动的解锁动力装置。

进一步，所述连接弹簧的弹性系数由变形腿的前端向后端逐渐减小。

进一步，所述变形节的底部固定有弧形橡胶垫。

进一步，所述被锁定块为T形结构，所述锁定滑块可滑动至抵紧被锁定块两侧。

进一步，所述解锁动力装置为电机，其转轴固定有缠绕所述拉索的绕线盘。

进一步，所述拉索的数量与锁定滑块数量相同；各拉索的一端一一对应连接各锁定滑块，另一端均缠绕于所述绕线盘。

进一步，所述拉索包括主绳和连接于所述主绳的多个与各锁定滑块一一对应连接的支绳；所述主绳一端缠绕于所述绕线盘。

本发明的有益效果是：

1.变形腿变形的驱动力来源于机器人的驱动电机与自重，变形电机只用于控制锁死机构，变形更平稳/更高效。