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专利号: 2021108313945
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 一般车辆
更新日期:2024-02-28
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于可变形浮游腿的水陆两栖四足机器人,其特征在于,其包括支撑架、密封壳体、浮游腿、足蹼柔性驱动模块和电控组件;

所述支撑架上套设有所述密封壳体,所述密封壳体的两端部上设有密封盖板;

所述浮游腿以相对于密封壳体的中心对称方式设置在所述密封壳体上,每条所述浮游腿分别包括髋关节电机、肩关节电机、膝关节电机、大腿组件、连杆、小腿组件和足尖,所述肩关节电机设置在密封盖板上,髋关节电机通过角连接件设置在肩关节电机上,膝关节电机设置在大腿组件的大腿外壳的电机安装槽中;髋关节电机的旋转轴线和肩关节电机的旋转轴线垂直,髋关节电机的转轴和大腿外壳固定;所述大腿组件的大腿外壳的膝端与小腿组件的小腿杆膝端销孔通过铰链连接,形成旋转副;小腿组件的小腿原动杆设置在髋关节电机的旋转轴处,连杆的第一端连接在小腿原动杆上,连杆的第二端从设置在大腿外壳上的一段凹槽中穿出,连接在小腿组件的小腿连架段的小腿连架段销孔处,小腿连架段销孔到小腿组件的小腿杆膝端销孔的距离等于小腿原动杆的长度;大腿外壳、小腿原动杆、连杆和小腿连架段构成平行四连杆机构;

所述足蹼柔性驱动模块设置在浮游腿的小腿组件上,其包括足蹼驱动装置、驱动绳、肩髋线管、膝部线管、柔性蹼翼套和一对蹼翼杆;所述足蹼驱动装置固定在支撑架上,包括电机基座、驱动电机和绕线辊,驱动电机固定在电机基座上,驱动电机的输出轴上设有绕线辊,绕线辊通过轴承设置在绕线辊外壳中,绕线辊外壳与电机基座连接,轴承盖与绕线辊通过连接件固定;驱动绳缠绕在绕线辊上,驱动绳穿过绕线辊外壳,进入肩髋线管中,再由肩髋线管的第二端穿出,在膝部支管的单口端与足蹼绳连接;蹼翼杆的第一端与小腿杆连接,形成旋转副;蹼翼杆的中间设有过线孔,足蹼绳的末端固定在过线孔上,足蹼绳的首端进入膝部线管的双口端,由膝部支管的单口端穿出,并与驱动绳连接在一起;所述柔性蹼翼套穿设在小腿杆和蹼翼杆上,所述足尖设置在小腿杆的末端;

所述电控组件设置在所述支撑架上,通过遥控或机载传感器获得当前地形下运动的控制时序信号,所述髋关节电机、肩关节电机和膝关节电机根据控制时序信号执行相应动作,其中,所述肩关节电机带动浮游腿绕肩关节坐标轴Z1转动,髋关节电机带动浮游腿绕髋关节坐标轴Z2转动,以及膝关节电机带动小腿组件绕膝关节坐标轴Z3转动,所述髋关节电机、肩关节电机和膝关节电机的协同运动实现浮游腿所需的运动姿态调节。

2.根据权利要求1所述的基于可变形浮游腿的水陆两栖四足机器人,其特征在于,所述肩髋线管的第一端设置在密封盖板上,所述肩髋线管的第二端进入大腿外壳,经过膝关节电机的旋转中心后,再穿出大腿外壳。

3.根据权利要求1所述的基于可变形浮游腿的水陆两栖四足机器人,其特征在于,所述膝部支管的双口端设置在大腿外壳的膝端的两侧,并处于膝关节旋转中心;所述膝部支管的单口端设置在大腿外壳的膝端,并固定于连杆的相对侧。

4.根据权利要求1所述的基于可变形浮游腿的水陆两栖四足机器人,其特征在于,所述柔性蹼翼套上分布有弹性绳,所述弹性绳的首末两端固定在柔性蹼翼套的小腿包覆层上,弹性绳的中点固定在蹼翼杆包覆层的中点处。

5.根据权利要求1所述的基于可变形浮游腿的水陆两栖四足机器人,其特征在于,所述髋关节密封板与大腿外壳之间的接合面由密封条和密封胶密封后通过连接件进行连接。

6.一种根据权利要求1‑5之一所述的基于可变形浮游腿的水陆两栖四足机器人的驱动方法,其特征在于,

所述髋关节电机、肩关节电机和膝关节电机能够驱动浮游腿实现陆地足式运动模式和水下足蹼运动模式;

陆地足式运动模式下的驱动方式为:浮游腿上的肩关节电机、髋关节电机和膝关节电机形成的运动组合实现四足站立、四足小跑和上下台阶的陆上步态;并且,在陆地运动模式下,足蹼柔性驱动模块处于待机状态,柔性蹼翼套始终保持收紧状态;

水下足蹼运动模式下的驱动方式为:浮游腿上的肩关节电机、髋关节电机、膝关节电机、以及足蹼柔性驱动模块的运动组合实现自由泳、蛙泳和水下行走的水下步态;其中,当浮游腿向机器人运动方向相反的方向运动时,足蹼柔性驱动模块将驱动绳拉紧,与驱动绳固连的足蹼绳带动蹼翼杆张开,蹼翼杆拉伸弹性绳,存储弹性势能,使得柔性蹼翼套张开,柔性蹼翼套与水中介质的相互作用力使得机器人向目标方向运动;当浮游腿向机器人运动方向相同的方向运动时,足蹼柔性驱动模块将驱动绳和其固连的足蹼绳均松弛,弹性绳释放弹性势能,缩至为弹性绳的原长,并拉动蹼翼杆收回并紧贴小腿杆,柔性蹼翼套处于收紧状态,浮游腿与水中介质的相互作用力降低,促进机器人的运动。