一种基于柔性关节的两栖复合推进装置

1.本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种基于柔性关节的两栖复合推进装置。


背景技术：

2.随着科技的不断发展，机器人技术越发成熟，传统的机器人只能够在海、陆、空等单独的领域进行作业，无法满足跨领域的工作。水陆两栖跨域机器人可以在水中和陆地行进，为抗震救灾、军事勘察、户外调研等需要跨域作业的领域提供了更多的可能性。水陆两栖跨域机器人能够在复杂的，非结构化的地形，如沙土、浅滩、泥泞、湿地等环境顺利通过，已成为移动机器人的热点。鉴于目前没有陆地复杂环境适应性好的水陆两栖机器人问世，本发明提出一种陆地弧形腿和水下柔性蹼相结合的复合推进机构，充分利用弧形腿对陆地非结构化环境的较高的适应能力和越障性能以及柔性蹼对水下流体环境较高的推进性能和能量利用率，将二者融合发展，既能够像陆地机器人一样在陆地越障行走，也能够在水中利用蹼桨游动，解决了水陆两栖机器人在面对水陆交界的过渡环境下运动能力不足以及因切换机构导致的效率低下等问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了解决上述现有存在问题，提供一种基于柔性关节的两栖复合推进装置，使机器人能实现陆地和水下推进，适应水陆过渡环境等泥泞地带多模式跨域运动。
4.本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于柔性关节的两栖复合推进装置，包括链节、侧板、柔性关节。
5.按上述技术方案，所述链节包括首端链节、中间链节、尾端链节，链节侧面设有方槽用以固定侧板，链节设有螺纹孔用以通过螺栓固定压板和侧孔压板，链节设有通孔用以穿过限位钢丝，两个相互连接的链节接触面分别为凹字形和凸字形，且凹槽宽度略大于凸起宽度，使两个链节之间可以发生相对转动，调节各链节长度可以改变弧形腿的最终弯曲形态及各柔性关节受力状态。
6.按上述技术方案，所述首端链节一端设有异形轴孔同机器人驱动电机输出轴连接固定，另一端通过柔性关节与中间链节连接，中间链节的与地面接触面可以粘贴橡胶皮以增大地面附着力，尾端链节一端通过柔性关节与中间链节连接，另一端设有类似船锚的弧状结构，可以在运动过程勾住地面障碍物，增加机器人腿的地面附着性，有效提升机器人的地形通过性及越障能力。
7.按上述技术方案，所述柔性关节限位钢丝长度及弹性布弹性系数可调，通过调节限位钢丝长度可以调节两个链节之间极限相对转角，以改变弧形腿的最终弯曲形态及各柔性关节受力状态，通过调节弹性布弹性系数可以调节柔性关节转动时弹性布因形变产生的弹力值，从而调节机器人水下工况下柔性蹼的状态以取得不同推进效果。
8.按上述技术方案，所述压板、侧孔压板及链节设有圆角，减少弹性布磨损。
9.按上述技术方案，所述侧板有多种规格，同种规格的侧板对称安装在链节侧面方槽中，所有侧板所形成的的轮廓为扇形，以获得更大的拨水面积。
10.相对现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明通过对比现有的常用陆地推进方式和水下推进方式的推进性能以及优缺点，创造性地提出一种全新的腿/蹼复合式推进机构，该机构结构简单、变形快捷、具备两栖环境适应性，整个变形过程根据工况自适应性变化，且可实现双向驱动，避免了两栖机器人频繁更换推进装置的弊端或者同时携带多套推进机构所造成的隐患。
附图说明
11.图1是本发明实施例中基于柔性关节的两栖复合推进装置结构示意图；
12.图2是本发明实施例中弧形腿卷曲时柔性关节结构示意图；
13.图中，首端链节-1、中间链节-2、尾端链节-3、侧板-4、侧孔压板-5、压板-6、打孔螺丝-7、限位钢丝-8、弹性布-9。
实施方式
14.下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
15.参照图1所示，本发明提供的一种基于柔性关节的两栖复合推进装置，包括链节、侧板4、柔性关节，所述侧板4嵌在链节侧面；所述多个链节之间由柔性关节连接；所述柔性关节包括弹性布9、压板6、侧孔压板5、限位钢丝8、打孔螺丝7，弹性布9两端通过压板6和侧孔压板5分别固定在两个链节上，打孔螺丝7设有通孔，用以固定限位钢丝8。
16.进一步地，该推进装置可以安装在两栖机器人上，陆地工况下，当链节接触到地面或其他障碍时，相临链节将被动的产生相对转动，最终卷曲成弧形，在水下工况下，水对柔性蹼的作用力小于陆地工况下地面反作用力，相临链节将产生的被动相对转动幅度小，实现仿鱼鳍推进。
17.进一步地，参照图2所示，柔性关节包括弹性布9、压板6、侧孔压板5、限位钢丝8、打孔螺丝7，同规格的弹性布9对称布置在链节两侧，弹性布9两端置于链节和压板6之间，通过螺栓把压板6固定在链节上，从而压紧弹性布9，限位钢丝8穿过链节上的孔后两端通过打孔螺丝7固定在侧孔压板5上，当链节接触到地面或其他障碍时，相临链节产生相对转动，链节的凹槽侧的两个经过圆角处理的边线将沿着另一链节凸起侧的对应接触面产生相对滑动，外侧的弹性布91将被拉伸产生弹力，内侧弹性布92处于松弛状态，当转至预设的极限相对转角时，限位钢丝8处于绷直状态，将限制柔性关节进一步转动，当链节脱离地面或其他障碍时，弹性布9释放储存的弹性势能，柔性关节恢复原状态。
18.进一步地，首端链节1一端设有异形轴孔同机器人驱动电机输出轴连接固定，中间链节2的与地面接触面可以粘贴橡胶皮以增大地面附着力，尾端链节3末端设有类似船锚的弧状结构（也可是楔形、倒钩形等），可以在运动过程勾住地面障碍物，增加机器人腿的地面附着性，有效提升机器人的地形通过性及越障能力。
19.进一步地，在水下工况下，可以选用不同规格的弹性布9及在固定弹性布9时进行预拉伸，使其初始处于拉伸状态，则可有效抵抗其在水下摆动时所受到水的反作用力而产生的相临链节间的相对转动，链节侧翼布置的侧板4可以增大拨水面积，以提升水下推进效
率。
20.综上所述，一种基于柔性关节的两栖复合推进装置，通过柔性关节实现自适应性腿/蹼转换，通过调整各链节长度、限位钢丝8长度可以调整弧形腿最终构形以适应不同工况需求，通过调节弹性布9规格及初始预紧力可以改变柔性关节的刚度以获得不同姿态的摆动鳍，提升水下推进效率。
21.以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种基于柔性关节的两栖复合推进装置，其特性在于，包括链节、侧板、柔性关节，其中：所述侧板嵌在链节侧面；所述多个链节之间由柔性关节连接；所述柔性关节包括弹性布、压板、侧孔压板、限位钢丝、打孔螺丝，弹性布两端通过压板和侧孔压板分别固定在两个链节上，打孔螺丝设有通孔，用以固定钢丝。2.根据权利要求1所述的基于柔性关节的两栖复合推进装置，其特征在于，所述链节包括首端链节、中间链节、尾端链节，链节侧面设有方槽用以固定侧板，链节设有螺纹孔用以通过螺栓固定压板和侧孔压板，链节设有通孔用以穿过限位钢丝，两个相互连接的链节接触面分别为凹字形和凸字形，且凹槽宽度略大于凸起宽度，使两个链节之间可以发生相对转动，调节各链节长度可以改变弧形腿的最终弯曲形态及各柔性关节受力状态。3.根据权利要求2所述的基于柔性关节的两栖复合推进装置，其特征在于，所述首端链节一端设有异形轴孔同机器人驱动电机输出轴连接固定，另一端通过柔性关节与中间链节连接，中间链节的与地面接触面可以粘贴橡胶皮以增大地面附着力，尾端链节一端通过柔性关节与中间链节连接，另一端设有类似船锚的弧状结构，可以在运动过程勾住地面障碍物，增加机器人腿的地面附着性，有效提升机器人的地形通过性及越障能力。4.根据权利要求1所述的基于柔性关节的两栖复合推进装置，其特征在于，所述柔性关节限位钢丝长度可调，通过调节限位钢丝长度可以调节两个链节之间极限相对转角，以改变弧形腿的最终弯曲形态及各柔性关节受力状态。5.根据权利要求1所述的基于柔性关节的两栖复合推进装置，其特征在于，所述柔性关节弹性布弹性系数可调，通过调节弹性布弹性系数可以调节柔性关节转动时弹性布因形变产生的弹力值，从而调节机器人水下工况下柔性蹼的状态以取得不同推进效果。6.根据权利要求1所述的基于柔性关节的两栖复合推进装置，其特征在于，所述压板、侧孔压板及链节设有圆角，减少弹性布磨损。7.根据权利要求1所述的基于柔性关节的两栖复合推进装置，其特征在于，所述侧板有多种规格，同种规格的侧板对称安装在链节侧面方槽中，所有侧板所形成的的轮廓为扇形，以获得更大的拨水面积。

技术总结
本发明公开了一种基于柔性关节的两栖复合推进装置，包括链节、侧板、柔性关节，所述侧板嵌在链节侧面，所述多个链节之间由柔性关节连接，所述柔性关节包括弹性布、压板、侧孔压板、限位钢丝、打孔螺丝，弹性布两端通过压板和侧孔压板分别固定在两个链节上，打孔螺丝设有通孔，用以固定钢丝。该两栖复合推进装置可用于两栖机器人，陆地工况下，在弹性布和限位钢丝的作用下，该装置将根据与地面接触状态自适应性切换为弧形腿或柔性蹼，水下工况下，在弹性布作用下，该装置根据摆动频率各个链节间自适应性相对转动，实现仿鱼鳍推进。实现仿鱼鳍推进。实现仿鱼鳍推进。


技术研发人员：宋智斌 侯振民 詹毓靖 赵竞夫 赵振伟 张文杰
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2023.06.19
技术公布日：2023/8/13