一种轻量化的小型水陆两栖机器人的制作方法

1.本发明涉及水陆两栖机器人技术领域，尤其涉及一种轻量化的小型水陆两栖机器人。


背景技术：

2.近些年来基于仿生原理对机器人的运动机理和驱动机构称为许多国内研究学者的研究热点，其目的是为了能够实现复杂地形、恶劣环境中执行目标任务，我国领土面积辽阔但是灾害发生频率高，人口密度稠密的难题更使国家抗洪救灾的能力和效率极为困难；
3.现如今救灾型的水路两栖机器人在灵活性、运行速度和抗摔性能达不到最好的兼容性，其主要原因是：在一定的救灾空间范围内，具有一定抗摔性的机器人自重也较大，同时考虑到越障能力，故自身的运行速度降低，使得机器人的效率极其低下；考虑到速度问题的机器人，其自身的重量不能太重，但在抗摔性方面有所欠缺，同时受到撞击后的外壳产生变形，导致两栖机器人的密封性失效。
4.目前，国外的x-rhex是在陆地上复杂地形行走性能最好的弧形腿式机器人，但是该机器人并未考虑水下密封性，不适用水下运行。
5.相关技术中，提出可变形足蹼复合的水陆两栖机器人amphihex，它能够在电机驱动下实现弧形腿状态和直蹼状态之间的自由切换，但是机器人重量过重，整机重量限制了自身的灵活性，其次机器人腿部采用一节一节的金属制成，弧形腿的弹性大大降低，故整机的运行速度低。
6.因此复杂多变且具有空间限制性的环境中，对机器人的小型化及轻量化性能都具有一定的要求，为了实现水陆两栖机器人在救灾环境中高性能运动，设计出一种轻量化的水路两栖机器人。


技术实现要素：

7.为解决上述技术问题，本发明的目的在于提出一种在空间一定的救灾环境下综合运行性能良好的轻量化水路两栖机器人，解决了两栖机器人在重量方面轻量化的问题，同时提高机身的运行速度，大大提升机器人运行效率，为国家抢险救灾能力现代化提供一种有效的高技术手段。
8.本发明针对现有技术的不足，提供了一种轻量化的小型水陆两栖机器人。
9.本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种轻量化的小型水陆两栖机器人，主要包括外壳组件以及对称设置在外壳组件两侧的行进件，外壳组件的内部集成设置有多组第一推进驱动组件，位于外壳组件前后端的行进件通过第一推进驱动组件驱动运行，外壳组件的内部中心处集成设置有第二推进驱动组件，位于外壳组件中部的行进件通过第二推进驱动组件驱动运行，与现有技术不同的是，外壳组件的内部设置有位于第一推进驱动组件与第二推进驱动组件两端的错位驱动组件，错位驱动组件使第一推进驱动组件与第二推进驱动组件的驱动电机沿外壳组件的内壁呈直线路径阵列设置，从而最大化的
缩小外壳组件的整体宽度，进一步减小机器人的整体体型；
10.优选的，所述第一推进驱动组件、第二推进驱动组件以及错位驱动组件共计六个，错开分布在机器人两侧。
11.优选的，所述外壳组件包括第一盖板、连接架、整体式电子舱、第一侧板、第二盖板、锂电池、底板、第二侧板以及顶板，锂电池为可充电式锂电池，主要为第一推进驱动组件、第二推进驱动组件以及错位驱动组件供电；
12.优选的，连接架共计五个，组合形成框架，用于连接包括第一侧板和第二侧板，整体式电子舱底部通过螺丝固定于连接架，整体式电子舱的两个侧面通过螺丝固定于第一侧板和第二侧板上，第一盖板和第二盖板与框架连接，所述连接架、第一侧板和第二侧板上均设有凹槽，凹槽内部用于填充硅胶条，填充硅胶条可进一步提高密封性；
13.优选的，通过第一盖板、第二盖板、顶板和底板按压形成密封空间，机器人壳体采用框架加外壳的结构形式，既能够达到减重的效果，同时具备很好的抗摔性，极大地减少两栖机器人机身的重量。
14.优选的，所述错位驱动组件包括第一齿轮和第二齿轮，且第一齿轮与第二齿轮啮合，第一齿轮与第一推进驱动组件与第二推进驱动组件连接，第二齿轮与电机通过输出轴传动连接；
15.优选的，电机通过安装座安装于框架上，这样使得两个空心杯电机在机身内部错开，通过上述部件组成的错位驱动组件极大的减小了外壳组件的整体宽度和机身重量。
16.优选的，所述第一推进驱动组件与第二推进驱动组件均包括光栅编码器、直流电机、减速器、减速器端盖、o型圈、轴承箱、套管、延长轴、轴端挡盖、第一动密封件、第二动密封件、第一轴承、轴承垫圈、第二轴承、外卡簧、内卡簧；
17.优选的，延长轴设计成带有螺纹的空心轴，在具备应有的强度条件下，减少不锈钢轴的重量，同时轴的一侧攻有螺纹用于限制执行机构轴向位移，延长轴上装有第一轴承、轴承垫圈、第二轴承，通过内卡簧以及阶梯定位连接到轴承箱中；
18.优选的，减速器对直流电机减速后直流电机驱动延长轴转动，延长轴通过套管带动行进件转动，从而使机器人移动；
19.优选的，所述轴承箱外形为阶梯式形状，将轴承箱上多余的材料去除，减轻驱动组件的重量，第一动密封件、第二动密封件安装于轴承箱内部，所述轴承箱采用o型圈密封与第一侧板相连；
20.优选的，套管通过键槽与延长轴连接，其一端与延长轴的阶梯接触，另一端与轴端挡盖接触，延长轴内部开有直径约5.5-6mm的盲孔，轴端挡盖通过螺丝与延长轴连接；
21.优选的，所述套管采用加强筋结构，从连接处至尾部是由宽至窄的形状，具有很好的承载能力，行进件与套管为一体式结构设计。
22.优选的，行进件包括弧形腿架，机器人在陆地行进时，为延长轴通过套管带动弧形腿架转动，其中，套管是固定设置在弧形腿架顶端的，此时弧形腿架转动可使机器人适应不同的类型的地面(平地、草地、坑洼地等)，机器人在水中行进时，为转动的弧形腿架带动行进。
23.优选的，行进件还包括蹼板，其中，蹼板转动时与水面的接触面积大，因此蹼板使机器人在水中的行进速度大于弧形腿架使机器人在水中的行进速度，但是蹼板在陆地使用
时不仅增加功耗，而且通过转动的蹼板行进会导致机器人整体受到的震动大，容易使机器人损坏，因此综合考虑后，我们行进件的结构具体为弧形腿架。
24.本发明的有益效果：
25.1、本发明采用框架加外壳的结构，两者之间加以密封，内部系统的布置更是集成化、小型化，极大减轻机器人的重量，小型的机身可适应更多运行环境。
26.2、本发明驱动部分结构采用错分式布置，机身宽度得到明显减少，使整机内部布置更为紧凑，相对于同类型机器人重量轻了很多，其他各部分采用组件化密封设计，各组件分开工作互不干扰，以防在渗水的情况下造成整机的损坏。
附图说明
27.图1是本发明机器人的整体结构示意图；
28.图2是本发明外壳组件的局部结构示意图；
29.图3是本发明第一推进驱动组件与第二推进驱动组件的横向剖面示意图；
30.图4是本发明错位驱动组件的局部结构示意图；
31.图5是本发明中实施例5提供行进件的结构示意图；
32.图6是本发明中实施例6提供行进件的结构示意图。
33.图中：1、外壳组件；2、第一推进驱动组件；3、第二推进驱动组件；4、第一盖板；5、连接架；6、整体式电子舱；7、第一侧板；8、第二盖板；9、锂电池；10、底板；11、第二侧板；12、顶板；13、光栅编码器；14、直流电机；15、减速器；16、减速器端盖；17、o型圈；18、轴承箱；19、套管；20、延长轴；21、轴端挡盖；22、第一动密封件；23、第二动密封件；24、第一轴承；25、轴承垫圈；26、第二轴承；27、外卡簧；28、内卡簧；29、错位驱动组件；30、第一齿轮；31、第二齿轮；32、行进件。
具体实施方式
34.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
36.实施例1
37.请参阅图1所示，本实施例所述一种轻量化的小型水陆两栖机器人，主要包括外壳组件1以及对称设置在外壳组件1两侧的行进件32，外壳组件1的内部集成设置有多组第一推进驱动组件2，位于外壳组件1前后端的行进件32通过第一推进驱动组件2驱动运行，外壳组件1的内部中心处集成设置有第二推进驱动组件3，位于外壳组件1中部的行进件32通过第二推进驱动组件3驱动运行，与现有技术不同的是，外壳组件1的内部设置有位于第一推进驱动组件2与第二推进驱动组件3两端的错位驱动组件29，错位驱动组件29使第一推进驱动组件2与第二推进驱动组件3的驱动电机沿外壳组件1的内壁呈直线路径阵列设置，从而
最大化的缩小外壳组件1的整体宽度，进一步减小机器人的整体体型；
38.进一步的，所述第一推进驱动组件2、第二推进驱动组件3以及错位驱动组件29共计六个，错开分布在机器人两侧。
39.实施例2
40.请参阅图2所示，在实施例1中，我们通过多个驱动部件集成在外壳组件1中实现机器人轻量化，因此需要对外壳组件1的整体结构进行优化，便于驱动部件集成的设置的同时还要保证外壳组件1的整体密封性，外壳组件1优化后的具体结构如下：
41.所述外壳组件1包括第一盖板4、连接架5、整体式电子舱6、第一侧板7、第二盖板8、锂电池9、底板10、第二侧板11以及顶板12，锂电池9为可充电式锂电池9，主要为第一推进驱动组件2、第二推进驱动组件3以及错位驱动组件29供电；
42.其中，连接架5共计五个，组合形成框架，用于连接包括第一侧板7和第二侧板11，整体式电子舱6底部通过螺丝固定于连接架5，整体式电子舱6的两个侧面通过螺丝固定于第一侧板7和第二侧板11上，第一盖板4和第二盖板8与框架连接，所述连接架5、第一侧板7和第二侧板11上均设有凹槽，凹槽内部用于填充硅胶条，填充硅胶条可进一步提高密封性；
43.最后，通过第一盖板4、第二盖板8、顶板12和底板10按压形成密封空间，机器人壳体采用框架加外壳的结构形式，既能够达到减重的效果，同时具备很好的抗摔性，极大地减少两栖机器人机身的重量。
44.实施例3
45.请参阅图4所示，在实施例1中，我们主要通过设置的错位驱动组件29使第一推进驱动组件2与第二推进驱动组件3的驱动电机沿外壳组件1的内壁呈直线路径阵列设置，从而最大化的缩小外壳组件1的整体宽度，进一步减小机器人的整体体型，介于实施例2中对外壳组件1的结构具体细化，因此我们也需要细化错位驱动组件29的结构，使错位驱动组件29能够更加适配外壳组件1，错位驱动组件29的具体结构如下：
46.所述错位驱动组件29包括第一齿轮30和第二齿轮31，且第一齿轮30与第二齿轮31啮合，第一齿轮30与第一推进驱动组件2与第二推进驱动组件3连接，第二齿轮31与电机通过输出轴传动连接；
47.其中，电机通过安装座安装于框架上，这样使得两个空心杯电机在机身内部错开，通过上述部件组成的错位驱动组件29极大的减小了外壳组件1的整体宽度和机身重量。
48.实施例4
49.请参阅图3所示，在细化错位驱动组件29的结构后，我们还需要对第一推进驱动组件2与第二推进驱动组件3的结构进行细化，使第一推进驱动组件2以及第二推进驱动组件3与错位驱动组件29之间的结构相互匹配，第一推进驱动组件2与第二推进驱动组件3细化后的结构具体如下：
50.所述第一推进驱动组件2与第二推进驱动组件3均包括光栅编码器13、直流电机14、减速器15、减速器端盖16、o型圈17、轴承箱18、套管19、延长轴20、轴端挡盖21、第一动密封件22、第二动密封件23、第一轴承24、轴承垫圈25、第二轴承26、外卡簧27、内卡簧28；
51.其中，延长轴20设计成带有螺纹的空心轴，在具备应有的强度条件下，减少不锈钢轴的重量，同时轴的一侧攻有螺纹用于限制执行机构轴向位移，延长轴20上装有第一轴承24、轴承垫圈25、第二轴承26，通过内卡簧28以及阶梯定位连接到轴承箱18中；
52.减速器15对直流电机14减速后直流电机14驱动延长轴20转动，延长轴20通过套管19带动行进件32转动，从而使机器人移动；
53.进一步的，所述轴承箱18外形为阶梯式形状，将轴承箱18上多余的材料去除，减轻驱动组件的重量，第一动密封件22、第二动密封件23安装于轴承箱18内部，所述轴承箱18采用o型圈17密封与第一侧板7相连；
54.进一步的，套管19通过键槽与延长轴20连接，其一端与延长轴20的阶梯接触，另一端与轴端挡盖21接触，延长轴20内部开有直径约5.5mm的盲孔，轴端挡盖21通过螺丝与延长轴20连接；
55.所述套管19采用加强筋结构，从连接处至尾部是由宽至窄的形状，具有很好的承载能力，行进件32与套管19为一体式结构设计。
56.实施例5
57.请参阅图5所示，本实施例中，行进件32包括弧形腿架，机器人在陆地行进时，为延长轴20通过套管19带动弧形腿架转动，其中，套管19是固定设置在弧形腿架顶端的，此时弧形腿架转动可使机器人适应不同的类型的地面(平地、草地、坑洼地等)，机器人在水中行进时，为转动的弧形腿架带动行进。
58.实施例6
59.请参阅图6所示，本实施例中，行进件32还包括蹼板，其中，蹼板转动时与水面的接触面积大，因此蹼板使机器人在水中的行进速度大于弧形腿架使机器人在水中的行进速度，但是蹼板在陆地使用时不仅增加功耗，而且通过转动的蹼板行进会导致机器人整体受到的震动大，容易使机器人损坏，因此综合考虑后，我们行进件32的结构具体为弧形腿架。
60.实施例7
61.本发明中还提到了整体式电子舱6，该整体式电子舱6包括电机控制单元、电机驱动器、高速光耦隔离、降压模块、无限模块，电子舱内部硬件采用集成化布置，电机控制单元、电机驱动器每种使用3个，为了减少内部占用空间，通过硬件定位孔与电子舱的侧方连接，无限模块负责上位机与电机控制单元之间的通信，用于接收发送的运动指令，电机控制单元用于接收上位机指令以及收集编码器通过高速光耦隔离传回的位置值，根据收到不同的指令，输出pwm波给电机驱动器，电机驱动器转成电机的电压输送到直流电机完成预期运动，由于整体式电子舱6内部包含的元器件以及元器件之间的电性连接关系均属于现有技术，仅在此进行简单的叙述。
62.需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
63.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者
替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。