[实用新型]变结构水陆空三栖类轮式越障机器人

说明书

技术领域

本实用新型涉及移动机器人领域，具体是一种可变结构并且具有水陆空三栖越障能力的类轮式越障机器人。

背景技术

越障机器人因具有较强的环境适应与感知、动态决策与规划、行为控制与执行等能力而在生化污染等危险恶劣环境下实现军事侦察、扫雷排险、物料搬运等功能，具有广阔的应用前景。目前，越障机器人的研究主要集中于陆地移动机器人，主要有轮式、履带式、腿式、蠕动式、跳跃式和复合式六大类。

轮式机器人的速度快、效率高、运动噪声低，但其地形适应能力较差，对崎岖度大的复杂地形无能为力，基本无越障能力。如申请号201110177875.5名称为“一种全方位轮式移动机器人”的发明专利，使车轮轮体呈空心结构并放置轴向旋转电机，通过改变车轮的旋转方向使移动机器人实现3自由度全方位回转，然而该移动机器人只适用于平坦地面，无法应对崎岖地形，更无越障能力。

履带式机器人越障能力与地形适应能力强，履带与地面接触面积大，运动较平稳，但缺陷是速度相对较小、效率低、机动性差，不能处理高度落差较大的地形，且崎岖地面对履带磨损较大。如申请号201010535194.7名称为“机器人履带运动模块”的发明专利，采用齿向向外的同步带作为履带，具备转弯和障碍检测功能，但在越障过程中同步带寿命低、易磨损甚至磨断。

腿式机器人虽然能够适应复杂的地形，机动性及能效性高，但由于其结构自由度多、机构复杂，导致控制困难、移动速度慢、功耗大。如申请号200580001117.0名称为“腿式移动机器人”的发明专利，在脚部设置地面反作用力探测器及弹簧构件以减小惯性力和高速运动时的冲击影响，然而机器人结构布置与控制系统复杂，成本增加。

蛇行式和跳跃式机器人在复杂环境适应性方面具有优越性，但其承载能力较差，运动平稳性不高。如申请号201210041454.4名称为“一种多功能蛇形机器人”的发明专利，具有跨越沟槽与台阶、爬杆等功能，地形适应能力较强，然而该机器人由多个基本节通过具有三转动能力的接头连接而成，结构较为复杂，越障时由接头转动抬起基本节，需要较大的转动力矩，承载能力与运动稳定性较差。

复合式移动机器人由上述五类移动机器人组合而成，如复合轮式、轮-腿式、轮-腿-履带式等。复合式移动机器人虽结合了各类机器人的优势，但也继承了各类机器人的缺陷，结构与控制复杂。如申请号201310205386.5名称为“一种可跳跃的移动机器人”将轮式与跳跃式装置组合，通过自平衡系统控制轮式移动装置的平移运动，由锁定释放装置控制跳跃机构的跳跃运动，为应对机器人本体跳跃落地时的冲击影响还设置了落地缓冲和姿态调整机构，机器人的构成较复杂，各机构间的协调控制难度较大。

上述各类移动式越障机器人主要应用于陆地崎岖地形，若地形崎岖度大，不同类型移动机器人有不同应对策略，但效率均不高，且上述移动越障机器人均无法应对涉水环境。如何提高越障机器人的复杂环境适应力，实现其高效越障能力，是目前越障机器人的研究重心。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有越障机器人的不足，提高越障机器人的复杂环境适应力，提供一种具有移动、飞行、渡水三种运动功能的机器人。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种变结构水陆空三栖类轮式越障机器人，包括机体，在所述机体的左右两侧设有对称布置的类轮结构，每个所述类轮结构通过一上下翻转换位机构与所述机体连接；每个所述类轮结构设有一驱动电机，所述驱动电机安装在所述上下翻转换位机构上；每个所述类轮结构设有一个与所述上下翻转换位机构转动连接的轮轴座、周向均布固定在所述轮轴座上的3～5个轮辐和对应固定在每个所述轮辐外端的轮缘段，相邻的两个所述轮缘段之间设有跨距；所有所述轮辐采用螺旋桨桨叶结构，在所述机体左右两侧对称设置的两个所述类轮结构的轮辐的螺旋桨桨叶结构旋向相反，在所述机体对角设置的两个所述类轮结构的轮辐的螺旋桨桨叶结构旋向相同。

所述上下翻转换位机构包括水平支撑架、摆杆、内伸缩杆、外套筒和推拉机构，所述水平支撑架的内端与所述机体的侧面垂直固接，所述水平支撑架的外端与所述摆杆的内端通过轴线与所述水平支撑架垂直的转动副连接，所述摆杆的外端设有与其转动连接的类轮结构，该类轮结构的驱动电机安装在所述摆杆内，所述摆杆的上中部或下中部通过转动副与所述内伸缩杆的外端连接，所述内伸缩杆滑动连接在所述外套筒内，所述外套筒的内端通过转动副与所述机体相连，所述内伸缩杆设有所述推拉机构，所述推拉机构的动力源固定在所述外套筒的内端上。

在行进过程中，至少有三个不同侧的所述轮缘段与地面接触。