[发明专利]一种辅助两栖机器人站立和运动的可升降滑动关节

说明书

技术领域

本发明属于水下机器人技术领域，具体涉及一种辅助两栖机器人站立和运动的可升降滑动关节。

背景技术

伴随着人类认识海洋、开发海洋、利用海洋资源和保护海洋资源的进程，水下机器人作为一种在水下移动、具有视觉和感知系统、通过遥控或自主遥控方式、使用机械或其他工具代替或辅助人去完成水下作业任务的装置，在海洋开发和利用中扮演者重要的角色。

近些年，水下机器人成为了国外研究的热点。美国麻省理工学院、美国海军研究局(ONR)和美国蓝鳍机器人公司(Bluefin Robotics)联合研发的第三代悬停无人水下自主航行器(HAUV 3)能够检测到军舰底部的水雷，HAUV 3的外形类似于一种水下飞碟。日本东京大学的URA实验室开发了多种功能不同的AUV，如“Twin Burger AUV”。日本三菱重工开发成功的“AUV-EX1”，可在最深3500米的深海进行勘探工作。德国基尔大学的科学家研制出新型深水机器人“ROV KIEL 6000”，能够下探到6000米深的海底，寻找神秘的深水生物和“白色黄金”可燃冰。国内对于自主机器人的研究基本上围绕两个中心，一是中科院沈阳自动化为中心，研制开发了R-01型/CR-02型(6000m)无人无缆水下机器人，能适应深海底平坦地形的多金属结核矿区工作环境，其探测内容只限于声学、光学和水文测量；二是以哈尔滨工程大学为中心，研制出“智水I”、“智水II”、“智水III”和“智水IV”等军用智能水下机器人。这类水下机器人采用鱼雷状流线型结构设计，具有体积大、转弯半径大、隐蔽性差等缺点，无法完成在狭小区域的任务。其运动采用的螺旋桨，容易产生噪声，不适合隐蔽和生物亲和性。

与鱼雷状的水下机器人相比，球形机器人有较多优点，对称性好，控制较为简单。国内对水下球形机器人的研究单位主要包括哈尔滨工程大学、北京邮电大学等。2007年，哈尔滨工程大学仿生微机器人实验室所研制的一款球形水下潜器，其球体直径为0.22m，空气中质量为5.6kg，采用两个喷水电机作为驱动装置，并设有两个入水口和两个出水口。该球形水下潜器采用姿态传感器信号反馈调整的控制方法对自身的运动控制，但由于其动力系统设计相对粗放，运动灵活性有限，机动性较差。2010北京邮电大学的孙汉旭教授和兰晓娟博士等人也对球形水下机器人进行了相关的研究。兰晓娟博士等人发表了一些相关论文介绍了内置姿态调节机构的球形水下机器人BYSQ-2的结构构型、工作原理和性能参数，其球体直径为0.54m，空气中质量约为80kg。该球形水下机器人是通过其内部的双驱动转向机构与螺旋桨推进器的配合来实现六个自由度的水下运动。但该设计的体型较大，在浅水、沼泽、滩涂等环境下的生存能力有限。

传统的水下机器人只适合在水下环境，对濒海两栖环境的应用价值较小，所以对于两栖机器人的研究有重要意义。美国IS机器人公司研制了水下自主行走机器人ALUV，有六条腿，每条腿有两个自由度，具有两栖运动功能，但是其只能进行爬行运动，只适合水底运动，且运动距离较近。2005年麦吉尔大学研制了一种仿蟑螂的两栖机器人Whegs，推进机构采用了三辐轮桨腿式设计，近似轮子，能够实现高性能和平稳推进。在此基础上，Georgiades C等人研制了两栖六足机器人AQUA，AQUA在陆地上运动时采用弧形腿推进，利用弧形腿机动性能高和通用性好的特点，可以实现多种陆地环境的高速推进；在水下，利用六个桨的拍动推进，AQUA能够实现巡航、升降、纵荡、转向、翻滚等运动。由于AQUA在陆地山和水下采用的不同的推进机构，在进行转换时，需要人工更换驱动机构。日本东京冬夜大学研制的ACM-R5的两栖机器蛇，该机器蛇由多个关节组成，每个关节具有两个自由度，能实现俯仰和偏航运动。在陆地上运动时，ACM-R5依靠身体的蜿蜒运动推进，也能实现翻滚运动；在水下运动时，ACM-R5采用仿鳗鲡式的波动推进。ACM-R5机器人运动较慢，仅能达到0.4m/s。

因此，现有水下自主航行器/机器人和球形机器人及水陆两栖机器人存在以下问题：

现有的两栖球形机器人面向濒临两栖环境，适合在狭窄环境下作业，具有高机动性、高隐蔽性、多运动模式、续航时间长、承载能力强、可回收的特点，但是为了满足海洋探测任务，需要搭载多种传感器，由于搭载传感器数目的增加，导致机器人重量较大，机器人的机械腿部伺服舵机承重增加，在机器人站立过程中，需要四条机械腿同时站立，容易产生较大电流，烧坏机器人电路，增加了机器人伺服舵机的损耗。

发明内容