[实用新型]水陆两栖仿生机器水禽

说明书

本实用新型公开一种水陆两栖仿生机器水禽，采用水禽为仿生模板设计，采用多种运动模式转换，环境适应力更强，灵活性更高。包括：壳体、头部单元、腿部单元和髋关节；其中头部单元采用三自由度控制和绳驱动控制，可以实现头部多自由度旋转和灵活伸缩，用于维持平衡和下潜运动。腿部单元包括辅助腿和动力腿，辅助腿用于机器水禽在不平稳环境下的辅助支撑。髋关节的曲柄连杆结构和动力腿的蜗轮蜗杆结构可以实现腿部持续、大摆角范围、高扭矩的运动，侧面弹簧‑直线轴承结构用于腿部跳跃和减震。

技术领域

本实用新型涉及一种仿生水禽，具体涉及一种水陆两栖仿生水禽。

背景技术

仿生学诞生于20世纪60年代，是生物科学与工程技术相结合的一门前沿学科，经过数十年的发展，现代仿生学已经延伸到很多领域，机器人学是其主要的结合和应用领域之一。机器人仿生学是从仿生的角度对机器人进行研究，是机器人领域的重要分支。这方面的研究引起各国相关人员和专家的极大兴趣和关注，并取得了大量成果和积极进展。

然而，国内外对只适应于水中活动或陆地上爬行的单一环境的仿生机器人研究的比较多，在水陆两栖仿生机器人方面研究的比较少。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，常规的水下机器人在濒海两栖环境中无法满足工作需要，因此对水陆两栖机器人的研究有着重要意义。

近些年，美国IS机器人公司研制了水下自主行走机器人ALUV，该机器人有六条腿，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。但ACM-R5机器人运动较慢，仅能达到0.4m/s。

面对水陆复杂空间环境的勘探任务，如海底管道内的检测、珊瑚礁内生物的监测、海底岩缝中矿物勘察等，要求机器人具有高灵活性、高环境适应性。目前，国内外机器人针对应用于水中或陆地单一环境的研究比较多，对于水陆两栖的研究比较少；以螃蟹、龟、蟑螂、蛇等生物模板作为仿生对象的比较多，以水禽为模板做水陆两栖仿生机器人研究的极其少。多种机器人存在运动较慢、运动模式单一、适应环境单一、环境适应力不强，灵活性不高等问题。

综上，现有水下自主航行器/机器人及水陆两栖机器人的存在以下问题：

(1)多采用鱼雷状设计和螺旋桨推进，其机械结构决定了其进退能产生较大的速度，但是其转弯半径大，不适合在狭小区域作业。另外，其体积大，螺旋桨产生噪声大，功耗大，都降低了隐蔽性能和生物亲和性。

(2)普遍采用仿生学的原理设计，如仿生螃蟹、龟、蟑螂、蛇等，仿生螃蟹机器人只能进行陆地和水底的爬行，运动距离较近。仿生龟机器人在下潜、翻转的运动不灵活，阻力大，运动较慢，在陆地只能进行爬行。仿生蟑螂机器人在水下和陆地采用了不同的驱动结构，在水下和陆地运动切换时，需要人工更换驱动结构。仿生蛇机器人采用关节式设计，其陆上和水下运动较慢，仅能达到0.4m/s。多数机器人不能完成有效的下潜运动转换。蛇形机器人虽然可以自由下潜，但速度较慢，运动空间较小，路上运动不灵活。

(3)多作为陆地两足运动的仿生模板，在水下及两栖仿生方面有极少研究。

实用新型内容