一种运动模式切换机构及应用该机构的航爬仿生机器人的制作方法

本发明涉及一种运动模式切换机构及应用该机构的航爬仿生机器人，属于水下探测装置技术及机械设计领域。

背景技术：

随着人们对于海洋开发的逐渐深入，海底环境采样变得十分迫切，对于海底复杂多变的环境的研究，传统的无人航行器往往只具备海洋环境探测、深海搜救、特定载荷布放等功能，很难进行定点作业、海底爬行和海底目标采样，因此需要一种航爬仿生机器人，不仅具备巡航侦查探测的能力，还要具备海底爬行和定点作业的能力。目前还没有一种机构可以将航爬仿生机器人从游动模式切换到爬行模式，实现运动模式的切换。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决航爬仿生机器人从游动模式切换到爬行模式时切换困难、爬行时机械足与机器人外壳、侧鳍等部件干涉导致机械足爬行摆角小，爬行速度慢甚至不能爬行等问题而提供一种运动模式切换机构及应用该机构的航爬仿生机器人。

本发明的目的是这样实现的：一种运动模式切换机构，包括主支撑架、设置在主支撑架的一根主滑道和三根横向滑道、设置在主滑道上的主推杆、设置在主推杆中间位置上的齿条、设置在主支撑架上的齿轮、设置在每个横向滑道上的两个滑块、铰接在每个滑块与主推杆之间的滑块推杆、对称铰接在主推杆同一位置两侧的两个摇杆，主滑道与三个横向滑道均垂直设置，齿轮由电机驱动且齿轮和齿条啮合，摇杆的端部及滑块上分别连接有交替动作的待驱动部件。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.六个滑块推杆两两为一组对称设置在主推杆的三个位置上的两侧，所述的两个摇杆设置在两组滑块推杆之间的主推杆上。

2.一种应用所述运动模式切换机构的航爬仿生机器人，所述主支撑架设置在航爬仿生机器人内，主支撑架上对称铰接有两个侧鳍舵机，每个摇杆的端部通过舵机连接件固定在侧鳍舵机上，侧鳍通过侧鳍连接件连接在侧鳍舵机上，每个滑块上设置有用于爬行的机械足。

3.所述电机为防水电机。

4.主推杆、主滑道、三根横向滑道、六个滑块推杆和六个滑块组成六套双滑块机构，主推杆的前后移动实现机械足的收缩与伸出；主推杆、主滑道、两根摇杆、两个舵机连接件组成两套曲柄滑块机构，主推杆的前后移动能够实现侧鳍的收缩与伸出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的航爬仿生机器人的运动模式切换机构是一种由6套双滑块机构和2套曲柄滑块机构组成的复合机构，防水电机通过齿轮齿条为整套机构提供动力。航爬仿生机器人的运动模式切换机构具有如下优点：

(1)通过运动模式切换机构能够将6条机械足伸出机器人机体外部，解决了航爬仿生机器人运动模式切换困难、爬行时机械足与机器人外壳、侧鳍等部件干涉导致机械足爬行摆角小等问题，提高了爬行的速度和稳定性。

(2)运动模式切换机构由6套双滑块机构和2套曲柄滑块机构组成的复合机构，只需要一个电机就能够驱动6条机械足和2个侧鳍的收展，大大减少了驱动电机的数量，降低了控制的难度。

(3)运动模式切换机构采用齿轮齿条传动，传动精度高，可靠性高、能够精确控制机械足和侧鳍的收展，易于建立机构运动的数学模型，便于设计和控制。

附图说明

图1是本发明一种航爬仿生机器人的游动模式图，

图2是航爬仿生机器人的机械足伸出图，

图3是航爬仿生机器人的爬行模式图，

图4是游动模式下运动模式切换机构图，

图5是爬行模式下运动模式切换机构图，

图6是两种运动模式下的整体机构图。

图中：滑块1、横向滑道2、滑块推杆3、主支撑架4、侧鳍舵机5、舵机连接件6、侧鳍7、摇杆8、齿轮9、主推杆10、齿条11、侧鳍连接件12、轴承13、主滑道14、机械足15，其中，横向滑道2包括2-1，2-2，2-3，滑块推杆3包括3-1，3-2，3-3，3-4，3-5，3-6，摇杆8包括8-1，8-2。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1至图6，本发明的一种航爬仿生机器人的运动模式切换机构，其结构包括滑块1、横向滑道2、滑块推杆3、主支撑架4、侧鳍舵机5、舵机连接件6、侧鳍7、摇杆8、齿轮9、主推杆10、齿条11、侧鳍连接件12、轴承13、主滑道14、机械足15，其中，横向滑道2包括2-1，2-2，2-3，滑块推杆3包括3-1，3-2，3-3，3-4，3-5，3-6，摇杆8包括8-1，8-2。

主支撑架4为航爬仿生机器人的主要支撑骨架，防水电机、一根主滑道14、三根横向滑道2均固定在主支撑架4上，齿轮9固定在防水电机的输出轴上，与齿条11配合，齿条固定在主推杆10上，主推杆10与主滑道14构成滑动副，防水电机通过齿轮9、齿条11可以驱动主推杆10能够在主滑道14上前后移动；滑块推杆3一共有六根，滑块推杆3的一端铰接在主推杆10上，另一端与滑块1铰接，滑块1上安装有轴承13，滑块1与横向滑道2构成滑动副，可通过轴承13在横向滑道2上左右移动，每个滑块1上都安装有机械足15，

主推杆10、主滑道14、三根横向滑道2、六根滑块推杆3和六个滑块1组成六套双滑块机构，每个滑块1上安装有机械足，主推杆10前后移动能够实现机械足15的收缩与伸出；舵机连接件6固定在侧鳍舵机5上，与摇杆8的一端铰接，摇杆8有两根，摇杆8的另一端铰接在主推杆10上，左右两个侧鳍舵机5铰接在主支撑架上，所述侧鳍舵机5通过侧鳍连接件12与侧鳍7固定连接，主推杆10、主滑道14、两根摇杆8、两个舵机连接件6组成两套曲柄滑块机构，每个舵机连接件6上安装有侧鳍舵机5、侧鳍连接件12和侧鳍7，主推杆10前后移动能够实现侧鳍的收缩与伸出；六套双滑块机构和两套曲柄滑块机构的驱动件均是主推杆10，通过防水电机经由齿轮9、齿条11驱动主推杆10，实现六条机械足15和一对侧鳍7的同时收缩与伸出。

本发明解决的问题包括航爬仿生机器人从游动模式切换到爬行模式时切换困难、爬行时机械足与机器人外壳、侧鳍等部件干涉导致机械足爬行摆角小，爬行速度慢甚至不能爬行等问题。本发明通过上述部件的互相组合，采用一种由6套双滑块机构和2套曲柄滑块机构组成的复合机构，只需要通过控制一个电机的正反转就能够控制6条机械足和1对侧鳍的收缩与伸出，实现航爬仿生机器人由游动模式切换到爬行模式的功能，具体如下所述：

防水电机、一根主滑道14、三根横向滑道2固定在主支撑架4上，防水电机通过齿轮9、齿条11驱动主推杆10在主滑道14上前后移动，主推杆10、主滑道14、三根横向滑道2、六根滑块推杆3和六个滑块1组成六套双滑块机构，每个滑块1上安装有机械足，主推杆10前后移动能够实现机械足15的收缩与伸出；主推杆10、主滑道14、两根摇杆8、两个舵机连接件6组成两套曲柄滑块机构，每个舵机连接件6上安装有侧鳍舵机6、侧鳍连接件12和侧鳍7，主推杆10前后移动能够实现侧鳍的收缩与伸出；六套双滑块机构和两套曲柄滑块机构的驱动件均是主推杆10，通过防水电机经由齿轮9、齿条11驱动主推杆10，实现六条机械足15和一对侧鳍7的同时收缩与伸出。

本发明的动作过程是：

主推杆10、主滑道14、三根横向滑道2、六根滑块推杆3和六个滑块1组成六套双滑块机构，每个滑块1上安装有机械足，主推杆10前后移动能够实现机械足15的收缩与伸出。

主推杆10、主滑道14、两根摇杆8、两个舵机连接件6组成两套曲柄滑块机构，每个舵机连接件6上安装有侧鳍舵机6、侧鳍连接件12和侧鳍7，主推杆10前后移动能够实现侧鳍7的收缩与伸出。

六套双滑块机构和两套曲柄滑块机构的驱动件均是主推杆10，只需通过一个防水电机经由齿轮9、齿条11驱动主推杆10，实现六条机械足15和一对侧鳍7的同时收缩与伸出。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

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