本發(fā)明涉及機(jī)器人，尤其是一種結(jié)合仿生學(xué)原理的可變形態(tài)水空兩棲機(jī)器人，適用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、災(zāi)害救援和軍事偵察等場(chǎng)景。

背景技術(shù)：

1、無(wú)人系統(tǒng)在空中和水下環(huán)境中的應(yīng)用得到了廣泛關(guān)注，如無(wú)人機(jī)在空中偵察、監(jiān)測(cè)和運(yùn)輸中的應(yīng)用，以及水下機(jī)器人在海洋探測(cè)和資源開(kāi)發(fā)中的貢獻(xiàn)。然而，這些系統(tǒng)通常僅能在單一介質(zhì)中高效工作，難以應(yīng)對(duì)復(fù)雜的多介質(zhì)環(huán)境，例如海洋與空中交界的場(chǎng)景。在無(wú)人與反無(wú)人的技術(shù)博弈中，多環(huán)境任務(wù)能力已成為突破的關(guān)鍵。水空兩棲機(jī)器人通過(guò)集成飛行與游泳能力，不僅可以靈活應(yīng)對(duì)水面至空中場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)變化，還能克服傳統(tǒng)單介質(zhì)機(jī)器人在追蹤、規(guī)避和執(zhí)行任務(wù)中的問(wèn)題。

2、傳統(tǒng)水空兩棲飛行器完全依靠固定翼或多旋翼等驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，存在環(huán)境適應(yīng)性差、能效低和隱蔽性不足等問(wèn)題。結(jié)合魚(yú)類的流體動(dòng)力學(xué)特性與鳥(niǎo)類的氣動(dòng)學(xué)特性，設(shè)計(jì)仿生兩棲機(jī)器人能夠克服這些局限性，實(shí)現(xiàn)跨介質(zhì)任務(wù)執(zhí)行的高效性和靈活性。這類機(jī)器人在環(huán)境監(jiān)測(cè)、災(zāi)害救援以及反無(wú)人偵察等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力，目前的研究很少。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的無(wú)人系統(tǒng)僅能在單一介質(zhì)環(huán)境中高效工作難以應(yīng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境，以及傳統(tǒng)的水空兩棲飛行器缺乏環(huán)境適應(yīng)性和隱蔽性等缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種可變形態(tài)的水空兩棲仿生機(jī)器人，通過(guò)輕量化、可變形結(jié)構(gòu)賦予機(jī)器人適應(yīng)復(fù)雜任務(wù)需求的形態(tài)轉(zhuǎn)變能力，具有運(yùn)動(dòng)能力強(qiáng)，靈活性高，變形速度快，隱蔽性強(qiáng)等特點(diǎn)。

2、本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種可變形態(tài)的水空兩棲仿生機(jī)器人，該仿生機(jī)器人包括：

3、軀體形態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，包括主骨架、變形舵機(jī)驅(qū)動(dòng)的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鉸鏈連接的七邊形外殼框架以及相互滑動(dòng)連接的碳桿和碳管；所述七邊形外殼框架通過(guò)碳桿和碳管連接在主骨架上，所述七邊形外殼框架與齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，調(diào)整姿態(tài)使得在水中呈紡錘形，在空中呈扁平狀；

4、折展翼機(jī)構(gòu)，通過(guò)折展翼舵機(jī)控制側(cè)翼的展開(kāi)或折疊；側(cè)翼端部安裝有矢量舵機(jī)和螺旋槳，提供飛行時(shí)的升力；

5、尾鰭切換機(jī)構(gòu)，通過(guò)變尾舵機(jī)控制尾鰭在豎直與水平狀態(tài)之間切換，并通過(guò)擺尾舵機(jī)控制尾鰭的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

6、進(jìn)一步地，所述主骨架的左右兩側(cè)和下側(cè)均通過(guò)相互滑動(dòng)連接的碳桿和碳管與七邊形外殼框架連接。

7、進(jìn)一步地，齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在主骨架上，通過(guò)齒輪和連桿連接七邊形外殼框架的兩側(cè)，齒輪、連桿以及七邊形外殼框架兩側(cè)連接的碳桿和碳管共同構(gòu)成對(duì)心對(duì)稱曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。

8、進(jìn)一步地，在水中時(shí)，尾鰭呈豎直狀態(tài)，左右擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)前進(jìn)與轉(zhuǎn)彎，在空中時(shí)呈水平狀態(tài)，上下擺動(dòng)以輔助調(diào)整俯仰角。

9、進(jìn)一步地，折展翼機(jī)構(gòu)包括折展翼機(jī)架，矢量舵機(jī)安裝在折展翼機(jī)架端部，并通過(guò)無(wú)刷電機(jī)連接螺旋槳，矢量舵機(jī)用于改變無(wú)刷電機(jī)的推力方向。

10、進(jìn)一步地，折展翼機(jī)構(gòu)的側(cè)翼在魚(yú)形態(tài)下收攏作為腹鰭，在鳥(niǎo)形態(tài)下展開(kāi)作為翅膀。

11、進(jìn)一步地，仿生機(jī)器人主體由3d打印的pla零件組裝而成，表面覆蓋有柔性硅膠外皮。

12、進(jìn)一步地，該機(jī)器人包括控制模塊，由傳感器、處理器和執(zhí)行器組成；傳感器負(fù)責(zé)獲取機(jī)器人當(dāng)前狀態(tài)的數(shù)據(jù)，包含姿態(tài)，加速度信息；處理器負(fù)責(zé)對(duì)傳感器數(shù)據(jù)或控制信號(hào)進(jìn)行處理與分析，生成相應(yīng)的控制指令；執(zhí)行器根據(jù)處理器生成的指令，調(diào)節(jié)機(jī)器人的無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)速、舵機(jī)角度，實(shí)現(xiàn)姿態(tài)控制。

13、進(jìn)一步地，該機(jī)器人包括通訊模塊，由接收機(jī)與控制器組成；接收機(jī)放置在機(jī)器人內(nèi)部，接收來(lái)自控制器的信號(hào)，并將其傳遞給控制模塊；控制器在機(jī)器人外部，由操作人員控制，通過(guò)無(wú)線電信號(hào)將指令傳遞給接收機(jī)。

14、進(jìn)一步地，該機(jī)器人包括電源模塊，由可充電的鋰電池、分電板和電子調(diào)速器組成；鋰電池與分電板相連給控制模塊與電子調(diào)速器供電，電子調(diào)速器給無(wú)刷電機(jī)供電。

15、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種可變形態(tài)的水空兩棲仿生機(jī)器人，具有跨水-空氣介質(zhì)作業(yè)能力，隱蔽性和機(jī)動(dòng)性、適應(yīng)性強(qiáng)以及作業(yè)效率高、可拓展性高等優(yōu)勢(shì)，在水空環(huán)境無(wú)人偵察作戰(zhàn)以及環(huán)境監(jiān)測(cè)、災(zāi)害救援等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

技術(shù)特征：

1.一種可變形態(tài)的水空兩棲仿生機(jī)器人，其特征在于：該仿生機(jī)器人包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可變形態(tài)的水空兩棲仿生機(jī)器人，其特征在于：所述主骨架的左右兩側(cè)和下側(cè)均通過(guò)相互滑動(dòng)連接的碳桿和碳管與七邊形外殼框架連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可變形態(tài)的水空兩棲仿生機(jī)器人，其特征在于：齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在主骨架上，通過(guò)齒輪和連桿連接七邊形外殼框架的兩側(cè)，齒輪、連桿以及七邊形外殼框架兩側(cè)連接的碳桿和碳管共同構(gòu)成對(duì)心對(duì)稱曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可變形態(tài)的水空兩棲仿生機(jī)器人，其特征在于：在水中時(shí)，尾鰭呈豎直狀態(tài)，左右擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)前進(jìn)與轉(zhuǎn)彎，在空中時(shí)呈水平狀態(tài)，上下擺動(dòng)以輔助調(diào)整俯仰角。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可變形態(tài)的水空兩棲仿生機(jī)器人，其特征在于：折展翼機(jī)構(gòu)包括折展翼機(jī)架，矢量舵機(jī)安裝在折展翼機(jī)架端部，并通過(guò)無(wú)刷電機(jī)連接螺旋槳，矢量舵機(jī)用于改變無(wú)刷電機(jī)的推力方向。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可變形態(tài)的水空兩棲仿生機(jī)器人，其特征在于：折展翼機(jī)構(gòu)的側(cè)翼在魚(yú)形態(tài)下收攏作為腹鰭，在鳥(niǎo)形態(tài)下展開(kāi)作為翅膀。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可變形態(tài)的水空兩棲仿生機(jī)器人，其特征在于：仿生機(jī)器人主體由3d打印的pla零件組裝而成，表面覆蓋有柔性硅膠外皮。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可變形態(tài)的水空兩棲仿生機(jī)器人，其特征在于：該機(jī)器人包括控制模塊，由傳感器、處理器和執(zhí)行器組成；傳感器負(fù)責(zé)獲取機(jī)器人當(dāng)前狀態(tài)的數(shù)據(jù)，包含姿態(tài)，加速度信息；處理器負(fù)責(zé)對(duì)傳感器數(shù)據(jù)或控制信號(hào)進(jìn)行處理與分析，生成相應(yīng)的控制指令；執(zhí)行器根據(jù)處理器生成的指令，調(diào)節(jié)機(jī)器人的無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)速、舵機(jī)角度，實(shí)現(xiàn)姿態(tài)控制。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種可變形態(tài)的水空兩棲仿生機(jī)器人，其特征在于：該機(jī)器人包括通訊模塊，由接收機(jī)與控制器組成；接收機(jī)放置在機(jī)器人內(nèi)部，接收來(lái)自控制器的信號(hào)，并將其傳遞給控制模塊；控制器在機(jī)器人外部，由操作人員控制，通過(guò)無(wú)線電信號(hào)將指令傳遞給接收機(jī)。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種可變形態(tài)的水空兩棲仿生機(jī)器人，其特征在于：該機(jī)器人包括電源模塊，由可充電的鋰電池、分電板和電子調(diào)速器組成；鋰電池與分電板相連給控制模塊與電子調(diào)速器供電，電子調(diào)速器給無(wú)刷電機(jī)供電。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種可變形態(tài)的仿生水空兩棲仿生機(jī)器人，該機(jī)器人由仿生主體、變形機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成。仿生主體融合魚(yú)類的流線型結(jié)構(gòu)和鳥(niǎo)類的高效氣動(dòng)外形，變形機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)魚(yú)?鳥(niǎo)形態(tài)的高效切換。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)舵機(jī)與螺旋槳協(xié)同工作，分別實(shí)現(xiàn)水中游動(dòng)推進(jìn)和空中飛行推進(jìn)。機(jī)器人具備高靈活性和優(yōu)異的運(yùn)動(dòng)性能，適用于災(zāi)害救援、環(huán)境監(jiān)測(cè)及無(wú)人與反無(wú)人偵察等多個(gè)領(lǐng)域，為復(fù)雜環(huán)境作業(yè)任務(wù)提供一種創(chuàng)新型解決方案。

技術(shù)研發(fā)人員：張超,許瑞文,徐嘉輝,祝毅,楊華勇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8