两栖仿生龟机器人论文和设计-华天钰

全文摘要

本实用新型提供了一种两栖仿生龟机器人，涉及机器人领域，解决了水下机器人不具备陆地运动能力且与被模仿的生物差别较大的问题；该装置包括龟壳，其底部设置有机舱；四肢，包括四个鳍状足，每个鳍状足均通过驱动装置设置于机舱的两侧，驱动装置均包括第一舵机、第一支架、第二支架和第二舵机，第一舵机通过第一支架带动鳍状足在前后方向上运动，第二舵机带动鳍状足在垂直于第一支架的运动方向上做平面内的圆周运动；与驱动装置连接的控制器，控制器连接有探测装置；本实用新型其鳍状足在运动时具有两个自由度，更符合龟的运动姿态；且机器人携带探测装置能够在深海中完成水下作业，在陆地上时，同样能够驱动鳍状足在的运动在陆地上爬行。

主设计要求

1.一种两栖仿生龟机器人，其特征在于，包括：龟壳，其底部设置有机舱；四肢，包括四个鳍状足，每个所述鳍状足均通过驱动装置设置于所述机舱的两侧，所述驱动装置均包括第一舵机、第一支架、第二支架和第二舵机，所述第一舵机与所述第一支架转动连接，所述第一支架和所述第二支架固定连接，所述第二舵机固定于所述第二支架上，且所述鳍状足通过连接件与所述第二舵机的舵盘连接，所述第一舵机和所述第二舵机的延伸方向相互垂直，所述第一舵机通过所述第一支架带动所述鳍状足在前后方向上运动，所述第二舵机带动所述鳍状足在垂直于所述第一支架的运动方向上做平面内的圆周运动；控制器，其设置于所述机舱的内部，并与所述驱动装置电连接；探测装置，其与所述控制器电连接。

设计方案

1.一种两栖仿生龟机器人，其特征在于，包括：

龟壳，其底部设置有机舱；

四肢，包括四个鳍状足，每个所述鳍状足均通过驱动装置设置于所述机舱的两侧，所述驱动装置均包括第一舵机、第一支架、第二支架和第二舵机，所述第一舵机与所述第一支架转动连接，所述第一支架和所述第二支架固定连接，所述第二舵机固定于所述第二支架上，且所述鳍状足通过连接件与所述第二舵机的舵盘连接，所述第一舵机和所述第二舵机的延伸方向相互垂直，所述第一舵机通过所述第一支架带动所述鳍状足在前后方向上运动，所述第二舵机带动所述鳍状足在垂直于所述第一支架的运动方向上做平面内的圆周运动；

控制器，其设置于所述机舱的内部，并与所述驱动装置电连接；

探测装置，其与所述控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的两栖仿生龟机器人，其特征在于，所述第一支架和所述第二支架均为U型支架，所述第一舵机的舵盘与所述第一支架的两个竖直段转动连接，所述第一支架的水平段和所述第二支架的水平段相互垂直且通过螺钉固定。

3.根据权利要求1所述的两栖仿生龟机器人，其特征在于，所述第二支架的竖直段前端向内延伸形成固定板，所述第二舵机的两侧设置有连接耳，所述连接耳通过螺钉或螺栓与所述第二支架固定。

4.根据权利要求1所述的两栖仿生龟机器人，其特征在于，所述第一舵机与所述机舱的连接端设置有固定耳，所述固定耳具有带缺口的弧形空腔，所述弧形空腔内设置有螺栓或螺钉以使所述第一舵机与所述机舱固定。

5.根据权利要求1所述的两栖仿生龟机器人，其特征在于，所述机舱的前部设置有龟头，所述探测装置包括激光探测器或摄像头，所述激光探测器或摄像头设置于龟头处。

6.根据权利要求5所述的两栖仿生龟机器人，其特征在于，所述龟头前部固定连接有第三舵机，所述第三舵机上转动连接有头部U型支架，所述头部U型支架的开口端与所述舵机的舵盘转动连接，所述头部U型支架的开口侧轴线垂直设置，所述激光探测器或摄像头设置于所述头部U型支架的竖直段上，所述第三舵机能通过所述头部U型支架带动所述激光探测器或摄像头在左右上运动。

7.根据权利要求1所述的两栖仿生龟机器人，其特征在于，还包括龟尾，所述龟尾通过所述驱动装置设置于所述机舱的后部，且与所述四肢的驱动结构相同，所述驱动装置包括尾部第一舵机、尾部第一支架、尾部第二支架和尾部第二舵机，所述尾部第一舵机与所述尾部第一支架转动连接，所述尾部第一支架和所述尾部第二支架固定连接，所述尾部第二舵机固定于所述尾部第二支架上，且所述龟尾通过连接件与所述尾部第二舵机的舵盘连接，所述尾部第一舵机和所述尾部第二舵机的延伸方向相互垂直，所述尾部第一舵机通过所述尾部第一支架带动所述龟尾在左右方向上运动，所述尾部第二舵机带动所述龟尾在垂直于所述尾部第一支架的运动方向上做平面内的圆周运动。

8.根据权利要求7所述的两栖仿生龟机器人，其特征在于，所述龟壳为弧形壳，所述鳍状足和所述龟尾均由软质材料制成。

9.根据权利要求1所述的两栖仿生龟机器人，其特征在于，所述探测装置还包括姿态传感器，所述姿态探测器与所述控制器电连接并将接收到的姿态数据传输到所述控制器中，以实现所述控制器对龟机器人姿态运动的控制。

10.根据权利要求1或9所述的两栖仿生龟机器人，其特征在于，所述控制器还电连接有电源组件和无线通讯模块，所述无线控制模块连接有遥控器，所述控制器根据所述无线通讯模块所接收到的遥控指令，控制所述驱动装置的开启和转向以调整机器的运动方向。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其是涉及一种两栖仿生龟机器人。

背景技术

两栖动物作为最原始的陆生脊椎动物，经历了漫长的自然选择，是脊椎动物进化史上由水生到陆生的过渡类型，既有从鱼类祖先继承下来的适应水生生活的性状，又有适应陆地生活的新性状。

随着科技的进步，计算机系统的发展推动了机器人种类的不断增加，如服务型机器人、探测机器人、航天机器人等。其中水下机器人也称无人遥控潜水器，是一种工作于水下的极限作业机器人。水下环境恶劣危险，人的潜水深度有限，因此，水下机器人是人类认识海洋，开发海洋不可缺少的工具之一。

但是本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：现有的机器人大多只能在单一环境下工作，水下机器人在陆地上没有运动能力，而陆地机器人无法在水下进行工作。且现有的水下机器人，仅具备能够在水下运动的能力，其功能特性以及外形与被模仿的生物仍然差别较大，对于水下生物的生活环境造成一定程度上的影响。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种两栖仿生龟机器人，以解决现有技术中存在的水下机器人不具备陆地运动能力且与被模仿的生物差别较大的技术问题；本实用新型提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

本实用新型提供的两栖仿生龟机器人，包括：

龟壳，其底部设置有机舱；

控制器，其设置于所述机舱的内部，并与所述驱动装置电连接；

探测装置，其与所述控制器电连接。

优选的，所述第一支架和所述第二支架均为U型支架，所述第一舵机的舵盘与所述第一支架的两个竖直段转动连接，所述第一支架的水平段和所述第二支架的水平段相互垂直且通过螺钉固定。

优选的，所述第二支架的竖直段前端向内延伸形成固定板，所述第二舵机的两侧设置有连接耳，所述连接耳通过螺钉或螺栓与所述第二支架固定。

优选的，所述第一舵机与所述机舱的连接端设置有固定耳，所述固定耳具有带缺口的弧形空腔，所述弧形空腔内设置有螺栓或螺钉以使所述第一舵机与所述机舱固定。

优选的，所述机舱的前部设置有龟头，所述探测装置包括激光探测器或摄像头，所述激光探测器或摄像头设置于龟头处。

优选的，所述龟头前部固定连接有第三舵机，所述第三舵机上转动连接有头部U型支架，所述头部U型支架的开口端与所述舵机的舵盘转动连接，所述头部U型支架的开口侧轴线垂直设置，所述激光探测器或摄像头设置于所述头部U型支架的竖直段上，所述第三舵机能通过所述头部U型支架带动所述激光探测器或摄像头在左右上运动。

优选的，还包括龟尾，所述龟尾通过所述驱动装置设置于所述机舱的后部，且与所述四肢的驱动结构相同，所述驱动装置包括尾部第一舵机、尾部第一支架、尾部第二支架和尾部第二舵机，所述尾部第一舵机与所述尾部第一支架转动连接，所述尾部第一支架和所述尾部第二支架固定连接，所述尾部第二舵机固定于所述尾部第二支架上，且所述龟尾通过连接件与所述尾部第二舵机的舵盘连接，所述尾部第一舵机和所述尾部第二舵机的延伸方向相互垂直，所述尾部第一舵机通过所述尾部第一支架带动所述龟尾在左右方向上运动，所述尾部第二舵机带动所述龟尾在垂直于所述尾部第一支架的运动方向上做平面内的圆周运动。

优选的，所述龟壳为弧形壳，所述鳍状足和所述龟尾均由软质材料制成。

优选的，所述探测装置还包括姿态传感器，所述姿态探测器与所述控制器电连接并将接收到的姿态数据传输到所述控制器中，以实现所述控制器对龟机器人姿态运动的控制。

优选的，所述控制器还电连接有电源组件和无线通讯模块，所述无线控制模块连接有遥控器，所述控制器根据所述无线通讯模块所接收到的遥控指令，控制所述驱动装置的开启和转向以调整机器的运动方向。

本实用新型提供的两栖仿生龟机器人，与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、四肢包括四个鳍状足，类似于龟足的形状；四个鳍状足的驱动装置结构相同，使得鳍状足具有两个自由度，上述两个自由度分别是：第一舵机控制第一支架带动鳍状足在前后方向上运动、第二舵机带动鳍状足在垂直于第一支架的运动方向上做平面内的圆周运动；上述驱动方式更符合龟的运动姿态，在仿生上具有更好的效果；且机器人携带探测装置能够在深海中完成水下作业，在陆地上时，驱动装置同样能够驱动鳍状足在的运动在陆地上爬行，完成陆地上作业。

2、龟尾的运动同样具有上述两个自由度，能够使得龟尾进行左右摆动和在垂直于前进方向的平面内做圆周运动，上述运动形式具有更高的运动效率。

3、龟头上携带探测装置，头部的第三舵机通过第三支架带动探测装置，如激光探测器，进行左右摆动以获取更宽视野的图像信息，具有广泛的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型两栖仿生龟机器人的整体结构示意图；

图2是两栖仿生龟机器人的底部结构示意图；

图3是鳍状足与驱动装置连接的结构示意图；

图4是控制器的控制原理示意图。

图中1、龟壳；2、鳍状足；31、第一舵机；32、第一支架；33、第二支架；34、第二舵机；341、连接耳；311、固定耳；41、第三舵机；42、头部U型支架；43、激光探测器；51、尾部第一舵机；52、尾部第一支架；53、尾部第二支架；54、尾部第二舵机；6、龟尾；7、机舱。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型提供了一种两栖仿生龟机器人，参照图1和图3，图1是本实用新型两栖仿生龟机器人的整体结构示意图，图3是鳍状足与驱动装置连接的结构示意图；包括：龟壳1，其底部设置有机舱7；四肢，包括四个鳍状足2，每个鳍状足2均通过驱动装置设置于机舱7的两侧，驱动装置均包括第一舵机31、第一支架32、第二支架33和第二舵机34，第一舵机31与第一支架32转动连接，第一支架32和第二支架33固定连接，第二舵机34固定于第二支架33上，且鳍状足2通过连接件与第二舵机34的舵盘连接，第一舵机31和第二舵机34的延伸方向相互垂直，第一舵机31通过第一支架32带动鳍状足2在前后方向上运动，第二舵机34带动鳍状足2在垂直于第一支架32的运动方向上做平面内的圆周运动；

控制器，其设置于机舱7的内部，并与驱动装置电连接；

探测装置，其与控制器电连接。

其中，机舱7进行密封处理，舵机作为本领域内成熟的技术，在此对其结构不再赘述。如图1所示，第一舵机31的舵盘与第一支架32通过转轴转动连接，优选的，鳍状足2的连接件可以为固定盘，第二舵机34的舵盘通过转轴连接固定盘以实现带动鳍状足2做圆周运动。为了清楚地进行说明，规定了机器人前进的方向为前后方向，在同一平面内，垂直于机器人的前进方向为左右方向。

本实用新型的有益效果是：其四肢包括四个鳍状足2，类似于龟足的形状；四个鳍状足2的驱动装置结构相同，使得鳍状足2具有两个自由度，上述两个自由度分别是：第一舵机31控制第一支架32带动鳍状足2在前后方向上运动、第二舵机34带动鳍状足2在垂直于第一支架32的运动方向上做平面内的圆周运动；上述驱动方式更符合龟的运动姿态，在仿生上具有更好的效果；且机器人携带探测装置能够在深海中完成水下作业，在陆地上时，驱动装置同样能够驱动鳍状足2在的运动在陆地上爬行，完成陆地上作业。

作为可选的实施方式，参照图3，第一支架32和第二支架33均为U型支架，第一舵机31的舵盘与第一支架32的两个竖直段转动连接，第一支架32的水平段和第二支架33的水平段相互垂直且通过螺钉固定。

上述结构通过两个U型支架垂直设置，第一支架32的作用主要是与第一舵机31转动连接，第二支架33的作用主要是通过与第一支架32垂直固定连接，实现第二舵机34与第一舵机31垂直设置，第一舵机31带动第一支架32运动的同时，鳍状足2进行前后方向上的摆动，第二舵机34舵盘的转动带动鳍状足2在垂直于前后方向的平面内做圆周运动。其中，第一支架32以第二支架33可通过螺钉或螺栓连接。

为了固定第二舵机34和第二支架33，参照图3，作为可选的实施方式，第二支架33的竖直段前端向内延伸形成固定板，第二舵机34的两侧设置有连接耳341，连接耳341通过螺钉或螺栓与第二支架33固定。

上述结构能够将第二舵机34稳与第二支架33稳固连接，防止在运动过程中松动。

为了将第一舵机31和机舱7稳固连接，作为可选的实施方式，参照图1，第一舵机31与机舱7的连接端设置有固定耳311，固定耳311具有带缺口的弧形空腔，弧形空腔内设置有螺栓或螺钉以使第一舵机31与机舱7固定。

上述固定耳311在第一舵机31的侧壁上各设置一个，上述设置方式能够通过第二支架33将第二舵机34平稳固定于与第一舵机31垂直的平面内，便于带动鳍状足2在垂直于机器的前进方向上做圆周运动。

为了更加符合龟的形态以及便于进行探测作业，作为可选的实施方式，机舱7的前部设置有龟头，探测装置包括激光探测器43或摄像头，激光探测器43或摄像头设置于龟头处。

应当理解的是，上述激光探测器是本领域内成熟的技术，且作为深海探测的常用设备在此不做赘述，如可采用夏普生产的激光探测器。

为了获得更广视角的信息，进一步模拟龟的头部，作为可选的实施方式，参照图1，龟头前部固定连接有第三舵机41，第三舵机41上转动连接有头部U型支架42，头部U型支架42的开口端与舵机的舵盘转动连接，头部U型支架42的开口侧轴线垂直设置，激光探测器43或摄像头设置于头部U型支架42的竖直段上，第三舵机41能通过头部U型支架42带动激光探测器43或摄像头在左右上运动。激光探测器43可通过螺钉或螺栓固定在头部U型支架42的竖直段。

第三舵机41的舵盘与头部U型支架42通过转轴连接，其转动时能够带动头部U型支架42在左右方向上摆动，激光探测器43随其摆动获取更广视角的信息。

为了仿生效果更好，作为可选的实施方式，参照图2，图2是两栖仿生龟机器人的底部结构示意图；还包括龟尾6，龟尾6通过驱动装置设置于机舱7的后部，且与四肢的驱动结构相同，驱动装置包括尾部第一舵机51、尾部第一支架52、尾部第二支架53和尾部第二舵机54，尾部第一舵机51与尾部第一支架52转动连接，尾部第一支架52和尾部第二支架53固定连接，尾部第二舵机54固定于尾部第二支架53上，且龟尾6通过连接件与尾部第二舵机54的舵盘连接，尾部第一舵机51和尾部第二舵机54的延伸方向相互垂直，尾部第一舵机51通过尾部第一支架52带动龟尾6在左右方向上运动，尾部第二舵机54带动龟尾6在垂直于尾部第一支架52的运动方向上做平面内的圆周运动。

应当理解的是，龟尾6的运动模式与鳍状足2相同，均具有两个自由度，上述运动方式更加多样化。

同样的，当将上述机器人放置于陆地上进行作业时，驱动装置控制鳍状足2在前后方向上前进以及垂直于前后方向上的平面内转动，能够实现机器人在陆地上爬行，在运动姿态上更加与两栖动物龟相近。

作为可选的实施方式，龟壳1为弧形壳，鳍状足2和龟尾6均由软质材料制成。上述设置与龟鳍以及龟壳1的形态更加相近。

作为可选的实施方式，探测装置还包括姿态传感器，姿态探测器与控制器电连接并将接收到的姿态数据传输到控制器中，以实现控制器对龟机器人姿态运动的控制。

应当理解的是，上述姿态传感器的结构为本领内成熟的技术，如可使用翼盟APDS-9930姿态传感器。其能够实时输出机器人的三维姿态方位数据，并进行实时改正和动态补偿。

作为可选的实施方式，参照图4，图4是控制器的控制原理示意图。控制器还电连接有电源组件和无线通讯模块，无线控制模块连接有遥控器，控制器根据无线通讯模块所接收到的遥控指令，控制驱动装置的开启和转向以调整机器的运动方向。

其中控制器已经是成熟的技术，如现有的PLC、单片机等均可满足实现上述功能，如控制器可选用西门子S7-200系列PLC CPU224XPCN，经传遥控器输入的信息并通过无线通讯模块传送到PLC。经运算后，PLC输出模拟量，并连接到控制器的模拟量输入端口。控制器对接收到的模拟量进行内部运算，而后驱动驱动装置的开启或运动方向。应当理解的是，也可在控制器中编写相应的程序预先设定机器人的运动轨迹，使机器人按照预先设定的运动轨迹前进。

在本说明书的描述，具体特征、结构或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

设计图

两栖仿生龟机器人论文和设计

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主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

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