专利摘要

一种桨腿复合驱动机构，涉及一种驱动机构。本发明解决了现有水陆两栖六足机器人驱动装置运行效率低、速度慢、难以同时满足陆地越障和水下推进要求的问题。本发明的螺旋轴(A‑5)上开设螺旋槽(A‑5‑1)，螺旋轴(A‑5)插装在桨腿基体(A‑4)内并通过固定螺钉(A‑3)旋入螺旋轴(A‑5)的螺孔内，内嵌梁(A‑2)嵌入到桨腿基体(A‑4)内，且内嵌梁(A‑2)的一端伸入到螺旋榫(A‑5‑1)处，锥帽(A‑1)安装在桨腿基体(A‑4)的桨毂外部的圆台凸起上；桨腿基体(A‑4)为C形螺旋桨叶，锥帽(A‑1)和桨腿基体(A‑4)均由柔性耐磨材料制成，桨腿驱动模块与螺旋轴(A‑5)连接。本发明用于水陆两栖六足机器人上。

权利要求

1.一种桨腿复合驱动机构，其特征在于：它包括桨腿驱动模块和桨腿（13），桨腿（13）包括锥帽（A-1）、内嵌梁（A-2）、固定螺钉（A-3）、桨腿基体（A-4）和螺旋轴（A-5），螺旋轴（A-5）上开设螺旋槽（A-5-1），螺旋轴（A-5）插装在桨腿基体（A-4）内并通过固定螺钉（A-3）旋入螺旋轴（A-5）的螺孔内，内嵌梁（A-2）嵌入到桨腿基体（A-4）内，桨腿基体（A-4）上开设有螺旋榫（A-4-2），且内嵌梁（A-2）的一端伸入到螺旋榫（A-4-2）处，锥帽（A-1）安装在桨腿基体（A-4）的桨毂外部的圆台凸起上；桨腿基体（A-4）为C形螺旋桨叶，锥帽（A-1）和桨腿基体（A-4）均由柔性耐磨材料制成，桨腿驱动模块与螺旋轴（A-5）连接，内嵌梁（A-2）由ABS、聚甲醛树脂、玻璃纤维增强树脂、碳纤维增强树脂和弹簧钢中的某一种通过3D打印或机加工制成，能根据执行任务区域的地形更换内嵌梁（A-2）的材料调节桨腿的整体刚度以获得合适的柔顺性。

2.根据权利要求1的一种桨腿复合驱动机构，其特征在于：锥帽（A-1）和桨腿基体（A-4）均由热塑性聚氨酯橡胶材料制成。

3.根据权利要求2的一种桨腿复合驱动机构，其特征在于：桨腿基体（A-4）的C形螺旋桨叶外侧端面上沿轴线方向上开设多个凹槽（A-4-1）。

4.根据权利要求3的一种桨腿复合驱动机构，其特征在于：内嵌梁（A-2）为C形钢条，三根C形钢条为一组内嵌梁（A-2），两组内嵌梁（A-2）分别嵌入到桨腿基体（A-4）的两个C形螺旋桨叶内。

5.根据权利要求1或4的一种桨腿复合驱动机构，其特征在于：桨腿驱动模块包括驱动电机模块（9）、双节万向联轴器（10）、支座（11）和摆杆（12），双节万向联轴器（10）的首、尾两节分别通过销钉卡簧连接在驱动电机模块（9）和桨腿（13）上，支座（11）和摆杆（12）安装在双节万向联轴器（10）的尾端，且支座（11）和摆杆（12）之间形成转动关节。

说明书

技术领域

本发明涉及一种驱动机构，具体涉及一种外形上为螺旋桨与C形腿复合的，力学性能上具有柔顺性、可人为调节刚度的驱动机构，属于陆地行走装置和水面或水下推进装置领域。

背景技术

随着人类在复杂环境下进行科学考察、资源勘探与开发、灾害救援与处理以及进行军事行动的需求与日俱增，能在复杂环境下运行的机器人，尤其是水陆两栖机器人的开发与应用成为重点研究领域之一。当前国内外所研究的水陆两栖机器人多有局限，这些机器人大体可分为两种：一种是基于分离式的水、陆驱动机构，要么需要手动更换驱动机构，要么需要复杂的冗余驱动系统来完成水、陆驱动机构的自动切换，环境适应性低；另一种是基于复合式的水陆驱动机构，一般形状复杂制造困难，而且运行效率低、速度慢，很难同时满足陆地越障和水下推进的要求。因此，结合两类驱动机构的优点，开发研制出具有结构简单、运行效率高、环境适应性强且能在陆地快速越障和在水中快速推进的复合驱动机构便成为了重要的研究方向和发展趋势之一。

综上所述，现有水陆两栖六足机器人驱动装置运行效率低、速度慢、难以同时满足陆地越障和水下推进要求的问题。

发明内容

本发明为了解决现有水陆两栖六足机器人驱动装置运行效率低、速度慢、难以同时满足陆地越障和水下推进要求的问题。进而提供了一种桨腿复合驱动机构。

本发明的技术方案是一种桨腿复合驱动机构，包括桨腿驱动模块和桨腿，桨腿包括锥帽、内嵌梁、固定螺钉、桨腿基体和螺旋轴，螺旋轴上开设螺旋槽，螺旋轴插装在桨腿基体内并通过固定螺钉旋入螺旋轴的螺孔内，内嵌梁嵌入到桨腿基体内，且内嵌梁的一端伸入到螺旋榫处，锥帽安装在桨腿基体的桨毂外部的圆台凸起上；桨腿基体为C形螺旋桨叶，锥帽和桨腿基体均由柔性耐磨材料制成，桨腿驱动模块与螺旋轴连接。

进一步地，锥帽和桨腿基体均由热塑性聚氨酯橡胶材料制成。

进一步地，桨腿基体的C形螺旋桨叶外侧端面上沿轴线方向上开设多个凹槽。

进一步地，内嵌梁为C形钢条，三根C形钢条为一组内嵌梁，两组内嵌梁分别嵌入到桨腿基体的两个C形螺旋桨叶内。

进一步地，桨腿基体上开设有螺旋榫。

进一步地，桨腿驱动模块包括驱动电机模块、双节万向联轴器、支座和摆杆，双节万向联轴器的首、尾两节分别通过销钉卡簧连接在驱动电机模块和桨腿上，支座和摆杆安装在双节万向联轴器的尾端，且支座和摆杆之间形成转动关节。

本发明与现有技术相比具有以下改进效果：

本发明的桨腿基体A-4是将C形腿与螺旋桨两种驱动机构复合于一体，既能在陆上行进越障又能在水下推进，环境适应性强。

本发明根据执行任务区域的地形更换内嵌梁的材料调节桨腿的整体刚度以获得合适的柔顺性，适用范围广。

本发明的锥帽A-1和桨腿基体A-4由于采用了柔性耐磨材料制成，抗磨损能力强，有较长的使用寿命。

本发明在水下可作为螺旋桨式推进器，螺旋推进方式相较于现有水陆两栖机器人所使用的明轮、划桨和划蹼等推进方式在同等盘面积下拥有更高的推进效率。

本发明在陆上可作为柔顺腿式驱动机构，由于桨腿具有一定柔顺性，行进在不同地形上时能够相应地产生一定变形从而改变接触点和接触角，降低对驱动电机的转矩输出要求，在相等的输出功率下，本发明相较轮式驱动机构具有更高的地形适应性，相较刚性腿式驱动机构能输出更高的行进速度。

本发明沿轴向驱动即可作为在水下螺旋桨式推进器，沿周向驱动即可作为陆上柔顺腿式驱动机构，因此只需通过特定的形态变换机构改变桨腿的驱动方向即可快速切换陆上、水下运行模式，令使用本发明的水陆两栖机器人可以同时满足陆地越障和水下推进的要求。

附图说明

图1是桨腿的分解图；图2是桨腿的整体结构示意图；图3是本发明的整体结构示意图，图4是本发明安装在一种桨腿式可变形水陆两栖六足机器人的示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式的一种桨腿复合驱动机构包括桨腿驱动模块和桨腿13，桨腿13包括锥帽A-1、内嵌梁A-2、固定螺钉A-3、桨腿基体A-4和螺旋轴A-5，螺旋轴A-5上开设螺旋槽A-5-1，螺旋轴A-5插装在桨腿基体A-4内并通过固定螺钉A-3旋入螺旋轴A-5的螺孔内，内嵌梁A-2嵌入到桨腿基体A-4内，且内嵌梁A-2的一端伸入到螺旋榫A-5-1处，锥帽A-1安装在桨腿基体A-4的桨毂外部的圆台凸起上；桨腿基体A-4为C形螺旋桨叶，锥帽A-1和桨腿基体A-4均由柔性耐磨材料制成，桨腿驱动模块与螺旋轴A-5连接。

本实施方式的内嵌梁A-2可由ABS、聚甲醛树脂(POM)、玻璃纤维增强树脂(GFRP)、碳纤维增强树脂(CFRP)和弹簧钢等材料中的某一种通过3D打印或机加工制成，具有较大的刚度，可以嵌入到桨腿基体A-4内部的安装槽内，可根据执行任务区域的地形更换内嵌梁A-2的材料调节桨腿的整体刚度以获得合适的柔顺性。

本实施方式的螺旋轴A-5由45号钢数控加工制成，正火热处理提高韧性，其上设计有有螺旋槽，桨腿基体A-4的桨毂处突出有螺旋榫，可旋入螺旋轴A-5的螺旋槽内，而内嵌梁A-2嵌入到桨腿基体A-4内后也深入至螺旋榫处且刚好不伸出螺旋榫之外，使得螺旋轴A-5可将转矩传递给相较桨腿基体A-4刚性更高的内嵌梁A-2；螺旋轴A-5旋入桨腿基体A-4后被固定螺钉3旋入轴端的螺孔内而得以轴向固定，锥帽A-1可通过楔入桨腿基体A-4的桨毂外部的圆台凸起而固定在桨腿基体A-4上，形成螺旋桨的尾椎。

本实施方式的桨腿是一种外形上为螺旋桨与C形腿复合的，力学性能上具有柔顺性、可人为调节刚度的推进机构，桨腿基体的桨毂处突出有螺旋榫，可旋入螺旋轴的螺旋槽内，锥帽通过楔入桨腿基体桨毂外部的圆台凸起而固定在桨腿基体上，刚性材料的内嵌梁嵌入到柔性材料的桨腿基体内，且刚好不伸出毂处突出的螺旋榫之外，使得螺旋轴可将转矩传递给内嵌梁，通过更换内嵌梁的材料则可以调节桨腿的整体刚度，获得合适的柔顺性，桨腿作为一种复合推进机构，在水中可作为螺旋桨推进，陆上可作为柔顺性腿行进，其柔顺性使其在不同地形上相应地有不同的接触点和接触角，输出转矩要求更低，因此能够更高效地在复杂地形中翻越障碍。

具体实施方式二：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的锥帽A-1和桨腿基体A-4均由热塑性聚氨酯橡胶材料制成。如此设置，柔性很大且十分耐磨，适于在陆地上行走、翻越障碍，能长时间承受地面磨损，使用寿命较长，桨腿基体A-4可通过熔融沉积方式3D打印制成，也可利用螺旋面作为分模面分为两半，使用模具覆模制成，锥帽A-1也可由熔融沉积方式3D打印和直接模具覆模制成。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的桨腿基体A-4的C形螺旋桨叶外侧端面上沿轴线方向上开设多个凹槽A-4-1。如此设置，便于螺旋桨叶在旋转时，增加地面或者水体的摩擦力。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的内嵌梁A-2为C形钢条，三根C形钢条为一组内嵌梁A-2，两组内嵌梁A-2分别嵌入到桨腿基体A-4的两个C形螺旋桨叶内。如此设置，便于满足水路两栖作业时对螺旋桨叶刚度的需求。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的桨腿基体A-4上开设有螺旋榫A-4—2。如此设置，便于与螺旋榫A-5-1配合。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。

具体实施方式六：结合图3说明本实施方式，本实施方式的桨腿驱动模块包括驱动电机模块9、双节万向联轴器10、支座11和摆杆12，双节万向联轴器10的首、尾两节分别通过销钉卡簧连接在驱动电机模块9和桨腿13上，支座11和摆杆12安装在双节万向联轴器10的尾端，且支座11和摆杆12之间形成转动关节。如此设置，结合图4，实际使用时，桨腿13是对称安装在壳体上的，每对驱动电机模块交错布置，双节万向联轴器的首、尾两节分别连接在驱动电机模块和桨腿上，使驱动电机模块能将转矩传递给桨腿；陆地模式下，从水平面上看双节万向联轴器的首、尾两节的轴线互相平行，中间传动轴的轴线则均与首、尾两节轴线互成30°角，使得一对桨腿驱动模块中的桨腿轴线得以共线；支座与摆杆形成一转动关节，其转动轴在竖直面上，与水平面成45°角，这样地面对机器人的支持力可以产生使摆杆摆回水平朝向的分量，二者之间套装一扭簧，在其扭力作用下，摆杆自然摆至极限位置，即摆杆与支座间的机械限位位置，其轴线朝向后下方，与水平朝向位置处的轴线成25°角，摆杆尾部有一限位凸起，起到对变形驱动模块限位的作用；双节万向联轴器的尾节经由石墨铜套套装在摆杆上，尾节轴与中间传动轴的交点、摆杆轴与支座轴的交点重合于一处，因此摆杆的摆动也同时带动桨腿进行摆动同时不影响驱动电机模块将转矩正常向桨腿传递；其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。

结合图1至图4说明本发明的工作原理：

在陆上运动模式下，桨腿轴线与运动方向垂直，桨腿作为柔顺性腿在陆地上行进、翻越障碍，其柔顺性使其在不同地形上相应地有不同的接触点和接触角，输出转矩要求更低，因此能够更高效地在复杂地形上行进。

在水中运行模式下，桨腿轴线与运动方向平行，桨腿作为螺旋桨，在水中推进，其机翼形的桨叶切面使其由更高的推进效率。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

一种桨腿复合驱动机构专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。