[0001] 本申请属于机器人领域，更具体地说，是涉及一种水下机器人。

[0002] 水下机器人技术飞速发展，目前多种深海探测机器人已经得到开发，包括载人潜水器、自主水下机器人(AUV)、遥控水下机器人(ROV)等，此类机器人大多由螺旋桨推进，搭载各种探测仪器，能够用于执行许多科学勘探及商业和军事任务，完成水下观测、取样等。但此类机器人多设计为零浮力，容易受到海流扰动影响，且推进螺旋桨容易造成海泥表层扰动和海流扰动，控制较为困难，运动精确度难以保证，影响探测结果。此外，此类机器人不能在海底稳定停驻行走运动，在开展海底探测时具有很大的局限性。

[0003] 对此，现有技术中出现了足式水下探测机器人，但是，目前的足式水下探测机器人虽然可以完成各种传统探测器的任务，但是在进行位置转移时，机器人水下移动速度较慢，在面对深海海底复杂地形，松软海泥地质以及礁石、沟壑时，通过能力差，机动性差，运动灵活不佳。另外，机器人驱动电机大多布置安放在关节处，加大了足端的重量，而惯量的增大，将会导致不便于精确控制。而海底蕴藏着丰富的资源，未来海洋探测必将向海底探测发展，甚至建立深海空间站，开展海底资源勘探开发，而现有技术的深海探测机器人将难以适应未来复杂的海底任务的需要。

[0042] 为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

[0043] 需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

[0044] 需要理解的是，术语、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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申请的限制。

[0045] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

[0046] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

[0047] 请参阅图1，现对本申请实施例提供的一种水下机器人进行说明。所述水下机器人包括机身10、多个腿部模块20和一个游泳动力模块30。

[0048] 请参阅图1，各个腿部模块20均与机身10相连接，并且共同呈圆周阵列布置在机身10的外围。于本实施例中，腿部模块20的数量优选为六个，于其他实施例，腿部模块20的数量也可以是八个或十个等等，本申请不限于所述腿部模块20的具体数量。通过多个腿部模块20的共同作用，可带动机身10在海底中行走。而游泳动力模块30则设置在机身10的底部，并且，多个腿部模块20共同围设在游泳动力模块30的外周，该游泳动力模块30可供机身10和各个腿部模块20在海里提供前进的动力。由此可知，本实施例的水下机器人具有海陆两用的优点。

[0049] 请参阅图1，本实施例的机身10主要包括机架101和舱体102。其中，舱体102固定在机架101上，并可与机架101可拆卸连接，同时，舱体102的外壁可以安装各类传感器，以及时地反馈水下环境信息，完成探测任务。另外，舱体102内设置有密封腔(图中未示出)，该密封腔用于安装电气控制模块，该电气控制模块可接收外界信息，并控制各个腿部模块20和游泳动力模块30的工作。

[0050] 请参阅图2，于本实施例中，舱体102优选地包括密封舱1021、第一舱盖1022和第二舱盖1023。其中，密封舱1021内开设有收容孔10211，收容孔10211贯穿整个密封舱1021，而第一舱盖1022连接在密封舱1021的一端，第二舱盖1023连接在密封舱1021的另一端，从而将收容孔10211密封起来。换而言之，收容孔10211的孔壁、第一舱盖1022内侧的舱壁和第二舱盖1023内壁的舱壁共同围设形成了上述的密封腔。

[0051] 请一并参阅图3‑图5，以下对腿部模块20的结构设计进行详细地说明：

[0052] 本实施例的腿部模块20主要包括连接臂201、大腿202、小腿203、第一驱动机构204和第二驱动机构205。而第一驱动机构204又包括相连的第一驱动器2041和第一传动组件，第二驱动机构205又包括相连的第二驱动器2051和第二传动组件。

[0053] 其中，连接臂201与机身10相连接，此处可理解为，连接臂201可以与机身10固定连接，连接臂201也可以与机身10活动连接，甚至于，连接臂201还可以和机身10一体成型。

[0054] 其中，大腿202和连接臂201转动连接，两个部件相互转动的结构设计有很多种，比如，于本实施例，连接臂201靠近大腿202的一端安装有第一轴承206，第一轴承206的外圈固定在连接臂201上，第一轴承206的内圈穿设有一根转动杆207，而大腿202靠近连接臂201的第一端套设在该转动杆207的外壁上并与转动杆207固定连接，此时，大腿202和连接臂201可绕转动杆207的轴心相互转动。于其他实施例，大腿202和连接臂201的相互转动还可通过穿设一根销钉来实现。

[0055] 其中，小腿203和大腿202转动连接，于本实施例中，大腿202远离连接臂201的第二端安装有第二轴承208，第二轴承208的外圈固定在大腿202上，第二轴承208的内圈穿设有一根转动轴209，而小腿203靠近大腿202的一端套设在转动轴209的外壁上并与转动轴209固定连接，此时，小腿203和大腿202可绕转动轴209的轴心相互转动。于其他实施例，小腿203和大腿202的相互转动还可通过穿设一根销钉来实现。

[0056] 其中，第一驱动器2041固定在连接臂201上，第一驱动器2041优选为舵机，第一驱动机构204的重心落在第一驱动器2041上，即第一驱动机构204的重心远离大腿202的第一端并向机身10靠近，换而言之，请参阅图3，第一驱动机构204的重心远离转动杆207并向机身10靠近，并且，第一驱动机构204连接大腿202和连接臂201，并用于驱动大腿202和连接臂201绕转动杆207的轴心相互转动。

[0057] 其中，第二驱动器2051固定在连接臂201上，并与第一驱动器2041相对设置，从而让腿部模块20整体的重心更加稳重合理，而且第二驱动器2051也是舵机。另外，第二驱动机构205的重心落在第二驱动器2051上，即第二驱动机构205的重心也远离大腿202的第一端并向机身10靠近，换而言之，请参阅图3，第二驱动机构205的重心远离转动杆207并向机身10靠近，并且，第二驱动机构205连接大腿202和小腿203，并用于驱动小腿203和大腿202绕转动轴209的轴心相互转动。

[0058] 本实施例于此处重点说明的是，本实施例采用了第一驱动机构204驱动连接臂201和大腿202相互转动，并且，采用第二驱动机构205驱动大腿202和小腿203相互转动，从而满足足式水下机器人对腿部模块20所需动作的设计要求。更为重要的是，本申请的第一驱动机构204和第二驱动机构205的重心都没有落在大腿202和小腿203上，也没有落在大腿202和连接臂201之间的转动关节上，也没有落在小腿203和大腿202之间的转动关节上，而是落在与第一驱动机构204和第二驱动机构205均固定连接的连接臂201上，从而大幅减小了大腿202和小腿203的重量和各自的转动惯量。不仅如此，本申请的第一驱动机构204的重心和第二驱动机构205的重心还向机身10靠近，相当于，本申请各个腿部模块20的重心都向机身10靠近，从而使得本实施例的机器人整体的重心都向中部的机身10集中，因此，采用本申请的技术方案，可便于控制大腿202和小腿203活动的精确度，当大腿202和小腿203在海里进行活动时，机器人整体在海里更加稳定，从而解决现有足式机器人由于足端活动惯量大而导致不稳定及难以控制的问题。另外，本实施例的大腿202和小腿203都采用3D打印材料，在满足强度的要求下，进一步减小了大腿202和小腿203的质量和转动惯量，进而进一步提高了机器人在海里的抗干扰能力，使机器人在海里更加稳定。

[0059] 具体而言，请一并参阅图3‑图5，上述所述的第一传动组件包括主动带轮2042、从动带轮2043和传动带2044。

[0060] 其中，主动带轮2042与第一驱动器2041的输出轴固定连接，主动带轮2042远离大腿202的第一端并向机身10靠近，从动带轮2043套设在转动杆207的外壁上并与转动杆207固定连接，传动带2044则绕在主动带轮2042和从动带轮2043上。工作时，第一驱动器2041可带动主动带轮2042作旋转运动，通过传动带2044的传动，主动带轮2042又会带动从动带轮2043作旋转运动，从而带动了转动杆207的转动，进而驱动大腿202和连接臂201的相互转动。

[0061] 由上段可知，本申请将第一驱动机构204设计为带式的传动结构，可使第一驱动机构204自身的质量做到较轻，并且还能让第一驱动机构204的重心尽量远离大腿202的第一端且向机身10靠近。

[0062] 另外，本实施例的第一驱动机构204还包括皮带张紧机构2045，该皮带张紧机构2045安装在连接臂201上，并用于张紧传动带2044，而由于皮带张紧机构2045的作用是现有技术，此处不展开阐述。

[0063] 对于现有技术而言，为了实现小腿203和大腿202的相互转动，现有技术通常将驱动机构直接设置在转动杆207上或者布置在大腿202上，而本申请的第二驱动器2051是布置在连接臂201上，而且大腿202和连接臂201是可以相互转动的，正因如此，在对第二传动组件进行具体的结构设计时，需要考虑第二传动组件是否与可转动的大腿202相干涉的问题。

[0064] 进一步而言，为了实现将第二驱动器2051布置在连接臂201上并同时避免第二传动组件和大腿202相干涉的问题，请一并参阅图3‑图5，于本实施例中，第二传动组件包括主动绳轮2052、从动绳轮2053、第一绳子2054、第二绳子2055和同步绳轮2056。其中，图5中虚线表示的是第一绳子2054，点划线表示的是第二绳子2055。

[0065] 其中，主动绳轮2052与第二驱动器2051的输出轴固定连接，并且，主动绳轮2052远离大腿202的第一端并向机身10靠近，从动绳轮2053则套设在转动轴209的外壁上并与转动轴209固定连接，同步绳轮2056固定在转动杆207的外壁上并与转动杆207固定连接，而第一绳子2054的一端固定在主动绳轮2052上，第一绳子2054绕过同步绳轮2056后，第一绳子2054的另一端固定在从动绳轮2053上，同理地，第二绳子2055的一端固定在主动绳轮2052上，第二绳子2055绕过同步绳轮2056后，第二绳子2055的另一端固定在从动绳轮2053上。

[0066] 本实施例的第二驱动机构205的工作原理为：第二驱动器2051可驱动主动绳轮2052作正向转动，此时第一绳子2054的一端将会在主动绳轮2052上自动缠绕起来，第一绳子2054的另一端将会拉动从动绳轮2053作正向转动，于此同时，由于从动绳轮2053的正向转动，所以第二绳子2055的一端将会在从动绳轮2053上自动缠绕起来，第二绳子2055的另一端将会在主动绳轮2052上逐渐绕出。同理地，第二驱动器2051还可驱动主动绳轮2052作反向转动，此时第二绳子2055的一端将会在主动绳轮2052上自动缠绕起来，第二绳子2055的另一端将会拉动从动绳轮2053作反向转动，于此同时，由于从动绳轮2053的正向转动，所以第一绳子2054的一端将会在从动绳轮2053上自动缠绕起来，第一绳子2054的另一端将会在主动绳轮2052上逐渐绕出。

[0067] 请一并参阅图1和图5，当大腿202和连接臂201绕转动杆207的轴心相互转动时，转动杆207也会转动，此时同步绳轮2056也会跟着转动杆207作同步转动，而由于第一绳子2054和第二绳子2055都绕在同步绳轮2056上，所以当大腿202和连接臂201相互转动时，第一绳子2054和第二绳子2055都能够始终绕在同步绳轮2056上，第一绳子2054和第二绳子
2055都不会与大腿202的内壁相互摩擦，相当于，第一绳子2054和第二绳子2055都不会与大腿202干涉，同时，此时还可避免第一绳子2054和第二绳子2055由于自身的跳动或受水流影响而与其他部件卡死的问题，从而确保机器人在海里作业的稳定性和可靠性。

[0068] 请一并参阅图1、图3和图4，本实施例的腿部模块20还包括摆动机构230，该摆动机构230连接机身10和连接臂201，并用于驱动连接臂201相对于机身10作摆动，此时可使每一根腿部模块20都具有更多的自由度，使机器人能够在海内更加灵活敏捷。

[0069] 具体而言，摆动机构230主要包括基座2301、第三驱动器2302、传动机构2303和防尘罩2304。其中，传动机构2303又包括主动轮23031、从动轮23032、皮带23033、传动轴23034和张紧轮23035。具体的，基座2301和机身10固定为一体，第三驱动器2302固定在基座2301上，第三驱动器2302也优选为舵机，主动轮23031固定在第三驱动器2302的输出轴上，传动轴23034的两端通过轴套与基座2301相连接，即传动轴23034可相对于基座2301自由转动，而从动轮23032则套在传动轴23034的外壁上与传动轴23034固定连接，皮带23033套设在主动轮23031和从动轮23032上，张紧轮23035连接在基座2301上并用于张紧皮带23033，防尘罩2304盖合在基座2301上，防尘罩2304用于遮盖传动机构2303，确保传动机构2303可靠稳定地运转，避免海里杂物卡死传动机构2303。另外，传动轴23034的两端都固定在连接臂201上。摆动机构230在工作时，第三驱动器2302可带动主动轮23031旋转，主动轮23031通过皮带23033带动从动轮23032转动，从而带动传动轴23034转动，进而带动连接臂201相对于基座2301转动。

[0070] 传动机构2303不限于本申请的带式传动，于其他实施例，传动机构2303也可以是齿轮传动机构或链轮传动机构。

[0071] 请一并参阅图1、图3和图4，本实施例的的腿部模块20还包括蹼片210，该蹼片210固定在小腿203上，并且，位于小腿203朝向机身10的内侧。由于在各个腿部模块20内设置了蹼片210，因此当小腿203摆动时，可实现六足机器人在水中姿态的改变，增加机器人运动的灵活性，更加加强了化机器人对非结构化地面环境的适应能力。另外，小腿203的外壁也可以安装各类传感器，以及时地反馈水下环境信息，完成探测任务。

[0072] 请一并参阅图1、图6和图7，以下对游泳动力模块30的结构设计进行详细地说明：

[0073] 游泳动力模块30主要包括连接架301、曲柄302、连杆303、第四驱动器304、传动杆305及布置于传动杆305两侧的多个动力组件306。

[0074] 具体的，连接架301又包括两个支架3011、多个连接板3012和一个安装板3013，其中，两个支架3011固定在机身10上，多个连接板3012固定在两个支架3011之间，安装板3013则固定在其中的两个连接板3012上。连接架301采用上述的结构设计，使连接架301更加紧凑合理，同时也便于加工和装配。

[0075] 更具体的，第四驱动器304则固定在连接板3012上。第四驱动器304也优选为舵机。上述的曲柄302固定在第四驱动器304的输出轴上，第四驱动器304可带动曲柄302转动，而连杆303的一端则转动连接于曲柄302，连杆303的另一端转动连接于传动杆305，当曲柄302转动时，曲柄302可通过连杆303带动传动杆305向前方作伸缩运动。

[0076] 进一步的，动力组件306又包括安装杆3061、安装架3062和蹼水片3063。其中，安装杆3061的一端转动连接于传动杆305，安装架3062固定在传动杆305上，蹼水片3063固定在安装架3062上，蹼水片3063用于通过拨水来带动机器人整体前进。另外，安装杆3061的中部设有贯穿自身的条形孔30611，连接架301上固定有多个限位轴3014，每一根限位轴3014都穿设在一个动力组件306的条形孔30611内并可沿条形孔30611的孔壁自由移动。由于限位轴3014对安装杆3061进行了限制，使得当传动杆305作伸缩运动时，每个动力组件306的安装杆3061都能往复摆动，进而使蹼水片3063能够通过拨水来带动机器人前进。

[0077] 本申请的游泳动力模块30具有结构简单和体积小型的优点，当游泳动力模块30搭配六足行走时，可以快速地完成各种动作需求，并且，当机器人需要快速运动时，可以为机器人提供足够的动力，同时提高机器人的响应能力。

[0078] 以上仅为本发明的较佳实施例而已，仅具体描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，及本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其他具体实施方式，均应包含在本发明的保护范围之内。