第3期 刘羽婷，等：新型仿生球形两栖子母机器人系统设计 ·587· 子机器人输出信号的占空比测量子机器人运行一 10 9 ·实际值 段距离所用的平均时间，计算出在不同占空比下 一理论值 的平均速度。 1 6 实验结果如图14所示，在没有负载的情况 下，球形两栖子机器人在瓷砖地面上，最大速 4 度71.4cms,在沥青路面上时运动速度最小，为 16.1 cm/s. 80 0102030405060708090100 占空比% 70 图16球形两栖母机器人水下运动与占空比关系 60 Fig.16 The relationship between movement speed of 50 spherical amphibious mother robot 40 130 。人行道 14 口实际值 --沥青 20 农 ·理论值 一瓷砖 10 102030405060708090100 占空比% 8 图14球形两栖子机器人陆地运动特性图 Fig.14 The land movement characteristic diagram of 4 spherical amphibious son robot 由图14的占空比与速度关系的实验图像可 以看出，球形两栖子机器人的路上运动速度与其 0 102030405060708090100 占空比% 输出信号的占空比成正比。 3.2球形两栖子母机器人水下性能测试 图17球形两栖子机器人水下运动速度与占空比关系 Fig.17 The relationship between movement speed of 为了测量子母机器人在水下的游动性能，本 spherical amphibious son robot 文在泳池内进行了水下释放实验，如图15所示。 在游动实验中测得球形两栖母机器人水下前进运 4结束语 动速度与占空比关系如图16所示。当喷水电机 两端的输入电压不断变化时，球形两栖母机器人 本文设计了一种仿生球形两栖子母机器人系 的速度随着输入的电压增大，速度会越来越快。 统，系统中分别设计了球型两栖母机器人和球形 由于电池经过稳压电源输出的最大电压为7.4V, 两栖子机器人的机械结构和硬件结构，同时实现 故当喷水电机两端输入的电压为7.4V,球形母机 了子母机器人之间的通信。球形两栖子母机器人 器人水平前进的最大速度为9.6cm/s。子机器人 均能实现两种运动的自由切换，母机器人在水下 前进运动时速度与时间的关系如图17所示，从图 喷水式运动，陆地上采用仿生四足爬行，子机器 中可以看出微型子机器人在游动时速度不断增 人在陆地上采用轮式运动，在水下通过特殊设计 加，最大速度为13.3cm/s。 的桨叶轮实现运动。球形两栖母机器人作为球型 两栖子机器人的搭载平台为其提供信号和能源， 两者采用有线连接，通过点对点通信实现信号传 递，同时方便子机器人的回收。本文分别对母机 器人和子机器人进行陆地实验，而且进行了水下 的释放实验，验证了系统设计的有效性。接下来 初始 释放 的工作中，可通过给子母机器人系统增加传感 器，增加其对外部环境的感知能力，更方便地执 图15球形两栖子母机器人水下释放实验 Fig.15 The underwater released test of spherical amphibi- 行任务。该系统在海洋探索和军事侦察领域具有 ous mother-son robot 广泛的应用价值和应用前景。子机器人输出信号的占空比测量子机器人运行一 段距离所用的平均时间，计算出在不同占空比下 的平均速度。 实验结果如图 14 所示，在没有负载的情况 下，球形两栖子机器人在瓷砖地面上，最大速 度 71.4 cm/s，在沥青路面上时运动速度最小，为 16.1 cm/s。 运动速度/cm·s−1 10 20 30 40 50 60 70 80 20 30 40 50 60 70 80 90 100 占空比/% 人行道 沥青 瓷砖 图 14 球形两栖子机器人陆地运动特性图 Fig. 14 The land movement characteristic diagram of spherical amphibious son robot 由图 14 的占空比与速度关系的实验图像可 以看出，球形两栖子机器人的路上运动速度与其 输出信号的占空比成正比。 3.2 球形两栖子母机器人水下性能测试 为了测量子母机器人在水下的游动性能，本 文在泳池内进行了水下释放实验，如图 15 所示。 在游动实验中测得球形两栖母机器人水下前进运 动速度与占空比关系如图 16 所示。当喷水电机 两端的输入电压不断变化时，球形两栖母机器人 的速度随着输入的电压增大，速度会越来越快。 由于电池经过稳压电源输出的最大电压为 7.4 V， 故当喷水电机两端输入的电压为 7.4 V，球形母机 器人水平前进的最大速度为 9.6 cm/s。子机器人 前进运动时速度与时间的关系如图 17 所示，从图 中可以看出微型子机器人在游动时速度不断增 加，最大速度为 13.3 cm/s。 初始 释放 图 15 球形两栖子母机器人水下释放实验 Fig. 15 The underwater released test of spherical amphibi￾ous mother-son robot 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 运动速度/cm·s−1 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 占空比/% 实际值 理论值 图 16 球形两栖母机器人水下运动与占空比关系 Fig. 16 The relationship between movement speed of spherical amphibious mother robot 运动速度/cm·s−1 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 占空比/% 实际值 理论值 14 12 10 8 6 4 2 0 图 17 球形两栖子机器人水下运动速度与占空比关系 Fig. 17 The relationship between movement speed of spherical amphibious son robot 4 结束语 本文设计了一种仿生球形两栖子母机器人系 统，系统中分别设计了球型两栖母机器人和球形 两栖子机器人的机械结构和硬件结构，同时实现 了子母机器人之间的通信。球形两栖子母机器人 均能实现两种运动的自由切换，母机器人在水下 喷水式运动，陆地上采用仿生四足爬行，子机器 人在陆地上采用轮式运动，在水下通过特殊设计 的桨叶轮实现运动。球形两栖母机器人作为球型 两栖子机器人的搭载平台为其提供信号和能源， 两者采用有线连接，通过点对点通信实现信号传 递，同时方便子机器人的回收。本文分别对母机 器人和子机器人进行陆地实验，而且进行了水下 的释放实验，验证了系统设计的有效性。接下来 的工作中，可通过给子母机器人系统增加传感 器，增加其对外部环境的感知能力，更方便地执 行任务。该系统在海洋探索和军事侦察领域具有 广泛的应用价值和应用前景。 第 3 期 刘羽婷，等：新型仿生球形两栖子母机器人系统设计 ·587·