第14卷第3期 智能系统学报 Vol.14 No.3 2019年5月 CAAI Transactions on Intelligent Systems May 2019 D0:10.11992/tis.201710025 网络出版地址：http:/kns.cnki.net/kcms/detail/23.1538.TP.20180427.0911.002.html 新型仿生球形两栖子母机器人系统设计 刘羽婷，郭健2，孙珊2，陈翔宇2，耿娜文只，宋伯文2，赖伊雯2，郭书祥2 (1.天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室，天津300384；2.天津理工大学电气电子工程学院，天津 300384:3.日本香川大学工学部，日本高松7610396) 摘要：为解决传统两栖机器人的一些突出缺点，探寻机器人领域更多的可能性。本文设计了一种新型仿生球 形两栖子母机器人系统，该系统中球形两栖母机器人在陆地采用仿生四足爬行方式运动，在水下采用矢量喷水 电机进行喷水推进，无噪声，增加隐蔽性，并为微型子机器人提供控制信号和能源。微型子机器人陆地采用轮 式驱动，设计了可以实现水陆两栖的桨叶轮。该子母机器人系统通过XB通信模块实现无线通信。通过进行 的子母机器人的陆地和水下运动试验，验证了设计的子母机器人系统的有效性。 关键词：子母机器人：仿生机器人；微型子机器人；轮式驱动：球形两栖机器人；远程无线控制：XBe通信；无线 控制 中图分类号：TP242.6文献标志码：A文章编号：1673-4785(2019)03-0582-07 中文引用格式：刘羽婷，郭健，孙珊，等.新型仿生球形两栖子母机器人系统设计.智能系统学报，2019,14(3)：582-588. 英文引用格式：LIU Yuting,.GUO Jian,SUN Shan,etal.Novel bionic spherical amphibious mother-.son robot system designJ. CAAI transactions on intelligent systems,2019,14(3):582-588. Novel bionic spherical amphibious mother-son robot system design LIU Yuting'2,GUO Jian,SUN Shan2,CHEN Xiangyu'2,GENG Nawen'2,SONG Bowen'2, LAI Yiwen'2,GUO Shuxiang'2 (1.Tianjin Key Laboratory for Control Theory and Application in Complicated Systems and Biomedical Robot Laboratory,Tianjin 300384,China;2.School of Electrical and Electronic Engineering,Tianjin University of Technology,Tianjin 300384,China;3.Fac- ulty of Engineering,Kagawa University,Takamatsu 7610396,Japan) Abstract:Inorder to solve some outsanding shortcoming of traditional amphibious robots,and explore more possibilit- ies in the field of robotics.In this paper,we present our novel spherical,amphibious mother-son robot system design,in which the spherical,amphibious mother robot performs a four-legged crawling movement on land.To reduce noise,in- crease concealment,send control signals,and provide energy to the son robot,the mother robot is equipped with a wa- ter-jet motor as an actuator under water.The son robot is wheel-driven on land and uses paddle wheels to perform am- phibious movements.This novel,spherical amphibious mother-son robot system uses wireless communication via an XBee communications module.In this article,we describe the structure design,hardware structure,and the movement and communication methods used in the system.Additionally,we tested the land and underwater motions of the mother and son robots and verified the effectiveness of the designed system. Keywords:mother-son robot;bionic robot;miniature robot;wheel-driven;spherical amphibious robot;remote wireless control:XBee communications;wireless control 随着人类探索资源、开发资源、保护资源进 程的越发深入，更加需要能在复杂环境下灵活作 业的机器人。两栖机器人作为一种性能优越的探 收稿日期：2017-10-30.网络出版日期：2018-04-27. 基金项目：国家自然科学基金面上项目(61375094)：天津理工 索设备，得到了迅猛的发展。两栖机器人具有工 大学2017年度大学生创新创业训练计划项目 (201710060019). 作环境适应性强、活动范围大、便于使用等诸多 通信作者：郭健.E-mail:jianguo@tjut.edu..cn 优势，且可以用于执行环境探测、采集样品等多DOI: 10.11992/tis.201710025 网络出版地址: http://kns.cnki.net/kcms/detail/23.1538.TP.20180427.0911.002.html 新型仿生球形两栖子母机器人系统设计 刘羽婷1,2，郭健1,2，孙珊1,2，陈翔宇1,2，耿娜文1,2，宋伯文1,2，赖伊雯1,2，郭书祥1,2,3 （1. 天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室，天津 300384; 2. 天津理工大学 电气电子工程学院，天津 300384; 3. 日本香川大学 工学部，日本 高松 7610396） 摘 要：为解决传统两栖机器人的一些突出缺点，探寻机器人领域更多的可能性。本文设计了一种新型仿生球 形两栖子母机器人系统，该系统中球形两栖母机器人在陆地采用仿生四足爬行方式运动，在水下采用矢量喷水 电机进行喷水推进，无噪声，增加隐蔽性，并为微型子机器人提供控制信号和能源。微型子机器人陆地采用轮 式驱动，设计了可以实现水陆两栖的桨叶轮。该子母机器人系统通过 XBee 通信模块实现无线通信。通过进行 的子母机器人的陆地和水下运动试验，验证了设计的子母机器人系统的有效性。 关键词：子母机器人；仿生机器人；微型子机器人；轮式驱动；球形两栖机器人；远程无线控制；XBee 通信；无线 控制 中图分类号：TP242.6 文献标志码：A 文章编号：1673−4785(2019)03−0582−07 中文引用格式：刘羽婷, 郭健, 孙珊, 等. 新型仿生球形两栖子母机器人系统设计 [J]. 智能系统学报, 2019, 14(3): 582–588. 英文引用格式：LIU Yuting, GUO Jian, SUN Shan, et al. Novel bionic spherical amphibious mother-son robot system design[J]. CAAI transactions on intelligent systems, 2019, 14(3): 582–588. Novel bionic spherical amphibious mother-son robot system design LIU Yuting1,2 ，GUO Jian1,2 ，SUN Shan1,2 ，CHEN Xiangyu1,2 ，GENG Nawen1,2 ，SONG Bowen1,2 ， LAI Yiwen1,2 ，GUO Shuxiang1,2,3 (1. Tianjin Key Laboratory for Control Theory and Application in Complicated Systems and Biomedical Robot Laboratory, Tianjin 300384, China; 2. School of Electrical and Electronic Engineering, Tianjin University of Technology, Tianjin 300384, China; 3. Fac￾ulty of Engineering, Kagawa University, Takamatsu 7610396, Japan) Abstract: Inorder to solve some outsanding shortcoming of traditional amphibious robots, and explore more possibilit￾ies in the field of robotics. In this paper, we present our novel spherical, amphibious mother-son robot system design, in which the spherical, amphibious mother robot performs a four-legged crawling movement on land. To reduce noise, in￾crease concealment, send control signals, and provide energy to the son robot, the mother robot is equipped with a wa￾ter-jet motor as an actuator under water. The son robot is wheel-driven on land and uses paddle wheels to perform am￾phibious movements. This novel, spherical amphibious mother–son robot system uses wireless communication via an XBee communications module. In this article, we describe the structure design, hardware structure, and the movement and communication methods used in the system. Additionally, we tested the land and underwater motions of the mother and son robots and verified the effectiveness of the designed system. Keywords: mother-son robot; bionic robot; miniature robot; wheel-driven; spherical amphibious robot; remote wireless control; XBee communications; wireless control 随着人类探索资源、开发资源、保护资源进 程的越发深入，更加需要能在复杂环境下灵活作 业的机器人。两栖机器人作为一种性能优越的探 索设备，得到了迅猛的发展。两栖机器人具有工 作环境适应性强、活动范围大、便于使用等诸多 优势，且可以用于执行环境探测、采集样品等多 收稿日期：2017−10−30. 网络出版日期：2018−04−27. 基金项目：国家自然科学基金面上项目 (61375094)；天津理工 大 学 201 7 年度大学生创新创业训练计划项 目 (201710060019). 通信作者：郭健. E-mail：jianguo@tjut.edu.cn. 第 14 卷第 3 期 智 能 系 统 学 报 Vol.14 No.3 2019 年 5 月 CAAI Transactions on Intelligent Systems May 2019