一种稳定性高的仿生水黾机器人制造技术

本实用新型专利技术公开了一种稳定性高的仿生水黾机器人，包括主躯干、多个划水腿单元、多个支撑腿以及控制模块，所述划水腿单元包括：垂直升降机构，固定在所述主躯干上；水平摆动机构，固定在所述垂直升降机构的移动输出端上；划水桨，相对水面垂直布置且与所述水平摆动机构的摆动输出端连接；本实用新型专利技术的划水桨与水面始终垂直，划水桨与水相互作用面在垂直方向上极小，从而产生在垂直方向的作用力小，有利于水黾机器人在水面上的稳定性。

A bionic water robot with high stability

The utility model discloses a high stability bionic water strider robot, which comprises a main trunk, a plurality of paddle leg units, a plurality of support legs and a control module. The paddle leg unit comprises a vertical lifting mechanism fixed on the main trunk and a horizontal swing mechanism fixed on the mobile output of the vertical lifting mechanism. The paddle is arranged vertically relative to the water surface and connected with the swing output terminal of the horizontal swing mechanism; the paddle of the utility model is always vertical to the water surface, and the interaction surface between the paddle and the water is very small in the vertical direction, thus generating little action force in the vertical direction, which is beneficial to the stability of the water strider robot on the water surface. Qualitative.

【技术实现步骤摘要】
一种稳定性高的仿生水黾机器人
本技术涉及仿生机器人
，特别涉及一种稳定性高的仿生水黾机器人。
技术介绍
仿生机器人是仿生学与机器人学交叉结合的产物，是利用生物系统结构、性状、原理、行为以及相互作用来启发与指导机器人的研制。是一个包含机械、电气、光等各种元器件的综合机器人系统，不仅在运动机理和感知模式等方面体现了生物的形态特征，而且能够在未知环境下准确而高效的完成特定的复杂任务。因此开展仿生机器人领域的研究，将使人类利用科技改造自然的能力得到极大的提高，给人类社会的发展带来巨大的经济效益。随着机器人技术及生物学的发展，仿生机器人技术也得到了长足的发展。水黾是一种在湖水、池塘中常见的小型水生昆虫。它质量轻，拥有特殊的身体结构，身体能够分成三部分：躯干、支撑腿和划水腿。水黾能够在水面上站立，快速滑行并且跳跃。在水面上运动时，水黾的划水腿能产生类空间椭圆形的轨迹。水黾机动性强、稳定性高、对水面干扰小，这些优点引起了国内外许多研究者的注意。仿生水黾机器人是基于水黾昆虫能够在水面上漂浮和滑行的基本原理，模仿水黾腿部的疏水特性及运动，能够在远程水域、狭窄水域等特殊环境下进行独立自主作业。随着微型电子元件及微细加工的发展，能够搭载摄像头实现侦察、探测的工作，从而使水黾机器人成为一种低成本、高效率、高隐蔽性的探测机器人，具有很高的潜在应用价值。目前国内外研究中主要有两种仿生水黾机器人：一种是基于水面张力研制的水黾机器人，该机器人的腿部经过疏水材料或者超疏水材料的处理，利用水面张力来支撑机器人。另一种是基于水体浮力支持的水黾机器人，该机器人的支撑腿一般由浮球体组成，利用浮球排开水体体积产生的浮力来支撑机器人。基于水面张力支持的水黾机器人，一般体型小，质量轻，仿生效果好，但负载载能力差，难以用在实际应用中。基于浮力支撑的水黾机器人一般体型较大，负载能力强，实用性强。目前基于浮力支撑的水黾机器人的划水腿大部分使用四连杆机构，小型舵机提供动力。但四连杆机构不易传递高速运动，影响机器人的划水速度，对划水腿速度的调整不够灵活。小型舵机在规划划水腿运动时，存在运动速度调整不佳的问题，并且在划水过程中，水与划水桨之间的相互作用对舵机的运动速度会有一定的影响。这些仿生水黾机器人在设计时，大多数未考虑在划水过程中，尽量减少划水桨在垂直方向产生的作用力，因为划水桨产生垂直方向上的分力如果过大会影响机器人在水面上的稳定性。
技术实现思路
本技术提供了一种稳定性高的仿生水黾机器人，划水桨与水面始终垂直，划水桨与水相互作用面在垂直方向上极小，从而产生在垂直方向的作用力小，有利于水黾机器人在水面上的稳定性。一种稳定性高的仿生水黾机器人，包括主躯干、多个划水腿单元、多个支撑腿以及控制模块，所述划水腿单元包括：垂直升降机构，固定在所述主躯干上；水平摆动机构，固定在所述垂直升降机构的移动输出端上；划水桨，相对水面垂直布置且与所述水平摆动机构的摆动输出端连接。本技术的仿生水黾机器人，将划水桨的划水运动分解为两个单独的移动机构，采用垂直升降机构控制划水桨的提升动作以及水平摆动机构来控制划水桨的水平运动，从而使划水过程可以实现完全水平，基本不产生垂直方向的力，由于划水桨与水面始终垂直，划水桨与水相互作用面在垂直方向上极小，从而产生在垂直方向的作用力小，有利于水黾机器人在水面上的稳定性。为了实现稳定快速地控制划水桨的提升动作，所述垂直升降机构为直线导轨机构，优选的，所述垂直升降机构采用丝杆机构。为了便于制造和安装，优选的，所述丝杆机构包括：底板，通过连接件与所述主躯干连接；丝杆，安装在所述底板上；丝杆电机，与所述丝杆连接；滑块，与所述丝杆传动配合，所述滑块作为移动输出端与水平摆动机构连接；滑杆，安装在所述底板上且与所述滑块滑动配合。为了方便调节划水桨的吃水深度，优选的，所述底板在垂直方向上设置多排用于连接所述主躯干的螺栓孔。除了底板以外，滑块上也可以加工多排螺栓孔，主要目的是为了在组装机器人时，通过调整螺栓连接的位置，可以调整划水桨的吃水深度。为了便于制造和安装，优选的，所述滑块上设有U型安装槽，所述丝杆的杆体安装在该U型安装槽内，所述U型安装槽的开口位置固定有卡入所述丝杆的螺旋槽的传动螺钉。为了便于制造和安装，所述水平摆动机构采用转动减速机构，优选的，所述水平摆动机构包括：支托，与所述垂直升降机构的移动输出端连接；电机，安装在所述支托上；减速器，与所述电机连接，摆动输出端与所述划水桨连接。除了底板以外，支托上也可以加工多排螺栓孔，通过调整螺栓连接的位置，可以调整划水桨的吃水深度。为了使划水桨摆动更平稳，优选的，所述支托包括用于连接的支托侧板以及安装所述减速器的支托底板，所述支托底板上设有通孔，所述减速器安装在所述支托底板，所述摆动输出端穿过所述通孔与布置在所述支托底板背面的环形连接件传动连接，所述环形连接件的表面与所述支托底板背面靠近且固定有所述的划水桨。为了使划水腿速度调节灵活，改善对于划水腿的运动速度控制，优选的，所述减速器为二级行星轮减速器。为了提高支撑效果，优选的，所述支撑腿包括:支架，一端与所述主躯干连接；浮球，与所述支架的另一端连接。所述浮球采用椭球体，由两个半椭球体通过胶水(如AB胶)胶接而成，其中一个半椭球体还拥有特殊结构的凸台，凸台和半椭球体可通过3D打印一同制造出来。浮球通过两个螺栓与支架连接，支架中部为一个肋板结构，可以增强支架的刚性和强度。整个支撑腿通过螺栓连接到主躯干的基板上。所述主躯干包括用于连接支撑腿和划水腿的基板以外，还有电源，控制电路板以及盖子。基板上有电源和外壳的卡槽，对电源和外壳起着限位固定的作用。电源放置在的内圈卡槽中，控制电路板安装在内圈卡槽顶部上，并通过四个螺栓连接到基板进行固定。控制模块的控制电路板可分为两个部分：扩展电路和单片机。控制电路板上面一块是电机的驱动、无线遥控等集成扩展电路，下面一块是单片机，可为Arduino等单片机。盖子通过安装在基板外圈卡槽中进行固定，可以有效防止由于机器人运动中产生的水花打湿控制电路板。该主躯干拥有独立的电源及能用于远程无线控制的控制电路板，有利于机器人独立自主远程作用能力的实现。本技术还一种稳定性高的仿生水黾机器人的划水方法，使用上述的稳定性高的仿生水黾机器人，包括以下步骤：(1)垂直升降机构带动水平摆动机构下降，使划水桨下放到水中后垂直升降机构停止工作；(2)水平摆动机构带动划水桨从前往后划动，推动机器人前进后水平摆动机构停止工作；(3)垂直升降机构反向带动水平摆动机构上升，使划水桨下脱离水面；(4)水平摆动机构带动划水桨在空中从后往前划动，恢复到初始位置。本技术的有益效果：本技术的稳定性高的仿生水黾机器人及其划水方法，划水桨与水面始终垂直，划水桨与水相互作用面在垂直方向上极小，从而产生在垂直方向的作用力小，有利于水黾机器人在水面上的稳定性。附图说明图1为本技术的稳定性高的仿生水黾机器人的结构示意图。图2为本技术的支撑腿的结构示意图。图3为本技术的主躯干的结构示意图。图4为本技术的基板的结构示意图。图5为本技术的划水腿的结构示意图。图6为本技术的连接件的结构示意图。图7为本技术的滑块的结构示意图。图8为本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种稳定性高的仿生水黾机器人，包括主躯干、多个划水腿单元、多个支撑腿以及控制模块，其特征在于，所述划水腿单元包括：垂直升降机构，固定在所述主躯干上；水平摆动机构，固定在所述垂直升降机构的移动输出端上；划水桨，相对水面垂直布置且与所述水平摆动机构的摆动输出端连接。

【技术特征摘要】
1.一种稳定性高的仿生水黾机器人，包括主躯干、多个划水腿单元、多个支撑腿以及控制模块，其特征在于，所述划水腿单元包括：垂直升降机构，固定在所述主躯干上；水平摆动机构，固定在所述垂直升降机构的移动输出端上；划水桨，相对水面垂直布置且与所述水平摆动机构的摆动输出端连接。2.如权利要求1所述的稳定性高的仿生水黾机器人，其特征在于，所述垂直升降机构采用丝杆机构。3.如权利要求2所述的稳定性高的仿生水黾机器人，其特征在于，所述丝杆机构包括：底板，通过连接件与所述主躯干连接；丝杆，安装在所述底板上；丝杆电机，与所述丝杆连接；滑块，与所述丝杆传动配合，所述滑块作为移动输出端与水平摆动机构连接；滑杆，安装在所述底板上且与所述滑块滑动配合。4.如权利要求3所述的稳定性高的仿生水黾机器人，其特征在于，所述底板在垂直方向上设置多排用于连接所述主躯干的螺栓孔。5.如权利要求3所述的稳定性高的仿生水黾机器人，其特征在于，所述滑块上设有U型安装槽，...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄豪彩，盛超武，魏艳，黄亮，沈芸，吴季，吴刚，刘勋，张晨韵，王智鲲，吴怡平，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33