一种仿鸭蹼爬游式推进机器人制造技术

本发明专利技术涉及机器人技术领域。目的是提供一种仿鸭蹼爬游式推进机器人，该机器人应具有机动性高以及可满足水路两种环境下进行推进的特点。技术方案是：一种仿鸭蹼爬游式推进机器人，其特征在于：该机器人包括机架、设置在机架中的控制模块、电源与两个电机、设置在机架四周的四个Klann连杆机构、传递电机动力驱动Klann连杆机构运动的齿轮机构以及设置在Klann连杆机构上的脚蹼；所述两个电机分别设置机架的左右两侧，每个电机通过一个齿轮机构同时驱动前后两个Klann连杆机构运动；所述齿轮机构包括与电机输出轴固定的主动齿轮以及分别与主动齿轮啮合且带动前后两个Klann连杆机构的两个被动齿轮。

A Duck-web-like Crawling Propulsion Robot

The invention relates to the technical field of robots. The purpose of this paper is to provide a duck web-like crawling propulsion robot, which should have the characteristics of high maneuverability and can be propelled in two environments of waterway. The technical scheme is: a duck web-like crawling propulsion robot, which is characterized by: the robot includes a rack, a control module set in the rack, a power supply and two motors, four Klann linkage mechanisms set around the rack, a gear mechanism driving the movement of the Klann linkage mechanism by transmitting the power of the motor, and a webbed foot on the Klann linkage mechanism; the two motors are respectively. The left and right sides of the rack are arranged, and each motor drives two Klann linkage mechanisms through a gear mechanism at the same time. The gear mechanism includes two passive gears which are fixed to the output shaft of the motor and mesh with the active gear separately and drive the front and rear Klann linkage mechanisms.

【技术实现步骤摘要】
一种仿鸭蹼爬游式推进机器人
本专利技术涉及机器人
，具体是一种仿鸭蹼爬游式推进机器人。
技术介绍
随着人类对海洋开发程度的不断加大，海洋环境保护、资源探测、开发等领域对水下机器人的需求也越来越大。水下机器人的开发应用将成为一大研究热点。目前存在的水下机器人的运动多采用螺旋桨推进方式，存在效率低、功耗大、噪音大、机动性差、悬停能力差等缺点。自然界的生物经过长期的演变进化，使得自身对于环境产生了很强的适应性。水中生物具有出色的水下运动能力，效率高、噪声小、机动灵活，因此它们成为科学家们研制新型高速、低噪音、机动灵活的防水水下机器人模仿的对象，在水中利用基于脚蹼推进的游动机理，能够实现水中游动，具有极大的环境适应能力。水中生物具有多样化的游动方式，可以粗略的分为摆动法、划动法、水翼法和喷射法等。Ayer等人研制了一款仿龙虾爬游式机器人，该机器人采用多足方式实现陆地运动，利用水翼实现水下游动推进。为了实现较为自然的运动效率，机器人驱动器为形状记忆合金，来模拟生物龙虾的肌肉，具有高效、低噪等特点，但存在功耗大、机动性差、悬停能力差等缺点。FESTO公司同样研制了一种利用魟鱼类胸鳍波动推进的机器人，仿蝠鲼机器人Aqua_ray。胸鳍波状推进方式中，胸鳍的摆动范围较小，有利于使用蒙皮方式将各系统集成在内部，具有较高的仿生效果。该机器人的长宽尺寸为610×960mm，质量为10kg，通过一对气动肌肉驱动胸鳍骨骼的运动。骨骼外部安装有柔性蒙皮结构，基于生物解剖结果设计骨骼与柔性材料之间的相互作用效果，模拟胸鳍的摆动方式。该机器人采用水下仿生推进方式，具有较高的推进效率，能够在水下工作30分钟，适合应用于多种水下作业任务。哈尔滨工业大学的王振龙等人模拟乌贼的水下运动，研制了仿生乌贼水下推进机器人。该机器人模拟了乌贼依靠鳍的动作完成推进和依靠喷射实现快速推进的运动策略。基于计算流体力学方法，研究了乌贼在两种运动策略下的流场尾迹信息，分析不同运动策略的推进机理。利用SMA丝作为驱动控制鳍面的运动和收缩外套膜来改变体腔容积，实现了仿生乌贼的水下连续运动和高速运动。国内对水下仿生机器人的研究也取得了较多的成果，针对前述具有特色的仿生推进方式，国内也进行了响应的仿生机器人研究，例如王海龙等人研制的仿海蟹机器人，就是将陆地运动的机械足与水下游动的水翼分别设计，实现爬游式运动模式。机器人各关节采用舵机控制，各系统集成在躯干密封盒中，能够实现水下独立运动，并且通过对水翼推进机理的研究，对最优水翼拍打参数进行了规划，完成了水下游动实验。海蟹机器人的爬游式运动模式对水中与陆地推进器分别进行了设计，增加了运动的不确定性与机器人的重量。鸭子在水中的游动方式为划动法，这种方式有利于身体保持运动姿势，同时具有高效、低噪、简单、灵活等特点，也使其具有一定的研究价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述
技术介绍
中的不足，提供一种仿鸭蹼爬游式推进机器人，该机器人应具有机动性高以及可满足水路两种环境下进行推进的特点。本专利技术的技术方案是：一种仿鸭蹼爬游式推进机器人，其特征在于：该机器人包括机架、设置在机架中的控制模块、电源与两个电机、设置在机架四周的四个Klann连杆机构、传递电机动力驱动Klann连杆机构运动的齿轮机构以及设置在Klann连杆机构上的脚蹼；所述两个电机分别设置机架的左右两侧，每个电机通过一个齿轮机构同时驱动前后两个Klann连杆机构运动；所述齿轮机构包括与电机输出轴固定的主动齿轮以及分别与主动齿轮啮合且带动前后两个Klann连杆机构的两个被动齿轮；所述Klann连杆机构包括分别可转动地铰接在机架上的底部摇杆及顶部摇杆、中部与底部摇杆铰接而一端与被动齿轮铰接且由被动齿轮驱动的传动杆以及顶端与顶部摇杆铰接且中部又与传动杆的另一端铰接的腿部连杆；所述脚蹼设置在腿部连杆的底部；所述脚蹼包括可摆动地铰接在腿部连杆底部的脚蹼骨架、设置在脚蹼骨架中的翼片以及驱动脚蹼转动的舵机；所述控制模块通过导线连接电机与舵机。所述顶部摇杆的两端分别可转动地铰接在腿部连杆的顶部与机架上。所述脚蹼骨架包括位于中间的第一骨架杆以及对称设置在第一骨架杆左右两侧且后端与第一骨架杆后端固定连接的第二骨架杆；所述两个翼片设置在第一骨架杆与第二骨架杆之间。所述两个翼片可摆动地铰接在第一骨架杆上，翼片的宽度大于第一骨架杆与第二骨架杆的间距，并且翼片延伸至第二骨架杆的下方。所述第二骨架杆与第一骨架杆倾斜一定角度，使得脚蹼的外轮廓形成锥形。所述电机与舵机输出轴的转动轴线、齿轮机构的转动轴线、Klann连杆机构的转动轴线均互相平行。本专利技术的有益效果是：1、采用腿部推进方式的多杆足端复合式结构，可满足水路两种环境下的推进，很大程度上还原了生物腿在运动推进时的姿态变化，使运动更加直观可靠；2、采用Klann连杆机构进行动力传递和释放，实现了在单驱动下的机械腿进结构，各杆件选取合适的长度可以获得较大的传动比，进而最大化地将电机动力转换为连杆的摆动；3、脚蹼为仿鸭蹼结构，将水中与陆地上两种运动的推进器进行结合，简化了爬游式推进器的结构，相比尾翼具有机动性高的特点，可以在复杂地面进行运动；3、脚蹼机架为设有尖爪的尖型前足，避免了以往因摩擦力不足产生的问题，可以保证在某些松软的地形上，如泥地，沙地等进行运动；4、脚蹼机架与翼片通过铰接连接，通过开合增加了推进时的动力，减少了复位时克服的阻力，提高了机构整体的运动效率。附图说明图1是本专利技术的立体结构示意图。图2是本专利技术中齿轮机构与Klann连杆机构的立体结构示意图。图3是本专利技术中齿轮机构与Klann连杆机构的主视结构示意图。图4是本专利技术中脚蹼的俯视结构示意图。图5是本专利技术中脚蹼骨架的俯视结构示意图。图6是本专利技术中脚蹼横截面的结构示意图。图7是本专利技术中Klann连杆机构的运动轨迹示意图。图8是专利技术移动时四个Klann连杆机构的工作次序示意图。具体实施方式以下结合说明书附图，对本专利技术作进一步说明，但本专利技术并不局限于以下实施例。如图1所示，一种仿鸭蹼爬游式推进机器人，该机器人包括机架16，机架内部设有控制模块13、两个电机14以及用于供电的电源15，机架的外部设有两个齿轮机构与四个Klann连杆机构，每个Klann连杆机构上还配有脚蹼。所述控制模块可以接收外部控制信号(有线或无线信号)，控制模块收到控制信号后会启动电机与舵机，实现机器人速度调控与转向。所述控制模块可采用的型号是STM32F103配合ESP8266无线模块。所述两个齿轮机构分别设置在机架的两侧位置，Klann连杆机构分别设置在机架的四角位置,每个电机通过一个齿轮机构驱动两个Klann连杆机构运动，再通过脚蹼的配合实现机器人的推进。设置在机架前部的两个Klann连杆机构向机架前方伸出(脚蹼的指向为机架的前方)，设置在机架后部的两个Klann连杆机构向机架后方伸出。所述齿轮机构包括可转动地定位在机架侧面的主动齿轮5与两个被动齿轮4，主动齿轮与电机输出轴固定，两个被动齿轮同时与主动齿轮啮合，以分别带动前后布置的两个Klann连杆机构。其中，两个向机架前方伸出的Klann连杆机构作为前腿，两个向机架后方伸出的Klann连杆机构作为后腿；因此，每个电机同时驱动机架同一侧(机架的左侧或右侧)一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种仿鸭蹼爬游式推进机器人，其特征在于：该机器人包括机架(16)、设置在机架中的控制模块(13)、电源(15)与两个电机(14)、设置在机架四周的四个Klann连杆机构、传递电机动力驱动Klann连杆机构运动的齿轮机构以及设置在Klann连杆机构上的脚蹼；所述两个电机分别设置机架的左右两侧，每个电机通过一个齿轮机构同时驱动前后两个Klann连杆机构运动；所述齿轮机构包括与电机输出轴固定的主动齿轮(5)以及分别与主动齿轮啮合且带动前后两个Klann连杆机构的两个被动齿轮(4)；所述Klann连杆机构包括分别可转动地铰接在机架上的底部摇杆(9)及顶部摇杆(12)、中部与底部摇杆铰接而一端与被动齿轮铰接且由被动齿轮驱动的传动杆(6)以及顶端与顶部摇杆(12)铰接且中部又与传动杆另一端铰接的腿部连杆(8)；所述脚蹼设置在腿部连杆的底部；所述脚蹼包括可摆动地铰接在腿部连杆底部的脚蹼骨架(1)、设置在脚蹼骨架中的翼片(2)以及驱动脚蹼转动的舵机(7)；所述控制模块通过导线连接电机与舵机。

【技术特征摘要】
1.一种仿鸭蹼爬游式推进机器人，其特征在于：该机器人包括机架(16)、设置在机架中的控制模块(13)、电源(15)与两个电机(14)、设置在机架四周的四个Klann连杆机构、传递电机动力驱动Klann连杆机构运动的齿轮机构以及设置在Klann连杆机构上的脚蹼；所述两个电机分别设置机架的左右两侧，每个电机通过一个齿轮机构同时驱动前后两个Klann连杆机构运动；所述齿轮机构包括与电机输出轴固定的主动齿轮(5)以及分别与主动齿轮啮合且带动前后两个Klann连杆机构的两个被动齿轮(4)；所述Klann连杆机构包括分别可转动地铰接在机架上的底部摇杆(9)及顶部摇杆(12)、中部与底部摇杆铰接而一端与被动齿轮铰接且由被动齿轮驱动的传动杆(6)以及顶端与顶部摇杆(12)铰接且中部又与传动杆另一端铰接的腿部连杆(8)；所述脚蹼设置在腿部连杆的底部；所述脚蹼包括可摆动地铰接在腿部连杆底部的脚蹼骨架(1)、设置在脚蹼骨架中的翼片(2)以及驱动脚蹼转动的舵机(7)；所述控...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈刚，屠嘉骏，陈洪立，童伟强，遆肖聪，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33