一种重心自适应调节的防倾覆性水黾机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种重心自适应调节的防倾覆性水黾机器人，属于水面机器人技术领域，包括主体、设于主体两侧的划水桨和均匀设于主体周围的支撑腿，还包括：升降单元，设置在主体上，驱动划水桨上下移动；水平摆动单元，设置在升降单元上，划水桨安装在水平摆动单元的输出端；和竖直摆动单元，设置在主体上，包括多连杆机构和推动多连杆机构的输入端上下摆动的推杆电机，支撑腿固定在所述多连杆机构的输出端，多连杆机构上设有与主体相连接的铰轴。通过竖直摆动单元控制支撑腿上下移动，从而控制支撑腿的浮心的移动，在遇到波浪颠簸时，使机器人重心低于支撑腿的浮心，进而提高机器人的防倾覆能力。

An Anti-overturning Water Snipe Robot with Self-adapting Center of Gravity

【技术实现步骤摘要】
一种重心自适应调节的防倾覆性水黾机器人
本专利技术涉及水面机器人
，具体地说，涉及一种重心自适应调节的防倾覆性水黾机器人。
技术介绍
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，身体能够分成躯干、支撑腿和划水腿三部分。水黾能够在水面上站立，快速滑行并且跳跃。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，小型电机提供动力。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。并且该种划水腿的划水动作基本是由两个电机控制，一个电机控制浆进入水体，另一个电机控制浆划动水体，两个电机的划水腿对于机器人控制及其机器人小型化是不利的。同时大多数水黾机器人未考虑机器人的稳定性问题，在面对波浪颠簸的情况下，容易倾覆。
技术实现思路
本专利技术的目的为提供一种重心自适应调节的防倾覆性水黾机器人，该机器人遇到波浪颠簸时，通过自动调节重心的位置，使机器人重心低于支撑腿的浮心，提高了机器人的防倾覆能力。为了实现上述目的，本专利技术提供的重心自适应调节的防倾覆性水黾机器人包括主体、设于主体两侧的划水桨和均匀设于主体周围的支撑腿，还包括：升降单元，设置在主体上，驱动划水桨上下移动；水平摆动单元，设置在升降单元上，划水桨安装在水平摆动单元的输出端；和竖直摆动单元，设置在主体上，包括多连杆机构和推动多连杆机构的输入杆上下摆动的推杆电机，支撑腿固定在所述多连杆机构的输出杆，多连杆机构上设有与主体相连接的铰轴。上述技术方案中，通过升降单元和水平摆动单元驱动划水桨划水，从而控制机器人在水面上前进；通过竖直摆动单元控制支撑腿上下移动，从而控制支撑腿的浮心的移动，在遇到波浪颠簸时，使机器人重心低于支撑腿的浮心，进而提高机器人的防倾覆能力。多连杆机构的输入端通过推杆电机控制在竖直方向运动。为了使多连杆机构的输出杆一直处于竖直姿态，从而使机器人的支撑腿一直处于水平姿态，作为优选，多连杆机构包括由七根连杆构成的两个共边平行四连杆机构，且远离主体的平行四连杆机构的一条连杆延伸并通过第八根连杆与靠近主体的平行四连杆机构的输入杆铰接。作为优选，靠近主体的平行四连杆机构的一条连杆上设有一摇块，铰轴设置在该摇块上。作为优选，主体上设有用于固定推杆电机的电机座，推杆电机的输出端为一推杆，该推杆与多连杆机构输入杆相连。作为优选，支撑腿为椭圆形的浮球。作为优选，升降单元和所述的水平摆动单元分别连接在一双轴电机的两个输出端。采用一个电机对划水腿进行控制，简化了机器人控制系统，减小了升降单元和水平摆动单元的体积。作为优选，升降单元包括固定在主体上的竖直齿条以及设置在双轴电机的第一输出端且与竖直齿条啮合的齿轮。作为优选，水平摆动单元包括拥有部分齿的竖直不完全锥齿轮、上下布置且可与竖直不完全锥齿轮啮合的两个水平锥齿轮以及连接在双轴电机的第二输出端且与竖直锥齿轮相连的传动机构；两个水平锥齿轮转轴固定在同一垂直线上，转轴之间通过柔性联轴器连接，所述的划水桨安装在低位水平锥齿轮转轴的端部。作为优选，传动机构为齿轮传动机构。作为优选，转轴的端部设有一带卡槽的转盘，划水桨胶接在卡槽内。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术的重心自适应调节的防倾覆性水黾机器人在遇到波浪颠簸时，通过自动调节重心的位置，使机器人重心低于支撑腿的浮心，提高了机器人的防倾覆能力。采用同一个电机对划水浆进行控制，简化了机器人控制系统，减小了升降单元和水平摆动单元的体积。附图说明图1为本专利技术实施例的防倾覆性水黾机器人的结构示意图；图2为本专利技术实施例中基板和密封舱的结构示意图；图3为本专利技术实施例中基板的结构示意图；图4为本专利技术实施例中扩展板的结构示意图；图5为本专利技术实施例中升降单元，水平摆动单元和划水浆的结构示意图，其中(1)(2)分别为不同角度的结构示意图；图6为本专利技术实施例中第一连接件的结构示意图；图7为本专利技术实施例中底板的结构示意图；图8为本专利技术实施例中滑块的结构示意图；图9为本专利技术实施例中水平摆动单元的结构示意图；图10为本专利技术实施例中底座的结构示意图；图11为本专利技术实施例中竖直摆动单元和支撑腿的结构示意图；图12为本专利技术实施例中第二连接件的结构示意图；图13为本专利技术实施例中电机机座的结构示意图；图14为本专利技术实施例中多连杆机构的结构示意图；图15为本专利技术实施例中划水桨工作时的初始状态示意图；图16为本专利技术实施例中划水桨工作时的四分之一周期的状态示意图；图17为本专利技术实施例中划水桨工作时的四分之二周期的状态示意图；图18为本专利技术实施例中划水桨工作时的四分之三周期的状态示意图；图19为本专利技术实施例中主体下沉进入水中的状态示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合实施例及其附图对本专利技术作进一步说明。实施例参见图1至图19，本实施例的重心自适应调节的防倾覆性水黾机器人包括：主体1，两个划水桨2以及四个支撑腿3。两个划水桨2和四个支撑腿3对称地分布在主体1的两侧，如图1所示。主体1由基板11，密封舱12，升降单元13，水平摆动单元14和竖直摆动单元15组成。如图2所示，密封舱12通过螺栓连接到基板11的中心位置。密封舱12的舱盖121上安装有两个密封圈122，并通过螺栓固定在舱体123上，对密封舱12进行防水密封。扩展板124通过六角铜柱螺栓安装在舱盖121上。如图4所示，扩展板124的隔板1241安装在两个法兰盘1242中部卡槽上，两个法兰盘1242可通过六角铜柱螺栓进行固定。控制电路板1243通过螺栓固定在隔板1241的一侧，电源1244可通过扎带或者胶带绑定在隔板1241的另一侧。控制电路板1243上有角度传感器，对整个机器人的倾斜角进行监控。控制电路板1243及电源1244的连接线可通过舱盖121上的水密插件125实现对外部设备的控制和能量传递。参见图5，划水浆2的驱动机构为升降单元13及水平摆动单元14组成的耦合机构。升降单元13控制安装在上面的水平摆动单元14及划水桨2在垂直面上进出水体，水平摆动单元14控制划水桨2在水平面上转动，为机器人提供推进力。升降单元13通过第一连接件131(如图6所示)固定在基板11两侧，升降单元13还包括底板132(如图7所示)、两个滑杆133、竖直齿条134、滑块135(如图8所示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种重心自适应调节的防倾覆性水黾机器人，包括主体、设于所述主体两侧的划水桨和均匀设于所述主体周围的支撑腿，其特征在于，还包括：升降单元，设置在所述主体上，驱动所述划水桨上下移动；水平摆动单元，设置在所述升降单元上，所述划水桨安装在所述水平摆动单元的输出端；和竖直摆动单元，设置在所述主体上，包括多连杆机构和推动所述多连杆机构的输入杆上下摆动的推杆电机，所述支撑腿固定在所述多连杆机构的输出杆，所述多连杆机构上设有与所述主体相连接的铰轴。

【技术特征摘要】
1.一种重心自适应调节的防倾覆性水黾机器人，包括主体、设于所述主体两侧的划水桨和均匀设于所述主体周围的支撑腿，其特征在于，还包括：升降单元，设置在所述主体上，驱动所述划水桨上下移动；水平摆动单元，设置在所述升降单元上，所述划水桨安装在所述水平摆动单元的输出端；和竖直摆动单元，设置在所述主体上，包括多连杆机构和推动所述多连杆机构的输入杆上下摆动的推杆电机，所述支撑腿固定在所述多连杆机构的输出杆，所述多连杆机构上设有与所述主体相连接的铰轴。2.根据权利要求1所述的防倾覆性水黾机器人，其特征在于，所述的多连杆机构包括由七根连杆构成的两个共边平行四连杆机构，且远离所述主体的平行四连杆机构的一条边延伸并通过第八根连杆与靠近所述主体的平行四连杆机构输入杆铰接。3.根据权利要求2所述的防倾覆性水黾机器人，其特征在于，靠近所述主体的平行四连杆机构的一条连杆上设有一摇块，所述的铰轴设置在该摇块上。4.根据权利要求1所述的防倾覆性水黾机器人，其特征在于，所述的主体上设有用于固定所述推杆电机的电机机座，所述推杆电机的输出端为一推杆，该推杆与所述的多连杆机...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄豪彩，盛超武，吴刚，吴建楠，张晨韵，刘勋，吴怡平，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33