一种水面跳跃机器人制造技术

本发明专利技术提供了一种水面跳跃机器人，属于仿生机器人领域。水面跳跃机器人包括主体支撑框架、水面支撑系统、传动系统、储能系统和驱动系统，主体支撑框架位于机器人中部，储能系统位于机器人最上部，驱动系统对称分布在机器人左右两侧，水面支撑系统位于机器人最下部，传动系统安装在水面支撑系统的内部，机器人通过水面支撑系统实现水面稳定漂浮，传动系统带动储能系统对弹簧进行储能和释放，提供跳跃所需的能量，带动驱动系统运动实现水面跳跃运动。本发明专利技术的机器人主体采用高精度3D打印技术制造，使用弹簧作为储能原件，具有质量轻、跳跃性能优异的特点；本发明专利技术的水面跳跃机器人跳跃性能优异、运动姿态稳定。运动姿态稳定。运动姿态稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种水面跳跃机器人


[0001]本专利技术属于仿生机器人领域，尤其是涉及一种水面跳跃机器人。

技术介绍

[0002]近几年，随着仿生学、新材料、微加工制造技术和微电子技术的发展，水面仿生跳跃机器人因隐蔽性高、适应性广、成本低以及工作覆盖范围广等特点越来越受到人们的关注。水面跳跃机器人模仿一些常见的水生昆虫，比如水黾，水蜘蛛等，通常依靠机器人自身部位拍打水面获取驱动力实现水面跳跃，具有一定的避障能力，与其他自动化设备配合使用能够进行未知或危险水域的探索、秘密监测、水质检查和水面搜寻等工作。具有辽阔的应用前景和重要的研究意义。
[0003]相比于陆地跳跃，水面跳跃机器人与水面之间的作用力模型更为复杂，为高度非线性系统，且水面支撑不同于地面刚性支撑方式，不能为机器人跳跃提供强大的瞬时突变支撑力，否则会溅起很多水花，甚至发生倾覆。机器人的质量、水面支撑系统的布局、弹跳机构储能大小、释放效率等因素都会影响机器人水面跳跃高度。水面跳跃机器人面临着更细致的质心配置的问题，保证机器人能平稳漂浮在水面，跳跃过程中的空中姿态不会发生翻转，并稳定地落回水面。
[0004]研究文献发现，目前的仿水黾跳跃运动机器人主要为表面张力跳跃与水压力跳跃两种。表面张力跳跃机器人受到尺度约束，其自身重量需控制在1g以下，对能源、驱动机构、支撑结构等提出严苛要求，短期内难以实现功能化应用。与之相比，水压力主导的水面跳跃机器人研究侧重于在划水动作上模仿水黾，机器人质量在十克以上，依靠浮力作为水面支撑力，以驱动腿快速击水所产生的水压力作为水面运动的驱动力，具有一定的水面负载能够力。
[0005]综上，现有的跳跃运动机器人存在实现困难、难以实现功能化应用、不能连续跳跃等问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种水面跳跃机器人，解决现有的跳跃运动机器人存在实现困难、难以实现功能化应用、不能连续跳跃等问题。机器人主体采用高精度3D打印技术制造，使用弹簧作为储能原件，具有质量轻、跳跃性能优异的特点。本专利技术为跳跃性能优异、运动姿态稳定的水面跳跃机器人。
[0007]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0008]一种水面跳跃机器人，包括主体支撑框架、水面支撑系统、传动系统、储能系统和驱动系统，所述的主体支撑框架位于机器人中部，主体支撑框架的上部设有导轨和若干定位安装孔，下部对称分布铰链座，所述的储能系统位于机器人最上部，安装在主体支撑框架上部的滑轨和定位安装孔上，储能系统的前端也分布定位安装孔，所述驱动系统对称分布在机器人左右两侧，安装布置在主体支撑框架和储能系统前端的定位安装孔处，所述水面
支撑系统位于机器人最下部，安装在主体支撑框架下部中间位置的铰链座上，所述传动系统安装在水面支撑系统的内部；
[0009]机器人通过水面支撑系统实现水面稳定漂浮，传动系统带动储能系统进行储能和释放，提供跳跃所需的能量，带动驱动系统运动实现水面跳跃运动。
[0010]进一步的，所述水面支撑系统包括两个泡沫球腿、四个固定架、支撑底座、四个碳杆和矩形腿，四个所述固定架与支撑底座的四个拐角处分别通过一碳杆相连，位于前侧的两个固定架分别与一个泡沫球腿连接，位于后侧的两个固定架共同连接矩形腿。
[0011]进一步的，所述传动系统包括蜗杆轴、蜗杆、电机、碳杆轴一、复合齿轮、线轮齿轮和碳杆轴二，所述电机固定在支撑底座上，蜗杆的一端与电机通过D型轴配合，蜗杆的另一端与蜗杆轴配合安装在支撑底座的轴孔内，所述复合齿轮通过碳杆轴一安装在支撑底座的内部，复合齿轮包括一体连接的蜗轮和不完全齿轮，蜗杆与复合齿轮中的蜗轮配合，复合齿轮中的不完全齿轮与线轮齿轮配合，线轮齿轮通过碳杆轴二安装在支撑底座的内部，在线轮齿轮上安装固定一拉绳，通过电机驱动蜗杆，使线轮齿轮回收拉伸，对储能系统进行储能，当运动到复合齿轮中不完全齿轮部分与线轮齿轮配合时，线轮齿轮释放，拉绳放出，对储能系统释放，提供跳跃所需的能量。
[0012]进一步的，所述储能系统还包括四个扭簧、滑块架、两个上连杆、两个拉簧碳杆轴、两个拉簧固定块、定滑轮和两个下连杆；
[0013]两根导轨平行固设在主体支撑框架上的相应位置的定位安装孔内，滑块架在导轨上滑动设置，两个上连杆平行设置，且两个上连杆的一端通过碳杆与滑块架连接，两个上连杆的另一端分别通过一碳杆与位于主体支撑框架上的相应侧的拉簧固定块连接，两个下连杆平行设置，两个下连杆的一端与相应侧的拉簧固定块连接，两个下连杆的另一端与主体支撑框架连接，与同一拉簧固定块连接的上连杆和下连杆之间通过齿轮啮合，上连杆与下连杆通过齿轮配合确定相对运动关系，在上连杆与滑块架连接处及下连杆与主体支撑框架连接处分别设置一个扭簧；
[0014]在每个拉簧固定块上安装一个拉簧碳杆轴，在两个拉簧碳杆轴之间安装拉簧，两个上连杆、两个下连杆、滑块架和主体支撑框架组成六连杆机构，所述定滑轮通过碳杆安装在主体支撑框架内，传动系统中的拉绳绕过定滑轮连接在滑块架中部线绳固定端安装孔上，拉绳拉动滑块架在导轨上滑动，滑块架的运动带动六连杆机构运动，使处于转动副处的扭簧受力变形，同时使固定在六连杆机构左右两端的拉簧碳杆轴之间的拉簧受力变形，实现能量的储蓄和释放。
[0015]进一步的，所述驱动系统包括两个驱动腿、两个连接杆、右滑槽杆、两个碳杆轴三和左滑槽杆，所述左滑槽杆和右滑槽杆对称设置在主体支撑框架的两侧，且左滑槽杆和右滑槽杆的中部均固定在主体支撑框架上，两个滑槽杆的滑槽端分别通过一碳杆轴三安装在滑块架上，两个滑槽杆的另一端分别与一连接杆连接，每个连接杆的自由端连接一驱动腿，通过滑块架的运动带动两个滑槽杆前后摆动，实现驱动腿的前后移动，实现跳跃运动。
[0016]进一步的，与上连杆配合的扭簧的一段固定在上连杆的扭簧安装孔内，另一段安装在滑块架上，与下连杆配合的扭簧的一段固定在下连杆的扭簧安装孔内，另一段安装在主体支撑框架上。
[0017]进一步的，所述水面支撑系统的支撑底座两侧各通过一个俯仰轴对应安装在主体
支撑框架下部中间位置的两个铰链座上。
[0018]进一步的，碳杆轴二与碳杆轴一粘接在支持底座内部，碳杆轴三粘接在滑块架上，在滑块架下方设有与导轨间隙配合的圆柱孔。
[0019]进一步的，所述蜗杆、复合齿轮、线轮齿轮、滑块架、上连杆、拉簧固定块、定滑轮和下连杆的材质均为光敏树脂，导轨的材料为碳杆。
[0020]进一步的，所述驱动腿、右滑槽杆和左滑槽杆材质均为光敏树脂，所述连接杆材质为空心铝棒，连接杆与相应的驱动腿及相应的滑槽杆之间均通过热熔胶粘连固定。
[0021]相对于现有技术，本专利技术所述的一种水面跳跃机器人具有以下优势：
[0022]1、本专利技术中机器人主要零件均采用高精度3D打印加工制造，降低制作时间和成本，使用拉簧、扭簧作为储能原件，改善弹簧能量释放效率，采用对称型驱动系统，提高机器人水面运动的稳定性，采用泡沫作为机器人水面支撑件，减小起跳过程中水面的拖拽力，提高跳跃性能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水面跳跃机器人，其特征在于：包括主体支撑框架(3)、水面支撑系统(1)、传动系统(2)、储能系统(4)和驱动系统(5)，所述的主体支撑框架(3)位于机器人中部，主体支撑框架(3)的上部设有导轨(31)和若干定位安装孔，下部对称分布铰链座，所述的储能系统(4)位于机器人最上部，安装在主体支撑框架(3)上部的滑轨和定位安装孔上，储能系统(4)的前端也分布定位安装孔，所述驱动系统(5)对称分布在机器人左右两侧，安装布置在主体支撑框架(3)和储能系统(4)前端的定位安装孔处，所述水面支撑系统(1)位于机器人最下部，安装在主体支撑框架(3)下部中间位置的铰链座上，所述传动系统(2)安装在水面支撑系统(1)的内部；机器人通过水面支撑系统(1)实现水面稳定漂浮，传动系统(2)带动储能系统(4)进行储能和释放，提供跳跃所需的能量，带动驱动系统(5)运动实现水面跳跃运动。2.根据权利要求1所述的一种水面跳跃机器人，其特征在于：所述水面支撑系统(1)包括两个泡沫球腿(6)、四个固定架(7)、支撑底座(8)、四个碳杆(9)和矩形腿(10)，四个所述固定架(7)与支撑底座(8)的四个拐角处分别通过一碳杆相连，位于前侧的两个固定架分别与一个泡沫球腿连接，位于后侧的两个固定架共同连接矩形腿(10)。3.根据权利要求2所述的一种水面跳跃机器人，其特征在于：所述传动系统(2)包括蜗杆轴(11)、蜗杆(12)、电机(13)、碳杆轴一(14)、复合齿轮(15)、线轮齿轮(16)和碳杆轴二(17)，所述电机(13)固定在支撑底座(8)上，蜗杆(12)的一端与电机(13)通过D型轴配合，蜗杆(12)的另一端与蜗杆轴(11)配合安装在支撑底座(8)的轴孔内，所述复合齿轮(15)通过碳杆轴一(14)安装在支撑底座(8)的内部，复合齿轮(15)包括一体连接的蜗轮和不完全齿轮，蜗杆(12)与复合齿轮(15)中的蜗轮配合，复合齿轮(15)中的不完全齿轮与线轮齿轮(16)配合，线轮齿轮(16)通过碳杆轴二(17)安装在支撑底座(8)的内部，在线轮齿轮(16)上安装固定一拉绳，通过电机(13)驱动蜗杆(12)，使线轮齿轮(16)回收拉伸，对储能系统(4)进行储能，当运动到复合齿轮(15)中不完全齿轮部分与线轮齿轮(16)配合时，线轮齿轮(16)释放，拉绳放出，对储能系统(4)释放，提供跳跃所需的能量。4.根据权利要求3所述的一种水面跳跃机器人，其特征在于：所述储能系统(4)还包括四个扭簧(18)、滑块架(19)、两个上连杆(20)、两个拉簧碳杆轴(21)、两个拉簧固定块(22)、定滑轮(23)和两个下连杆(24)；两根导轨(31)平行固设在主体支撑框架(3)上的相应位置的定位安装孔内，滑块架(19)在导轨(32)上滑动设置，两个上连杆(20)平行设置，且两个上连杆(20)的一端通过碳杆与滑块架(19)连接，两个上连杆(20)的另一端分别通过一碳杆与位于主体支撑框架(3)上的相应侧的拉簧固定块连接，两个下连杆(24)平行设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫继宏，张欣，唐术锋，杨凯，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：