CN100404371C - 水上漂浮仿生水黾机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水上漂浮型机器人技术领域，其特征在于与水面接触部分为丝材腿状结构，使用疏水剂对腿部进行表面处理，采用电池作驱动能源的三级齿轮传动机构带动驱动腿在水表面划动产生动力，前后有6-8条支撑腿，外形仿生水黾。本发明具有重量轻，体积小，载重余量大的优点。
Description
技术领域
本发明属于水上机器人，尤其涉及仿生水黾的机器人技术领域。
背景技术
生物体和机械装置利用表面张力浮于水面的原理是已知的，如文章(Gao Xuefeng，JiangLei，Biophysics Water repellent legs of water striders，Nature，Vol.432，4Nov.2004，36)指出水黾腿部刚毛的微结构能产生巨大浮力，实现水面站立。科学玩具水上飞(国别：中国，公开号：CN85204519，公开日期：1987.11.07)实现了依靠水的表面张力将简单玩具浮于水面的技术。但它与水面接触部分不是腿状，无法仿生水面生物。也没有电动驱动系统，结构简陋，性能简单。无法用于相关机器人技术与理论的研究和试验。
目前的问题是要制造仿生水黾的机器人，腿部只能是丝材(如本发明所用的Φ0.2毫米钢丝)。而普通丝状腿部产生的水体表面张力非常有限。另一方面是要实现电动、无缆的水上漂浮机器人，机器人必须自带能源(如电池)和驱动系统(一般为电机及其减速器)，系统必然具有一定的重量。如何取材和设计制造机器人腿部以产生足够表面张力，同时优化设计，制造出体积小、重量轻的机器人系统，就是一个需要解决的关键问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种体积小、重量轻的仿生水黾机器人，即水上漂浮机器人。
本发明的特征在于，含有：
机架，中间开有一个长方形的槽；
多级驱动的微型齿轮传动机构，各条齿轮轴分别通过齿轮轴套固定在机架上，且各条齿轮轴和各相应齿轮轴套间有间隙；
电机，固定于该机架的一侧，且输出轴与所述齿轮传动机构中的第一级微型齿轮啮合；
电池，固定于该机架的另一侧，向该电机供电；
支撑腿，有6-8条，尾部向上翘起，而头部固定在机架的两个宽边上；
驱动腿，有两条，固定在机架的两个长边上，且头部与所述多级齿轮传动机构中的第三级齿轮轴的伸出于该机架的两端相粘接；
所述支撑腿和驱动腿与水面接触部分用金属丝材弯制成，且两者位于同一个水平面上。
本发明实现了重量轻、体积小的电动、无缆机器人系统的设计与集成，发明了能仿生水黾的水上漂浮机器人，可用于相关机器人技术与理论研究和试验。
附图说明
图1.支撑腿正视图；
图2.驱动腿正视图；
图3.机架正视图；
图4.减速增扭齿轮传动系统示意图：
a.正视图，b.俯视图
图5.机器人的侧向立体图；
图6.齿轮轴与轴套连接示意图：
a.连接前，b.连接后
图7.机器人的俯视图。
1.支撑腿；
2.驱动腿；
3.机架；
4.传动齿轮；
41.一级传动齿轮；
42.二级传动齿轮；
43.三级传动齿轮；
5.电机齿轮；
6.电机；
7.传动轴；
71.一级传动轴；
72.二级传动轴；
73.三级传动轴；
81.传动轴右轴套；
82.传动轴左轴套；
9.电池。
具体实施方式
解决了增加丝状腿部水面表面张力的形状设计和表面处理技术问题。实现了重量轻、体积小的电动、无缆机器人系统设计与集成。最终发明了能仿生水黾，可用于相关机器人技术与理论研究和试验的水上漂浮机器人。
本发明的技术方案为：1、桐木片做成长方状本体；2、用不锈钢丝弯制支撑腿8条和驱动腿2条，用疏水剂对腿部进行表面喷涂和烘干3、本体前后各固定4条支撑腿；4、2.54规格排针作为电源开关，以氧化银电池带动一个直流电机；5、固定在本体上的塑料管或铜丝环为齿轮轴套，碳纤维棒为齿轮轴，使用三级齿轮减速；6、两条驱动腿分别固接在最后一级齿轮轴的两侧；7、齿轮与轴通过紧配合联结，其他零件之间或零件与本体通过胶合形成固定联结。
减速增扭机构如图4所示：支撑平台中央有一槽，三根齿轮轴与固定在平台上六个轴套形成间隙配合，三个微型齿轮与各自的轴是过盈配合。驱动电机带动第一级减速齿轮运动，位于离电机最远处的轴获得一个相对低速高扭的动力，带动绑定在这根轴上的驱动腿运动。
如图五所示，水上漂浮机器人采用三级齿轮减速，图中碳棒轴的轴套采用直径合适的塑料管，如电线的外皮等即可。轴套用哥俩好胶水粘在木板底座上。微型电机和电池分别安装在底座的两端，以保证机器人在水面上的平衡。第三个齿轮的轴两端伸出一定距离，用于滑水的驱动腿轴就安装在这个轴上，用502胶水将驱动腿和齿轮轴站在一起。电机，电线，支撑腿以及电池都用502胶水粘在木板底座上，如图7所示。支撑腿要有一定的弧度，后端要翘起，以最大程度利用液体表面张力。支撑腿和驱动腿要保证几乎在同一平面上。木板底座的中间是一个空槽，宽1.0厘米，长2.5厘米。为增加表面张力，可将支撑腿数量增加到6-8条，均匀布置。
操作时，先将机器人轻轻放在水面上，然后接通电源即可。
本发明通过表面张力实现水面站立，与水面接触部分为丝材腿状结构，无缆(即自带能源和驱动系统等，成为独立的系统)，使用北京首创纳米科技有限公司的SS-I型水性纳米疏水剂对腿部进行表面处理，电机驱动，三级齿轮减速，驱动腿在水表面划动产生动力，外形仿生水黾，重量轻(小于3克)，体积小，载重余量大(大于0.5克)，续航时间长(大于10小时)。
Claims (4)
1.水上漂浮仿生水黾机器人，其特征在于，含有：
机架，中间开有一个长方形的槽；
多级驱动的微型齿轮传动机构，各条齿轮轴分别通过齿轮轴套固定在机架上，且各条齿轮轴和各相应齿轮轴套间有间隙；
电机，固定于该机架的一侧，且输出轴与所述齿轮传动机构中的第一级微型齿轮啮合；
电池，固定于该机架的另一侧，向该电机供电；
支撑腿，有6-8条，尾部向上翘起，而头部固定在机架的两个宽边上；
驱动腿，有两条，固定在机架的两个长边上，且头部与所述多级齿轮传动机构中的第三级齿轮轴的伸出于该机架的两端相粘接；
所述支撑腿和驱动腿与水面接触部分用金属丝材弯制成，且两者位于同一个水平面上。
2.根据权利要求1所述的水上漂浮仿生水黾机器人，其特征在于：所述支撑腿和驱动腿都经过疏水处理。
3.根据权利要求1所述的水上漂浮仿生水黾机器人，其特征在于：所述多级驱动的微型齿轮传动机构是三级齿轮驱动的。
4.根据权利要求1所述的水上漂浮仿生水黾机器人，其特征在于：所述三级齿轮传动机构其总的减速比为166.67∶1。
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