CN102582806A

CN102582806A - 面向湿地水下探测的仿蛙夹水推进机器人

Info

Publication number: CN102582806A
Application number: CN2011104280597A
Authority: CN
Inventors: 郑一力; 刘晋浩; 阚江明; 张军国; 燕飞; 叶茁
Original assignee: Beijing Forestry University
Current assignee: Beijing Forestry University
Priority date: 2011-12-19
Filing date: 2011-12-19
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2031-12-19
Also published as: CN102582806B

Abstract

本发明公开了一种面向湿地水下探测的仿蛙夹水推进机器人，其整体分为前部、中部和后部，其中机器人前部由躯干、转向电机和躯干内部的控制系统构成，机器人中部由腰节和俯仰电机构成，机器人后部由尾节、夹合电机、左齿轮、右齿轮、左腿骨、右腿骨、左下肢、右下肢、弹簧构成。夹合电机的正反转和弹簧的伸缩可以控制机器人左下肢和右下肢有节奏地缓慢打开和快速闭合，模拟青蛙水下夹水推进的原理，为机器人提供持续的夹水向前驱动力。结构简单、驱动能力强，通过转向电机和俯仰电机的协调转动可在水下灵活可靠地完成直线、转向、上浮和下沉运动，自主完成湿地水下珍稀野生动植物探测、水下文物探测、军事侦察等作业任务。

Description

面向湿地水下探测的仿蛙夹水推进机器人

技术领域

本发明涉及一种用于湿地水下复杂环境信息检测等科学实验和工程任务的机器人，尤其涉及一种面向湿地水下探测的仿蛙夹水推进机器人。

背景技术

湿地是位于陆生生态系统和水生生态系统之间的过渡性地带，在维持生态平衡、保持生物多样性和珍稀物种资源以及涵养水源、蓄洪、降解污染调节气候、补充地下水和防止土壤沙化等方面均起到重要作用。湿地水下蕴藏着大量的珍稀水生生物和物产资源，但由于沟渠纵横、水层较浅，淤泥较深，依靠人去展开湿地水下环境探测具有危险性，对湿地本身也具有破坏作用。而传统的水下机器人由于体积大、吃水深、转向灵活性不足、破坏水底环境等原因也很难深入湿地水下开展探测。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有较高运动能力且结构简单的面向湿地水下探测的仿蛙夹水推进机器人，该机器人能够在湿地水下的复杂环境下灵活可靠地自主运动，进行环境信息检测。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的面向湿地水下探测的仿蛙夹水推进机器人，包括前部、中部和后部，所述前部包括躯干和转向电机，所述中部包括腰节和俯仰电机，所述后部包括尾节、夹合电机、左齿轮、右齿轮、左腿骨、右腿骨、左下肢、右下肢；

所述躯干与所述腰节通过所述转向电机铰接，所述腰节与所述尾节通过所述俯仰电机铰接，所述转向电机的输出轴与所述俯仰电机的输出轴垂直；

所述左齿轮与右齿轮之间相互啮合并安装于所述尾节的后部，所述夹合电机安装在所述尾节上，其输出轴与所述左齿轮或右齿轮的转动轴固连；

所述左齿轮的转动轴与所述左腿骨的前端固连，所述右齿轮的转动轴与所述右腿骨的前端固连，所述左下肢和右下肢分别与所述左腿骨和右腿骨的后端固连，所述左下肢与右下肢之间通过弹簧连接。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的面向湿地水下探测的仿蛙夹水推进机器人，由于包括前部、中部和后部，前部包括躯干和转向电机，中部包括腰节和俯仰电机，后部包括尾节、夹合电机、左齿轮、右齿轮、左腿骨、右腿骨、左下肢、右下肢；躯干与腰节通过转向电机铰接，腰节与尾节通过俯仰电机铰接，转向电机的输出轴与俯仰电机的输出轴垂直；左齿轮与右齿轮之间相互啮合并安装于尾节的后部，夹合电机安装在尾节上，其输出轴与左齿轮或右齿轮的转动轴固连；左齿轮的转动轴与左腿骨的前端固连，右齿轮的转动轴与右腿骨的前端固连，左下肢和右下肢分别与左腿骨和右腿骨的后端固连，左下肢与右下肢之间通过弹簧连接。具有较高运动能力且结构简单，能够在湿地水下的复杂环境下灵活可靠地自主运动，进行环境信息检测。

附图说明

图1为本发明实施例提供的面向湿地水下探测的仿蛙夹水推进机器人的腿部张开时的俯视结构示意图；

图2为本发明实施例提供的面向湿地水下探测的仿蛙夹水推进机器人的腿部闭合时的俯视结构示意图；

图3为本发明实施例提供的面向湿地水下探测的仿蛙夹水推进机器人的立体结构示意图。

图中：1、躯干，2、转向电机，3、腰节，4、俯仰电机，5、尾节，6、夹合电机，7、左齿轮，8、右齿轮，9、左腿骨，10、右腿骨，11、弹簧，12、左下肢，13、右下肢。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述。

本发明的面向湿地水下探测的仿蛙夹水推进机器人，其较佳的具体实施方式如图1、图2、图3所示：

包括前部、中部和后部，所述前部包括躯干和转向电机，所述中部包括腰节和俯仰电机，所述后部包括尾节、夹合电机、左齿轮、右齿轮、左腿骨、右腿骨、左下肢、右下肢；

所述躯干的外形为流线形，并安装有传感器系统。所述躯干的内部呈中空状态，并安装有机器人的智能控制系统。

本发明中，夹合电机的正反转和弹簧的伸缩可以控制机器人左下肢和右下肢有节奏地打开和闭合，模拟青蛙水下夹水推进的原理，为机器人提供持续的夹水向前驱动力。

本发明的有益效果是：

面向湿地水下探测的仿蛙夹水推进机器人模仿青蛙夹水推进的方式为机器人提供前进的动力，只需要一个夹合电机和弹簧就能实现水下的前进运动，控制方便；机器后部弹簧与夹合电机的组合，增大了夹水的力度，提高了机器人的水下推进力；机器可依靠转向电机和俯仰电机的协调转动实现水下的转向、浮沉等运动，运动灵活；结构简单，在湿地水下珍稀野生动植物探测、水下文物探测、军事侦察和儿童玩具等方面有广泛的应用前景和市场价值。

下面对本发明的面向湿地水下探测的仿蛙夹水推进机器人的结构和动作原理进行进一步详细的描述：

机器人腿部张开时的俯视图如图1所示，腿部闭合时的俯视图如图2所示，其立体图如图3所示，由机器人的前部、中部和后部构成；其中机器人前部由躯干、转向电机和躯干内部的控制系统构成，机器人中部由腰节和俯仰电机构成，机器人后部由尾节、夹合电机、左齿轮、右齿轮、左腿骨、右腿骨、左下肢、右下肢、弹簧构成。

其中机器人前部的躯干部分呈流线型，以减小水中游动的阻力，躯干的内部呈中空状态以安装机器人的智能控制系统，智能控制系采用ARM9处理器，主要完成控制指令接收、机器人状态返回、机器人的各电机闭环控制和智能决策；并可在躯干上安装视觉相机、温度、压力、化学成分等多种传感器，完成湿地水下环境探测任务。

机器人前部的躯干通过转向电机与机器人中部的腰节连接，转向电机安装在躯干上，转向电机的输出轴与腰节连接，转向电机的正转和反转可控制腰节相对躯干的水平角度，进而控制机器人在湿地水下游动的方向。

机器人后部的尾节通过俯仰电机与机器人中部的腰节连接，俯仰电机安装在腰节上，俯仰电机的输出轴与尾节连接，俯仰电机的正转和反转可控制机器人腰节相对机器人后部的俯仰角度，进而控制机器人在湿地水下游动的浮沉。

机器人后部主要提供机器人水下夹水前进的动力，左齿轮和右齿轮安装在尾节上，夹合电机安装在尾节上，夹合电机的输出轴与左齿轮的转动轴固连，左齿轮与右齿轮之间啮合；左齿轮的转动轴与左腿骨前端固连，右齿轮的转动轴与右腿骨前端固连；左下肢和右下肢分别与左腿骨和右腿骨固连；同时，左下肢和右下肢之间通过弹簧连接；左下肢和右下肢采用铝板压制而成。

在俯视方向，当夹合电机缓慢顺时针转动时，夹水电机输出轴带动左齿轮顺时针转动，左齿轮顺时针转动可带动左腿骨顺时针转动，左腿骨顺时针转动可带动左下肢顺时针转动；同时，通过左齿轮与右齿轮之间的啮合使右齿轮逆时针转动，右齿轮逆时针转动可带动右腿骨逆时针转动，右腿骨逆时针转动可带动右下肢逆时针转动；继而使机器人的左下肢和右下肢呈缓慢相对张开的状态，同时使弹簧呈张紧状态。

同理，在俯视方向，当夹合电机快速逆时针转动时，夹水电机输出轴带动左齿轮逆时针转动，左齿轮逆时针转动可带动左腿骨逆时针转动，左腿骨逆时针转动可带动左下肢逆时针转动；同时通过左齿轮与右齿轮之间的啮合使右齿轮顺时针转动，右齿轮顺时针转动可带动右腿骨顺时针转动，右腿骨顺时针转动可带动右下肢顺时针转动；同时，结合弹簧的缩紧作用，使机器人的左下肢和右下肢快速地相对闭合，继而为机器人提供向前的夹水驱动力。

夹合电机的正反转和弹簧的伸缩可以控制机器人左下肢和右下肢有节奏地缓慢打开和快速闭合，模拟青蛙水下夹水推进的原理，为机器人提供持续的夹水向前驱动力。

同时为控制机器人的重心和密度，可在左右腿部和躯干部加装配重，以控制机器人的重心，同时使机器人的密度与水的密度接近，方便机器人的沉浮和游动。

湿地中常见动物青蛙，集高效的陆上跳跃和灵活的水下游动能力于一身，它依靠发达的后腿、流线型身体和夹水的推进方式，在水中具备很强的运动爆发性和耐力性，很适合在湿地水下环境中活动和生存。本发明正是借鉴其灵巧的身体结构并模拟其高效的夹水前进游动方式，能够弥补传统水下机器人体积重量大、灵活性差等不足，创造出具有湿地环境适应性的仿生湿地水下探测机器人。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种面向湿地水下探测的仿蛙夹水推进机器人，其特征在于，包括前部、中部和后部，所述前部包括躯干和转向电机，所述中部包括腰节和俯仰电机，所述后部包括尾节、夹合电机、左齿轮、右齿轮、左腿骨、右腿骨、左下肢、右下肢；

2.根据权利要求1所述的面向湿地水下探测的仿蛙夹水推进机器人，其特征在于，所述躯干的外形为流线形。

3.根据权利要求1或2所述的面向湿地水下探测的仿蛙夹水推进机器人，其特征在于，所述躯干的内部呈中空状态，并安装有机器人的智能控制系统。

4.根据权利要求3所述的面向湿地水下探测的仿蛙夹水推进机器人，其特征在于，所述躯干安装有传感器系统。