CN104071307A - 一种螺旋驱动式水面机器人 - Google Patents

Abstract

一种螺旋驱动式水面机器人，它涉及水面机器人技术。本发明为了解决现有水面机器人驱动力不均匀的问题。本发明一种螺旋驱动式水面机器人，包括机架、两条螺旋驱动腿、多条支撑腿、控制电路和两个微型直流电机，多条支撑腿分别粘接在机架的两外端，支撑腿之间相互平行设置且位于同一水平面上，两个微型直流电机对称固定到机架左右两侧，控制电路与两个微型直流电机连成回路，螺旋驱动腿的一端与微型直流电机的输出轴通过轴套配合固定，两条螺旋驱动腿的螺旋线方向相反，螺旋驱动腿的另一端与机架上的对应开孔间隙配合。本发明用于机器人实现平稳地水面运动。

Description

一种螺旋驱动式水面机器人

技术领域

本发明涉及水面机器人技术，具体涉及一种螺旋驱动式水面机器人。

背景技术

随着微机电系统和机器人技术的发展，微型机器人以体积小、质量轻、低成本、低能耗和低噪音等优点，成为机器人研究领域的一个热点。微型水面机器人在水质监测、水上侦查、水上搜索与救援等方面有广阔的应用前景，近年来吸引了众多国内外研究人员的目光。现有的水上漂浮仿生水黾机器人中，是采用疏水处理的钢丝作为支撑腿和驱动腿，通过直流电机驱动，实现了主要靠水表面张力漂浮的技术，能够在水面滑行。而仿生水黾机器人中，则采用微小电机驱动模拟水黾两条中腿的划水动作，以实现水上滑行运动。但目前的水面机器人所采用的划水方式，驱动腿获得的驱动力为近似锯齿形，其不均匀性会降低水面机器人的水上稳定性。所以为满足现有技术的需要，急需设计出一种能输出均匀驱动力的水面机器人。

发明内容

本发明的目的是为解决现有水上机器人不能输出均匀驱动力的问题，进而提供一种螺旋驱动式水面机器人。

本发明的技术方案是：一种螺旋驱动式水面机器人，包括机架、两条螺旋驱动腿、多条支撑腿、控制电路和两个微型直流电机，多条支撑腿分别粘接在机架的两外端，支撑腿之间相互平行设置且位于同一水平面上，两个微型直流电机对称固定到机架左右两侧，控制电路与两个微型直流电机连成回路，螺旋驱动腿的一端与微型直流电机的输出轴通过轴套配合固定，两条螺旋驱动腿的螺旋线方向相反，螺旋驱动腿的另一端与机架上的对应开孔间隙配合。

本发明与现有技术相比具有以下效果：本发明的螺旋驱动式水面机器人总重约3.8g，采用超疏水处理的铜丝作为支撑腿和驱动腿，微型直流电机作为驱动。可靠水表面张力在水面漂浮，能够平稳地在水面上进行直线和转弯运动，直线运动时最高速度达到15cm/s，该螺旋驱动式水面机器人可提供均匀的驱动力，保证其在水面上平稳的运动，同时还可用于相关水面机器人技术研究。

附图说明

图1为本发明螺旋驱动式水面机器人的立体图；

图2为本发明螺旋驱动式水面机器人的俯视图；

图3为本发明螺旋驱动式水面机器人的侧视图；

图4为本发明螺旋驱动式水面机器人的控制电路示意图。

部件名称及标号说明：

机架1、螺旋驱动腿2、支撑腿3、第一支撑腿31、第二支撑腿32、第三支撑腿33、第四支撑腿34、第五支撑腿35、第六支撑腿36、第七支撑腿37、第八支撑腿38、第九支撑腿39、第十支撑腿310、微型直流电机4、轴套5、电池61、第一开关62、第二开关63、导线64。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式中的螺旋驱动式水面机器人，包括机架1、两条螺旋驱动腿2、多条支撑腿3、控制电路4和两个微型直流电机，多条支撑腿3分别粘接在机架1的两外端，支撑腿3之间相互平行设置且位于同一水平面上，两个微型直流电机4对称固定到机架1左右两侧，控制电路与两个微型直流电机4连成回路，螺旋驱动腿2的一端与微型直流电机4的输出轴通过轴套5配合固定，两条螺旋驱动腿2的螺旋线方向相反，螺旋驱动腿2的另一端与机架1上的对应开孔间隙配合。机架1材质为塑料，采用3D打印加工。轴套5材质为塑料，采用3D打印加工。螺旋驱动式水面机器人靠螺旋状的驱动腿2与水面之间形成的螺旋副以获取均匀的驱动力。

具体实施方式二：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式的机架1的两端设置的支撑腿3的数量相同。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式的机架1的形状为“H”形，支撑腿3的数量为十条，具体包括第一支撑腿31、第二支撑腿32、第三支撑腿33、第四支撑腿34、第五支撑腿35、第六支撑腿36、第七支撑腿37、第八支撑腿38、第九支撑腿39和第十支撑腿310，第一支撑腿31、第二支撑腿32、第三支撑腿33、第四支撑腿34和第五支撑腿35等间距设于机架1的一侧边外沿上，第六支撑腿36、第七支撑腿37、第八支撑腿38、第九支撑腿39和第十支撑腿310等间距设于机架1另一侧边外沿上。为了在保证机器人具有足够负载能力的前提下减小机器人整体尺寸，支撑腿3的数量优选为十条。其它组成和连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式的螺旋驱动腿2和支撑腿3的材质为表面经电化学沉积和纳米自组装技术进行超疏水处理后的细铜丝。处理后细铜丝的自身重量没有明显变化，但其表面接触角可达155.8°，因而具有很高的水面负载能力，非常适于本发明机器人对材质的需要。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式的所述控制电路由导线64、第一开关62、第二开关63和电池61组成，第一开关62和第二开关63为点触式开关，电池61为4.5V锂电池，微型直流电机41和微型直流电机42分别通过导线64与第一开关62和第二开关63串联，再与电池61并联后形成回路。可通过第一开关62和第二开关63控制微型直流电机4的工作。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

本发明螺旋驱动式水面机器人运动的基本原理是：由于水表面具有张力，超疏水性螺旋驱动腿2压在水面上时，水面发生变形与螺旋驱动腿2形成螺旋副，机器人运动时，微型直流电机4带动螺旋驱动腿2转动便可获得均匀的向前驱动力。螺旋驱动腿2划水时，会在沿其轴线方向和垂直于其轴线方向受到水的作用力，当两微型直流电机4一个正转、一个反转时，两条螺旋驱动腿2在垂直螺旋驱动腿2轴线方向受到的水作用力相互抵消，机器人实现直线运动；当两微型直流电机4同时正转或同时反转时，两条螺旋驱动腿2在垂直其轴线方向受到的水作用力叠加，机器人因而获得向左或向右的转矩，实现转弯运动。

上述内容仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种螺旋驱动式水面机器人，其特征在于，包括机架(1)、两条螺旋驱动腿(2)、多条支撑腿(3)、控制电路(4)和两个微型直流电机，多条支撑腿(3)分别粘接在机架(1)的两外端，支撑腿(3)之间相互平行设置且位于同一水平面上，两个微型直流电机(4)对称固定到机架(1)左右两侧，控制电路与两个微型直流电机(4)连成回路，螺旋驱动腿(2)的一端与微型直流电机(4)的输出轴通过轴套(5)配合固定，两条螺旋驱动腿(2)的螺旋线方向相反，螺旋驱动腿(2)的另一端与机架(1)上的对应开孔间隙配合。

2.根据权利要求1所述的螺旋驱动式水面机器人，其特征在于，机架(1)的两端设置的支撑腿(3)的数量相同。

3.根据权利要求2所述的螺旋驱动式水面机器人，其特征在于，机架(1)的形状为“H”形，支撑腿(3)的数量为十条，具体包括第一支撑腿(31)、第二支撑腿(32)、第三支撑腿(33)、第四支撑腿(34)、第五支撑腿(35)、第六支撑腿(36)、第七支撑腿(37)、第八支撑腿(38)、第九支撑腿(39)和第十支撑腿(310)，第一支撑腿(31)、第二支撑腿(32)、第三支撑腿(33)、第四支撑腿(34)和第五支撑腿(35)等间距设于机架(1)的一侧边外沿上，第六支撑腿(36)、第七支撑腿(37)、第八支撑腿(38)、第九支撑腿(39)和第十支撑腿(310)等间距设于机架(1)另一侧边外沿上。

4.根据权利要求1所述的螺旋驱动式水面机器人，其特征在于，螺旋驱动腿(2)和支撑腿(3)的材质为表面经电化学沉积和纳米自组装技术进行超疏水处理后的细铜丝。

5.根据权利要求1所述的螺旋驱动式水面机器人，其特征在于，所述控制电路由导线(64)、第一开关(62)、第二开关(63)和电池(61)组成，第一开关(62)和第二开关(63)为点触式开关，电池(61)为4.5V锂电池，微型直流电机(41)和微型直流电机(42)分别通过导线(64)与第一开关(62)和第二开关(63)串联，再与电池(61)并联后形成回路。