CN112373631A - 一种水上柔性机器人 - Google Patents

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CN112373631A CN202011200068.6A CN202011200068A CN112373631A CN 112373631 A CN112373631 A CN 112373631A CN 202011200068 A CN202011200068 A CN 202011200068A CN 112373631 A CN112373631 A CN 112373631A
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吴一川
彭倍
赵云珂
王鹏
周吴
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    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H1/00—Propulsive elements directly acting on water
    • B63H1/30—Propulsive elements directly acting on water of non-rotary type
    • B63H1/32—Flaps, pistons, or the like, reciprocating in propulsive direction

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Abstract

本发明公开了一种水上柔性机器人，涉及机器人技术领域，包括：躯干以及设置在躯干下端的前腿和后腿，躯干靠近前腿的一端向下弯曲，躯干包括：可以周期性伸缩的主动柔性件以及设置在主动柔性件下表面的被动柔性件，前腿和后腿远离躯干的一端分别设有桨板，桨板的一端设置在对应的前腿或者后腿上，桨板的另一端向对应的前腿或者后腿远离躯干的方向延伸，该机器人可以提高现有水上微型机器人的灵活性、稳定性及效率。

Description

一种水上柔性机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种水上柔性机器人。
背景技术
在微型机器人领域的探索过程中，我们发现在陆地上的行为技术相比较与水上已经略显成熟，在水上这一环境上微型机器人的适应能力较弱，所以这是当前微型机器人科学领域亟待解决的关键问题之一。水上环境和陆地环境不同，水上微型机器人的平衡稳定性与其灵活性往往很难兼顾，从而限制了水上微型机器人的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水上柔性机器人，以提高现有水上微型机器人的灵活性、稳定性及效率。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种水上柔性机器人，包括：躯干以及设置在躯干下端面的前腿和后腿，躯干靠近前腿的一端向下弯曲，躯干包括：可以周期性伸缩的主动柔性件以及设置在主动柔性件下表面的被动柔性件，前腿和后腿远离躯干的一端分别设有桨板，桨板的一端设置在对应的前腿或者后腿上，桨板的另一端向对应的前腿或者后腿远离躯干的方向延伸。
该水上柔性机器人的躯干采用由柔性材质制得的主动柔性件和被动柔性件组成，柔性材质较柔软，制作工艺简单，能降低机器人的自重，有利于其在水面上漂浮，机器人运动灵活性高；主动柔性件可以在外力作用下周期性伸长和缩短，该外力可以采用光能、电能或温度等，主动柔性件周期性伸长或者缩短时，被动柔性件也随主动柔性件向底部弯曲或舒张，由于躯干的前端向下弯曲，则主动柔性件的周期性伸缩变成机器人躯干前端周期性上下拍动，进而带动前腿前后滑动，通过桨板划水使机器人向前移动。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，前腿和后腿的下端设有疏水支撑板。
在前腿和后退的下端分别设置疏水支撑板，疏水支撑板可以增强机器人下端的重量和支撑面积，从而增强整个机器人的平衡稳定性，并且由于为该支撑板疏水，可以保证机器人更好的漂浮在水面上。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，疏水支撑板上设有多个通孔。
疏水支撑板上开设通孔，可以减轻疏水支撑板的重量，进而减轻整个机器人的自重。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，桨板和疏水支撑板均采用固化碳纤维板。
桨板和疏水支撑板均采用固化纤维板，固化纤维板重量轻且疏水性好。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，前腿整体呈“C”型结构，前腿包括：第一连接板、第二连接板以及设置在第一连接板和第二连接板之间的第一支腿，第一连接板设置在被动柔性件上，第一支腿竖直设置，第二连接板垂直设置在第一支腿远离第一连接板的一端，第二连接板的下表面设有疏水支撑板，第一连接板与第一支腿倾斜设置，倾斜角度与躯干前端的弯曲角度相适应。
前腿成“C”型结构，并且“C”型结构开口与机器人的前进方向相反，上端的第一连接板可以很好的将前腿固定在躯干上，增强前腿和躯干的接触面积，增强连接处的稳定性，中间第一支腿将躯干支撑起来，使躯干远离水面，下端的第二连接板可以平衡机器人上下端重量，并为疏水支撑板提供较大的安装面积，保证连接稳定性，前腿采用非导电性的材质，以避免发明短路。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，后腿整体呈“C”型结构，后腿包括：第三连接板、第四连接板以及设置在第三连接板和第四连接板之间的第二支腿，第三连接板设置在被动柔性件上，第二支腿竖直设置，第三连接板和第四连接板分别垂直设置在第二支腿的两端，第四连接板和第二连接板的下表面齐平，第四连接板的下表面设有疏水支撑板。
后腿和前腿采用同样的材质，并且后腿的下端和前腿的下端齐平。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，躯干的前端向下弯曲的角度为30°～60°。
躯干的前端弯曲角度在30°～60°之间时，既可以保证机器人的稳定性，又不会影响机器人的灵活性。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，主动柔性件采用聚偏氟乙烯，主动柔性件厚度为15μm－30μm，主动柔性件靠近被动柔性件的一面以及远离被动柔性件的一面分别设有导电层，导电层通过导丝外接交流电，导电层的厚度为20nm－50nm。
主动柔性件采用聚偏氟乙烯材质，该材料为压电材料，在主动柔性件的上下表面设置导电层，导电层通过导线外接交流电，从而使主动柔性件做周期性伸长和缩短，导电层的厚度与主动柔性件的厚度相适应。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，主动柔性件向下弯曲的一端与被动柔性件齐平，主动柔性件的另一端设置在被动柔性件外。
主动柔性件的前端与被动柔性件齐平，主动柔性件的后端比被动柔性件长，从而方便在主动柔性件伸出来的一端的下表面设置导线。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，被动柔性件采用聚对苯二甲酸类塑料或聚酰亚胺材质。
本发明具有以下有益效果：
该水上柔性机器人采用柔性主动件，主动柔性件通过外力产生周期性伸长缩短，使机器人躯干前端弯曲的部分周期性上下拍动，从而带动桨板划水使机器人向前移动，该机器人结构简单，材质轻便，便于制作，能够提高水上微型机器人的灵活性、稳定性及效率。
附图说明
图1为本实施例中柔性机器人的主视结构示意图；
图2为本实施例中柔性机器人的右视结构示意图；
图3为实施例中桨板的仰视图。
其中：1－躯干；11－主动柔性件；12－被动柔性件；2－前腿；21－第一连接板；22－第二连接板；23－第一支腿；3－后腿；31－第三连接板；32－第四连接板；33－第二支腿；4－桨板；5－疏水支撑板；51－通孔。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例
参照图1，一种水上柔性机器人，包括：躯干1以及设置在躯干1下端面的前腿2和后腿3，躯干1靠近前腿2的一端向下弯曲，在本实施例中，躯干1前端向下弯曲的角度为30°，在本发明的其他实施例中，躯干1的前端向下弯曲角度还可以为30°～60°之间的任意值，躯干1包括：可以周期性伸缩的主动柔性件11以及设置在主动柔性件11下表面的被动柔性件12，主动柔性件11采用聚偏氟乙烯材质，厚度为15μm，在本发明其他的实施例中，主动柔性件11的厚度还可以为15μm－30μm之间的任意值，被动柔性件12采用聚酰亚胺，在本发明的其他实施例中，被动柔性件12还可以采用聚对苯二甲酸类塑料，参照图2，主动柔性件11和被动柔性件12宽度相等，主动柔性件11的下表面和被动柔性件12的上表面粘贴在一起，主动柔性件11的上下表面均设有导电层，导电层厚度为20nm，在本发明其他的实施例中，导电层的厚度还可以是20nm－50nm之间的任意值，主动柔性件11向下弯曲的一端与被动柔性件12齐平，主动柔性件11的另一端设置在被动柔性件12外，即主动柔性件11比被动柔性件12长，从而方便在主动柔性件11的下表面设置导线，外接交流电。
参照图1和图2，前腿2和后腿3均为“C”型结构，前腿2包括：第一连接板21、第二连接板22以及设置在第一连接板21和第二连接板22之间的第一支腿23，第一连接板21设置在被动柔性件12上，第一支腿23竖直设置，第二连接板22垂直设置在第一支腿23远离第一连接板21的一端，第一连接板21与第一支腿23倾斜设置，倾斜角度与躯干1前端的弯曲角度相适应，即为30°，后腿3包括：第三连接板31、第四连接板32以及设置在第三连接板31和第四连接板32之间的第二支腿33，第三连接板31设置在被动柔性件12上，第二支腿33竖直设置，第三连接板31和第四连接板32分别垂直设置在第二支腿33的两端，第四连接板32和第二连接板22的下表面齐平，在本实施例中，前腿2和后腿3采用对苯二甲酸乙二脂板，制作时，在对苯二甲酸乙二脂板先划出割痕，再通过折叠形成“C”型结构，通过粘贴将前腿2和后腿3固定在躯干1上。
参照图1和图2，第二连接板22的下表面以及第四连接板32的下表面设有疏水支撑板5，疏水支撑板5的一端还设有桨板4，桨板4的一端设置在对应的前腿2或者后腿3上，桨板4的另一端向对应的前腿2或者后腿3远离躯干1的方向延伸，桨板4和疏水支撑板5形成“T”字形结构，疏水支撑板5和桨板4均采用固化碳纤维，制作固化碳纤维时，将碳纤维放进烤箱在150°高温下固化3.5h，且在铁块按压下固化，冷却时间为十个小时。参照图3，疏水支撑板5上设有通孔51，在本实施例中，通孔51采用方形，每块疏水支撑板5上设置两排共12个通孔51。
该机器人的运动原理为：主动柔性件11通过导线外接交流电，在逆压电效应作用下，主动柔性件11周期性伸长和缩短，进而带动被动柔性件12弯曲或舒张，由于躯干1前端向下弯曲，则躯干1前端上下拍动，进而使桨板4划水，驱动整个机器人向前移动。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水上柔性机器人，其特征在于，包括：躯干(1)以及设置在所述躯干(1)下端面的前腿(2)和后腿(3)，所述躯干(1)靠近所述前腿(2)的一端向下弯曲，所述躯干(1)包括：可以周期性伸缩的主动柔性件(11)以及设置在所述主动柔性件(11)下表面的被动柔性件(12)，所述前腿(2)和所述后腿(3)远离所述躯干(1)的一端分别设有桨板(4)，所述桨板(4)的一端设置在对应的所述前腿(2)或者所述后腿(3)上，所述桨板(4)的另一端向对应的所述前腿(2)或者所述后腿(3)远离所述躯干(1)的方向延伸。
2.根据权利要求1所述的水上柔性机器人，其特征在于，所述前腿(2)和所述后腿(3)的下端设有疏水支撑板(5)。
3.根据权利要求2所述的水上柔性机器人，其特征在于，所述所述疏水支撑板(5)上设有多个通孔(51)。
4.根据权利要求3所述的水上柔性机器人，其特征在于，所述桨板(4)和所述疏水支撑板(5)均采用固化碳纤维板。
5.根据权利要求2至4任一项所述的水上柔性机器人，其特征在于，所述前腿(2)整体呈“C”型结构，所述前腿(2)包括：第一连接板(21)、第二连接板(22)以及设置在所述第一连接板(21)和所述第二连接板(22)之间的第一支腿(23)，所述第一连接板(21)设置在所述被动柔性件(12)上，所述所述第一支腿(23)竖直设置，所述第二连接板(22)垂直设置在所述第一支腿(23)远离所述第一连接板(21)的一端，所述第二连接板(22)的下表面设有所述疏水支撑板(5)，所述第一连接板(21)与所述第一支腿(23)倾斜设置，倾斜角度与所述躯干(1)前端的弯曲角度相适应。
6.根据权利要求5所述的水上柔性机器人，其特征在于，所述后腿(3)整体呈“C”型结构，所述后腿(3)包括：第三连接板(31)、第四连接板(32)以及设置在所述第三连接板(31)和所述第四连接板(32)之间的第二支腿(33)，所述第三连接板(31)设置在所述被动柔性件(12)上，所述第二支腿(33)竖直设置，所述第三连接板(31)和所述第四连接板(32)分别垂直设置在所述第二支腿(33)的两端，所述第四连接板(32)和所述第二连接板(22)的下表面齐平，所述第四连接板(32)的下表面设有所述疏水支撑板(5)。
7.根据权利要求6所述的水上柔性机器人，其特征在于，所述躯干(1)的前端向下弯曲的角度为30°～60°。
8.根据权利要求7所述的水上柔性机器人，其特征在于，所述主动柔性件(11)采用聚偏氟乙烯，所述主动柔性件(11)厚度为15μm－30μm，所述主动柔性件(11)靠近所述被动柔性件(12)的一面以及远离所述被动柔性件(12)的一面分别设有导电层，所述导电层通过导丝外接交流电，所述导电层的厚度为20nm－50nm。
9.根据权利要求8所述的水上柔性机器人，其特征在于，所述主动柔性件(11)向下弯曲的一端与所述被动柔性件(12)齐平，所述主动柔性件(11)的另一端设置在所述被动柔性件(12)外。
10.根据权利要求8所述的水上柔性机器人，其特征在于，所述被动柔性件(12)采用聚对苯二甲酸类塑料或聚酰亚胺材质。
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