CN203318656U - 仿生水黾机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的是一种仿生水黾机器人，该机器人由四条支撑腿、两条左右对称布置的划水腿、主体框架、舵机部件等部分组成，其特征是：依靠设计的具有小水线面特点的浮力支撑腿支撑机器人漂浮于水面，在遇到小波浪时小水线面特点的浮力支撑腿可减少机器人的运动响应，提高稳定性；在遇到较大波浪时支撑腿的储备浮体可提供储备浮力，防止机器人被波浪淹没，提高安全性。本实用新型的仿生水黾机器人具有较强耐波性和灵活性，可应用于环境侦测、管道破损检测、水文监测等。

Description

仿生水黾机器人

技术领域

本发明涉及的是一种水上机器人结构，具体地说是一种可用于环境侦测、管道破损检测、水文监测等的有较强耐波性的仿生水黾机器人。

背景技术

水黾生物是依靠水的表面张力支撑自身浮在水面，并依靠划水腿在水面轻快迅速的滑行。国内外学者对仿生水黾机器人进行了相关研究，卡内基梅隆大学、麻省理工大学和清华大学等都研制出基于水表面张力原理仿生水黾机器人。如2007年2月14日公开的清华大学申请的专利，公开号为CN1911730A，公开了一种水上漂浮仿生水黾机器人，其采用涂有疏水剂的金属丝作为腿部结构，采用电池作为驱动能源的三级齿轮驱动机构。其虽然体积小、重量轻，但是承载能力差，无法携带负载完成工作任务。依靠水的浮力支撑机器人漂浮于水面的仿生水黾机器人也有人做了相关研究，如2012年7月11日公开的河北工业大学申请的专利，公开号为CN102556318A,公开了一种仿生水黾机器人，主要包括机架、对称安装在机架上的前后四条支撑腿和中间左右两条划水腿、舵机组件和控制电路，其承载能力有所提高，但在波浪中的稳定性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种仿生水黾机器人,该机器人模仿水黾生物的身体结构以及运动机理，依靠浮力支撑身体结构，有较强耐波性和承载能力。可用于环境侦测、管道破损检测、水文监测等。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本设计的仿生水黾机器人包括四条支撑腿、两条左右对称布置的划水腿、主体框架、舵机部件。

所述支撑腿包括支撑浮体和柔性连接板。支撑浮体前后左右对称分布在主体框架周围，其下体为前端呈圆柱形，后端呈圆锥形的潜体，中间体为细长流线型支柱，上体为横断面形状呈具有垂直高度的楔形形状的储备浮体；柔性连接板一端与支撑浮体的上体粘接，另一端与主体框架粘接。当支撑腿受到一定冲击力后，柔性连接件可产生一定挠度起到缓冲作用。

所述划水腿包括第一段划水腿和第二段划水腿，第一段划水腿为矩形板，一端通过连接主体框架上的划水舵机实现前后转动，另一端的矩形槽内安装有抬腿舵机，控制第二段划水腿的入水与出水。第二段划水腿为带有一定折角的矩形板，矩形板末端加宽，且具有一定柔性，能提高划水效率。

所述主体框架为一矩形板，其上左右两侧中间部位附近开有矩形槽，安装划水舵机，矩形板四个端部安装支撑腿的柔性连接板。主体框架前端可安装一门形支架用于安装摄像头。

所述舵机部件包括抬腿舵机、划水舵机和舵机盘。抬腿舵机安装在主体框架的矩形槽内，其上安装舵机盘，舵机盘与第一段划水腿的一端粘接；划水舵机安装在第一段划水腿的另一端矩形槽内，其上的舵机盘与第二段划水腿的一端粘接,控制第二段划水腿的入水与出水。

本设计的仿生水黾机器人其总长度与伸展宽度比在0.8-1.6之间，使其横向和纵向平衡稳定性较好。

附图说明

图1为仿生水黾机器人轴侧图。

图2为仿生水黾机器人前视图。

图3为仿生水黾机器人侧视图。

图4为仿生水黾机器人俯视图。

图5 仿生水黾机器人划水腿局部视图（1）。

图6 仿生水黾机器人划水腿局部视图（2）。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1至6，仿生水黾机器人由四条结构相同的支撑腿1、两条左右对称布置的划水腿2、主体框架3、舵机部件4组成。支撑腿1包括潜体5、细长流线型支柱6、储备浮体7和柔性连接板8。柔性连接板8一端与主体框架3固定连接，一端与储备浮体7固定连接，细长流线型支柱6上端与储备浮体7固定连接，下端与潜体5连接。

潜体5前端为圆柱形，后端为圆锥形，材料为小于水的密度的非亲水性材料。柔性连接板8一端与储备浮体7的上表面中心位置相粘接。

划水腿2包括第一段划水腿9和第二段划水腿10。

主体框架3为一矩形薄板，其上左右对称有两个矩形槽，用于安放舵机；其前端布置门形支架11，门形支架11上安装摄像头12。主体框架3下表面的四个端部与柔性连接板8的另一端粘接。

舵机部件4包括划水舵机13、抬腿舵机14和舵机盘15、舵机盘16。划水舵机粘接在主体框架3的矩形槽内，舵机盘15与划水舵机13用螺栓连接固定，舵机盘15与第一段划水腿9的一端粘接；抬腿舵机14粘接固定在第一段划水腿9的矩形槽内，舵机盘16与抬腿舵机14用螺栓连接固定，舵机盘16与第二段划水腿10的一端粘接固定。

当仿生水黾机器人在水面航行时，潜体5在水面以下提供浮力支撑，水面高度在细长流线型支柱6上，这种小水线面结构能减小仿生水黾机器人随波浪的运动响应，使其能在波动的水面上平稳航行，提高稳定性和耐波性。当出现较大波浪，水面迅速上升时，储备浮体7可提供储备浮力，水面将储备浮体7向上托起，使仿生水黾机器人能够浮在波浪上面，防止被波浪淹没。此时，柔性连接板8能够产生一定弯曲挠度起到缓冲减震作用。潜体5为密度小于水的浮性材料，为进一步减小自身重量也可以是空心结构。储备浮体7为密度小于水的浮性材料，为实心结构。 

仿生水黾机器人依靠划水腿2和舵机组件4的配合实现在水面上运动。划水舵机13控制第一段划水腿9前后划动，抬腿舵机14控制第二段划水腿10上下划动。当仿生水黾机器人向前运动时，抬腿舵机14控制第二段划水腿10向下转动使第二段划水腿10入水，然后划水舵机13控制第一段划水腿9转动到行程末端，即仿生水黾机器人尾部，之后抬腿舵机14控制第二段划水腿10向上转动使第二段划水腿10抬出水面，最后划水舵机13控制第一段划水腿9回到行程前端，即仿生水黾机器人前部，这样就完成了一组划水动作，可概括为“落腿-划水-提腿-回程”。反复这一组划水动作即可实现仿生水黾机器人持续向前运动。改变划水舵机14的行程角度或划水速度即可改变仿生水黾机器人运动速度和运动方向。通过差速也可以使仿生水黾机器人原地回转，具有很强的灵活性，适合在狭窄的空间作业。

Claims (1)

1.一种仿生水黾机器人，由四条结构相同的支撑腿、两条左右对称布置的划水腿、主体框架、舵机部件组成；支撑腿包括潜体、细长流线型支柱、储备浮体和柔性连接板；柔性连接板一端与主体框架固定连接，一端与储备浮体固定连接；细长流线型支柱上端与储备浮体固定连接，下端与潜体连接；其特征是：潜体前端为圆柱形，后端为圆锥形，材料为小于水的密度的非亲水性材料；柔性连接板一端与储备浮体的上表面中心位置相粘接；划水腿包括第一段划水腿和第二段划水腿；主体框架为一矩形薄板，其上左右对称有两个矩形槽，用于安放舵机，其前端布置门形支架，门形支架上安装摄像头，主体框架下表面的四个端部与柔性连接板的另一端粘接；舵机部件包括划水舵机、抬腿舵机和舵机盘、舵机盘，划水舵机粘接在主体框架的矩形槽内，舵机盘与划水舵机用螺栓连接固定，舵机盘与第一段划水腿的一端粘接，抬腿舵机粘接固定在第一段划水腿的矩形槽内，舵机盘与抬腿舵机用螺栓连接固定，舵机盘与第二段划水腿的一端粘接固定。

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