本發(fā)明涉及一種微型多棲機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體地，涉及一種能通過(guò)翅膀的拍打在空中飛行，并且可以通過(guò)仿水黽腿部結(jié)構(gòu)在水面保持站立并運(yùn)動(dòng)的仿水黽壓電驅(qū)動(dòng)式超微撲翼兩棲機(jī)器人。

背景技術(shù)：

機(jī)器人在面臨復(fù)雜地形時(shí)，總是對(duì)相對(duì)于自身體積較龐大的障礙物束手無(wú)策，從而限制了機(jī)器人在復(fù)雜空間內(nèi)的行動(dòng)能力以及遠(yuǎn)距離投送能力，難以滿足許多場(chǎng)合下人們對(duì)機(jī)器人機(jī)動(dòng)能力、復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)能力以及快速響應(yīng)能力的需求。兩棲機(jī)器人可以通過(guò)飛行與水面爬行兩種模態(tài)間自由切換，克服復(fù)雜環(huán)境下的不利因素。

國(guó)內(nèi)在微撲翼式飛行器的研究方面產(chǎn)生一定的成果。如，公開(kāi)號(hào)為102328744A、申請(qǐng)?zhí)枮?01110223769.6的中國(guó)專利，提供了一種基于柔性鉸鏈的電磁驅(qū)動(dòng)式撲翼微飛行器。

但是目前的飛行器，包括前述公開(kāi)號(hào)為102328744A專利的飛行器，難以具備兩棲的能力。在遇到水面環(huán)境時(shí)，難以完成機(jī)器人的懸浮、長(zhǎng)時(shí)間的偵查任務(wù)，缺乏對(duì)復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種仿水黽壓電驅(qū)動(dòng)式超微撲翼兩棲機(jī)器人，該機(jī)器人可以通過(guò)翅膀的拍打在空中飛行，也可以通過(guò)腿部支撐件的斥水特性在水面保持平衡，并通過(guò)翅膀的拍打在水面運(yùn)動(dòng)。仿水黽壓電驅(qū)動(dòng)式超微撲翼兩棲機(jī)器人采用水黽式的仿生結(jié)構(gòu)，其體積小，重量輕，穩(wěn)定性好，可以在水面與空中可控地運(yùn)動(dòng)，具有兩棲特性，能夠適應(yīng)不同的環(huán)境。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供了一種仿水黽壓電驅(qū)動(dòng)式超微撲翼兩棲機(jī)器人，包括：四個(gè)高彈性腿部支撐件、兩個(gè)翅膀、一個(gè)壓電驅(qū)動(dòng)器、一個(gè)包含被動(dòng)鉸鏈的翅膀固定件、一個(gè)壓電驅(qū)動(dòng)器固定件、兩個(gè)縱向骨架，以及兩個(gè)橫向面板；其中：

兩個(gè)高彈性腿部支撐件與一個(gè)橫向面板連接固定，另外兩個(gè)高彈性腿部支撐件與另外一個(gè)橫向面板連接固定；兩個(gè)橫向面板分別和兩個(gè)縱向骨架連接固定；壓電驅(qū)動(dòng)器沿所述機(jī)器人的中心軸線放置，壓電驅(qū)動(dòng)器的底部與兩個(gè)縱向骨架連接固定，壓電驅(qū)動(dòng)器的頂部與壓電驅(qū)動(dòng)器固定件連接固定；壓電驅(qū)動(dòng)器固定件與包含被動(dòng)鉸鏈的翅膀固定件連接固定；兩個(gè)翅膀均與包含被動(dòng)鉸鏈的翅膀固定件連接固定；

所述壓電驅(qū)動(dòng)器采用能產(chǎn)生雙向力的電壓驅(qū)動(dòng)壓電雙晶片作為驅(qū)動(dòng)器，在電信號(hào)的作用下，壓電驅(qū)動(dòng)器的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過(guò)壓電驅(qū)動(dòng)器固定件、包含被動(dòng)鉸鏈的翅膀固定件將壓電驅(qū)動(dòng)器上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的微位移放大，從而帶動(dòng)兩個(gè)翅膀的拍打；通過(guò)壓電驅(qū)動(dòng)器的輸入電壓信號(hào)頻率變化從而改變兩個(gè)翅膀的拍打頻率，通過(guò)包含被動(dòng)鉸鏈的翅膀固定件的尺寸變化從而改變兩個(gè)翅膀的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。

優(yōu)選地，所述壓電驅(qū)動(dòng)器，包括：壓電驅(qū)動(dòng)器底座、壓電驅(qū)動(dòng)器頂部，以及用于連接壓電驅(qū)動(dòng)器底座和壓電驅(qū)動(dòng)器頂部的壓電驅(qū)動(dòng)器連桿；其中：

所述壓電驅(qū)動(dòng)器底座的左、右兩側(cè)由兩個(gè)矩形塊構(gòu)成，在矩形塊上打有矩形通孔并通過(guò)矩形通孔分別與兩個(gè)縱向骨架進(jìn)行連接固定；

所述壓電驅(qū)動(dòng)器頂部由連續(xù)變截面矩形截面梁構(gòu)成，矩形截面梁的頂端為兩腰與側(cè)面成鈍角的梯形；壓電驅(qū)動(dòng)器頂部與壓電驅(qū)動(dòng)器固定件連接固定；

所述壓電驅(qū)動(dòng)器連桿為梯形結(jié)構(gòu)，梯形的兩腰與底部的夾角成銳角。

優(yōu)選地，所述壓電驅(qū)動(dòng)器固定件的內(nèi)部具有與壓電驅(qū)動(dòng)器頂部的梯形頂端相契合的孔槽，壓電驅(qū)動(dòng)器固定件通過(guò)孔槽與壓電驅(qū)動(dòng)器頂部配合連接固定；

所述壓電驅(qū)動(dòng)器固定件的頂端為梯形，壓電驅(qū)動(dòng)器固定件的梯形頂端與包含被動(dòng)鉸鏈的翅膀固定件連接固定。

優(yōu)選地，所述壓電驅(qū)動(dòng)器固定件內(nèi)部具有與所述的壓電驅(qū)動(dòng)器頂部相契合的孔槽，孔槽用于和所述壓電驅(qū)動(dòng)器的頂部結(jié)構(gòu)相連接固定。所述壓電驅(qū)動(dòng)器固定件的頂端同樣為梯形，以便于頂端與所述包含被動(dòng)鉸鏈的翅膀固定件連接固定。

優(yōu)選地，所述包含被動(dòng)鉸鏈的翅膀固定件由中心平臺(tái)與左右兩側(cè)的連桿機(jī)構(gòu)組成，其中：

所述中心平臺(tái)位于所述機(jī)器人的中心軸線位置，并與壓電驅(qū)動(dòng)器固定件連接固定；

左右兩側(cè)的所述連桿機(jī)構(gòu)分別與兩個(gè)翅膀連接固定，并通過(guò)左右兩側(cè)的連桿機(jī)構(gòu)將壓電驅(qū)動(dòng)器上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的微位移放大，從而帶動(dòng)兩個(gè)翅膀的拍打。

更優(yōu)選地，所述包含被動(dòng)鉸鏈的翅膀固定件還包含被動(dòng)扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，所述被動(dòng)扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)由內(nèi)側(cè)矩形塊、外側(cè)矩形塊以及內(nèi)側(cè)矩形塊與外側(cè)矩形塊之間的間隙構(gòu)成，其中：內(nèi)側(cè)矩形塊與翅膀固定件左右兩側(cè)的連桿機(jī)構(gòu)固接，外側(cè)矩形塊與翅膀固接，內(nèi)側(cè)矩形塊與外側(cè)矩形塊之間的間隙作為柔性鉸鏈提供翅膀被動(dòng)扭轉(zhuǎn)的自由度。

優(yōu)選地，所述翅膀包括斜桿、翅脈和翅膜，其中：翅膜粘貼在翅脈上，斜桿固定在被動(dòng)扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的外側(cè)矩形塊上，翅脈形狀仿昆蟲(chóng)翅脈。

更優(yōu)選地，所述翅脈為金屬材料或者碳纖維材料。

更優(yōu)選地，所述翅膜為聚酯薄膜或聚酰亞胺膜在激光切割下成形。

優(yōu)選地，所述高彈性腿部支撐件為鈹青銅或鈦合金材料，并在鈹青銅或鈦合金材料上涂有一層斥水性的聚四氟乙烯，使高彈性腿部支撐件在水面保持站立姿態(tài)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

本發(fā)明所述一種仿水黽壓電驅(qū)動(dòng)式超微撲翼兩棲機(jī)器人，采用水黽式的仿生結(jié)構(gòu)，具有水面持續(xù)工作能力的優(yōu)勢(shì)；具有體積小、重量輕、穩(wěn)定性好的優(yōu)勢(shì)，可以在水面與空中可控地運(yùn)動(dòng)；具有兩棲特性，能夠適應(yīng)不同的環(huán)境。

附圖說(shuō)明

通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)正等軸測(cè)圖；

圖2為本發(fā)明一實(shí)施例中翅膀固定件與壓電驅(qū)動(dòng)器固定件連接示意圖；

圖3為本發(fā)明一實(shí)施例中壓電驅(qū)動(dòng)器正等軸測(cè)圖；

圖4為本發(fā)明一實(shí)施例中壓電驅(qū)動(dòng)器與壓電驅(qū)動(dòng)器固定件連接示意圖；

圖5為本發(fā)明一實(shí)施例中包含被動(dòng)鉸鏈的翅膀固定件的正等軸測(cè)圖；

圖6為本發(fā)明一實(shí)施例中左翅膀的俯視圖；

圖中：1、2、3、4為高彈性腿部支撐件，5、6為翅膀，7為壓電驅(qū)動(dòng)器，8、9為縱向骨架，10、11為橫向面板，12為包含被動(dòng)鉸鏈的翅膀固定件，13為壓電驅(qū)動(dòng)器固定件，14為壓電驅(qū)動(dòng)器底座，15為壓電驅(qū)動(dòng)器頂部，16為壓電驅(qū)動(dòng)器梯形連桿，17為壓電驅(qū)動(dòng)器固定件孔槽，18為壓電驅(qū)動(dòng)器固定件頂部，19為翅膀固定件中心平臺(tái)，20、21為翅膀固定件連桿機(jī)構(gòu)，22、23為被動(dòng)扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，24為翅脈，25為翅膜，26為斜桿。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1、2所示，一種仿水黽壓電驅(qū)動(dòng)式超微撲翼兩棲機(jī)器人，包括：四個(gè)高彈性腿部支撐件1、2、3、4，兩個(gè)翅膀5、6，一個(gè)壓電驅(qū)動(dòng)器7，兩個(gè)縱向骨架8、9，兩個(gè)橫向面板10、11，一個(gè)包含被動(dòng)鉸鏈的翅膀固定件12，一個(gè)壓電驅(qū)動(dòng)器固定件13；其中：

高彈性腿部支撐件1、2、3、4分別與橫向面板10、11固定連接；兩個(gè)翅膀5、6通過(guò)包含被動(dòng)鉸鏈的翅膀固定件12連接固定；壓電驅(qū)動(dòng)器7沿所述機(jī)器人的中心軸線放置，其與兩個(gè)縱向骨架8、9連接固定，并與壓電驅(qū)動(dòng)器固定件13連接固定；壓電驅(qū)動(dòng)器固定件13與包含被動(dòng)鉸鏈的翅膀固定件12連接固定；縱向骨架8、9分別與橫向面板10、11連接固定。

作為一優(yōu)選的實(shí)施方式，所述高彈性腿部支撐件1、2、3、4的末端分別與橫向面板10、11連接固定；所述高彈性腿部支撐件1、2、3、4為鈹青銅或鈦合金材料，并在材料上涂有一層斥水性的聚四氟乙烯，使其能夠在水面保持站立姿態(tài)。所述高彈性腿部支撐件1、2、3、4采用高彈性材料可以存儲(chǔ)大的彈性能量。

如圖3所示，為一實(shí)施例所述壓電驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖。所述壓電驅(qū)動(dòng)器7的結(jié)構(gòu)包括：壓電驅(qū)動(dòng)器底座14、壓電驅(qū)動(dòng)器頂部15，以及用于連接壓電驅(qū)動(dòng)器底座14和壓電驅(qū)動(dòng)器頂部15的壓電驅(qū)動(dòng)器梯形連桿16；其中：

所述壓電驅(qū)動(dòng)器底座14的左、右兩側(cè)由兩個(gè)矩形塊構(gòu)成，兩個(gè)矩形塊上分別打有矩形通孔，并通過(guò)矩形通孔分別與縱向骨架8、9進(jìn)行連接固定；

所述壓電驅(qū)動(dòng)器頂部15由一矩形截面梁構(gòu)成，矩形截面梁的頂端為梯形且梯形的兩腰與側(cè)面成165°-175°；壓電驅(qū)動(dòng)器頂部15的結(jié)構(gòu)用于與壓電驅(qū)動(dòng)器固定件13連接固定；

所述壓電驅(qū)動(dòng)器梯形連桿16的兩腰與底部的夾角成60°至80°。

作為一優(yōu)選的實(shí)施方式，所述壓電驅(qū)動(dòng)器7使用的材料為能產(chǎn)生雙向力的電壓驅(qū)動(dòng)壓電雙晶片。

如圖4所示，為所述壓電驅(qū)動(dòng)器7與壓電驅(qū)動(dòng)器固定件13連接示意圖。所述壓電驅(qū)動(dòng)器固定件13的內(nèi)部具有與壓電驅(qū)動(dòng)器頂部15相契合的壓電驅(qū)動(dòng)器固定件孔槽17，用于和壓電驅(qū)動(dòng)器頂部15相連接固定；所述壓電驅(qū)動(dòng)器固定件頂部18同樣為梯形，以便于與包含被動(dòng)鉸鏈的翅膀固定件12連接固定。

如圖5所示，為所述包含被動(dòng)鉸鏈的翅膀固定件12的結(jié)構(gòu)示意圖。所述包含被動(dòng)鉸鏈的翅膀固定件12包括：翅膀固定件中心平臺(tái)19，左右兩側(cè)的翅膀固定件連桿機(jī)構(gòu)20、21，以及被動(dòng)扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)22、23；其中：

翅膀固定件中心平臺(tái)19位于所述機(jī)器人的中心軸線位置，并與壓電驅(qū)動(dòng)器固定件13連接固定；

翅膀固定件連桿機(jī)構(gòu)20、21分別與翅膀5、6連接固定，翅膀固定件連桿機(jī)構(gòu)20、21將壓電驅(qū)動(dòng)器7上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的微位移放大，從而分別帶動(dòng)翅膀5、6的拍打；

被動(dòng)扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)22、23均由兩個(gè)矩形塊以及兩塊矩形塊之間的間隙構(gòu)成，兩個(gè)矩形塊之間的間隙作為柔性鉸鏈提供翅膀5、6被動(dòng)扭轉(zhuǎn)的自由度；兩塊矩形塊中：內(nèi)側(cè)矩形塊與翅膀固定件左右兩側(cè)的連桿機(jī)構(gòu)固接，外側(cè)矩形塊與翅膀固接。

如圖6所示，為所述左翅膀的結(jié)構(gòu)示意圖(右翅膀與左翅膀結(jié)構(gòu)對(duì)稱)。所述翅膀5、6均包括翅脈24、翅膜25和斜桿26，其中：翅脈24的形狀仿昆蟲(chóng)翅脈；翅膜25粘貼在翅脈24上；斜桿26用于固定在被動(dòng)扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)22、23的外側(cè)矩形塊上。

作為一優(yōu)選的實(shí)施方式，所述翅脈24材料可以是金屬材料或者碳纖維。

作為一優(yōu)選的實(shí)施方式，所述翅膜25為聚酯薄膜或聚酰亞胺膜在激光切割下成形。

系統(tǒng)運(yùn)作時(shí)，壓電驅(qū)動(dòng)器7接入一定頻率、幅值的正弦信號(hào)，通過(guò)調(diào)整正弦信號(hào)的頻率改變壓電驅(qū)動(dòng)器7的振動(dòng)頻率，通過(guò)連接的壓電驅(qū)動(dòng)器固定件13的振動(dòng)帶動(dòng)包含被動(dòng)鉸鏈的翅膀連接件12的振動(dòng)，通過(guò)翅膀固定件連桿機(jī)構(gòu)20、21將振動(dòng)幅值放大，并傳遞給翅膀5、6，帶動(dòng)翅膀5、6振動(dòng)，以完成仿水黽壓電驅(qū)動(dòng)式超微兩棲機(jī)器人在空中和可控性的運(yùn)動(dòng)。

基于以上結(jié)構(gòu)，若所述機(jī)器人依靠高彈性腿部支撐件1、2、3、4在水面上站立時(shí)，可以通過(guò)翅膀5、6的扇動(dòng)所帶給所述機(jī)器人的反作用力使其在水面上可控的運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明所述的仿水黽壓電驅(qū)動(dòng)式超微撲翼兩棲機(jī)器人，采用水黽式的仿生結(jié)構(gòu)，其體積小，重量輕，穩(wěn)定性好，可以在水面與空中可控地運(yùn)動(dòng)，具有兩棲特性，能夠適應(yīng)不同的環(huán)境。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。