專利名稱：遙控電動(dòng)水上行走機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
遙控電動(dòng)水上行走機(jī)器人屬于水上機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及仿生水黽的機(jī)器人技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前，在地面上運(yùn)動(dòng)和在水面下游動(dòng)的仿生機(jī)器人非常多，但是能真正行走在水 面上的機(jī)器人并不多見(jiàn)，水上行走機(jī)器人因其特殊的運(yùn)動(dòng)方式，不會(huì)在淺水區(qū)擱淺，運(yùn)動(dòng)過(guò) 程對(duì)液體的擾動(dòng)也非常小，因此在偵察勘測(cè)、水質(zhì)監(jiān)控、液面清污等領(lǐng)域具有十分重要的應(yīng) 用前景。關(guān)于水上機(jī)器人的研究，中國(guó)專利“水上漂浮仿生水黽機(jī)器人”(公開(kāi)號(hào) CN100404371C，
公開(kāi)日2008年7月23日)中提出了一種體積小、重量輕的仿生水黽機(jī)器 人，該機(jī)器人采用紐扣電池提供能量，單電機(jī)驅(qū)動(dòng)，三級(jí)微型齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，能夠通過(guò)表面 張力實(shí)現(xiàn)水面站立，與水面接觸部分為絲材腿狀結(jié)構(gòu)，動(dòng)力由驅(qū)動(dòng)腿在水表面劃動(dòng)產(chǎn)生。該發(fā)明不足之處為無(wú)法對(duì)機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，機(jī)器人沒(méi)有轉(zhuǎn)向和調(diào)速能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，設(shè)計(jì)了一種重量輕、體積小、功耗低的遙控電動(dòng)水 上行走機(jī)器人，能夠在水面轉(zhuǎn)向，并能夠調(diào)速的遙控水上行走機(jī)器人。本發(fā)明含有方形支撐板、驅(qū)動(dòng)腿和支撐腿，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)腿有兩條，位于所述支撐板相對(duì)的兩側(cè)，所述支撐腿粘貼在所述支撐板 相對(duì)的另兩側(cè)，與所述驅(qū)動(dòng)腿位置垂直；還含有一塊方形控制板本體，所述控制板本體位于所述支撐板上方，在所述控制 板本體上方固定有兩個(gè)鈕扣電池，一個(gè)機(jī)器人控制器和一個(gè)紅外接收頭；在所述控制板本 體的下方固定兩個(gè)小型直流電機(jī)，該兩個(gè)小型直流電機(jī)的輸出軸分別連接所述兩條驅(qū)動(dòng) 腿；所述一個(gè)紐扣電池為機(jī)器人控制器供電，另一個(gè)紐扣電池為所述兩個(gè)小型直流電機(jī)供 電；所述兩個(gè)小型直流電機(jī)、機(jī)器人控制器、紅外接收頭和兩個(gè)紐扣電池布置在所述 控制板本體上的布局是重心在控制板本體的幾何中心，使前后左右平衡的布局；還含有一個(gè)遙控器，所述遙控器含有紅外發(fā)光二極管、遙控器控制器、遙控器電池 和按鍵。所述兩個(gè)紐扣電池分別固定在所述控制板本體上表面相對(duì)的兩側(cè)，與驅(qū)動(dòng)腿位置 同側(cè)；所述機(jī)器人控制器固定在所述控制板本體上表面與驅(qū)動(dòng)腿位置垂直的一側(cè)中間；所 述紅外接收頭固定在所述控制板本體上表面與驅(qū)動(dòng)腿位置垂直的另一側(cè)中間；所述兩個(gè)小 型直流電機(jī)分別固定在控制板本體下表面的紐扣電池下方，輸出軸分別與所述兩條驅(qū)動(dòng)腿 相連。所述支撐板和控制板本體形狀為方形，大小一樣，材料均采用桐木。
所述機(jī)器人控制器的型號(hào)為MSP430F1121A。所述遙控器采用經(jīng)過(guò)一次調(diào)制的38KHz的紅外光信號(hào)作為載波。所述紅外接收頭的型號(hào)為38B。所述支撐腿有纊10條，分別粘貼在所述支撐板上，所述支撐腿和驅(qū)動(dòng)腿與水面接觸部分由金屬絲材彎制成，且支撐腿和驅(qū)動(dòng)腿位于同一水平面上。實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明具有重量輕、體積小，能夠自由轉(zhuǎn)向，控制靈活等優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到了預(yù) 期的目的。


圖1機(jī)器人總體主視圖；圖2機(jī)器人總體側(cè)視圖；圖3控制板主視圖；圖4控制板側(cè)視圖；圖5支撐腿示意圖；圖6驅(qū)動(dòng)腿示意圖；圖7遙控器示意圖。在圖1-圖7中1-支撐腿，2-驅(qū)動(dòng)腿，3-支撐板，4-控制板本體，5-紅外接收頭，6_紐扣電池， 7-小型直流電機(jī)，8-機(jī)器人控制器，9-紅外發(fā)光二極管，10-LED指示燈，11-遙控控制器， 12-按鍵，13-電源開(kāi)關(guān)，14-遙控器電池，15-電池盒。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合

本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。如圖1和圖2所示，遙控電動(dòng)水上行走機(jī)器人分為底座和控制板兩部分。底座包 含支撐板和支撐腿，支撐腿等間距地固定在支撐板前后邊緣上，并且兩側(cè)對(duì)稱，構(gòu)成機(jī)器人 的底座部分?？刂瓢搴锌刂瓢灞倔w，電池、電機(jī)、紅外接收頭、控制器均集成在控制板本體 上，構(gòu)成機(jī)器人控制模塊。紅外接收頭、控制器、電池固定在控制板上表面，其中紅外接收頭 固定在控制板前端中間，控制器固定在控制板后端中間，兩個(gè)電池分別固定在控制板左右 兩端中間偏后位置；兩個(gè)電機(jī)分別固定在控制板下表面左右兩端正中間。兩個(gè)電機(jī)的輸出 軸分別連接兩個(gè)驅(qū)動(dòng)腿，驅(qū)動(dòng)退的安裝的位置與支撐腿垂直，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)腿的位置也對(duì)稱，驅(qū) 動(dòng)腿可以在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下同時(shí)(/不同時(shí))的正向(/反向)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)機(jī)器人前行、后 退、左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)等動(dòng)作。上述元件的安裝位置總體上使機(jī)器人的重心位于中心位置。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要考慮到重量輕，功耗低，方便安裝調(diào)試并且美觀大方。底座(支 撐板)完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)重量的承載，本發(fā)明采用30mm*30mm*lmm木片作為支撐板，將10條 支撐腿粘貼在支撐板上，如圖1和圖2。在設(shè)計(jì)支撐板底座時(shí)應(yīng)考慮到整個(gè)系統(tǒng)總重量對(duì)支 撐腿數(shù)量的要求；安裝時(shí)要考慮所有支撐腿的彎曲的一致性問(wèn)題和最大支撐力與支撐腿的 彎曲形狀的關(guān)系問(wèn)題，支撐腿的彎曲的形狀和彎曲的一致性等問(wèn)題為現(xiàn)有技術(shù)，不再敘述。控制板完成紅外信號(hào)的接收和機(jī)器人運(yùn)行狀態(tài)的控制，包括控制板本體、機(jī)器人 控制器、紅外接收模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和指示燈，這些元器件安裝在30mm*30mm*lmm木片(控制板本體)上，布局方案見(jiàn)圖3所示。為了能使機(jī)器人可以左右轉(zhuǎn)向，采用兩個(gè)驅(qū)動(dòng)腿， 可以分開(kāi)控制，通過(guò)控制左右驅(qū)動(dòng)腿的運(yùn)行狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人直行、轉(zhuǎn)向和調(diào)速功能，本發(fā) 明兩個(gè)電機(jī)布置在支撐板和控制板本體之間，將兩個(gè)驅(qū)動(dòng)腿分別粘貼在兩個(gè)電機(jī)軸上。機(jī) 器人直行時(shí)兩個(gè)電機(jī)同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)；左轉(zhuǎn)時(shí)右邊電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)左邊電機(jī)停止；右轉(zhuǎn)時(shí)左邊電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 右邊電機(jī)停止；采用PWM方式調(diào)整兩邊電機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)亩刂茩C(jī)器人的行進(jìn)速度。還應(yīng)考慮 到電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與驅(qū)動(dòng)腿的寬度的關(guān)系，使電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩能夠克服機(jī)器人行進(jìn)阻力。
機(jī)器人控制器選取一種封裝小、功耗低、重量輕的控制芯片，固定在控制板本體上 表面中間偏后方，完成紅外控制指令的接收和兩側(cè)電機(jī)的控制。本發(fā)明中的機(jī)器人控制器 采用 MSP430F1121A 芯片。為了使機(jī)器人控制器供電不受電機(jī)運(yùn)行的影響，應(yīng)采用電源隔離措施，本發(fā)明采 用兩塊紐扣電池分別為電機(jī)和機(jī)器人制器供電。控制板的整體布局應(yīng)考慮到重心在控制板 的幾何中心，使前后左右平衡。在控制板本體上還布置有紅外接收頭，用于接收遙控器發(fā)來(lái)的紅外信號(hào)，并將信 號(hào)輸入機(jī)器人控制器，機(jī)器人控制器將控制命令輸出到驅(qū)動(dòng)電機(jī)。如圖7，遙控器完成用戶指令的輸入和信號(hào)的發(fā)射，由遙控器控制器、紅外發(fā)射裝 置(紅外發(fā)光二極管)、電池盒、遙控器電池、按鍵等組成。在進(jìn)行紅外通信設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到 相應(yīng)的抗干擾措施以減小環(huán)境光源的干擾，本發(fā)明采用經(jīng)過(guò)一次調(diào)制的38KHz的紅外光信 號(hào)作為載波，很好地解決了環(huán)境光源的干擾問(wèn)題；此外，還應(yīng)考慮信號(hào)的傳輸距離與發(fā)射功 率的關(guān)系?？偨Y(jié)本發(fā)明中所用主要部件技術(shù)特征如下1.支撐板和控制板本體，同樣大小方形木片，分上下兩層布置，支撐板在下層，控 制板本體在上層；2.支撐腿，有8-12條，由不銹鋼鋼絲制作而成，已根據(jù)最大承載力對(duì)其彎曲形狀 進(jìn)行了優(yōu)化；3.驅(qū)動(dòng)腿，有2條，由不銹鋼絲制作而成，固定在電機(jī)輸出軸上，可以分開(kāi)控制；4.機(jī)器人控制器，選取一種封裝小、功耗低、重量輕的控制芯片，固定在控制板本 體上表面中間偏后方，完成紅外控制指令的接收和左右電機(jī)的控制；5.紐扣電池，2塊氧化銀電池，固定在本體上表面的兩側(cè)，一塊向機(jī)器人控制器供 電，一塊向電機(jī)供電；6.電機(jī)，2個(gè)小型直流電機(jī)，固定在控制板本體下表面的兩側(cè)，輸出軸與驅(qū)動(dòng)腿相 連；7.遙控器采用經(jīng)過(guò)調(diào)制的38KHz的紅外光信號(hào)作為載波，采用調(diào)幅波進(jìn)行通信， 傳輸距離遠(yuǎn)，抗干擾能力強(qiáng)。安裝在遙控器上的紅外發(fā)光二極管作為紅外發(fā)射裝置，選取一 款重量輕、體積小的一種紅外接收頭作為紅外接收裝置，固定在控制板本體上表面中間最
、產(chǎn).、ι.
刖邊；8.合理安排器件位置使系統(tǒng)的重心位于控制板的幾何中心。9.支撐腿和驅(qū)動(dòng)腿與水面接觸部分由金屬絲材彎制成，且兩者位于同一水平面 上。本發(fā)明有益效果本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了遙控電動(dòng)水上行走機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)與集成。機(jī)器人能夠通過(guò)表面張力實(shí)現(xiàn)水面站立，電機(jī)驅(qū)動(dòng)，遙控控制前進(jìn)和轉(zhuǎn)向，驅(qū)動(dòng)腿在水表面劃動(dòng) 產(chǎn)生動(dòng)力，外形仿生水黽，重量輕，體積小，功耗低，載重余量大。 下面介紹具體實(shí)施例1、根據(jù)技術(shù)方案選擇機(jī)器人主要零部件。根據(jù)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)在具體 實(shí)施過(guò)程中選擇封裝小、重量輕、功耗低的芯片作為第一控制器，本實(shí)施例選用TI公司的 MSP430F1121A ；選用重量較輕的型號(hào)為CR927氧化銀電池作為能源；選用小型直流電機(jī)驅(qū) 動(dòng)；選用大小30mm*30mm桐木片做支撐板和控制板本體；選用直徑0. 2mm不銹鋼絲做支撐 腿和驅(qū)動(dòng)腿；選用紅外發(fā)光二極管做紅外發(fā)射裝置，型號(hào)為38B的紅外接收頭做紅外接收
直ο2、支撐腿的和驅(qū)動(dòng)腿設(shè)計(jì)用不銹鋼絲彎制成10條大小和形狀如圖5所示的支撐 腿，支撐腿要有一定的弧度，尾端要翹起，以最大程度利用表面張力，然后在支撐板前后各 固定5條支撐腿，調(diào)試支撐腿確保它們?cè)谕黄矫嫔锨揖鶆虿贾?。用不銹鋼絲彎制成2條 大小和形狀如圖6所示的驅(qū)動(dòng)腿。3、控制板和遙控器設(shè)計(jì)(1)軟硬件設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)遙控器電路原理圖和控制板電路原理圖并編寫遙控器程 序和機(jī)器人控制程序，將程序下載到相應(yīng)的控制芯片并進(jìn)行調(diào)試確保機(jī)器人各個(gè)功能的實(shí) 現(xiàn)；(2)制作遙控器和控制板。根據(jù)公知遙控器電路制作遙控器；選取30mm*30mm的 桐木片作為控制板的本體，，依據(jù)控制板電路原理圖分別將調(diào)試好的控制器、電機(jī)、電源、紅 外接收頭連接固定在控制板上，然后將驅(qū)動(dòng)腿粘到電機(jī)軸上；4、將控制板粘到支撐板上即構(gòu)成機(jī)器人總體。
權(quán)利要求
遙控電動(dòng)水上行走機(jī)器人，含有方形支撐板、驅(qū)動(dòng)腿和支撐腿，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)腿有兩條，位于所述支撐板相對(duì)的兩側(cè)，所述支撐腿粘貼在所述支撐板相對(duì)的另兩側(cè)，與所述驅(qū)動(dòng)腿位置垂直；還含有一塊方形控制板本體，所述控制板本體位于所述支撐板上方，在所述控制板本體上方固定有兩個(gè)鈕扣電池，一個(gè)機(jī)器人控制器和一個(gè)紅外接收頭；在所述控制板本體的下方固定兩個(gè)小型直流電機(jī)，該兩個(gè)小型直流電機(jī)的輸出軸分別連接所述兩條驅(qū)動(dòng)腿；所述一個(gè)紐扣電池為機(jī)器人控制器供電，另一個(gè)紐扣電池為所述兩個(gè)小型直流電機(jī)供電；所述兩個(gè)小型直流電機(jī)、機(jī)器人控制器、紅外接收頭和兩個(gè)紐扣電池在所述控制板本體上的布局是重心在控制板本體的幾何中心，使前后左右平衡的布局；還含有一個(gè)遙控器，所述遙控器含有紅外發(fā)光二極管、遙控器控制器、遙控器電池和按鍵。
2.如權(quán)利要求1所述的遙控電動(dòng)水上行走機(jī)器人，其特征在于，所述兩個(gè)紐扣電池分 別固定在所述控制板本體上表面相對(duì)的兩側(cè)，與驅(qū)動(dòng)腿位置同側(cè)；所述機(jī)器人控制器固定 在所述控制板本體上表面與驅(qū)動(dòng)腿位置垂直的一側(cè)中間；所述紅外接收頭固定在所述控制 板本體上表面與驅(qū)動(dòng)腿位置垂直的另一側(cè)中間；所述兩個(gè)小型直流電機(jī)分別固定在控制板 本體下表面的紐扣電池下方，輸出軸分別與所述兩條驅(qū)動(dòng)腿相連。
3.如權(quán)利要求1所述的遙控電動(dòng)水上行走機(jī)器人，其特征在于，所述支撐板和控制板 本體形狀為方形，大小一樣，材料均采用桐木。
4.如權(quán)利要求1所述的遙控電動(dòng)水上行走機(jī)器人，其特征在于，所述機(jī)器人控制器的 型號(hào)為 MSP430F1121A。
5.如權(quán)利要求1所述的遙控電動(dòng)水上行走機(jī)器人，其特征在于，所述遙控器采用經(jīng)過(guò) 一次調(diào)制的38KHz的紅外光信號(hào)作為載波。
6.如權(quán)利要求1所述的遙控電動(dòng)水上行走機(jī)器人，其特征在于，所述紅外接收頭的型 號(hào)為38B。
7.如權(quán)利要求1所述的遙控電控水上行走機(jī)器人，其特征在于，所述支撐腿有壙10條， 分別粘貼在所述支撐板上，所述支撐腿和驅(qū)動(dòng)腿與水面接觸部分由金屬絲材彎制成，且支 撐腿和驅(qū)動(dòng)腿位于同一水平面上。
全文摘要
遙控電動(dòng)水上行走機(jī)器人屬于水上機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。其特征是，含有兩條驅(qū)動(dòng)腿，位于支撐板相對(duì)的兩側(cè)，支撐腿粘貼在支撐板相對(duì)的另兩側(cè)，與驅(qū)動(dòng)腿位置垂直；還含有一塊方形控制板本體，位于支撐板上方，在控制板本體上方固定兩個(gè)紐扣電池，機(jī)器人控制器和紅外接收頭；控制板本體下方固定兩個(gè)小型直流電機(jī)，其輸出軸分別連接兩條驅(qū)動(dòng)腿；紐扣電池分別為機(jī)器人控制器和小型直流電機(jī)供電；電機(jī)、機(jī)器人控制器、紅外接收頭和紐扣電池在控制板本體上的布局是重心在控制板本體的幾何中心，使前后左右平衡的布局；還含有一個(gè)遙控器，其含有紅外發(fā)光二極管、遙控器控制器、遙控器電池和按鍵。本發(fā)明具有重量輕、體積小，能夠自由轉(zhuǎn)向，控制靈活等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B63B38/00GK101817395SQ201010034239
公開(kāi)日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者吳云松, 吳立成, 孫富春, 王淑慧, 袁海斌, 連志鵬 申請(qǐng)人:清華大學(xué)