專利名稱：仿生雙足水上行走機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種行走機(jī)器人，特別的屬于仿生雙足水上機(jī)器人領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前在地面上運(yùn)動和在水面下游動的機(jī)器人非常多，但真正能在水面上行走的機(jī)器人并不多見，水上行走機(jī)器人因其特殊的運(yùn)動方式，對地形適應(yīng)力好，機(jī)動性強(qiáng)，因此用于洪水和沼澤地環(huán)境下的探測，搜尋和營救工作，水質(zhì)勘測等領(lǐng)域。關(guān)于水上機(jī)器人的研究，中國專利“水上漂浮仿生水黽機(jī)器人”(公開號CN100404371C，
公開日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)器人主要通過水面的張力提供浮力，通過槳狀腿劃動來運(yùn)動，該機(jī)器人有效載荷低，不能在起伏較大的水面上行走，不能抵御波浪的能力。中國專利“遙控電動水上行走機(jī)器人”(公開號CN101817395A，
公開日2010年9月I日)中提出了一種能夠通過表面張力實(shí)現(xiàn)水面站立的，驅(qū)動腿在水表面劃動產(chǎn)生動力，外形仿生水黽的可自由轉(zhuǎn)向的水上行走機(jī)器人。該機(jī)器人的浮力主要通過水面張力提供，載荷小，若要增大載重余量，則需要多條支撐腿。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種體積小，重量輕能夠在水面上快速行走的雙足機(jī)器人，采用單電機(jī)驅(qū)動，控制簡單，更主要的是機(jī)器人不是通過水面的張力來提供浮力，而是模仿蛇怪蜥蜴水上行走的三維動力學(xué)機(jī)理，克服自身重力，提供向上的浮力和向前的驅(qū)動力，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人聞速，聞載荷，聞機(jī)動性地水上行走。通過研究蛇怪蜥蜴水上行走的運(yùn)動特點(diǎn)，分析其水上行走步伐周期中膝蓋，腳踝，腳掌的運(yùn)動軌跡，保持蜥蜴能夠在水上行走的四個主要因素身體重量；腿部連桿機(jī)構(gòu)的長度；奔跑速度；腳掌的形狀和面積。本發(fā)明運(yùn)用曲柄連桿機(jī)構(gòu)，來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人腿部運(yùn)動結(jié)構(gòu)，根據(jù)這個四個因素，通過調(diào)節(jié)曲柄連桿機(jī)構(gòu)各個連桿長度來優(yōu)化擬合蛇怪蜥蜴水上行走腿部運(yùn)動軌跡。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，直接由電機(jī)驅(qū)動。我們通過以下步驟的制備實(shí)現(xiàn)上述目的一種仿生雙足水上行走機(jī)器人包括支撐體、行走機(jī)構(gòu)、平衡裝置和用來驅(qū)動行走機(jī)構(gòu)的固定在支撐體上的驅(qū)動電機(jī)，其特征在于上述行走機(jī)構(gòu)為設(shè)在支撐體兩側(cè)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)，曲柄連桿機(jī)構(gòu)包括第一連桿、第二連桿、第三連桿、第四連桿、和第五連桿，第一連桿與支撐體后部轉(zhuǎn)動連接，第二連與第一連桿一端轉(zhuǎn)動連接，第三連桿與第二連桿一端轉(zhuǎn)動連接，第四連桿的兩端分別與第三連桿一端和第一連桿轉(zhuǎn)動連接，第五連桿一端與驅(qū)動電機(jī)的輸出端耦接，另一端與第二連桿轉(zhuǎn)動連接；上述平衡裝置為陀螺儀，位于支撐體后部，包括陀螺儀支架和陀螺儀轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子下端設(shè)有齒輪，與陀螺儀支架傳動連接。所述支撐體末端設(shè)有尾部連桿，尾部連桿與水平面夾角為15 25度，且尾部連桿末端設(shè)有尾部墊圈。
所述行走機(jī)構(gòu)的第三連桿底面設(shè)有腳掌，且腳掌由橡膠軟墊制成，為圓形或橢圓形。所述驅(qū)動電機(jī)通過支座與支撐體固定連接。本發(fā)明提出的仿生雙足水上行走機(jī)器人，通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)的各連桿作用，可模擬蛇怪蜥蜴水上行走機(jī)理；該機(jī)器人設(shè)有驅(qū)動結(jié)構(gòu)和尾部支撐連桿，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，能夠?qū)崿F(xiàn)水上快速行走；此外，該機(jī)器人的腳掌由橡膠軟墊制成，減輕重量的同時也能減少腳掌拍擊水面時的噪音，亦能增大載重余量。本發(fā)明可用于相關(guān)機(jī)器人水上行走技術(shù)的理論研究和試驗(yàn)平臺。


圖1機(jī)器人總體主視圖；圖2機(jī)器人總體俯視圖；圖3平衡裝置陀螺儀側(cè)視圖；圖4機(jī)器人尾巴結(jié)構(gòu)主視圖。圖1-圖4中1-曲柄連桿機(jī)構(gòu)，11-第一連桿，12-第二連桿，13-第三連桿，14-第四連桿，15-第五連桿，16-腳掌，2-驅(qū)動電機(jī)，21-支座，3-支撐體，31-固定銷，4-陀螺儀，41-陀螺儀外支架，42-陀螺儀轉(zhuǎn)子，43-齒輪，5-尾部連桿，51-尾部墊圈。
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
。本發(fā)明仿生雙足水上行走機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)如圖1，圖2所示，包括支撐體3、作為行走機(jī)構(gòu)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)1、作為平衡裝置的陀螺儀4和驅(qū)動電機(jī)2，上述曲柄連桿機(jī)構(gòu)設(shè)在支撐體兩側(cè)。上述曲柄連桿機(jī)構(gòu)I包括第一連桿11、第二連桿12、第三連桿13、第四連桿14、和第五連桿15,第一連桿與支撐體后部通過固定銷31轉(zhuǎn)動連接,第二連與第一連桿一端轉(zhuǎn)動連接，第三連桿與第二連桿一端轉(zhuǎn)動連接，第四連桿的兩端分別與第三連桿一端和第一連桿轉(zhuǎn)動連接，第五連桿一端與驅(qū)動電機(jī)2的輸出端耦接，另一端與第二連桿轉(zhuǎn)動連接。當(dāng)驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動，驅(qū)動第五連桿15轉(zhuǎn)動時，通過各個連桿之間的聯(lián)動，將驅(qū)使第三連桿13周期性運(yùn)動，模仿出動物行走狀。見圖3，上述支撐體后部設(shè)有槽，槽里安裝陀螺儀4，陀螺儀由小型直流電機(jī)帶動，包括陀螺儀支架41、陀螺儀轉(zhuǎn)子42和齒輪43，齒輪設(shè)在陀螺儀轉(zhuǎn)子下端，陀螺儀轉(zhuǎn)子能夠沿著陀螺儀支架旋轉(zhuǎn)。在本發(fā)明機(jī)器人行走過程中，調(diào)整自身重心位置，保持平衡。陀螺儀4可以采用普通的塑料材料，減輕整個機(jī)器人的重量。上述曲柄連桿機(jī)構(gòu)I的第三連桿13底面設(shè)有腳掌16，且腳掌由橡膠軟墊制成，呈圓形或者橢圓形。上述驅(qū)動電機(jī)2通過支座21與支撐體連接，機(jī)器人腳掌16在驅(qū)動電機(jī)2驅(qū)動下拍擊水面，向水面下運(yùn)動，形成一個氣穴，這樣水面對腳掌16產(chǎn)生向上的支撐力和向前的推力，在氣穴消失前，腳掌16要離開水面，然后再拍擊，這樣循環(huán)運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)在水面上行走。見圖4，上述支撐體末端設(shè)有尾部連桿5，尾部連桿末端設(shè)有尾部墊圈51。尾部連桿5與水平面成20°夾角，尾部墊圈51用橡膠軟墊制成。本發(fā)明機(jī)器人所有桿件和支撐體由聚碳酸酯材料制成，來減輕身體的重量。使用時，將機(jī)器人驅(qū)動電機(jī)2啟動，輕輕放在水面上，驅(qū)動電機(jī)將驅(qū)動曲柄連桿機(jī)構(gòu)I運(yùn)轉(zhuǎn)，第三連桿13連同腳掌16拍打水面，機(jī)器人便可以在水上行走，同時陀螺儀4和尾部連桿5都可以起到平衡作用，使得機(jī)器人的行走更加平穩(wěn)。顯然，本發(fā)明的上述具體實(shí)施方式
僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以容易的做出其它形式上的變化或者替代，而這些改變或者替代也將包含在本發(fā)明確定的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種仿生雙足水上行走機(jī)器人包括支撐體(3)、行走機(jī)構(gòu)、平衡裝置(4)和用來驅(qū)動行走機(jī)構(gòu)的固定在支撐體上的驅(qū)動電機(jī)(2)，其特征在于上述行走機(jī)構(gòu)為設(shè)在支撐體兩側(cè)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)(I)，曲柄連桿機(jī)構(gòu)(I)包括第一連桿(11)、第二連桿(12)、第三連桿(13)、第四連桿(14)、和第五連桿(15)，第一連桿與支撐體后部轉(zhuǎn)動連接，第二連與第一連桿一端轉(zhuǎn)動連接，第三連桿與第二連桿一端轉(zhuǎn)動連接，第四連桿的兩端分別與第三連桿ー端和第一連桿轉(zhuǎn)動連接，第五連桿一端與驅(qū)動電機(jī)的輸出端耦接，另一端與第二連桿轉(zhuǎn)動連接；上述平衡裝置為陀螺儀(4)，位于支撐體后部，包括陀螺儀支架(41)和陀螺儀轉(zhuǎn)子(42)，轉(zhuǎn)子下端設(shè)有齒輪(43)，與陀螺儀支架傳動連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生雙足水上行走機(jī)器人，其特征在于上述支撐體末端設(shè)有尾部連桿(5)，尾部連桿(5)與水平面夾角為15 25度，且尾部連桿末端設(shè)有尾部墊圈(51)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生雙足水上行走機(jī)器人，其特征在于上述行走機(jī)構(gòu)的第三連桿(13)底面設(shè)有腳掌(16)，且腳掌(16)由橡膠軟墊制成，為圓形或橢圓形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生雙足水上行走機(jī)器人，其特征在于上述驅(qū)動電機(jī)(2)通過支座(21)與支撐體固定連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種仿生雙足水上行走機(jī)器人。其行走機(jī)構(gòu)為設(shè)在支撐體兩側(cè)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)，由驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動，曲柄連桿機(jī)構(gòu)包括第一連桿、第二連桿、第三連桿、第四連桿和第五連桿，第一連桿與支撐體后部轉(zhuǎn)動連接，第二連與第一連桿一端轉(zhuǎn)動連接，第三連桿與第二連桿一端轉(zhuǎn)動連接，第四連桿的兩端分別與第三連桿一端和第一連桿轉(zhuǎn)動連接，第五連桿一端與驅(qū)動電機(jī)的輸出端耦接，另一端與第二連桿轉(zhuǎn)動連接；其平衡裝置為陀螺儀，位于支撐體后部。本發(fā)明主要模擬蛇怪蜥蜴水上行走各關(guān)節(jié)軌跡，實(shí)現(xiàn)雙足機(jī)器人在水上穩(wěn)定行走，具有體積小，重量輕，控制靈活等特點(diǎn)，在環(huán)境檢測、軍事偵查、水中污染物和有毒元素檢測、濕地探測等領(lǐng)域具有廣泛用途。
文檔編號B63B38/00GK103043201SQ20111030896
公開日2013年4月17日 申請日期2011年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月13日
發(fā)明者徐林森, 徐峰, 李冰, 施云高, 胡曉娟, 吳益靚 申請人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院