一種具有模式轉(zhuǎn)換功能的防風(fēng)防浪型仿生水黽機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及仿生水黽機(jī)器人，特別涉及一種具有模式轉(zhuǎn)換功能的防風(fēng)防浪型仿生水黽機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]水黽可以利用腿部的疏水特性在水面快速的行進(jìn)和跳躍，并且對(duì)水面的干擾比較小。受水黽的啟發(fā)，近幾年仿生水黽機(jī)器人的發(fā)展得到很多方面的關(guān)注。由于仿生水黽機(jī)器人的機(jī)械效率高、在水面的行進(jìn)快速、對(duì)水面的干擾比較小、輕便以及噪音小的優(yōu)勢(shì)，使得仿生水黽機(jī)器人在軍事偵察、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、管道內(nèi)壁的探查方面得到了廣泛的應(yīng)用。目前，仿生水黽機(jī)器人的研宄主要停留在對(duì)水黽的運(yùn)動(dòng)仿真，然而對(duì)于自然界實(shí)際情況的應(yīng)對(duì)存在較大問題，比如對(duì)風(fēng)浪的適應(yīng)性很弱，導(dǎo)致行駛穩(wěn)定性不高。
[0003]例如公布號(hào)為CN104176223A的專利文獻(xiàn)公開了一種能夠在水面上滑行以及連續(xù)跳躍的仿生水黽機(jī)器人，這種機(jī)器人利用復(fù)雜的齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)從而實(shí)現(xiàn)了模仿水黽在水上的運(yùn)動(dòng)情況，但是這種機(jī)器人自身比較笨重，無法攜帶更多的設(shè)備實(shí)現(xiàn)其他方面的作用。
[0004]公布號(hào)為CN102556318A的專利文獻(xiàn)公開了一種仿生水黽機(jī)器人，包括機(jī)架、對(duì)稱安裝在機(jī)架上的前后四條支撐腿和中間左右兩條劃水腿、舵機(jī)組件和控制電路，所述劃水腿包括劃水腿劃水機(jī)構(gòu)和劃水腿抬腿機(jī)構(gòu)，所述舵機(jī)組件包括劃水舵機(jī)組件和抬腿舵機(jī)組件；所述支撐腿包括依次連接的上連接桿、中連接桿和漂浮支撐腿，上連接桿與機(jī)架連接；所述劃水腿劃水機(jī)構(gòu)為四桿機(jī)構(gòu)；所述劃水腿抬腿機(jī)構(gòu)為平行四邊形機(jī)構(gòu)；所述劃水腿劃水機(jī)構(gòu)與所述劃水腿抬腿機(jī)構(gòu)串聯(lián)安裝，并通過控制機(jī)構(gòu)相互配合運(yùn)動(dòng)。上述機(jī)器人的能較好的實(shí)現(xiàn)水黽的劃水效果，但是它的缺點(diǎn)在于效率不高，自身震動(dòng)較大，并且沒有應(yīng)對(duì)風(fēng)浪的能力。
[0005]公開號(hào)CN 203318656 U的專利文獻(xiàn)公開了一種腿部有儲(chǔ)備浮力作用的新型仿生水黽機(jī)器人，由四條支撐腿、兩條左右對(duì)稱布置的劃水腿、主體框架、舵機(jī)部件等部分組成，依靠設(shè)計(jì)的具有小水線面特點(diǎn)的浮力支撐腿支撐機(jī)器人漂浮于水面，在遇到小波浪時(shí)小水線面特點(diǎn)的浮力支撐腿可減少機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)，提高穩(wěn)定性。
[0006]上述這種機(jī)器人通過腿部的細(xì)長流線型支柱能在波浪小的時(shí)候增加機(jī)體的動(dòng)力學(xué)特性，能在小波浪的時(shí)候儲(chǔ)備浮力，具有一定的耐波特性，但對(duì)于風(fēng)浪較大的情況仍無法穩(wěn)定運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供了一種具有模式轉(zhuǎn)換功能的防風(fēng)防浪型仿生水黽機(jī)器人，可以針對(duì)水體的狀態(tài)對(duì)運(yùn)動(dòng)模式進(jìn)行調(diào)節(jié)，在風(fēng)浪較大地時(shí)候仍保持平穩(wěn)，且運(yùn)行阻力小、運(yùn)動(dòng)靈活。
[0008]一種具有模式轉(zhuǎn)換功能的防風(fēng)防浪型仿生水黽機(jī)器人，包括主體底板以及安裝在主體底板上的支撐組件和劃水組件，所述支撐組件包括布置在主體底板周圍的四條支撐腿，
[0009]每條支撐腿包括:
[0010]橫向支撐腿，一端與主體底板橫向轉(zhuǎn)動(dòng)鉸接；
[0011]縱向支撐腿，一端與橫向支撐腿的自由端縱向轉(zhuǎn)動(dòng)鉸接；
[0012]漂浮支撐腿，頂部與縱向支撐腿的自由端連接；
[0013]所述仿生水黽機(jī)器人還包括保持主體底板、橫向支撐腿和縱向支撐腿之間相對(duì)位置的保持部件，以及用于驅(qū)動(dòng)橫向支撐腿相對(duì)主體底板橫向轉(zhuǎn)動(dòng)、驅(qū)動(dòng)縱向支撐腿相對(duì)橫向支撐腿轉(zhuǎn)動(dòng)的第一驅(qū)動(dòng)部件；
[0014]所述第一驅(qū)動(dòng)部件通過驅(qū)動(dòng)橫向支撐腿和縱向支撐腿使所述仿生水黽機(jī)器人在四條支撐腿在相互平行且與前進(jìn)方向平行、整體重心處于高位的前進(jìn)模式和四條支撐腿在相互成90°夾角、整體重心處于低位的平穩(wěn)模式之間轉(zhuǎn)換。
[0015]本發(fā)明中，支撐仿生水黽機(jī)器人(以下簡(jiǎn)稱機(jī)器人)的四條支撐腿的各段可以進(jìn)行調(diào)整，分別是橫向支撐腿可以相對(duì)主體底板橫向轉(zhuǎn)動(dòng)，縱向支撐腿可以相對(duì)橫向支撐腿縱向轉(zhuǎn)動(dòng)；并且還設(shè)有有保持部件將支撐腿保持在某個(gè)狀態(tài)和位置，以及調(diào)整支撐腿狀態(tài)和位置的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而通過第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)所述仿生水黽機(jī)器人在前進(jìn)模式和平穩(wěn)模式之間轉(zhuǎn)換。
[0016]驅(qū)動(dòng)橫向支撐腿相對(duì)主體底板橫向轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)應(yīng)調(diào)整的是四條支撐腿之間的位置關(guān)系，在相互平行且與前進(jìn)方向平行或是相互成90°夾角之間轉(zhuǎn)換，通過第一驅(qū)動(dòng)部件的調(diào)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)相互轉(zhuǎn)換。
[0017]驅(qū)動(dòng)縱向支撐腿相對(duì)橫向支撐腿轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)應(yīng)調(diào)整的是每條支撐腿中縱向支撐腿相對(duì)橫向支撐腿的位置關(guān)系，這個(gè)位置關(guān)系會(huì)影響整體重心的變化，將水表面作為水平面，橫向支撐腿相對(duì)水平面角度是保持不變的，此時(shí)調(diào)整縱向支撐腿相對(duì)橫向支撐腿轉(zhuǎn)動(dòng)，則調(diào)整了縱向支撐腿相對(duì)水平面的角度，縱向支撐腿相對(duì)水平面角度較大時(shí)，整體重心處于高位；縱向支撐腿相對(duì)水平面角度較小時(shí)，整體重心處于低位；
[0018]所述前進(jìn)模式是指機(jī)器人處于四條支撐腿在相互平行且與前進(jìn)方向平行、整體重心處于高位的狀態(tài)；此時(shí)機(jī)器人在水面上成自然朝前伸直，對(duì)前進(jìn)阻力較小，所述的高位是相對(duì)于平穩(wěn)模式時(shí)整體重心處于低位而言，由于驅(qū)動(dòng)部件的作用，驅(qū)動(dòng)縱向支撐腿相對(duì)橫向支撐腿轉(zhuǎn)動(dòng)，從而改變整體重心來實(shí)現(xiàn)整體重心的變化。
[0019]所述平穩(wěn)模式是指機(jī)器人處于四條支撐腿在相互成90°夾角、整體重心處于低位的狀態(tài)；此時(shí)即使風(fēng)浪較大，機(jī)器人仍可以保持平穩(wěn)，轉(zhuǎn)換到該模式可以對(duì)應(yīng)大風(fēng)浪的情況。
[0020]本發(fā)明的機(jī)器人可以根據(jù)當(dāng)前水面的狀況進(jìn)行姿勢(shì)的調(diào)整，當(dāng)水面相對(duì)平靜時(shí)，適合行進(jìn)，此時(shí)機(jī)器人的姿勢(shì)處于四條支撐腿在相互平行且與前進(jìn)方向平行、整體重心處于高位的前進(jìn)模式；而當(dāng)水面具有較大波浪時(shí)，通過第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)，機(jī)器人改變姿勢(shì)，此時(shí)機(jī)器人的姿勢(shì)處于四條支撐腿在相互成90°夾角、整體重心處于低位的平穩(wěn)模式，該模式可以在較大的風(fēng)浪情況下，仍保持平穩(wěn)。
[0021]所述保持機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是配合使用的，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)向保持機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力，從而改變保持機(jī)構(gòu)的狀態(tài)從而實(shí)現(xiàn)四條支撐腿形態(tài)和位置的改變。
[0022]較為簡(jiǎn)單的方法是，所述保持機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是一體的，即每一個(gè)縱向支撐腿和橫向支撐腿的運(yùn)動(dòng)通過單個(gè)電機(jī)控制；或者使用其他機(jī)械結(jié)構(gòu)，例如曲柄連桿，絲杠等結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)保持和驅(qū)動(dòng)。
[0023]本發(fā)明為了簡(jiǎn)化整體的結(jié)構(gòu)，減少動(dòng)力源的設(shè)置，優(yōu)選的，所述保持部件包括對(duì)應(yīng)安裝在四條支撐腿上的四組，每組包括:
[0024]第一彈簧，安裝在橫向支撐腿與主體底板之間，用于保持橫向支撐腿和主體底板的相對(duì)位置；
[0025]第一拉繩，連接橫向支撐腿與主體底板，拉緊時(shí)壓縮第一彈簧保持橫向支撐腿和主體底板的相對(duì)位置；
[0026]第二彈簧，安裝在橫向支撐腿與縱向支撐腿之間，用于保持橫向支撐腿和縱向支撐腿的相對(duì)位置；
[0027]第二拉繩，連接縱向支撐腿與主體底板，拉緊時(shí)壓縮第二彈簧保持橫向支撐腿和縱向支撐腿的相對(duì)位置；
[0028]所述第一驅(qū)動(dòng)部件安裝在主體底板上，用于拉緊和放松第一拉繩實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)橫向支撐腿相對(duì)主體底板橫向轉(zhuǎn)動(dòng)，用于拉緊和放松第二拉繩實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)縱向支撐腿相對(duì)橫向支撐腿縱向轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0029]通過設(shè)置拉繩和彈簧實(shí)現(xiàn)各橫向支撐腿和縱向支撐腿的運(yùn)動(dòng)，所述拉繩可以通過第一驅(qū)動(dòng)部件拉緊和放松，例如所述第一拉繩處于拉緊狀態(tài)，此時(shí)第一彈簧儲(chǔ)蓄能量，當(dāng)?shù)谝或?qū)動(dòng)部件放松第一拉繩時(shí)，第一彈簧釋放能量，從而改變橫向支撐腿相對(duì)主體底板的位置；
[0030]所述第二拉繩處于放松狀態(tài)，此時(shí)第二彈簧處于自由狀態(tài)，保持橫向支撐腿與縱向支撐腿相對(duì)位置，當(dāng)?shù)谝或?qū)動(dòng)部件拉緊二拉繩時(shí)，第二彈簧儲(chǔ)存能量，從而改變橫向支撐腿相對(duì)主體底板的位置；
[0031]本發(fā)明中使用的保持部件和第一驅(qū)動(dòng)部件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便，可以只采用一個(gè)第一驅(qū)動(dòng)部件，例如電機(jī)來收放所有拉繩，從而在同一時(shí)間實(shí)現(xiàn)各支撐腿的位置和形態(tài)的改變。
[0032]所述第一彈簧和第二彈簧可以采用扭簧或者其他種類的彈簧，優(yōu)選的