[發明專利]復合驅動的仿水母兩棲機器人的運動方法

有效

• 申請號: 201210273750.7
• 申請日: 2012-08-03
• 公開（公告）號: CN102795069A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 蔣素榮;陳柏;馮安洋;夏欣一;吳洪濤;崔靜
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B60F3/00
• 分類號: B60F3/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

1.一種復合驅動的仿水母兩棲機器人的運動方法，其特征在于包括以下過程：

所述復合驅動的仿水母兩棲機器人由驅動機構（3）、傳動機構（2）、外殼（1）、彈性腿（4）組成，具體結構如下：

上述驅動機構包括第一圓盤（33）、第二圓盤（32）、第二固定塊（37）、中心桿（36）、SMA彈簧組（34）、復位彈簧（35）；其中第一圓盤（33）通過其中心的第一固定塊（38）固定于中心桿（36）下端，第二圓盤（32）通過其中心的滑塊（31）沿中心桿滑動，第二固定塊（37）固定于中心桿（36）的頂端；第一圓盤（33）和第二圓盤（32）之間通過SMA彈簧組（34）相連，其中每個SMA彈簧的兩端分別與電源正極或負極相連；滑塊（31）與第二固定塊（37）之間通過復位彈簧（35）相連；

上述傳動機構由N組連桿機構組成，其中每組連桿機構均由第一連桿（21）、第二連桿（22）、第三連桿（23）組成；其中第一連桿（21）的一端與滑塊（31）鉸接，第一連桿（21）的另一端與第三連桿（23）鉸接，第二連桿（22）一端與第二固定塊（37）鉸接，第二連桿（22）的另一端與第一連桿（21）的中部鉸接；

上述外殼由N個擺動板（12）和一個柔性半球形外殼（11）組成；其中每塊擺動板（12）分別與對應的第三連桿（23）固定；上述柔性半球狀外殼（11）固定并貼合于N個擺動板（12）的外表面；上述外殼（1）還包括安裝于第二固定塊上（37）的與柔性半球狀外殼頂部相連的支撐桿（13）；

上述彈性腿（4）包括固定于擺動板（12）的套筒（41）、安裝于套筒（41）頂部的端蓋（43）、安裝于套筒（41）內且上端與端蓋（43）相連的彈簧（44）、與彈簧下端相連的滑塊（45）、與滑塊相連的IPMC腿（42）；其中IPMC腿（42）由兩片并聯的IPMC膜組成；IPMC膜的兩端分別與電源正極或負極相連；IPMC膜平面垂直魚第一圓盤（33）的半徑方向；

上述運動方法包括潛浮運動、轉向運動、速度控制、水底或陸地行走，具體過程如下：

潛浮運動：當SMA彈簧通電加熱后，SMA彈簧收縮，拉動由傳動機構（2）和外殼（1）共同組成的傘狀機構收縮排水，撤去電流后，在回復彈簧的作用下，SMA彈簧能快速恢復原形，傘狀機構會張開吸水，完成一個周期的動作；上浮時使機器人頭部朝上，下潛時使機器人頭部朝下，傘狀機構以一定的頻率排水、吸水，提供了水母上浮或下潛的主要驅動力；

轉向運動：這里的轉向是指機器人在中心桿所在平面內的轉向，在機器人運動過程中通過在一條IPMC腿部通以電流使其向一側彎曲，由于流體環境介質對彎曲的IPMC腿施加了阻力，整個機器人受垂直于中心桿方向的轉矩，從而機器人向腿部彎曲的方向轉動；當兩條對角IPMC腿同時同方向彎曲時可以實現機器人的急轉，通過急轉可以快速的使機器人在中心桿所在平面內轉動，最終實現機器人姿態的調整；

速度控制：由SMA彈簧的伸縮頻率和IPMC的擺動頻率共同決定；

水底或陸地行走:?每個彈性腿的IPMC腿由兩片并聯的IPMC膜組成，使腿部可以雙向對稱彎曲；當向一片IPMC膜厚度方向，施加電壓時，IPMC膜會向陽極方向彎曲；彈性腿接觸水底時，由于受壓力作用彈性腿內部的彈簧被壓縮一段長度，IPMC腿也會隨之向套筒內收起相同長度，從而降低了機器人的整體重心；按前進方向將機器人的四條腿順時針編號為一號腿、二號腿、三號腿、四號腿，其中一號腿為位于最前方的腿；

適用于平坦水底或陸地的快速行走方式，包括以下步驟：

步驟1、一號腿、二號腿、三號腿、四號腿均未施加電壓保持豎直狀態，均為主支撐腿，機器人穩定；

步驟2、使一號腿、三號腿同時向前進方向彎曲，由于彈簧的伸長作用，一號腿、三號腿伸長觸地；此時雖然一號腿、三號腿觸地，但由于一號腿、三號腿與地面作用力小所以它們為輔支撐腿，二號腿、四號腿仍為主支撐腿；此時重心落在二號腿、四號腿組成的矩形區域內，機器人穩定；

步驟3、使二號腿、四號腿向內彎曲，由于彈簧的伸長作用，二號腿、四號腿伸長觸地；此時雖然二號腿、四號腿觸地，但由于二號腿、四號腿與地面作用力小所以它們為輔支撐腿，一號腿、三號腿為主支撐腿；此時重心落在一號腿、三號腿組成的矩形區域內，機器人穩定；

步驟4、使一號腿、三號腿同時向前進方向的反方向彎曲至豎直狀態，機器人身體隨即向前移動了一個步長；此時二號腿、四號腿仍為輔支撐腿，一號腿、三號腿仍為主支撐腿；此時重心落在一號腿、三號腿組成的矩形區域內，機器人穩定；

步驟5、使二號腿、四號腿同時向外側彎曲至豎直狀態，此時一號腿、二號腿、三號腿、四號腿均未施加電壓保持豎直狀態，均為主支撐腿，機器人穩定；機器人完成一個周期的快速步行動作；

適用于崎嶇水底或陸地的慢速行走方式，包括以下步驟：

步驟1、一號腿、二號腿、三號腿、四號腿均未施加電壓保持豎直狀態，均為主支撐腿，機器人穩定；

步驟2、使三號腿向前進方向彎曲，由于彈簧的伸長作用三號腿伸長觸地；

然后使一號腿向前進方向彎曲，由于彈簧的伸長作用一號腿伸長觸地；

該步驟中任意時候機器人至少有三條腿觸地支撐，因此機器人穩定；

步驟3、使四號腿向內彎曲，由于彈簧的伸長作用四號腿伸長觸地；

然后使二號腿向內彎曲，由于彈簧的伸長作用二號腿伸長觸地；

該步驟中任意時候機器人至少有三條腿觸地支撐，因此機器人穩定；

步驟4、使一號腿、三號腿同時向前進方向的反方向彎曲至豎直狀態，機器人身體隨即向前移動了一個步長；?

步驟5、使二號腿向外側彎曲彎曲至豎直狀態；

然后使四號腿向外側彎曲彎曲至豎直狀態；

該步驟中任意時候機器人至少有三條腿觸地支撐，因此機器人穩定。