[發(fā)明專利]水面滑行仿生水黽機(jī)器人

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710561918.7
• 申請(qǐng)日: 2017-07-11
• 公開（公告）號(hào): CN107472472A
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王赤忠;沈蕓;盛超武;黃亮;苗瑾;魏艷;黃豪彩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): B63B38/00
• 分類號(hào): B63B38/00;B63H1/32
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及仿生機(jī)器人領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種可在水面上滑行的仿生水黽機(jī)器人。

背景技術(shù)

水黽是一種常見于小河和池塘中的小型水生昆蟲，，可適應(yīng)多變的自然環(huán)境，可以在水面上進(jìn)行滑行和跳躍的運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，可以適應(yīng)水面的波浪和由于各種原因引起的波動(dòng)而保證腿部不被浸濕，自由行動(dòng)。這主要都?xì)w功于水黽的超疏水性從而能夠適應(yīng)像水面這樣的柔性流體非結(jié)構(gòu)環(huán)境，不僅不會(huì)沉入水中，而且能夠快速移動(dòng)，具有運(yùn)動(dòng)靈活，對(duì)水面的破壞小，噪聲小，隱蔽性極強(qiáng)等特點(diǎn)。這使得仿生水黽機(jī)器人在管道內(nèi)壁的探查、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、軍事偵察等方面得到了廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，受水黽水上運(yùn)動(dòng)機(jī)理的啟發(fā)，科學(xué)家們希望可以研制出一種小型的水面活動(dòng)機(jī)器人，可以像水黽一樣，在復(fù)雜的自然環(huán)境中可以正常作業(yè)，同時(shí)又足夠輕巧和靈活。

公布號(hào)為CN102556318A的中國(guó)專利文獻(xiàn)公開了一種仿生水黽機(jī)器人，主要包括機(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，劃水腿包括劃水腿劃水機(jī)構(gòu)和劃水腿抬腿機(jī)構(gòu)，舵機(jī)組件包括劃水舵機(jī)組件和抬腿舵機(jī)組件；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；劃水腿劃水機(jī)構(gòu)為四桿機(jī)構(gòu)；劃水腿抬腿機(jī)構(gòu)為平行四邊形機(jī)構(gòu)；劃水腿劃水機(jī)構(gòu)與劃水腿抬腿機(jī)構(gòu)串聯(lián)安裝，并通過(guò)控制機(jī)構(gòu)相互配合運(yùn)動(dòng)。該發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)水黽的劃水動(dòng)作,負(fù)載能力強(qiáng)，移動(dòng)速度快，但其效率不高，自身震動(dòng)較大，并且沒(méi)有應(yīng)對(duì)風(fēng)浪的能力。

公布號(hào)為CN104229087A的中國(guó)專利文獻(xiàn)公開了一種仿水黽水面滑行機(jī)器人。其包括機(jī)架、驅(qū)動(dòng)腿和支撐腿，機(jī)架包括底座、軸一、軸二、軸三和軸四，驅(qū)動(dòng)腿包括驅(qū)動(dòng)腿架、軸五、軸六、軸七、軸八、凸輪齒輪、擺腿架、軸九、擺腿、微型直流電機(jī)、蝸桿、蝸輪齒輪、雙層齒輪和連桿；兩條驅(qū)動(dòng)腿對(duì)稱安裝在機(jī)架左右兩側(cè)，多條支撐腿位于同一水平面上且分別對(duì)稱固定在機(jī)架的前端和后端。該發(fā)明用于仿水黽水上運(yùn)動(dòng)機(jī)器人。該發(fā)明解決了現(xiàn)有水面機(jī)器人不能從根本上實(shí)現(xiàn)對(duì)水黽水面滑行運(yùn)動(dòng)機(jī)理的仿生的問(wèn)題，但其成本高，制造困難，且安裝精度要求高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的為提供一種水面滑行仿生水黽機(jī)器人，可實(shí)現(xiàn)成本低、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、隱蔽性好、載重余量大等特點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的水面滑行仿生水黽機(jī)器人包括機(jī)架和滑行腿，機(jī)架的兩側(cè)對(duì)稱安裝有至少3對(duì)滑行腿；滑行腿采用直徑為0.2mm～0.3mm 的銅絲制作而成，其一端向上翻折連接在機(jī)架的底面，另一端向上翹起成120°～140°；滑行腿的表面采用超疏水材料進(jìn)行涂覆；機(jī)架的前端和/或后端安裝有螺旋槳及驅(qū)動(dòng)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)；電機(jī)膠裝在機(jī)架上，螺旋槳與電機(jī)軸緊配連接。

上述技術(shù)方案中，水黽機(jī)器人的總體重量約4.65g，可搭載1.15g的重量，將滑行腿的安裝端向上翻折后連接在機(jī)架的底面，其翻折端可以起到支撐機(jī)架的作用，易于機(jī)架漂浮在水面上。采用銅絲制作滑行腿，可降低加工難度、提高支承穩(wěn)定性和變形程度，同時(shí)，滑行腿的另一端向上翹起，使滑行腿更加平滑地滑行，減小阻力，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中盡可能地獲得較大的運(yùn)動(dòng)速度，向上翹起成120°～140°是使得水黽機(jī)器人在劃水過(guò)程中滑行腿不易刺破水面的較佳角度范圍，能夠像水黽一樣利用水表面的張力在水面上穩(wěn)定地漂浮著，并且進(jìn)行滑行運(yùn)動(dòng)，表面涂覆疏水性材料以提供足夠的表面張力，使其擁有超疏水性能，利用超疏水性腿劃動(dòng)水面進(jìn)行水面上的滑行，實(shí)現(xiàn)模仿水黽在水面上的滑行運(yùn)動(dòng)。該水黽機(jī)器人的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、且制造成本低，可廣泛應(yīng)用于軍事偵查及水質(zhì)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。

作為優(yōu)選，位于機(jī)架同一側(cè)的相鄰兩個(gè)滑行腿之間的角度為15°～20°。設(shè)置該角度范圍是為了避免因滑行腿太密集或太稀疏而影響滑行效果。

作為優(yōu)選，機(jī)架為十字形結(jié)構(gòu)，其厚度為0.18～0.23mm。十字形結(jié)構(gòu)便于搭載電機(jī)及其他微型傳感器、微型芯片等，同時(shí)方便滑行腿的對(duì)稱安裝。設(shè)置 0.18～0.23mm的厚度使得機(jī)架在保證自身承力范圍的情況下更加容易漂浮于水面上。

進(jìn)一步優(yōu)選地，機(jī)架由鋁片通過(guò)線切割處理得到。由于機(jī)架的形狀規(guī)整且厚度小，采用線切割可減小成本。

作為優(yōu)選，機(jī)架的前后兩端均安裝有螺旋槳及驅(qū)動(dòng)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)。兩個(gè)螺旋槳同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，加大滑行動(dòng)力，使水黽機(jī)器人在水中的滑行速度更快。

進(jìn)一步優(yōu)選地電機(jī)為微型直流電機(jī)。微型直流電機(jī)的體積小，且其性能完全可以滿足搭載著仿生水黽機(jī)器人的要求。

作為優(yōu)選，滑行腿長(zhǎng)度為59mm～89mm。該長(zhǎng)度范圍能達(dá)到最佳的滑行效果。