專利名稱：仿生雙足水上行走機器人的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種行走機器人，特別的屬于仿生雙足水上機器人領域。
背景技術：
目前在地面上運動和在水面下游動的機器人非常多，但真正能在水面上行走的機器人并不多見，水上行走機器人因其特殊的運動方式，對地形適應力好，機動性強，因此用于洪水和沼澤地環境下的探測，搜尋和營救工作，水質勘測等領域。關于水上機器人的研究，中國專利“水上漂浮仿生水黽機器人”(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器人，該機器人主要通過水面的張力提供浮力，通過槳狀腿劃動來運動，該機器人有效載荷低，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現水面站立的，驅動腿在水表面劃動產生動力，外形仿生水黽的可自由轉向的水上行走機器人。該機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。
發明內容
本發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器人，采用單電機驅動，控制簡單，更主要的是機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機理，克服自身重力，提供向上的浮力和向前的驅動力，實現機器人聞速，聞載荷，聞機動性地水上行走。通過研究蛇怪蜥蜴水上行走的運動特點，分析其水上行走步伐周期中膝蓋，腳踝，腳掌的運動軌跡，保持蜥蜴能夠在水上行走的四個主要因素身體重量；腿部連桿機構的長度；奔跑速度；腳掌的形狀和面積。本發明運用曲柄連桿機構，來實現機器人腿部運動結構，根據這個四個因素，通過調節曲柄連桿機構各個連桿長度來優化擬合蛇怪蜥蜴水上行走腿部運動軌跡。該機構結構簡單，直接由電機驅動。我們通過以下步驟的制備實現上述目的一種仿生雙足水上行走機器人包括支撐體、行走機構、平衡裝置和用來驅動行走機構的固定在支撐體上的驅動電機，其特征在于上述行走機構為設在支撐體兩側的曲柄連桿機構，曲柄連桿機構包括第一連桿、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動連接，第二連與第一連桿一端轉動連接，第三連桿與第二連桿一端轉動連接，第四連桿的兩端分別與第三連桿一端和第一連桿轉動連接，第五連桿一端與驅動電機的輸出端耦接，另一端與第二連桿轉動連接；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子，轉子下端設有齒輪，與陀螺儀支架傳動連接。所述支撐體末端設有尾部連桿，尾部連桿與水平面夾角為15 25度，且尾部連桿末端設有尾部墊圈。
所述行走機構的第三連桿底面設有腳掌，且腳掌由橡膠軟墊制成，為圓形或橢圓形。所述驅動電機通過支座與支撐體固定連接。本發明提出的仿生雙足水上行走機器人，通過曲柄連桿機構的各連桿作用，可模擬蛇怪蜥蜴水上行走機理；該機器人設有驅動結構和尾部支撐連桿，結構簡單，體積小，能夠實現水上快速行走；此外，該機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。本發明可用于相關機器人水上行走技術的理論研究和試驗平臺。
圖1機器人總體主視圖；圖2機器人總體俯視圖；圖3平衡裝置陀螺儀側視圖；圖4機器人尾巴結構主視圖。圖1-圖4中1-曲柄連桿機構，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-驅動電機，21-支座，3-支撐體，31-固定銷，4-陀螺儀，41-陀螺儀外支架，42-陀螺儀轉子，43-齒輪，5-尾部連桿，51-尾部墊圈。
具體實施例方式下面結合
本發明的具體實施方式
。本發明仿生雙足水上行走機器人總體結構如圖1，圖2所示，包括支撐體3、作為行走機構的曲柄連桿機構1、作為平衡裝置的陀螺儀4和驅動電機2，上述曲柄連桿機構設在支撐體兩側。上述曲柄連桿機構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轉動連接,第二連與第一連桿一端轉動連接，第三連桿與第二連桿一端轉動連接，第四連桿的兩端分別與第三連桿一端和第一連桿轉動連接，第五連桿一端與驅動電機2的輸出端耦接，另一端與第二連桿轉動連接。當驅動電機轉動，驅動第五連桿15轉動時，通過各個連桿之間的聯動，將驅使第三連桿13周期性運動，模仿出動物行走狀。見圖3，上述支撐體后部設有槽，槽里安裝陀螺儀4，陀螺儀由小型直流電機帶動，包括陀螺儀支架41、陀螺儀轉子42和齒輪43，齒輪設在陀螺儀轉子下端，陀螺儀轉子能夠沿著陀螺儀支架旋轉。在本發明機器人行走過程中，調整自身重心位置，保持平衡。陀螺儀4可以采用普通的塑料材料，減輕整個機器人的重量。上述曲柄連桿機構I的第三連桿13底面設有腳掌16，且腳掌由橡膠軟墊制成，呈圓形或者橢圓形。上述驅動電機2通過支座21與支撐體連接，機器人腳掌16在驅動電機2驅動下拍擊水面，向水面下運動，形成一個氣穴，這樣水面對腳掌16產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，這樣循環運動，從而實現在水面上行走。見圖4，上述支撐體末端設有尾部連桿5，尾部連桿末端設有尾部墊圈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。本發明機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，將機器人驅動電機2啟動，輕輕放在水面上，驅動電機將驅動曲柄連桿機構I運轉，第三連桿13連同腳掌16拍打水面，機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，使得機器人的行走更加平穩。顯然，本發明的上述具體實施方式
僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非是對本發明實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎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明確定的保護范圍之內。
權利要求
1.一種仿生雙足水上行走機器人包括支撐體(3)、行走機構、平衡裝置(4)和用來驅動行走機構的固定在支撐體上的驅動電機(2)，其特征在于上述行走機構為設在支撐體兩側的曲柄連桿機構(I)，曲柄連桿機構(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動連接，第二連與第一連桿一端轉動連接，第三連桿與第二連桿一端轉動連接，第四連桿的兩端分別與第三連桿ー端和第一連桿轉動連接，第五連桿一端與驅動電機的輸出端耦接，另一端與第二連桿轉動連接；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)和陀螺儀轉子(42)，轉子下端設有齒輪(43)，與陀螺儀支架傳動連接。
2.根據權利要求1所述的仿生雙足水上行走機器人，其特征在于上述支撐體末端設有尾部連桿(5)，尾部連桿(5)與水平面夾角為15 25度，且尾部連桿末端設有尾部墊圈(51)。
3.根據權利要求1所述的仿生雙足水上行走機器人，其特征在于上述行走機構的第三連桿(13)底面設有腳掌(16)，且腳掌(16)由橡膠軟墊制成，為圓形或橢圓形。
4.根據權利要求1所述的仿生雙足水上行走機器人，其特征在于上述驅動電機(2)通過支座(21)與支撐體固定連接。
全文摘要
本發明公開了一種仿生雙足水上行走機器人。其行走機構為設在支撐體兩側的曲柄連桿機構，由驅動電機驅動，曲柄連桿機構包括第一連桿、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動連接，第二連與第一連桿一端轉動連接，第三連桿與第二連桿一端轉動連接，第四連桿的兩端分別與第三連桿一端和第一連桿轉動連接，第五連桿一端與驅動電機的輸出端耦接，另一端與第二連桿轉動連接；其平衡裝置為陀螺儀，位于支撐體后部。本發明主要模擬蛇怪蜥蜴水上行走各關節軌跡，實現雙足機器人在水上穩定行走，具有體積小，重量輕，控制靈活等特點，在環境檢測、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 優先權日2011年10月13日
發明者徐林森, 徐峰, 李冰, 施云高, 胡曉娟, 吳益靚 申請人:中國科學院合肥物質科學研究院