[实用新型]一种稳定性高的仿生水黾机器人

说明书

本实用新型公开了一种稳定性高的仿生水黾机器人，包括主躯干、多个划水腿单元、多个支撑腿以及控制模块，所述划水腿单元包括：垂直升降机构，固定在所述主躯干上；水平摆动机构，固定在所述垂直升降机构的移动输出端上；划水桨，相对水面垂直布置且与所述水平摆动机构的摆动输出端连接；本实用新型的划水桨与水面始终垂直，划水桨与水相互作用面在垂直方向上极小，从而产生在垂直方向的作用力小，有利于水黾机器人在水面上的稳定性。

技术领域

本实用新型涉及仿生机器人技术领域，特别涉及一种稳定性高的仿生水黾机器人。

背景技术

仿生机器人是仿生学与机器人学交叉结合的产物，是利用生物系统结构、性状、原理、行为以及相互作用来启发与指导机器人的研制。是一个包含机械、电气、光等各种元器件的综合机器人系统，不仅在运动机理和感知模式等方面体现了生物的形态特征，而且能够在未知环境下准确而高效的完成特定的复杂任务。因此开展仿生机器人领域的研究，将使人类利用科技改造自然的能力得到极大的提高，给人类社会的发展带来巨大的经济效益。随着机器人技术及生物学的发展，仿生机器人技术也得到了长足的发展。

水黾是一种在湖水、池塘中常见的小型水生昆虫。它质量轻，拥有特殊的身体结构，身体能够分成三部分：躯干、支撑腿和划水腿。水黾能够在水面上站立，快速滑行并且跳跃。在水面上运动时，水黾的划水腿能产生类空间椭圆形的轨迹。水黾机动性强、稳定性高、对水面干扰小，这些优点引起了国内外许多研究者的注意。仿生水黾机器人是基于水黾昆虫能够在水面上漂浮和滑行的基本原理，模仿水黾腿部的疏水特性及运动，能够在远程水域、狭窄水域等特殊环境下进行独立自主作业。随着微型电子元件及微细加工的发展，能够搭载摄像头实现侦察、探测的工作，从而使水黾机器人成为一种低成本、高效率、高隐蔽性的探测机器人，具有很高的潜在应用价值。目前国内外研究中主要有两种仿生水黾机器人：一种是基于水面张力研制的水黾机器人，该机器人的腿部经过疏水材料或者超疏水材料的处理，利用水面张力来支撑机器人。另一种是基于水体浮力支持的水黾机器人，该机器人的支撑腿一般由浮球体组成，利用浮球排开水体体积产生的浮力来支撑机器人。

基于水面张力支持的水黾机器人，一般体型小，质量轻，仿生效果好，但负载载能力差，难以用在实际应用中。基于浮力支撑的水黾机器人一般体型较大，负载能力强，实用性强。目前基于浮力支撑的水黾机器人的划水腿大部分使用四连杆机构，小型舵机提供动力。但四连杆机构不易传递高速运动，影响机器人的划水速度，对划水腿速度的调整不够灵活。小型舵机在规划划水腿运动时，存在运动速度调整不佳的问题，并且在划水过程中，水与划水桨之间的相互作用对舵机的运动速度会有一定的影响。这些仿生水黾机器人在设计时，大多数未考虑在划水过程中，尽量减少划水桨在垂直方向产生的作用力，因为划水桨产生垂直方向上的分力如果过大会影响机器人在水面上的稳定性。

实用新型内容

本实用新型提供了一种稳定性高的仿生水黾机器人，划水桨与水面始终垂直，划水桨与水相互作用面在垂直方向上极小，从而产生在垂直方向的作用力小，有利于水黾机器人在水面上的稳定性。

一种稳定性高的仿生水黾机器人，包括主躯干、多个划水腿单元、多个支撑腿以及控制模块，所述划水腿单元包括：

垂直升降机构，固定在所述主躯干上；

水平摆动机构，固定在所述垂直升降机构的移动输出端上；

划水桨，相对水面垂直布置且与所述水平摆动机构的摆动输出端连接。

本实用新型的仿生水黾机器人，将划水桨的划水运动分解为两个单独的移动机构，采用垂直升降机构控制划水桨的提升动作以及水平摆动机构来控制划水桨的水平运动，从而使划水过程可以实现完全水平，基本不产生垂直方向的力，由于划水桨与水面始终垂直，划水桨与水相互作用面在垂直方向上极小，从而产生在垂直方向的作用力小，有利于水黾机器人在水面上的稳定性。