[发明专利]一种模态驱动的水黾型仿生机器人

说明书

本发明提供一种模态驱动的水黾型仿生机器人，其包括驱动模块、执行模块、运动监测模块，以及水黾型仿生机器人模态驱动方法。其驱动模块包括四只驱动足、机器人主体机构、固定装置、压电陶瓷组、电极、无限供能线圈等。执行模块为钛合金材料制作的四只仿生水黾足。四组压电驱动装置安装在仿生足根部处。通过压电驱动器作为动力实现控制机器人在水面进行运动。本发明所设计的仿生机器人通过采用压电驱动装置作为动力源，将传动装置大大简化，位移控制度精确，响应速度快，无复杂机械机构。整体重量轻，能够在水面上保持行走。

技术领域

本发明涉及一种模态驱动的水黾型仿生机器人。

背景技术

仿生机器人就是模仿自然界中生物的外部形状、运动原理和行为方 式的系统，能从事生物特点工作的机器人。具有运动灵活性高、环境适应性强 等特点,在救灾救援、公共安全、社会服务、国防军工等领域具有广泛的应用 前景.当前世界各国对仿生机器人领域投入了大量的精力。系统深入地对仿生 机器人系统中的共性科学问题和关键技术开展研究,随着新材料、新驱动、新型 感知技术、智能控制方法的突破,仿生机器人前沿技术研究不断得到突破。

仿生型机器人的主要特点为亢余自由度或者是超亢余自由度的机器 人，机器结构相对比较复杂，它的驱动结构和常规的关节型机器人也是不相同 的，它们通常是采用绳索、人造肌肉或者是形状记忆合金等等来进行驱动。按 照使用环境的不同，又可以将机器人分为水中仿生机器人，空中仿生机器人和 地面仿生机器人。水中仿生机器人是指模仿鱼类或者是其它水生生物的一些特 性研制出的新型高速、低噪音、机动灵活的柔体潜水器，能够实现在水面以及 水下自由运动。这些仿生机器人的效率可以达到70％到90％。比如说机器鱼、机 器蟹等等。代表了机器人的尖端技术。水中仿生机器人适应环境的能力比较强，能耗比较小，而且与人协同工作起来也比较的容易，但是正是由于受到它自身 的特点的制约，水中仿生机器人的研究还有很长的一段研究之路组要走。水中 机器人的研究涉及到了很多方面，比如说机构学，材料学，计算机技术、控制 技术、传感器技术、通讯技术等等。

发明内容

本发明设计出一种能够进行水面运动、控制精度高、响应快、机械 结构简单的模态驱动的水黾型仿生机器人。

为实现上述目的，本发明采用如下方案，一种采用模态驱动的水黾 型仿生机器人，其特征在于：包括驱动模块10、执行模块1、运动监测模块8。 驱动模块由固定装置5、环氧树脂粘接层12、压电陶瓷堆10、电极13组成；执 行模块为仿生型水黾机械足1。

水黾型仿生机器人的四组驱动足采用特殊设计的结构，要想使得水 黾型机器人能够在水面上正常工作，就要克服重力对它的作用，而水黾型仿生 机器人通过驱动足上结构6得到表面张力公式：

其中P₁,P₂为足膜两端压强，R₁，R₂分别为足膜结构短轴半径、长轴 半径。

单位面积内垂直作用力与受力面积之间的关系如下式：

其中P代表所受压强，F代表垂直作用力，S代表受力面积。

单一驱动足结构所受表面垂直力与表面张力关系为：

F₁＝2γL

其中F₁为所受表面垂直力，L是滑动边长度，γ是作用于单位边界上 的表面张力。

计算出所能提供的表面力，通过不断对驱动足以及整体配重块进行 尺寸的调整，通实现最优尺寸搭配满足足上表面力大于水黾型仿生机器人重力， 能够支持水黾型仿生机器人在水面上的静止和在模态驱动下的位移。并且在驱 动足前端还有布满前端的微小排水结构7。