專利名稱：面向濕地水下探測的仿蛙夾水推進(jìn)機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于濕地水下復(fù)雜環(huán)境信息檢測等科學(xué)實驗和工程任務(wù)的機(jī)器人，尤其涉及一種面向濕地水下探測的仿蛙夾水推進(jìn)機(jī)器人。
背景技術(shù)：
濕地是位于陸生生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)之間的過渡性地帶，在維持生態(tài)平衡、 保持生物多樣性和珍稀物種資源以及涵養(yǎng)水源、蓄洪、降解污染調(diào)節(jié)氣候、補(bǔ)充地下水和防止土壤沙化等方面均起到重要作用。濕地水下蘊(yùn)藏著大量的珍稀水生生物和物產(chǎn)資源，但由于溝渠縱橫、水層較淺，淤泥較深，依靠人去展開濕地水下環(huán)境探測具有危險性，對濕地本身也具有破壞作用。而傳統(tǒng)的水下機(jī)器人由于體積大、吃水深、轉(zhuǎn)向靈活性不足、破壞水底環(huán)境等原因也很難深入濕地水下開展探測。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有較高運動能力且結(jié)構(gòu)簡單的面向濕地水下探測的仿蛙夾水推進(jìn)機(jī)器人，該機(jī)器人能夠在濕地水下的復(fù)雜環(huán)境下靈活可靠地自主運動，進(jìn)行環(huán)境信息檢測。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明的面向濕地水下探測的仿蛙夾水推進(jìn)機(jī)器人，包括前部、中部和后部，所述前部包括軀干和轉(zhuǎn)向電機(jī)，所述中部包括腰節(jié)和俯仰電機(jī)，所述后部包括尾節(jié)、夾合電機(jī)、 左齒輪、右齒輪、左腿骨、右腿骨、左下肢、右下肢；所述軀干與所述腰節(jié)通過所述轉(zhuǎn)向電機(jī)鉸接，所述腰節(jié)與所述尾節(jié)通過所述俯仰電機(jī)鉸接，所述轉(zhuǎn)向電機(jī)的輸出軸與所述俯仰電機(jī)的輸出軸垂直；所述左齒輪與右齒輪之間相互嚙合并安裝于所述尾節(jié)的后部，所述夾合電機(jī)安裝在所述尾節(jié)上，其輸出軸與所述左齒輪或右齒輪的轉(zhuǎn)動軸固連；所述左齒輪的轉(zhuǎn)動軸與所述左腿骨的前端固連，所述右齒輪的轉(zhuǎn)動軸與所述右腿骨的前端固連，所述左下肢和右下肢分別與所述左腿骨和右腿骨的后端固連，所述左下肢與右下肢之間通過彈簧連接。由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供的面向濕地水下探測的仿蛙夾水推進(jìn)機(jī)器人，由于包括前部、中部和后部，前部包括軀干和轉(zhuǎn)向電機(jī)，中部包括腰節(jié)和俯仰電機(jī)，后部包括尾節(jié)、夾合電機(jī)、左齒輪、右齒輪、左腿骨、右腿骨、左下肢、右下肢；軀干與腰節(jié)通過轉(zhuǎn)向電機(jī)鉸接，腰節(jié)與尾節(jié)通過俯仰電機(jī)鉸接，轉(zhuǎn)向電機(jī)的輸出軸與俯仰電機(jī)的輸出軸垂直；左齒輪與右齒輪之間相互嚙合并安裝于尾節(jié)的后部，夾合電機(jī)安裝在尾節(jié)上，其輸出軸與左齒輪或右齒輪的轉(zhuǎn)動軸固連；左齒輪的轉(zhuǎn)動軸與左腿骨的前端固連，右齒輪的轉(zhuǎn)動軸與右腿骨的前端固連，左下肢和右下肢分別與左腿骨和右腿骨的后端固連，左下肢與右下肢之間通過彈簧連接。具有較高運動能力且結(jié)構(gòu)簡單，能夠在濕地水下的復(fù)雜環(huán)境下靈活可靠地自主運動，進(jìn)行環(huán)境信息檢測。
圖I為本發(fā)明實施例提供的面向濕地水下探測的仿蛙夾水推進(jìn)機(jī)器人的腿部張開時的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例提供的面向濕地水下探測的仿蛙夾水推進(jìn)機(jī)器人的腿部閉合時的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實施例提供的面向濕地水下探測的仿蛙夾水推進(jìn)機(jī)器人的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖中:1、軀干，2、轉(zhuǎn)向電機(jī)，3、腰節(jié)，4、俯仰電機(jī)，5、尾節(jié)，6、夾合電機(jī)，7、左齒輪， 8、右齒輪，9、左腿骨，10、右腿骨，11、彈簧，12、左下肢，13、右下肢。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。本發(fā)明的面向濕地水下探測的仿蛙夾水推進(jìn)機(jī)器人，其較佳的具體實施方式
如圖 I、圖2、圖3所示包括前部、中部和后部，所述前部包括軀干和轉(zhuǎn)向電機(jī)，所述中部包括腰節(jié)和俯仰電機(jī)，所述后部包括尾節(jié)、夾合電機(jī)、左齒輪、右齒輪、左腿骨、右腿骨、左下肢、右下肢；所述軀干與所述腰節(jié)通過所述轉(zhuǎn)向電機(jī)鉸接，所述腰節(jié)與所述尾節(jié)通過所述俯仰電機(jī)鉸接，所述轉(zhuǎn)向電機(jī)的輸出軸與所述俯仰電機(jī)的輸出軸垂直；所述左齒輪與右齒輪之間相互嚙合并安裝于所述尾節(jié)的后部，所述夾合電機(jī)安裝在所述尾節(jié)上，其輸出軸與所述左齒輪或右齒輪的轉(zhuǎn)動軸固連；所述左齒輪的轉(zhuǎn)動軸與所述左腿骨的前端固連，所述右齒輪的轉(zhuǎn)動軸與所述右腿骨的前端固連，所述左下肢和右下肢分別與所述左腿骨和右腿骨的后端固連，所述左下肢與右下肢之間通過彈簧連接。所述軀干的外形為流線形，并安裝有傳感器系統(tǒng)。所述軀干的內(nèi)部呈中空狀態(tài)，并安裝有機(jī)器人的智能控制系統(tǒng)。 本發(fā)明中，夾合電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和彈簧的伸縮可以控制機(jī)器人左下肢和右下肢有節(jié)奏地打開和閉合，模擬青蛙水下夾水推進(jìn)的原理，為機(jī)器人提供持續(xù)的夾水向前驅(qū)動力。本發(fā)明的有益效果是面向濕地水下探測的仿蛙夾水推進(jìn)機(jī)器人模仿青蛙夾水推進(jìn)的方式為機(jī)器人提供前進(jìn)的動力，只需要一個夾合電機(jī)和彈簧就能實現(xiàn)水下的前進(jìn)運動，控制方便；機(jī)器后部彈簧與夾合電機(jī)的組合，增大了夾水的力度，提高了機(jī)器人的水下推進(jìn)力；機(jī)器可依靠轉(zhuǎn)向電機(jī)和俯仰電機(jī)的協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)動實現(xiàn)水下的轉(zhuǎn)向、浮沉等運動，運動靈活；結(jié)構(gòu)簡單，在濕地水下珍稀野生動植物探測、水下文物探測、軍事偵察和兒童玩具等方面有廣泛的應(yīng)用前景和市場價值。下面對本發(fā)明的面向濕地水下探測的仿蛙夾水推進(jìn)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和動作原理進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的描述機(jī)器人腿部張開時的俯視圖如圖I所示，腿部閉合時的俯視圖如圖2所示，其立體圖如圖3所示，由機(jī)器人的前部、中部和后部構(gòu)成；其中機(jī)器人前部由軀干、轉(zhuǎn)向電機(jī)和軀干內(nèi)部的控制系統(tǒng)構(gòu)成，機(jī)器人中部由腰節(jié)和俯仰電機(jī)構(gòu)成，機(jī)器人后部由尾節(jié)、夾合電機(jī)、左齒輪、右齒輪、左腿骨、右腿骨、左下肢、右下肢、彈簧構(gòu)成。其中機(jī)器人前部的軀干部分呈流線型，以減小水中游動的阻力，軀干的內(nèi)部呈中空狀態(tài)以安裝機(jī)器人的智能控制系統(tǒng)，智能控制系采用ARM9處理器，主要完成控制指令接收、機(jī)器人狀態(tài)返回、機(jī)器人的各電機(jī)閉環(huán)控制和智能決策；并可在軀干上安裝視覺相機(jī)、 溫度、壓力、化學(xué)成分等多種傳感器，完成濕地水下環(huán)境探測任務(wù)。機(jī)器人前部的軀干通過轉(zhuǎn)向電機(jī)與機(jī)器人中部的腰節(jié)連接，轉(zhuǎn)向電機(jī)安裝在軀干上，轉(zhuǎn)向電機(jī)的輸出軸與腰節(jié)連接，轉(zhuǎn)向電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)可控制腰節(jié)相對軀干的水平角度，進(jìn)而控制機(jī)器人在濕地水下游動的方向。機(jī)器人后部的尾節(jié)通過俯仰電機(jī)與機(jī)器人中部的腰節(jié)連接，俯仰電機(jī)安裝在腰節(jié)上，俯仰電機(jī)的輸出軸與尾節(jié)連接，俯仰電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)可控制機(jī)器人腰節(jié)相對機(jī)器人后部的俯仰角度，進(jìn)而控制機(jī)器人在濕地水下游動的浮沉。機(jī)器人后部主要提供機(jī)器人水下夾水前進(jìn)的動力，左齒輪和右齒輪安裝在尾節(jié)上，夾合電機(jī)安裝在尾節(jié)上，夾合電機(jī)的輸出軸與左齒輪的轉(zhuǎn)動軸固連，左齒輪與右齒輪之間嚙合；左齒輪的轉(zhuǎn)動軸與左腿骨前端固連，右齒輪的轉(zhuǎn)動軸與右腿骨前端固連；左下肢和右下肢分別與左腿骨和右腿骨固連；同時，左下肢和右下肢之間通過彈簧連接；左下肢和右下肢采用鋁板壓制而成。在俯視方向，當(dāng)夾合電機(jī)緩慢順時針轉(zhuǎn)動時，夾水電機(jī)輸出軸帶動左齒輪順時針轉(zhuǎn)動，左齒輪順時針轉(zhuǎn)動可帶動左腿骨順時針轉(zhuǎn)動，左腿骨順時針轉(zhuǎn)動可帶動左下肢順時針轉(zhuǎn)動；同時，通過左齒輪與右齒輪之間的嚙合使右齒輪逆時針轉(zhuǎn)動，右齒輪逆時針轉(zhuǎn)動可帶動右腿骨逆時針轉(zhuǎn)動，右腿骨逆時針轉(zhuǎn)動可帶動右下肢逆時針轉(zhuǎn)動；繼而使機(jī)器人的左下肢和右下肢呈緩慢相對張開的狀態(tài)，同時使彈簧呈張緊狀態(tài)。同理，在俯視方向，當(dāng)夾合電機(jī)快速逆時針轉(zhuǎn)動時，夾水電機(jī)輸出軸帶動左齒輪逆時針轉(zhuǎn)動，左齒輪逆時針轉(zhuǎn)動可帶動左腿骨逆時針轉(zhuǎn)動，左腿骨逆時針轉(zhuǎn)動可帶動左下肢逆時針轉(zhuǎn)動；同時通過左齒輪與右齒輪之間的嚙合使右齒輪順時針轉(zhuǎn)動，右齒輪順時針轉(zhuǎn)動可帶動右腿骨順時針轉(zhuǎn)動，右腿骨順時針轉(zhuǎn)動可帶動右下肢順時針轉(zhuǎn)動；同時，結(jié)合彈簧的縮緊作用，使機(jī)器人的左下肢和右下肢快速地相對閉合，繼而為機(jī)器人提供向前的夾水驅(qū)動力。夾合電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和彈簧的伸縮可以控制機(jī)器人左下肢和右下肢有節(jié)奏地緩慢打開和快速閉合，模擬青蛙水下夾水推進(jìn)的原理，為機(jī)器人提供持續(xù)的夾水向前驅(qū)動力。同時為控制機(jī)器人的重心和密度，可在左右腿部和軀干部加裝配重，以控制機(jī)器人的重心，同時使機(jī)器人的密度與水的密度接近，方便機(jī)器人的沉浮和游動。濕地中常見動物青蛙，集高效的陸上跳躍和靈活的水下游動能力于一身，它依靠發(fā)達(dá)的后腿、流線型身體和夾水的推進(jìn)方式，在水中具備很強(qiáng)的運動爆發(fā)性和耐力性，很適合在濕地水下環(huán)境中活動和生存。本發(fā)明正是借鑒其靈巧的身體結(jié)構(gòu)并模擬其高效的夾水前進(jìn)游動方式，能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)水下機(jī)器人體積重量大、靈活性差等不足，創(chuàng)造出具有濕地環(huán)境適應(yīng)性的仿生濕地水下探測機(jī)器人。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種面向濕地水下探測的仿蛙夾水推進(jìn)機(jī)器人，其特征在于，包括前部、中部和后部，所述前部包括軀干和轉(zhuǎn)向電機(jī)，所述中部包括腰節(jié)和俯仰電機(jī)，所述后部包括尾節(jié)、夾合電機(jī)、左齒輪、右齒輪、左腿骨、右腿骨、左下肢、右下肢；所述軀干與所述腰節(jié)通過所述轉(zhuǎn)向電機(jī)鉸接，所述腰節(jié)與所述尾節(jié)通過所述俯仰電機(jī)鉸接，所述轉(zhuǎn)向電機(jī)的輸出軸與所述俯仰電機(jī)的輸出軸垂直；所述左齒輪與右齒輪之間相互嚙合并安裝于所述尾節(jié)的后部，所述夾合電機(jī)安裝在所述尾節(jié)上，其輸出軸與所述左齒輪或右齒輪的轉(zhuǎn)動軸固連；所述左齒輪的轉(zhuǎn)動軸與所述左腿骨的前端固連，所述右齒輪的轉(zhuǎn)動軸與所述右腿骨的前端固連，所述左下肢和右下肢分別與所述左腿骨和右腿骨的后端固連，所述左下肢與右下肢之間通過彈簧連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的面向濕地水下探測的仿蛙夾水推進(jìn)機(jī)器人，其特征在于，所述軀干的外形為流線形。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的面向濕地水下探測的仿蛙夾水推進(jìn)機(jī)器人，其特征在于， 所述軀干的內(nèi)部呈中空狀態(tài)，并安裝有機(jī)器人的智能控制系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的面向濕地水下探測的仿蛙夾水推進(jìn)機(jī)器人，其特征在于，所述軀干安裝有傳感器系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種面向濕地水下探測的仿蛙夾水推進(jìn)機(jī)器人，其整體分為前部、中部和后部，其中機(jī)器人前部由軀干、轉(zhuǎn)向電機(jī)和軀干內(nèi)部的控制系統(tǒng)構(gòu)成，機(jī)器人中部由腰節(jié)和俯仰電機(jī)構(gòu)成，機(jī)器人后部由尾節(jié)、夾合電機(jī)、左齒輪、右齒輪、左腿骨、右腿骨、左下肢、右下肢、彈簧構(gòu)成。夾合電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和彈簧的伸縮可以控制機(jī)器人左下肢和右下肢有節(jié)奏地緩慢打開和快速閉合，模擬青蛙水下夾水推進(jìn)的原理，為機(jī)器人提供持續(xù)的夾水向前驅(qū)動力。結(jié)構(gòu)簡單、驅(qū)動能力強(qiáng)，通過轉(zhuǎn)向電機(jī)和俯仰電機(jī)的協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)動可在水下靈活可靠地完成直線、轉(zhuǎn)向、上浮和下沉運動，自主完成濕地水下珍稀野生動植物探測、水下文物探測、軍事偵察等作業(yè)任務(wù)。
文檔編號B63C11/48GK102582806SQ201110428059
公開日2012年7月18日 申請日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者劉晉浩, 葉茁, 張軍國, 燕飛, 鄭一力, 闞江明 申請人:北京林業(yè)大學(xué)