[发明专利]一种重心自适应调节的防倾覆性水黾机器人

说明书

本发明公开了一种重心自适应调节的防倾覆性水黾机器人，属于水面机器人技术领域，包括主体、设于主体两侧的划水桨和均匀设于主体周围的支撑腿，还包括：升降单元，设置在主体上，驱动划水桨上下移动；水平摆动单元，设置在升降单元上，划水桨安装在水平摆动单元的输出端；和竖直摆动单元，设置在主体上，包括多连杆机构和推动多连杆机构的输入端上下摆动的推杆电机，支撑腿固定在所述多连杆机构的输出端，多连杆机构上设有与主体相连接的铰轴。通过竖直摆动单元控制支撑腿上下移动，从而控制支撑腿的浮心的移动，在遇到波浪颠簸时，使机器人重心低于支撑腿的浮心，进而提高机器人的防倾覆能力。

技术领域

本发明涉及水面机器人技术领域，具体地说，涉及一种重心自适应调节的防倾覆性水黾机器人。

背景技术

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，身体能够分成躯干、支撑腿和划水腿三部分。水黾能够在水面上站立，快速滑行并且跳跃。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，小型电机提供动力。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。并且该种划水腿的划水动作基本是由两个电机控制，一个电机控制浆进入水体，另一个电机控制浆划动水体，两个电机的划水腿对于机器人控制及其机器人小型化是不利的。同时大多数水黾机器人未考虑机器人的稳定性问题，在面对波浪颠簸的情况下，容易倾覆。

发明内容

本发明的目的为提供一种重心自适应调节的防倾覆性水黾机器人，该机器人遇到波浪颠簸时，通过自动调节重心的位置，使机器人重心低于支撑腿的浮心，提高了机器人的防倾覆能力。

为了实现上述目的，本发明提供的重心自适应调节的防倾覆性水黾机器人包括主体、设于主体两侧的划水桨和均匀设于主体周围的支撑腿，还包括：

升降单元，设置在主体上，驱动划水桨上下移动；

水平摆动单元，设置在升降单元上，划水桨安装在水平摆动单元的输出端；

和竖直摆动单元，设置在主体上，包括多连杆机构和推动多连杆机构的输入杆上下摆动的推杆电机，支撑腿固定在所述多连杆机构的输出杆，多连杆机构上设有与主体相连接的铰轴。

上述技术方案中，通过升降单元和水平摆动单元驱动划水桨划水，从而控制机器人在水面上前进；通过竖直摆动单元控制支撑腿上下移动，从而控制支撑腿的浮心的移动，在遇到波浪颠簸时，使机器人重心低于支撑腿的浮心，进而提高机器人的防倾覆能力。

多连杆机构的输入端通过推杆电机控制在竖直方向运动。为了使多连杆机构的输出杆一直处于竖直姿态，从而使机器人的支撑腿一直处于水平姿态，作为优选，多连杆机构包括由七根连杆构成的两个共边平行四连杆机构，且远离主体的平行四连杆机构的一条连杆延伸并通过第八根连杆与靠近主体的平行四连杆机构的输入杆铰接。

作为优选，靠近主体的平行四连杆机构的一条连杆上设有一摇块，铰轴设置在该摇块上。