[发明专利]一种自驱动仿生水上染色机器人及水体表面流动检测方法

说明书

本发明公开了一种自驱动仿生水上染色机器人及水体表面流动检测方法；该机器人包括仿生躯干；所述的仿生躯干上连接有多个低于仿生躯干底面的脚垫；脚垫用于利用水的表面张力为仿生躯干提供支撑力。所述的仿生躯干包括微流体泵、第二微通道、滴嘴和框架；微流体泵安装在框架的中部；气室安装在框架的头端；流体泵的输出端与第二微通道的一端连接；第二微通道的另一端设置有朝下设置的滴嘴。滴嘴位于框架的尾端。第二微通道内装有有机试剂。有机试剂中混合有色素。所述的微流体泵用于推动第二微通道内的有机溶剂从滴嘴中滴出。有机溶剂滴落到水面上时，在马兰戈尼效应的作用下推动各脚垫前进，且有机溶剂中的色素对水体表面进行染色。

技术领域

本发明属于自驱动仿生水上染色机器人技术领域，具体涉及一种自驱动仿生水上染色机器人及水体表面流动检测方法。

背景技术

马兰戈尼效应(Marangoni effect)是一种由于表面张力不同的两种液体的界面存在表面张力梯度，而使质量传送的现象，称为马兰戈尼效应。出现马兰戈尼效应的原因是表面张力大的液体对其周围表面张力小的液体的拉力强，产生表面张力梯度；使液体从表面张力低向表面张力高的方向流动。

研究水体表面的液体流动情况时，需要将水体表面染色，传统的人工染色具有染色不均匀的缺点，通过螺旋桨驱动的小船释放染色剂会扰动水体表面，造成水体表面剧烈扰动，染色效果均不好。本发明模仿隐翅虫和宽蝽在水面的运动原理，设计了一种自驱动仿生水上染色机器人，在研究水体表面液体流动情况时，在自驱动仿生水上染色机器人滴出的有机试剂内添加色素，滴出的有机试剂能将水的表面染色，便于观测水体表面流动情况，此染色过程便捷，对水体的染色较均匀，利用马兰戈尼效应原理作为动力运动，且无需电机和螺旋桨提供动力，也无螺旋桨的扰动，对水面的干扰较小，也促进自驱动水上染色机器人的发展，也无大的储染料罐，不会由于染料分布不均造成自驱动仿生水上染色机器人倾覆。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自驱动仿生水上染色机器人及水体表面流动检测方法。

第一方面，本发明提供一种自驱动仿生水上染色机器人，包括仿生躯干；所述的仿生躯干上连接有多个低于仿生躯干底面的脚垫；脚垫用于利用水的表面张力为仿生躯干提供支撑力。所述的仿生躯干包括微流体泵、第二微通道、滴嘴和框架；微流体泵安装在框架的中部；气室安装在框架的头端；流体泵的输出端与第二微通道的一端连接；第二微通道的另一端设置有朝下设置的滴嘴。滴嘴位于框架的尾端。第二微通道内装有有机试剂。有机试剂中混合有色素。所述的微流体泵用于推动第二微通道内的有机溶剂从滴嘴中滴出。有机溶剂滴落到水面上时，在马兰戈尼效应的作用下推动各脚垫前进，且有机溶剂中的色素对水体表面进行染色。

作为优选，所述的有机试剂为酒精或3-甲基-1-丁醇。

作为优选，所述的微流体泵内设有腔体；腔体内设置有多孔介质；初始状态下，多孔介质内的孔隙中填充有空气；当多孔介质吸水时，水填充到多孔介质的孔隙中，使得孔隙中的空气从输出端输出到第二微通道中。所述的仿生躯干还包括第一微通道。微流体泵的输入端连接有第一微通道连接；第一微通道内装有水。向第一微通道远离微流体泵的端部充压时，第一微通道内的水输入到微流体泵中并被多孔介质吸收，并将多孔介质中的空气送入第二微通道；进入微流体泵的水被吸收后，第一微通道内的剩余水在毛细作用下持续进入微流体泵中。

作为优选，所述的多孔介质包括依次层叠的多层滤纸，以及位于滤纸之间的纤维素粉末。

作为优选，所述的仿生躯干还包括气室。气室与第一微通道远离微流体泵的端部连通，用于对第一微通道充压。所述气室的内部设置有储气囊；第一微通道与储气囊的内腔连通；气室的底部安装有第一磁铁；开始工作时，在气室的顶部放入第二磁铁；第一磁铁与第二磁铁相互吸引，将储气囊内的气体挤入第一微通道中。

作为优选，第一微通道和第二微通道均呈蛇形。