[发明专利]仿生蜥蜴水陆两栖机器人

说明书

技术领域

本发明涉及仿生学领域，具体来说，是一种基于仿生学体系的研究方法，对蛇怪蜥蜴进行智能、功能、行为分解分析，获悉其水上奔跑的运动原理，进而设计的仿生蜥蜴水陆两栖机器人。 

背景技术

仿生机器人是模仿自然界中生物的精巧结构、运动原理和行为方式等方面的机器人系统，具有高度灵活性、柔性和易复制性。 

目前众多水面行走仿生机器人都是基于水面张力原理进行设计，仿生对象通常为一些体态轻盈的昆虫，如水黾，水上蜘蛛等。该种仿生机器人的承载能力有限，限制了水面仿生机器人的应用。同时，基于水面张力原理设计的水面仿生机器人对于外界工作环境要求高，水面张力容易被破坏，适应性低。 

随着仿生学的发展，蛇怪蜥蜴引起了科研人员的关注。蛇怪蜥蜴体重从2克——200克不等均可在水面上奔跑，但没有利用水面的表面张力来保持自身在水面漂浮。其关键在于它能够以合适的角度和足够的频率摆动双腿，令其身体上挺、向前冲。具体来说，蛇怪蜥蜴在水上奔跑的每一个动作可以分解为三部分：拍击、扑打、还原。拍击过程中，脚主要是垂直运动；扑打过程中，脚主要向后运动；还原过程中，脚抬起离开水面，回到下一步的开始动作。蛇怪蜥蜴的脚向下拍击水面，迫使水面下沉或者从脚下流走，同时在脚的周围形成一个气垫，这个动作产生了一个支撑力，足以在蜥蜴的脚掌向后扑打时将蜥蜴的身体支撑在水面上。脚向后扑打时产生前进的推力。蛇怪蜥蜴在水面奔跑的速度可达到每秒1.5米。研究发现，蛇怪蜥蜴在水面奔跑时能够产生很大的横向力来保持身体的稳定。因此，将蛇怪蜥蜴作为仿生对象可有效克服目前水面行走机器人的弊端。 

但目前并没有相关文献记载有这种对蛇怪蜥蜴进行仿生的水上行走机器人。 

发明内容

本发明为了解决上述问题，基于蛇怪蜥蜴水上奔跑运动原理，设计一种水陆两栖自由转换、阻力小效率高、承载能力强、适用范围广的仿生蜥蜴水陆两栖机 器人，包括由外部框架，内部框架、驱动机构构成的身部以及由四套曲柄摇杆机构构成的腿部。 

其中，外部框架为由左挡板、右挡板、前挡板与后挡板构成的矩形框架；内部框架位于外部框架内，为由左右侧板与前后侧板构成框架结构。 

所述驱动机构包括驱动电机与两套减速装置；驱动电机安装于内部框架内；驱动电机具有两个输出轴，分别朝向内部框架的前方与后方。 

两套减速装置均包括传动轴A、传动轴B以及由齿轮A、齿轮B、齿轮C与侧面周向具有轮齿的齿轮D构成的齿轮组，分别安装于内部框架前方与后方，安装方式相同；其中，传动轴A轴接在内部框架的左侧板与右侧板之间；传动轴B轴接在外部框架的左挡板与右挡板之间；齿轮A与驱动电机的输出轴固定套接；齿轮B固定套接在传动轴B上；齿轮C与齿轮D同轴固定套接在传动轴A上；齿轮A与齿轮D啮合，齿轮C与齿轮B啮合； 

所述四套曲柄摇杆机构结构相同，包括摇杆、连杆、曲柄与脚板构成；其中，摇杆的铰接端与连杆的铰接端间铰接；连杆的安装端固定安装有脚板；曲柄的铰接端与连杆中部铰接；上述结构的四套曲柄连杆机构通过摇杆的安装端与曲柄的安装端分别安装外部框架的左前方、右前方、左后方与右后方；具体为： 

位于左前方与右前方曲柄摇杆机构中摇杆的安装端分别与固定在外部框架左侧面和右侧面通过铰接件A、铰接件B铰接；曲柄的安装端分别与位于内部框架前方的减速装置中传动轴B的左右两端固连。 

位于左后方与右后方曲柄摇杆机构中摇杆的安装端分别与外部框架左侧面和右侧面通过铰接件C与铰接件D铰接；曲柄的安装端分别与位于内部框架后方的减速装置中传动轴B的左右两端固连。 

由此构成蜥蜴水陆两栖机器人整体结构，通过控制驱动电机开始工作，经两套齿轮减速机构后，驱动四套曲柄摇杆机构，实现仿生机器人的腿部周期运动，运动频率为5HZ。在每个周期过程中，蜥蜴水陆两栖机器人的四套曲柄摇杆机构完成拍击、扑打、恢复三个关键动作，产生支撑力和向前的推力。 

本发明的优点在于： 

1、本发明仿生蜥蜴水陆两栖机器人的四条腿部采用曲柄摇杆机构，可实现行走过程中拍击、扑打、还原三个关键动作； 

2、本发明仿生蜥蜴水陆两栖机器人的动力通过驱动电机与齿轮减速器传输到四条腿部，在保证运动频率为5HZ的同时能够产生足够的扭矩克服运动中的阻力； 

3、本发明仿生蜥蜴水陆两栖机器人采用四足结构，提高水陆两栖的适用性，且运动阻力小效率高，承载能力强、适用范围广的水陆两栖仿生机器人，可用于水陆救援和监测。 

附图说明