[发明专利]一种水面跳跃滑行机器人

说明书

本发明提供了一种水面跳跃滑行机器人，包括水面支撑系统、主体支撑框架、驱动系统、俯仰角调节机构、储能弹簧、两个驱动腿和两个空间椭圆轨迹机构；主体支撑框架位于水面支撑系统上方，主体支撑框架和水面支撑系统通过一对铰链座相连，两个空间椭圆轨迹机构对称安装在主体支撑框架后方的左右两侧，在每个空间椭圆轨迹机构上配合一个驱动腿，俯仰角调节机构设置在主体支撑框架的左前方，俯仰角调节机构连接主体支撑框架与水面支撑系统，驱动系统固定在主体支撑框架的内部，储能弹簧两端分别连接在驱动系统和水面支撑系统上。本发明采用3D打印技术制造，使用拉簧作为储能原件，泡沫半球与泡沫板作为支撑体，具有质量轻、运动模式多样化的特点。

技术领域

本发明属于机器人领域，尤其是涉及一种水面跳跃滑行机器人。

背景技术

水生生物具有非凡的水环境运动能力，效率高、速度快、机动性高，成为科学家们研制低噪音、机动灵活的机器人竞相模仿的对象。不同于陆地运动，非结构化水面环境的流动性与易扰动性，为水面运动机器人的研制带来诸多挑战。基于仿生驱动原理，模仿水黾、蛇怪蜥蜴水面运动优势特征，研制了一款水面滑跳复合运动机器人，依靠其自身驱动腿与水面之间相对运动，产生包括动水压力、附加质量力、静水压力等作为其动力源，通过控制电机的转向实现机器人滑行、跳跃运动模式的切换。该机器人与其他自动化设备配合使用能够进行未知或危险水域的探索、水质检查、水面侦查和搜寻工作、也可以充当水面移动通讯节点，有助于构建空-天-海-潜一体化作战网络，具有辽阔的应用前景和重要的研究意义。

水面跳跃机器人工作环境为非结构化的水面空间，由于水的流动性与易扰动性，机器人起跳过程中难以获得足够大的驱动力使其脱离水面；同时，支撑系统对水面的冲击作用会引起水面变形，导致跳跃效率低，甚至会引起倾覆沉没，因此水面跳跃机器人的研究存在很大的挑战，相关研究较为薄弱。目前，国内外学者针对陆地跳跃机器人开展了大量研究，并设计出多款各具特点的陆地跳跃机器人。与之相比，水面跳跃因其工作环境特殊性与运动过程复杂性，相关机器人研究刚刚起步。

研究文献发现，目前的水面运动机器人主要针对滑行或者跳跃单一运动形式的模仿，而有关多运动模式水面运动机器人的研究很少，还没有水面滑跳复合运动机器人的相关报道。滑跳复合运动能有效拓展机器人水面运动空间，增大机器人的灵活性、机动性，使机器人更好的实现对仿生对象灵活、快速、高效水面运动能力的复刻。因此，急需设计一款兼具跳跃与滑行运动模式的水面仿生机器人。

综上，目前水面运动机器人存在运动形式单一、运动效率低，仿生目标未达到等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种水面跳跃滑行机器人，现有的水面运动机器人运动形式单一、运动效率较低、仿生目标未达到等问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种水面跳跃滑行机器人，包括水面支撑系统、主体支撑框架、驱动系统、俯仰角调节机构、储能弹簧、两个驱动腿和两个空间椭圆轨迹机构；所述主体支撑框架位于水面支撑系统上方，主体支撑框架和水面支撑系统通过一对铰链座相连，两个所述空间椭圆轨迹机构对称安装在主体支撑框架后方的左右两侧，在每个空间椭圆轨迹机构上配合一个驱动腿，所述俯仰角调节机构设置在主体支撑框架的左前方，所述俯仰角调节机构连接主体支撑框架与水面支撑系统，所述驱动系统固定在主体支撑框架的内部，所述储能弹簧两端分别连接在驱动系统和水面支撑系统上，当机器人俯仰角最小时，驱动系统的电机正转时，驱动系统通过空间椭圆轨迹机构使驱动腿进行划水运动，驱动系统的电机反转时带动俯仰角调节机构改变机器人的俯仰角度使储能弹簧蓄能，储能弹簧释放能量通过驱动系统动作使驱动腿向斜后方迅速击水，实现机器人水面跳跃运动。