[发明专利]一种水面跳跃机器人

说明书

本发明提供了一种水面跳跃机器人，属于仿生机器人领域。水面跳跃机器人包括主体支撑框架、水面支撑系统、传动系统、储能系统和驱动系统，主体支撑框架位于机器人中部，储能系统位于机器人最上部，驱动系统对称分布在机器人左右两侧，水面支撑系统位于机器人最下部，传动系统安装在水面支撑系统的内部，机器人通过水面支撑系统实现水面稳定漂浮，传动系统带动储能系统对弹簧进行储能和释放，提供跳跃所需的能量，带动驱动系统运动实现水面跳跃运动。本发明的机器人主体采用高精度3D打印技术制造，使用弹簧作为储能原件，具有质量轻、跳跃性能优异的特点；本发明的水面跳跃机器人跳跃性能优异、运动姿态稳定。

技术领域

本发明属于仿生机器人领域，尤其是涉及一种水面跳跃机器人。

背景技术

近几年，随着仿生学、新材料、微加工制造技术和微电子技术的发展，水面仿生跳跃机器人因隐蔽性高、适应性广、成本低以及工作覆盖范围广等特点越来越受到人们的关注。水面跳跃机器人模仿一些常见的水生昆虫，比如水黾，水蜘蛛等，通常依靠机器人自身部位拍打水面获取驱动力实现水面跳跃，具有一定的避障能力，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、秘密监测、水质检查和水面搜寻等工作。具有辽阔的应用前景和重要的研究意义。

相比于陆地跳跃，水面跳跃机器人与水面之间的作用力模型更为复杂，为高度非线性系统，且水面支撑不同于地面刚性支撑方式，不能为机器人跳跃提供强大的瞬时突变支撑力，否则会溅起很多水花，甚至发生倾覆。机器人的质量、水面支撑系统的布局、弹跳机构储能大小、释放效率等因素都会影响机器人水面跳跃高度。水面跳跃机器人面临着更细致的质心配置的问题，保证机器人能平稳漂浮在水面，跳跃过程中的空中姿态不会发生翻转，并稳定地落回水面。

研究文献发现，目前的仿水黾跳跃运动机器人主要为表面张力跳跃与水压力跳跃两种。表面张力跳跃机器人受到尺度约束，其自身重量需控制在1g以下，对能源、驱动机构、支撑结构等提出严苛要求，短期内难以实现功能化应用。与之相比，水压力主导的水面跳跃机器人研究侧重于在划水动作上模仿水黾，机器人质量在十克以上，依靠浮力作为水面支撑力，以驱动腿快速击水所产生的水压力作为水面运动的驱动力，具有一定的水面负载能够力。

综上，现有的跳跃运动机器人存在实现困难、难以实现功能化应用、不能连续跳跃等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种水面跳跃机器人，解决现有的跳跃运动机器人存在实现困难、难以实现功能化应用、不能连续跳跃等问题。机器人主体采用高精度3D打印技术制造，使用弹簧作为储能原件，具有质量轻、跳跃性能优异的特点。本发明为跳跃性能优异、运动姿态稳定的水面跳跃机器人。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种水面跳跃机器人，包括主体支撑框架、水面支撑系统、传动系统、储能系统和驱动系统，所述的主体支撑框架位于机器人中部，主体支撑框架的上部设有导轨和若干定位安装孔，下部对称分布铰链座，所述的储能系统位于机器人最上部，安装在主体支撑框架上部的滑轨和定位安装孔上，储能系统的前端也分布定位安装孔，所述驱动系统对称分布在机器人左右两侧，安装布置在主体支撑框架和储能系统前端的定位安装孔处，所述水面支撑系统位于机器人最下部，安装在主体支撑框架下部中间位置的铰链座上，所述传动系统安装在水面支撑系统的内部；

机器人通过水面支撑系统实现水面稳定漂浮，传动系统带动储能系统进行储能和释放，提供跳跃所需的能量，带动驱动系统运动实现水面跳跃运动。

进一步的，所述水面支撑系统包括两个泡沫球腿、四个固定架、支撑底座、四个碳杆和矩形腿，四个所述固定架与支撑底座的四个拐角处分别通过一碳杆相连，位于前侧的两个固定架分别与一个泡沫球腿连接，位于后侧的两个固定架共同连接矩形腿。