專利名稱：水上漂浮仿生水黽機器人的制作方法
技術領域：
本發明屬于水上機器人，尤其涉及仿生水黽的機器人技術領域。
背景技術：
生物體和機械裝置利用表面張力浮于水面的原理是已知的，如文章(Gao Xuefeng，JiangLei，Biophysics Water repellent legs of water striders，Nature，Vol.432，4Nov.2004，36)指出水黽腿部剛毛的微結構能產生巨大浮力，實現水面站立。科學玩具水上飛(國別中國，公開號CN85204519，
公開日期1987.11.07)實現了依靠水的表面張力將簡單玩具浮于水面的技術。但它與水面接觸部分不是腿狀，無法仿生水面生物。也沒有電動驅動系統，結構簡陋，性能簡單。無法用于相關機器人技術與理論的研究和試驗。
目前的問題是要制造仿生水黽的機器人，腿部只能是絲材(如本發明所用的Φ0.2毫米鋼絲)。而普通絲狀腿部產生的水體表面張力非常有限。另一方面是要實現電動、無纜的水上漂浮機器人，機器人必須自帶能源(如電池)和驅動系統(一般為電機及其減速器)，系統必然具有一定的重量。如何取材和設計制造機器人腿部以產生足夠表面張力，同時優化設計，制造出體積小、重量輕的機器人系統，就是一個需要解決的關鍵問題。
發明內容
本發明的目的在于提出一種體積小、重量輕的仿生水黽機器人，即水上漂浮機器人。
本發明的特征在于，含有機架，中間開有一個長方形的槽；多級驅動的微型齒輪傳動機構，各條齒輪軸分別通過齒輪軸套固定在機架上，且各條齒輪軸和各相應齒輪軸套間有間隙；電機，固定于該機架的一側，且輸出軸與所述齒輪傳動機構中的第一級微型齒輪嚙合；電池，固定于該機架的另一側，向該電機供電；支撐腿，有6-8條，尾部向上翹起，而頭部固定在該機架延長度方向的兩側；驅動腿，有兩條，固定在該機架沿寬度方向兩側，且頭部與所述多級齒輪傳動機構中的第三級齒輪軸的伸出于該機架的兩端相粘接；所述支撐腿和驅動腿與水面接觸部分用金屬絲材彎制成，且兩者位于同一個水平面上。
本發明實現了重量輕、體積小的電動、無纜機器人系統的設計與集成，發明了能仿生水黽的水上漂浮機器人，可用于相關機器人技術與理論研究和試驗。
圖1.支撐腿正視圖；圖2.驅動腿正視圖；圖3.機架正視圖；圖4.減速增扭齒輪傳動系統示意圖a.正視圖，b.俯視5.機器人的側向立體圖；圖6.齒輪軸與軸套連接示意圖a.連接前，b.連接后圖7.機器人的俯視圖。
具體實施例方式
解決了增加絲狀腿部水面表面張力的形狀設計和表面處理技術問題。實現了重量輕、體積小的電動、無纜機器人系統設計與集成。最終發明了能仿生水黽，可用于相關機器人技術與理論研究和試驗的水上漂浮機器人。
本發明的技術方案為1、桐木片做成長方狀本體；2、用不銹鋼絲彎制支撐腿8條和驅動腿2條，用疏水劑對腿部進行表面噴涂和烘干3、本體前后各固定4條支撐腿；4、2.54規格排針作為電源開關，以氧化銀電池帶動一個直流電機；5、固定在本體上的塑料管或銅絲環為齒輪軸套，碳纖維棒為齒輪軸，使用三級齒輪減速；6、兩條驅動腿分別固接在最后一級齒輪軸的兩側；7、齒輪與軸通過緊配合聯結，其他零件之間或零件與本體通過膠合形成固定聯結。
減速增扭機構如圖4所示支撐平臺中央有一槽，三根齒輪軸與固定在平臺上六個軸套形成間隙配合，三個微型齒輪與各自的軸是過盈配合。驅動電機帶動第一級減速齒輪運動，位于離電機最遠處的軸獲得一個相對低速高扭的動力，帶動綁定在這根軸上的驅動腿運動。
如圖五所示，水上漂浮機器人采用三級齒輪減速，圖中碳棒軸的軸套采用直徑合適的塑料管，如電線的外皮等即可。軸套用哥倆好膠水粘在木板底座上。微型電機和電池分別安裝在底座的兩端，以保證機器人在水面上的平衡。第三個齒輪的軸兩端伸出一定距離，用于滑水的驅動腿軸就安裝在這個軸上，用502膠水將驅動腿和齒輪軸站在一起。電機，電線，支撐腿以及電池都用502膠水粘在木板底座上，如圖7所示。支撐腿要有一定的弧度，后端要翹起，以最大程度利用液體表面張力。支撐腿和驅動腿要保證幾乎在同一平面上。木板底座的中間是一個空槽，寬1.0厘米，長2.5厘米。為增加表面張力，可將支撐腿數量增加到6-8條，均勻布置。
操作時，先將機器人輕輕放在水面上，然后接通電源即可。
本發明通過表面張力實現水面站立，與水面接觸部分為絲材腿狀結構，無纜(即自帶能源和驅動系統等，成為獨立的系統)，使用北京首創納米科技有限公司的SS-I型水性納米疏水劑對腿部進行表面處理，電機驅動，三級齒輪減速，驅動腿在水表面劃動產生動力，外形仿生水黽，重量輕(小于3克)，體積小，載重余量大(大于0.5克)，續航時間長(大于10小時)。
權利要求
1.水上漂浮仿生水黽機器人，其特征在于，含有機架，中間開有一個長方形的槽；多級驅動的微型齒輪傳動機構，各條齒輪軸分別通過齒輪軸套固定在機架上，且各條齒輪軸和各相應齒輪軸套間有間隙；電機，固定于該機架的一側，且輸出軸與所述齒輪傳動機構中的第一級微型齒輪嚙合；電池，固定于該機架的另一側，向該電機供電；支撐腿，有6-8條，尾部向上翹起，而頭部固定在該機架延長度方向的兩側；驅動腿，有兩條，固定在該機架沿寬度方向兩側，且頭部與所述多級齒輪傳動機構中的第三級齒輪軸的伸出于該機架的兩端相粘接；所述支撐腿和驅動腿與水面接觸部分用金屬絲材彎制成，且兩者位于同一個水平面上。
2.根據權利要求1所述的水上漂浮仿生水黽機器人，其特征在于所述支撐腿和驅動腿都經過疏水處理。
3.根據權利要求1所述的水上漂浮仿生水黽機器人，其特征在于所述多級驅動的微型齒輪傳動機構是三級齒輪驅動的。
4.根據權利要求1所述的水上漂浮仿生水黽機器人，其特征在于所述三級齒輪傳動機構其總的減速比為166.67∶1。
全文摘要
本發明屬于水上漂浮型機器人技術領域，其特征在于與水面接觸部分為絲材腿狀結構，使用疏水劑對腿部進行表面處理，采用電池作驅動能源的三級齒輪傳動機構帶動驅動腿在水表面劃動產生動力，前后有6－8條支撐腿，外形仿生水黽。本發明具有重量輕，體積小，載重余量大的優點。
文檔編號B63B38/00GK1911730SQ20061011260
公開日2007年2月14日 申請日期2006年8月25日 優先權日2006年8月25日
發明者吳立成, 丁樑, 郭棟, 姚磊, 付海寧 申請人:清華大學