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申请/专利权人：郑州大学

摘要：一种仿水黾水面跳跃移动机器人，包括用于驱动该机器人实现跳跃动作的跳跃装置和用于驱动该机器人水平移动的滑行装置，跳跃装置通过电磁铁的磁力作用，可以使弹簧被装置撑开，进而积蓄能量，随后随着磁力小时，弹簧储存的能量得到释放，拉动两侧仿生水黾的腿部，使两侧腿部向内挤压，从而形成向上的推力，使仿生水黾机器人完成跳跃动作，滑行装置通过主动齿轮、从动齿轮以及偏心齿轮组成齿轮传动机构，第一驱动杆、第二驱动杆分别与偏心齿轮和齿轮架连接构成四杆传动机构，通过齿轮传动机构和四杆传动机构合成实现一类椭圆轨迹进而可以推动机器人前进，完成滑行动作，从而实现了跳跃和滑行的同时模拟。

主权项：1.一种仿水黾水面跳跃移动机器人，包括用于驱动该机器人实现跳跃动作的跳跃装置，所述的跳跃装置包括跳跃架、弹簧和电磁铁，弹簧的两端均安装在跳跃架上，跳跃架的两端上均连接有疏水铜管，疏水铜管远离跳跃架的一端支撑在水面上，电磁铁设置在弹簧正下方，通过弹簧通电带磁后被电磁铁吸附拉动跳跃架带动疏水铜管展开，通过弹簧断磁后再弹性作用力下复位，弹簧拉动跳跃架向内合并，跳跃架合并过程中带动位于跳跃架两侧的疏水铜管挤压水面获得向上的冲力，从而实现跳跃动作，其特征在于：所述的跳跃装置上通过连接装置连接有用于驱动该机器人水平移动的滑行装置，所述的滑行装置包括底座，底座上方设置有一对对称分布的齿轮架，齿轮架转动安装在底座上，齿轮架顶部上安装有驱动电机，驱动电机的输出端上安装有主动齿轮，齿轮架靠近底座的一侧竖直向下延伸有从动轮轴和偏心轮轴，从动轮轴上转动安装有从动齿轮，偏心轮轴上转动安装有偏心齿轮且偏心轮轴和偏心齿轮中心线重合，主动齿轮和从动齿轮啮合，从动齿轮和偏心齿轮啮合，通过主动齿轮驱动偏心齿轮转动，偏心齿轮靠近底座的一端端面上设置有一圈高度逐渐变化的圆环形凸起，圆环形凸起围绕的空间内的偏心齿轮端面上竖直向下延伸有偏心轴，偏心轴的中心线与偏心齿轮中心线相互平行且不重合，底座顶部向上延伸有一个竖直设置的支撑杆，支撑杆的远离底座的一端顶压在圆环形凸起上，在偏心齿轮转动过程中通过支撑杆和圆环形凸起配合推动齿轮架在底座上的往复转动实现齿轮架的上下运动，偏心齿轮的偏心轴上转动安装有第一驱动杆，从动轮轴远离齿轮架的一端贯穿从动齿轮且该端端部转动安装有第二驱动杆，第一驱动杆远离偏心轴的一端转动安装在第二驱动杆，第二驱动杆远离从动轮轴的一端上安装有疏水铜管，通过偏心轴带动第一驱动杆在水平方向上偏心转动拉动第二驱动杆在水平方向前后拨动实现齿轮架的水平移动，通过齿轮架的上下运动和齿轮架的水平移动相互结合带动第二驱动杆上连接的疏水铜管支撑在水面的一端实现椭圆形轨迹运动从而实现机器人的滑行；所述的连接装置采用橡胶带；所述的齿轮架底部上设置有用于穿设转动轴的轴孔，底座上设置有用于安装转动轴的安装孔，轴孔内穿设有转动轴，转动轴的两端转动安装在安装孔内实现齿轮架转动安装在底座上。

全文数据：一种仿水黾水面跳跃移动机器人技术领域本发明涉及一种水上驱动用的模拟装置，尤其是涉及一种仿水黾水面跳跃移动机器人。背景技术目前根据仿生学设计出一种更为优越的水上驱动方式已成为一个重要的研究方向。水黾具有优秀的划水能力和水面跳跃能力发明一种仿水黾水面跳跃机器人，它既可以模仿水黾划水前进的动作，又可以利用水面张力做到在水面起跳。解决现有仿生水黾机器人只会模仿水黾前进而不能实现利用水面张力跳跃，或者只能利用水面张力起跳而不能实现前进的问题。美国卡内基梅隆大学的教授通过压电制动器实现水黾机器人的运动，美国麻省理工学院的教授研究依靠弹性变形驱动前进的水黾机器人，哈尔滨工业大学的学生研究用微型直流电机做驱动的仿黾水面跳跃机器人。但是现有的方法还存在诸多问题，例如利用超疏水材料漂浮的水黾机器人前进速度慢而且没有跳跃功能，有跳跃功能的水黾机器人不能模仿划水的动作。但是存在一个普遍的问题就是无法同时实现水黾机器人能够同时模拟跳跃功能和划水动作。发明内容本发明的目的是为解决上传统的水黾机器人无法同时实现模拟跳跃功能和划水动作的问题，提供一种仿水黾水面跳跃移动机器人。本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种仿水黾水面跳跃移动机器人，包括用于驱动该机器人实现跳跃动作的跳跃装置，所述的跳跃装置包括跳跃架、弹簧和电磁铁，弹簧的两端均安装在跳跃架上，跳跃架的两端上均连接有疏水铜管，疏水铜管远离跳跃架的一端支撑在水面上，电磁铁设置在弹簧正下方，通过弹簧通电带磁后被电磁铁吸附拉动跳跃架带动疏水铜管展开，通过弹簧断磁后再弹性作用力下复位，弹簧拉动跳跃架向内合并，跳跃架合并过程中带动位于跳跃架两侧的疏水铜管挤压水面获得向上的冲力，从而实现跳跃动作，所述的跳跃装置上通过连接装置连接有用于驱动该机器人水平移动的滑行装置，所述的滑行装置包括底座，底座上方设置有一对对称分布的齿轮架，齿轮架转动安装在底座上，齿轮架顶部上安装有驱动电机，驱动电机的输出端上安装有主动齿轮，齿轮架靠近底座的一侧竖直向下延伸有从动轮轴和偏心轮轴，从动轮轴上转动安装有从动齿轮，偏心轮轴上转动安装有偏心齿轮且偏心轮轴和偏心齿轮中心线重合，主动齿轮和从动齿轮啮合，从动齿轮和偏心齿轮啮合，通过主动齿轮驱动偏心齿轮转动，偏心齿轮靠近底座的一端端面上设置有一圈高度逐渐变化的圆环形凸起，圆环形凸起围绕的空间内的偏心齿轮端面上竖直向下延伸有偏心轴，偏心轴的中心线与偏心齿轮中心线相互平行且不重合，底座顶部向上延伸有一个竖直设置的支撑杆，支撑杆的远离底座的一端顶压在圆环形凸起上，在偏心齿轮转动过程中通过支撑杆和圆环形凸起配合推动齿轮架在底座上的往复转动实现齿轮架的上下运动，偏心齿轮的偏心轴上转动安装有第一驱动杆，从动轮轴远离齿轮架的一端贯穿从动齿轮且该端端部转动安装有第二驱动杆，第一驱动杆远离偏心轴的一端转动安装在第二驱动杆，第二驱动杆远离从动轮轴的一端上安装有疏水铜管，通过偏心轴带动第一驱动杆在水平方向上偏心转动拉动第二驱动杆在水平方向前后拨动实现齿轮架的水平移动，通过齿轮架的上下运动和齿轮架的水平移动相互结合带动第二驱动杆上连接的疏水铜管支撑在水面的一端实现椭圆形轨迹运动从而实现机器人的滑行。所述的连接装置采用橡胶带。所述的齿轮架底部上设置有用于穿设转动轴的轴孔，底座上设置有用于安装转动轴的安装孔，轴孔内穿设有转动轴，转动轴的两端转动安装在安装孔内实现齿轮架转动安装在底座上。所述的第一驱动杆的靠近偏心轴的一端向外凸起有第一连接轴，偏心轴上挖设有连接孔，第一连接轴转动安装在连接孔内，第一驱动杆靠近第二驱动杆的一端上向外凸起有第二连接轴，第一连接轴和第二连接轴位于第一连接杆的两侧，第二连接杆靠近第一连接杆的一端上开设有用于安装第二连接轴的第一轴孔，第二连接杆靠近从动轮轴的一端上开设有用于将第二连接杆安装在从动轮轴上的第二轴孔。本发明的有益效果是：本申请通过电磁铁的磁力作用，可以使弹簧被装置撑开，进而积蓄能量，随后随着磁力小时，弹簧储存的能量得到释放，拉动两侧仿生水黾的腿部，使两侧腿部向内挤压，从而形成向上的推力，使仿生水黾机器人完成跳跃动作，从而实现跳跃动作的模拟，主动齿轮、从动齿轮以及偏心齿轮组成齿轮传动机构，第一驱动杆、第二驱动杆分别与偏心齿轮和齿轮架连接构成四杆传动机构，从而实现装置的前后运动。第二驱动杆与第一驱动杆配合，偏心齿轮底部与底座顶部向上延伸有一个竖直设置的支撑杆圆顶相切，从而使偏心齿轮转动时可实现装置的上下运动。通过前后运动和上下运动的合成可在前肢处实现一类椭圆轨迹进而可以推动机器人前进，完成滑行动作。附图说明图1为本发明的结构示意图。图2为本发明中偏心齿轮的结构示意图。图3为本发明中齿轮架的结构示意图。图4为本发明中底座的结构示意图。图5为本发明中跳跃架的结构示意图。图6为本发明中第一驱动杆的结构示意图。图7为本发明中第二驱动杆的结构示意图。图8为本发明中齿轮配合状态下的结构示意图。图示标记：1、跳跃架；2、弹簧；3、偏心齿轮；301、偏心轴；302、连接孔；303、圆环形凸起；304、偏心轮轴孔；4、主动齿轮；5、从动齿轮；6、疏水铜管；7、第一驱动杆；701、第一连接轴；702、第二连接轴；8、第二驱动杆；801、第一轴孔；802、第二轴孔；9、底座；901、安装孔；902、支撑杆；10、驱动电机；11、齿轮架；1101、从动轮轴；1102、偏心轮轴；1103、轴孔；12、连接装置。具体实施方式图中所示，具体实施方式如下：一种仿水黾水面跳跃移动机器人，包括用于驱动该机器人实现跳跃动作的跳跃装置，跳跃装置采用传统跳跃装置即可，所述的跳跃装置包括跳跃架1、弹簧2和电磁铁，弹簧2的两端均安装在跳跃架1上，跳跃架1的两端上均连接有疏水铜管6，疏水铜管6远离跳跃架1的一端支撑在水面上，电磁铁设置在弹簧2正下方，通过弹簧2通电带磁后被电磁铁吸附拉动跳跃架带动疏水铜管6展开，通过弹簧断磁后再弹性作用力下复位，弹簧拉动跳跃架向内合并，跳跃架合并过程中带动位于跳跃架两侧的疏水铜管挤压水面获得向上的冲力，从而实现跳跃动作，通常是在水面安放一电磁铁，弹簧2为铁质弹簧，通电时弹簧2被磁化，从而被电磁铁吸附，同时两侧的疏水铜管6向两侧张开，带动跳跃架1在水平方向扩张，从而使弹簧2被拉伸储存弹性势能，当电磁铁断电时，磁力消失，弹簧2收缩，从而拉动跳跃架1向内合并，跳跃架1带动两侧疏水铜管6挤压水面获得向上的冲力，从而完成在水面起跳的动作，这就是跳跃装置的部分，此为本领域的常规技术选择。所述的跳跃装置上通过橡胶带连接有用于驱动该机器人水平移动的滑行装置，所述的滑行装置包括底座9，底座9上方设置有一对对称分布的齿轮架11，齿轮架11转动安装在底座9上，所述的齿轮架11底部上设置有用于穿设转动轴的轴孔1103，底座9上设置有用于安装转动轴的安装孔901，轴孔1103内穿设有转动轴，转动轴的两端转动安装在安装孔内实现齿轮架转动安装在底座9上。通常转动轴采用的是销轴，齿轮架11顶部上安装有驱动电机10，驱动电机10的输出端上安装有主动齿轮4，齿轮架11靠近底座的一侧竖直向下延伸有从动轮轴1101和偏心轮轴1102，从动轮轴1101上转动安装有从动齿轮5，偏心轮轴1102上转动安装有偏心齿轮3且偏心轮轴1102和偏心齿轮3中心线重合，偏心齿轮3的中心线位置开设有偏心轮轴孔304以便于将偏心齿轮3安装在偏心轮轴1102上，主动齿轮4和从动齿轮5啮合，从动齿轮5和偏心齿轮3啮合，通过主动齿轮4驱动偏心齿轮3转动，偏心齿轮3靠近底座9的一端端面上设置有一圈高度逐渐变化的圆环形凸起303，圆环形凸起303围绕的空间内的偏心齿轮端面上竖直向下延伸有偏心轴301，偏心轴301的中心线与偏心齿轮3中心线相互平行且不重合，底座9顶部向上延伸有一个竖直设置的支撑杆902，支撑杆902的远离底座9的一端顶压在圆环形凸起303上，在偏心齿轮3转动过程中通过支撑杆902和圆环形凸起303配合推动齿轮架11在底座9上的转动实现齿轮架11的上下运动，偏心齿轮3的偏心轴301上转动安装有第一驱动杆7，从动轮轴1101远离齿轮架11的一端贯穿从动齿轮5且该端端部转动安装有第二驱动杆8，第一驱动杆7远离偏心轴301的一端转动安装在第二驱动杆8，第二驱动杆8远离从动轮轴1101的一端上安装有疏水铜管6，通过偏心轴301带动第一驱动杆7在水平方向上偏心转动拉动第二驱动杆8在水平方向前后拨动实现齿轮架11的水平移动，通过齿轮架11的上下运动和齿轮架11的水平移动相互结合带动第二驱动杆上连接的疏水铜管6支撑在水面的一端实现椭圆形轨迹运动从而实现机器人的滑行。所述的第一驱动杆7的靠近偏心轴的一端向外凸起有第一连接轴701，偏心轴301上挖设有连接孔302，第一连接轴701转动安装在连接孔302内，第一驱动杆7靠近第二驱动杆8的一端上向外凸起有第二连接轴702，第一连接轴701和第二连接轴702位于第一连接杆7的两侧，第二连接杆8靠近第一连接杆7的一端上开设有用于安装第二连接轴的第一轴孔801，第二连接杆8靠近从动轮轴的一端上开设有用于将第二连接杆安装在从动轮轴上的第二轴孔802。运动原理：驱动电机10转动主动齿轮4转动，通过齿轮机构传动，从而可使从动齿轮5与偏心齿轮3转动，偏心齿轮3底部突出部分与底座）端部的圆顶支撑杆902相切，当偏心齿轮3转动时，偏心齿轮3底部的变高度圆环形凸起也随之转动，因此偏心齿轮3被圆顶支撑杆902时而顶起时而落下，可以使齿轮支架11绕水平轴转动，齿轮机构也获得一个近似上下的运动。第一驱动杆7与偏心齿轮3中心轴不同轴，第二驱动杆8与从动齿轮5同轴，两者端部铰接组成四杆机构，从而在齿轮机构转动时，可以带动四杆机构运动，从而实现第二驱动杆8的前后摆动。当齿轮机构与四杆机构同时运动时，装置的上下运动与前后摆动相合成就会在第二驱动杆8端部实现一椭圆形轨迹从而达到模仿水黾划水前进的动作，这就是滑行装置的部分。在水面安放一电磁铁，弹簧2为铁质弹簧，通电时弹簧2被磁化，从而被电磁铁吸附，同时两侧的疏水铜管6向两侧张开，带动跳跃架1在水平方向扩张，从而使弹簧2被拉伸储存弹性势能，当电磁铁断电时，磁力消失，弹簧2收缩，从而拉动跳跃架1向内合并，跳跃架1带动两侧疏水铜管6挤压水面获得向上的冲力，从而完成在水面起跳的动作，这就是跳跃装置的部分。本发明所列举的技术方案和实施方式并非是限制，与本发明所列举的技术方案和实施方式等同或者效果相同方案都在本发明所保护的范围内。

权利要求：1.一种仿水黾水面跳跃移动机器人，包括用于驱动该机器人实现跳跃动作的跳跃装置，所述的跳跃装置包括跳跃架、弹簧和电磁铁，弹簧的两端均安装在跳跃架上，跳跃架的两端上均连接有疏水铜管，疏水铜管远离跳跃架的一端支撑在水面上，电磁铁设置在弹簧正下方，通过弹簧通电带磁后被电磁铁吸附拉动跳跃架带动疏水铜管展开，通过弹簧断磁后再弹性作用力下复位，弹簧拉动跳跃架向内合并，跳跃架合并过程中带动位于跳跃架两侧的疏水铜管挤压水面获得向上的冲力，从而实现跳跃动作，其特征在于：所述的跳跃装置上通过连接装置连接有用于驱动该机器人水平移动的滑行装置，所述的滑行装置包括底座，底座上方设置有一对对称分布的齿轮架，齿轮架转动安装在底座上，齿轮架顶部上安装有驱动电机，驱动电机的输出端上安装有主动齿轮，齿轮架靠近底座的一侧竖直向下延伸有从动轮轴和偏心轮轴，从动轮轴上转动安装有从动齿轮，偏心轮轴上转动安装有偏心齿轮且偏心轮轴和偏心齿轮中心线重合，主动齿轮和从动齿轮啮合，从动齿轮和偏心齿轮啮合，通过主动齿轮驱动偏心齿轮转动，偏心齿轮靠近底座的一端端面上设置有一圈高度逐渐变化的圆环形凸起，圆环形凸起围绕的空间内的偏心齿轮端面上竖直向下延伸有偏心轴，偏心轴的中心线与偏心齿轮中心线相互平行且不重合，底座顶部向上延伸有一个竖直设置的支撑杆，支撑杆的远离底座的一端顶压在圆环形凸起上，在偏心齿轮转动过程中通过支撑杆和圆环形凸起配合推动齿轮架在底座上的往复转动实现齿轮架的上下运动，偏心齿轮的偏心轴上转动安装有第一驱动杆，从动轮轴远离齿轮架的一端贯穿从动齿轮且该端端部转动安装有第二驱动杆，第一驱动杆远离偏心轴的一端转动安装在第二驱动杆，第二驱动杆远离从动轮轴的一端上安装有疏水铜管，通过偏心轴带动第一驱动杆在水平方向上偏心转动拉动第二驱动杆在水平方向前后拨动实现齿轮架的水平移动，通过齿轮架的上下运动和齿轮架的水平移动相互结合带动第二驱动杆上连接的疏水铜管支撑在水面的一端实现椭圆形轨迹运动从而实现机器人的滑行。2.根据权利要求1所述的一种仿水黾水面跳跃移动机器人，其特征在于：所述的连接装置采用橡胶带。3.根据权利要求1所述的一种仿水黾水面跳跃移动机器人，其特征在于：所述的齿轮架底部上设置有用于穿设转动轴的轴孔，底座上设置有用于安装转动轴的安装孔，轴孔内穿设有转动轴，转动轴的两端转动安装在安装孔内实现齿轮架转动安装在底座上。4.根据权利要求1所述的一种仿水黾水面跳跃移动机器人，其特征在于：所述的第一驱动杆的靠近偏心轴的一端向外凸起有第一连接轴，偏心轴上挖设有连接孔，第一连接轴转动安装在连接孔内，第一驱动杆靠近第二驱动杆的一端上向外凸起有第二连接轴，第一连接轴和第二连接轴位于第一连接杆的两侧，第二连接杆靠近第一连接杆的一端上开设有用于安装第二连接轴的第一轴孔，第二连接杆靠近从动轮轴的一端上开设有用于将第二连接杆安装在从动轮轴上的第二轴孔。

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