(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号CN203318656U (45)授权公告日2013.12.04 (21)申请号201320419363.X (22)申请日2013.07.16 (73)专利权人韩颖骏 地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区南通 大街145号哈尔滨工程大学船海楼 专利权人孙淑凤 (72)发明人韩颖骏赵小林孙淑凤 (51)1nt.cl. B63B38/00(2006.01) B63H132(2006.01) 权利要求书1页说明书3页附图3页 (54)实用新型名称 仿生水黾机器人 (57)摘要 本实用新型提供的是一种仿生水黾机器人， 该机器人由四条支撑腿、两条左右对称布置的划 水腿、主体框架、舵机部件等部分组成，其特征是： 依靠设计的具有小水线面特点的浮力支撑腿支撑 机器人漂浮于水面，在遇到小波浪时小水线面特 点的浮力支撑腿可减少机器人的运动响应，提高 稳定性：在遇到较大波浪时支撑腿的储备浮体可 提供储备浮力，防止机器人被波浪淹没，提高安全 性。本实用新型的仿生水黾机器人具有较强耐波 性和灵活性，可应用于环境侦测、管道破损检测、 水文监测等。 299915900
CN203318656U 权利要求书 1/1页 1.一种仿生水黾机器人，由四条结构相同的支撑腿、两条左右对称布置的划水腿、主体 框架、舵机部件组成：支撑腿包括潜体、细长流线型支柱、储备浮体和柔性连接板：柔性连 接板一端与主体框架固定连接，一端与储备浮体固定连接：细长流线型支柱上端与储备浮 体固定连接，下端与潜体连接：其特征是：潜体前端为圆柱形，后端为圆锥形，材料为小于 水的密度的非亲水性材料；柔性连接板一端与储备浮体的上表面中心位置相粘接：划水腿 包括第一段划水腿和第二段划水腿；主体框架为一矩形薄板，其上左右对称有两个矩形槽， 用于安放舵机，其前端布置门形支架，门形支架上安装摄像头，主体框架下表面的四个端部 与柔性连接板的另一端粘接：舵机部件包括划水舵机、抬腿舵机和舵机盘、舵机盘，划水舵 机粘接在主体框架的矩形槽内，舵机盘与划水舵机用螺栓连接固定，舵机盘与第一段划水 腿的一端粘接，拾腿舵机粘接固定在第一段划水腿的矩形槽内，舵机盘与抬腿舵机用螺栓 连接固定，舵机盘与第二段划水腿的一端粘接固定。 2
CN203318656U 说明书 1/3页 仿生水黾机器人 技术领域 [0001]本发明涉及的是一种水上机器人结构，具体地说是一种可用于环境侦测、管道破 损检测、水文监测等的有较强耐波性的仿生水黾机器人。 背景技术 [0002]水黾生物是依靠水的表面张力支撑自身浮在水面，并依靠划水腿在水面轻快迅速 的滑行。国内外学者对仿生水黾机器人进行了相关研究，卡内基梅隆大学、麻省理工大学和 清华大学等都研制出基于水表面张力原理仿生水黾机器人。如2007年2月14日公开的清 华大学申请的专利，公开号为CN1911730A,公开了一种水上漂浮仿生水黾机器人，其采用涂 有疏水剂的金属丝作为腿部结构，采用电池作为驱动能源的三级齿轮驱动机构。其虽然体 积小、重量轻，但是承载能力差，无法携带负载完成工作任务。依靠水的浮力支撑机器人漂 浮于水面的仿生水黾机器人也有人做了相关研究，如2012年7月11日公开的河北工业大 学申请的专利，公开号为CN102556318A,公开了一种仿生水黾机器人，主要包括机架、对称 安装在机架上的前后四条支撑腿和中间左右两条划水腿、舵机组件和控制电路，其承载能 力有所提高，但在波浪中的稳定性较差。 发明内容 [0003]本发明的目的在于提供一种仿生水黾机器人，该机器人模仿水黾生物的身体结 构以及运动机理，依靠浮力支撑身体结构，有较强耐波性和承载能力。可用于环境侦测、管 道破损检测、水文监测等。 [0004] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案： [0005] 本设计的仿生水黾机器人包括四条支撑腿、两条左右对称布置的划水腿、主体框 架、舵机部件。 [0006]所述支撑腿包括支撑浮体和柔性连接板。支撑浮体前后左右对称分布在主体框 架周围，其下体为前端呈圆柱形，后端呈圆锥形的潜体，中间体为细长流线型支柱，上体为 横断面形状呈具有垂直高度的楔形形状的储备浮体：柔性连接板一端与支撑浮体的上体粘 接，另一端与主体框架粘接。当支撑腿受到一定冲击力后，柔性连接件可产生一定挠度起到 缓冲作用。 [0007]所述划水腿包括第一段划水腿和第二段划水腿，第一段划水腿为矩形板，一端通 过连接主体框架上的划水舵机实现前后转动，另一端的矩形槽内安装有抬腿舵机，控制第 二段划水腿的入水与出水。第二段划水腿为带有一定折角的矩形板，矩形板未端加宽，且具 有一定柔性，能提高划水效率。 [0008]所述主体框架为一矩形板，其上左右两侧中间部位附近开有矩形槽，安装划水舵 机，矩形板四个端部安装支撑腿的柔性连接板。主体框架前端可安装一门形支架用于安装 摄像头。 [O009]所述舵机部件包括抬腿舵机、划水舵机和舵机盘。抬腿舵机安装在主体框架的矩
CN203318656U 说明书 2/3页 形槽内，其上安装舵机盘，舵机盘与第一段划水腿的一端粘接：划水舵机安装在第一段划水 腿的另一端矩形槽内，其上的舵机盘与第二段划水腿的一端粘接，控制第二段划水腿的入 水与出水。 [0010]本设计的仿生水黾机器人其总长度与伸展宽度比在0.8-1.6之间，使其横向和纵 向平衡稳定性较好。 附图说明 [0011]图1为仿生水黾机器人轴侧图。 [0012] 图2为仿生水黾机器人前视图。 [0013] 图3为仿生水黾机器人侧视图。 [0014] 图4为仿生水黾机器人俯视图。 [0015] 图5仿生水黾机器人划水腿局部视图(1)。 [0016] 图6仿生水黾机器人划水腿局部视图(2)。 具体实施方式 [0017] 下面结合附图举例对本发明做更详细地描述： [0018] 结合图1至6，仿生水黾机器人由四条结构相同的支撑腿1、两条左右对称布置的 划水腿2、主体框架3、舵机部件4组成。支撑腿1包括潜体5、细长流线型支柱6、储备浮体 7和柔性连接板8。柔性连接板8一端与主体框架3固定连接，一端与储备浮体7固定连接， 细长流线型支柱6上端与储备浮体7固定连接，下端与潜体5连接。 [0019]潜体5前端为圆柱形，后端为圆锥形，材料为小于水的密度的非亲水性材料。柔性 连接板8一端与储备浮体7的上表面中心位置相粘接。 [0020] 划水腿2包括第一段划水腿9和第二段划水腿10。 [0021] 主体框架3为一矩形薄板，其上左右对称有两个矩形槽，用于安放舵机：其前端布 置门形支架11，门形支架11上安装摄像头12。主体框架3下表面的四个端部与柔性连接 板8的另一端粘接。 [0022]舵机部件4包括划水舵机13、抬腿舵机14和舵机盘15、舵机盘16。划水舵机粘接 在主体框架3的矩形槽内，舵机盘15与划水舵机13用螺栓连接固定，舵机盘15与第一段 划水腿9的一端粘接：抬腿舵机14粘接固定在第一段划水腿9的矩形槽内，舵机盘16与抬 腿舵机14用螺栓连接固定，舵机盘16与第二段划水腿10的一端粘接固定。 [0023]当仿生水黾机器人在水面航行时，潜体5在水面以下提供浮力支撑，水面高度在 细长流线型支柱6上，这种小水线面结构能减小仿生水黾机器人随波浪的运动响应，使其 能在波动的水面上平稳航行，提高稳定性和耐波性。当出现较大波浪，水面迅速上升时，储 备浮体7可提供储备浮力，水面将储备浮体7向上托起，使仿生水黾机器人能够浮在波浪上 面，防止被波浪淹没。此时，柔性连接板8能够产生一定弯曲挠度起到缓冲减震作用。潜体 5为密度小于水的浮性材料，为进一步减小自身重量也可以是空心结构。储备浮体7为密度 小于水的浮性材料，为实心结构。 [0024]仿生水黾机器人依靠划水腿2和舵机组件4的配合实现在水面上运动。划水舵机 13控制第一段划水腿9前后划动，抬腿舵机14控制第二段划水腿10上下划动。当仿生水
CN203318656U 说明书 3/3页 黾机器人向前运动时，抬腿舵机14控制第二段划水腿10向下转动使第二段划水腿10入 水，然后划水舵机13控制第一段划水腿9转动到行程末端，即仿生水黾机器人尾部，之后抬 腿舵机14控制第二段划水腿10向上转动使第二段划水腿10抬出水面，最后划水舵机13 控制第一段划水腿9回到行程前端，即仿生水黾机器人前部，这样就完成了一组划水动作， 可概括为“落腿一划水一提腿-回程”。反复这一组划水动作即可实现仿生水黾机器人持续 向前运动。改变划水舵机14的行程角度或划水速度即可改变仿生水黾机器人运动速度和 运动方向。通过差速也可以使仿生水黾机器人原地回转，具有很强的灵活性，适合在狭窄的 空间作业
CN203318656U 说明书附图 1/3页 9 3 11 10 13 14 图1 9 12 11 14 10 图2 6
CN203318656U 说明书附图 2/3页 12 8 13 10 图3 8 13 0 图4
CN203318656U 说明书附图 3/3页 4 16 10 图5 1513 五 图6