專(zhuān)利名稱(chēng)：仿烏賊飛行機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及到了仿烏賊飛行機(jī)器人。
背景技術(shù)：
機(jī)器人技術(shù)作為計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制理論、人工智能以及傳感技術(shù)相融合產(chǎn)生的新的技術(shù)學(xué)科在20世紀(jì)末有了迅猛的發(fā)展。人類(lèi)制作的機(jī)器人已經(jīng)從單純的工業(yè)應(yīng)用向戰(zhàn)場(chǎng)偵察、災(zāi)難救援和家庭服務(wù)等更多元的應(yīng)用方向發(fā)展。機(jī)器人本身就是人類(lèi)為了模仿自然界的生物，用機(jī)電一體化技術(shù)開(kāi)發(fā)出的為人類(lèi)的工具，因而對(duì)生物體外形和功能的仿生一直是機(jī)器人領(lǐng)域的核心追求。當(dāng)今機(jī)器人的工作環(huán)境早已從地面向空中和水下擴(kuò)展，一大批空中和水下機(jī)器人紛紛涌現(xiàn)。如美國(guó)海軍研究所研制的龍蝦機(jī)器人和德國(guó)費(fèi)斯托公司研究的仿海鷗飛行機(jī)器人。這些機(jī)器人都將生物優(yōu)異的運(yùn)動(dòng)特性成功的用機(jī)器人的形式展現(xiàn)出來(lái)了。但是通過(guò)對(duì)水中生物仿生的而制成的機(jī)器人不一定要在應(yīng)用于水中，因?yàn)樗械臋C(jī)器人對(duì)本身密封的要求比較高。換個(gè)角度想想其實(shí)我們生活的環(huán)境就是一個(gè)空氣的海洋，況且火箭和噴氣式飛機(jī)已經(jīng)證明了反沖現(xiàn)象在空氣中能實(shí)現(xiàn)和水中一樣的效果。這一點(diǎn)，費(fèi)斯托公司給了我們很好的啟示。費(fèi)斯托公司分別研制了能在空中懸浮的仿生企鵝機(jī)器人和仿生水母機(jī)器人。這兩款機(jī)器人都是利用充滿(mǎn)氦氣的氣球?qū)⒈倔w抬升至空中，然后利用自身所攜帶的其它動(dòng)力元件提供驅(qū)動(dòng)力再空中運(yùn)動(dòng)。尤其是仿生企鵝機(jī)器人有著非常優(yōu)異的運(yùn)動(dòng)性能，所以我所設(shè)計(jì)的仿烏賊飛行機(jī)器人將采用類(lèi)似的結(jié)構(gòu)形式，即用充滿(mǎn)氦氣的氣球讓整個(gè)機(jī)體浮于空中，然后利用動(dòng)力元件和機(jī)械結(jié)構(gòu)的傳遞來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在空中的運(yùn)動(dòng)。目前在國(guó)內(nèi)還未見(jiàn)有與仿生烏賊飛行機(jī)器人相關(guān)的專(zhuān)利。而論文上所報(bào)道的仿烏賊的機(jī)器人均為水下機(jī)器人，沒(méi)有任何論文將烏賊的運(yùn)動(dòng)特性和空中機(jī)器人向結(jié)合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的內(nèi)容在于提供一種仿烏賊飛行機(jī)器人。該機(jī)器人由氣筒提供浮力浮于空中。具有微波推動(dòng)和快速突進(jìn)兩種運(yùn)動(dòng)方式。微波推動(dòng)是靠鰭傳動(dòng)裝置提供動(dòng)力，而快速突進(jìn)的運(yùn)動(dòng)方式則是靠氣體噴射裝置提供高速氣體來(lái)提供動(dòng)力。在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，機(jī)器人可以根據(jù)任務(wù)內(nèi)容在兩種運(yùn)動(dòng)方式之間進(jìn)行靈活的選擇，能夠執(zhí)行偵察、災(zāi)難搜救和攻擊目標(biāo)指引等任務(wù)。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，一種仿烏賊飛行機(jī)器人由氣筒、氣體噴射裝置、鰭傳動(dòng)裝置和機(jī)架構(gòu)成。其特征在于氣筒整體采用PVC材料，為了加工方便氣筒主體可直接設(shè)計(jì)成橢球狀。為了產(chǎn)生足夠的浮力使得機(jī)器人懸浮在空中，并提高整個(gè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，將兩個(gè)汽艇左右對(duì)稱(chēng)布置在機(jī)器人的兩側(cè)，氣筒內(nèi)部裝有氫氣等小密度氣體與機(jī)器人主體上伸出的支架相連。氣筒位于機(jī)器人主體與鰭傳動(dòng)裝置之間，這樣在保證機(jī)器人各部分相互不干涉的情況下，最大限度的增大了汽艇的體積，從而為機(jī)器人提供足夠的浮力。微波推進(jìn)是仿烏賊飛行機(jī)器人的主要運(yùn)動(dòng)方式，因而鰭傳動(dòng)裝置是仿烏賊飛行機(jī)器人的重要組成部分。其特征在于裝置由直流電機(jī)、I號(hào)齒輪、2號(hào)齒輪、驅(qū)動(dòng)齒輪對(duì)、直連桿、曲連桿、鰭膜等組成。直流電動(dòng)機(jī)與I號(hào)齒輪相連，為傳動(dòng)裝置提供動(dòng)力。I號(hào)齒輪和2號(hào)齒輪外哨合，將運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步傳給2號(hào)齒輪.2號(hào)齒輪和驅(qū)動(dòng)齒輪對(duì)的一個(gè)齒輪共軸，因而二者具有相同的角速度。驅(qū)動(dòng)齒輪對(duì)的兩個(gè)齒輪外嚙合，齒數(shù)相同，因而其傳動(dòng)比為I : I。驅(qū)動(dòng)齒輪對(duì)的每個(gè)齒輪邊緣處有一突起軸，分別與兩個(gè)直桿件相連，再加上兩個(gè)曲連桿最終形成了四連桿機(jī)構(gòu)，四連桿機(jī)構(gòu)滿(mǎn)足桿長(zhǎng)條件，且最短桿為驅(qū)動(dòng)連架桿，形成了曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。曲連桿是搖桿做為工作桿件，其擺角為20度，滿(mǎn)足傳動(dòng)要求。在運(yùn)動(dòng)傳導(dǎo)至兩齒輪處后，由于兩個(gè)齒輪的傳動(dòng)比為1，且旋轉(zhuǎn)方向相反，分別帶動(dòng)各自的四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，最終兩個(gè)工作桿件的擺動(dòng)角的變化規(guī)律趨于一致。飛行機(jī)器人前后各有一組這樣的傳動(dòng)裝置，兩組傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)速率一樣，只是相位不同。這樣能夠保證鰭膜能夠產(chǎn)生上下擺動(dòng)，從而推動(dòng)飛行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)?？克倪B桿運(yùn)動(dòng)并不能產(chǎn)生我們所需要的推力。煽動(dòng)一定面積的物體才能產(chǎn)生氣流最終產(chǎn)生動(dòng)力。可以采用了尼龍塑料做成鰭膜，這種膜能夠隨著桿件運(yùn)動(dòng)而扭曲，并具有一定的曲面造型，能在桿件上下擺動(dòng)時(shí)產(chǎn)生向前的推動(dòng)力，將鰭膜固定到連桿上，直流電機(jī)帶動(dòng)四連桿運(yùn)動(dòng)，四連桿又帶動(dòng)鰭膜運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生了向前運(yùn)動(dòng)的推力了。氣體噴射裝置是產(chǎn)生快速突進(jìn)的裝置，其特征在于裝置由儲(chǔ)液容器、導(dǎo)氣管、噴氣·口、舵機(jī)等組成。靠瞬間壓縮氣體產(chǎn)生反沖作用力的方法在小型的飛行機(jī)器人上不太容易實(shí)現(xiàn)，因?yàn)轱w行機(jī)器人很難提供功率相對(duì)較大的裝置來(lái)用于氣體的壓縮?？紤]泡沫滅火器的原理，利用兩種液體混合反應(yīng)，產(chǎn)生大量的二氧化碳，氣體的壓強(qiáng)較大，從滅火器的噴嘴噴出，從而利用二氧化碳的化學(xué)性質(zhì)完成滅火。其化學(xué)反應(yīng)方程式如下Al2 (SO4) 3+6NaHC03 = = 3Na2S04+2Al (OH) 3 I +6C02 從以上分析可知，可以利用化學(xué)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生大量氣體并進(jìn)行噴射，推動(dòng)飛行機(jī)器人前進(jìn)。儲(chǔ)液容器內(nèi)部被分為兩個(gè)部分，上半部分盛放Al2 (SO4) 3液體，下半部分盛放NaHCO3液體，兩部分靠電磁單向閥相連。當(dāng)啟動(dòng)氣體噴射的命令發(fā)出后，單向閥接通，上部的Al2(SO4)3在重力的作用下通過(guò)單向閥進(jìn)入下半部分與NaHCO3發(fā)生反應(yīng)。反應(yīng)發(fā)生后下半部分的氣體壓力增大，但由于單向閥的作用，氣體不能進(jìn)入上半部分，只能沿著下半部分進(jìn)入導(dǎo)管。由于下半部分容器的體積較小，使得氣體的壓強(qiáng)很大，氣體經(jīng)導(dǎo)管由噴氣口高速排出，產(chǎn)生推動(dòng)力。由于鰭傳動(dòng)是對(duì)稱(chēng)運(yùn)動(dòng)不能完成轉(zhuǎn)向的作用，必要有獨(dú)立的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)才能提高飛行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的靈活性。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)靠舵機(jī)完成轉(zhuǎn)向并與氣體噴射相結(jié)合。噴口固定在舵機(jī)上，靠舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)噴口噴射的方向，因?yàn)闅怏w噴射的力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鰭波動(dòng)的力。由舵盤(pán)確定噴氣口的方向，在讓氣體噴出就能完成快速轉(zhuǎn)向的功能。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(I)本機(jī)器人為飛行機(jī)器人，整體由小型氦氣汽艇提供浮力浮于空中，可以在空中實(shí)現(xiàn)懸停、巡航及快速突進(jìn)等運(yùn)動(dòng)。(2)對(duì)烏賊進(jìn)行功能性仿生，具有鰭動(dòng)微波推進(jìn)和氣體噴射推進(jìn)兩種不同的推進(jìn)方式，根據(jù)情況可以在兩種推進(jìn)方式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。(3)通過(guò)改變氣體推進(jìn)排氣管的方向，并配合不同程度的氣體噴射推進(jìn)來(lái)改變機(jī)器人的飛行方向。噴射推進(jìn)的動(dòng)力通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生。


附圖I仿飛行機(jī)器人整體示意圖；附圖2氣體噴射裝置組成示意圖；附圖3鰭傳動(dòng)裝置組成示意圖；附圖中1_氣筒，2-氣體噴射裝置，3-機(jī)架，4-鰭傳動(dòng)裝置，5-儲(chǔ)液容器，6-卡箍，7-導(dǎo)氣管，8-噴氣口，9-舵機(jī)，10-直流電機(jī)，11-1號(hào)齒輪，12-2號(hào)齒輪，13-驅(qū)動(dòng)齒輪對(duì)，14-直連桿，15-曲連桿，16-鰭膜。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。 從附圖I可以看出仿烏賊飛行機(jī)器人由氣筒I、氣體噴射裝置2、機(jī)架3、鰭傳動(dòng)裝置4組成；兩個(gè)橢球形的氣筒I在飛行機(jī)器人的左右對(duì)稱(chēng)布置；氣體噴射裝置2放置在飛行機(jī)器人機(jī)架3的上面，而鰭傳動(dòng)裝置4則置于機(jī)架3的中心部位，整個(gè)機(jī)器人左右對(duì)稱(chēng)。附圖2所示為氣體噴射裝置2的組成示意圖；儲(chǔ)液容器5置于機(jī)架3的前端，并通過(guò)導(dǎo)氣管7與后端的噴氣口 8相連；噴氣口 8與舵機(jī)9固定，舵機(jī)固定在機(jī)架3上；舵機(jī)9可以帶動(dòng)噴氣口 8轉(zhuǎn)動(dòng)，從而通過(guò)改變氣體噴射方向來(lái)進(jìn)一步改變飛行機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向。附圖3所示為鰭傳動(dòng)裝置4的組成示意圖；鰭傳動(dòng)裝置4前后對(duì)稱(chēng)，現(xiàn)以前端組成做進(jìn)一步說(shuō)明；直流電機(jī)10與I號(hào)齒輪11固定，傳動(dòng)扭矩；2號(hào)齒輪與驅(qū)動(dòng)齒輪對(duì)13中的一個(gè)齒輪同軸固定，直流電機(jī)10的扭矩通過(guò)I號(hào)齒輪和2號(hào)齒輪的哨合傳至驅(qū)動(dòng)齒輪對(duì)13 ;驅(qū)動(dòng)齒輪對(duì)13的兩個(gè)齒輪齒數(shù)相同，因而通過(guò)二者的外嚙合作用，兩個(gè)齒輪能產(chǎn)生轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)向相反的運(yùn)動(dòng)；驅(qū)動(dòng)齒輪對(duì)13的兩個(gè)齒輪邊緣上分別突起一個(gè)軸，通過(guò)此軸和直連桿14鉸接；曲連桿15中間部分鉸接在機(jī)架3上，一端與直連桿14相連，另一端上固定鰭膜16 ;機(jī)架3、驅(qū)動(dòng)齒輪對(duì)13、直連桿14、曲連桿15組成了四連桿機(jī)構(gòu)，并且驅(qū)動(dòng)齒輪對(duì)13作為曲柄，曲連桿15作為搖桿，這樣能夠保證鰭膜16兩端能夠按照一定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生飛行機(jī)器人向前的推動(dòng)力。
權(quán)利要求
1.仿烏賊飛行機(jī)器人，其特征在于整個(gè)機(jī)器人由氣筒(I)、氣體噴射裝置(2)、機(jī)架(3)和鰭傳動(dòng)裝置(4)構(gòu)成；氣筒(I)裝有氦氣等小密度氣體為機(jī)器人提供浮力，并通過(guò)卡箍(6)固定到機(jī)架(3)上，兩個(gè)氣筒(I)對(duì)稱(chēng)布置在機(jī)器人的兩側(cè)；氣體噴射裝置(2)位于機(jī)架(3)上側(cè)，為機(jī)器人快速推進(jìn)時(shí)提供動(dòng)力；鰭傳動(dòng)裝置(4)通過(guò)曲連桿(15)以及軸承等和機(jī)架相連。
2.如權(quán)利要求I所述的氣體噴射裝置(2)，其特征在于裝置由儲(chǔ)液容器(5)、導(dǎo)氣管(7)、噴氣口(8)、舵機(jī)(9)等組成；儲(chǔ)液容器(5)通過(guò)螺釘固定在機(jī)器人機(jī)架(3)上；導(dǎo)氣管(7)連接儲(chǔ)液容器(5)和噴氣口⑶；噴氣口⑶固定在舵機(jī)(9)上，并可以隨著舵機(jī)(9)轉(zhuǎn)動(dòng)改變噴氣的方向。
3.如權(quán)利要求I所述的鰭傳動(dòng)裝置(4)，其特征在于裝置由直流電機(jī)(10)、1號(hào)齒輪(11)、2號(hào)齒輪(12)、驅(qū)動(dòng)齒輪對(duì)(13)、直連桿(14)、曲連桿(15)、鰭膜(16)等組成；直流電機(jī)(10)與I號(hào)齒輪(11)相連；2號(hào)齒輪(12)和驅(qū)動(dòng)齒輪對(duì)(13)中的一個(gè)齒輪固定在同一個(gè)軸上；通過(guò)I號(hào)齒輪(11)和2號(hào)齒輪(12)的嚙合，將直流電機(jī)(10)的扭矩傳遞到驅(qū)動(dòng)齒輪對(duì)(13)上；驅(qū)動(dòng)齒輪對(duì)(13)的兩個(gè)齒輪傳動(dòng)比為I : I，這樣使得兩個(gè)齒輪做轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)向相反的運(yùn)動(dòng)；驅(qū)動(dòng)齒輪對(duì)(13)的兩個(gè)齒輪分別與兩個(gè)直連桿鉸接；曲連桿(15) —端與直連桿(14)鉸接，另外一段和鰭膜(16)相連；中間部分鉸接在機(jī)架(3)上，這樣嚙合齒輪對(duì)(13)、直連桿(14)、曲連桿(15)就組成了一個(gè)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，曲連桿(15)帶動(dòng)鰭膜(16)做一定角度的擺動(dòng)；鰭膜(16)是具有一定曲面的塑料薄膜，兩端分別固定在處于機(jī)器人前后位置的曲連桿(15)上，前后布置的曲兩桿(15)的初始位置不一致，這樣通過(guò)不同的調(diào)整，產(chǎn)生向前的推動(dòng)力。
全文摘要
本發(fā)明為一種仿烏賊飛行機(jī)器人。由充滿(mǎn)小密度氣體的氣筒提供浮力，將飛行機(jī)器人抬升到空中。鰭傳動(dòng)裝置由齒輪組傳遞動(dòng)力，以曲柄搖桿的變形機(jī)構(gòu)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。鰭傳動(dòng)裝置帶動(dòng)特殊曲面的鰭膜做有規(guī)律的煽動(dòng)，從而產(chǎn)生向前運(yùn)動(dòng)的推動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)微波前進(jìn)。氣體噴射裝置中分隔儲(chǔ)存著兩種在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后會(huì)產(chǎn)生大量氣體的液體溶液。在需要快速突進(jìn)時(shí)，電磁閥打開(kāi)，兩種液體混合發(fā)生反應(yīng)，迅速產(chǎn)生大量氣體通過(guò)導(dǎo)管由噴氣口排出，從而產(chǎn)生推動(dòng)力。由舵機(jī)帶動(dòng)噴氣口的方向可以改變，最終實(shí)現(xiàn)飛行機(jī)器人的轉(zhuǎn)向。這種機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)偵察、災(zāi)難救援和目標(biāo)定位等任務(wù)。
文檔編號(hào)B64C15/02GK102910289SQ20121043184
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月2日
發(fā)明者常青 申請(qǐng)人:常青