本發(fā)明涉及機(jī)器人行走，尤其是涉及一種仿生蹼足推進(jìn)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
1、隨著人們對(duì)海洋資源特別是沿海環(huán)境的探索，單一環(huán)境的傳統(tǒng)機(jī)器人已經(jīng)不能滿(mǎn)足現(xiàn)有的需求。污染、過(guò)度捕撈、棲息地破壞和氣候變化對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的健康和復(fù)原力構(gòu)成重大威脅。盡管技術(shù)取得了進(jìn)步，但在海洋勘探、數(shù)據(jù)收集和監(jiān)測(cè)方面仍然存在局限性。仿生學(xué)從工程技術(shù)角度提供了新的設(shè)計(jì)思想、工作原理，使得機(jī)器人獲得了能夠完成更具挑戰(zhàn)性任務(wù)的能力。例如仿生鰩魚(yú)機(jī)器人，仿生龜機(jī)器人，仿生蛇機(jī)器人等，它們?nèi)诤狭岁懙睾退聶C(jī)器人的特性，可以在復(fù)雜的水生和陸地環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)。
2、此外，蹼足類(lèi)劃水生物，例如河貍、青蛙等，由于具有在泥濘地區(qū)、沙地等良好行走能力，所以也受到了一些學(xué)者的關(guān)注。蹼足類(lèi)劃水生物的腳推進(jìn)被認(rèn)為是基于阻力的游泳，一個(gè)劃水周期可以分為動(dòng)力階段和恢復(fù)階段。在動(dòng)力階段，腳掌舒展、蹼膜面積增大，獲得大部分推進(jìn)力；在恢復(fù)階段，腳掌彎曲，蹼膜面積減小，減小阻力。大阪大學(xué)pandey等人對(duì)青蛙游泳的機(jī)理進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)出了一款受到青蛙啟發(fā)的機(jī)器人，它的五根指骨通過(guò)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)連接實(shí)現(xiàn)展開(kāi)或者折疊腹板，通過(guò)減小蹼膜面積減小阻力。南京理工大學(xué)李小寧團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一款受到青蛙啟發(fā)的軟體機(jī)器人，腳部的執(zhí)行器在受到高電壓時(shí)能夠增加投影面積?？ㄋ杒ashem等人設(shè)計(jì)了一款受到鴨子啟發(fā)的機(jī)器人，它的腳部腹板通過(guò)雙鉸鏈連接，腳向前移動(dòng)時(shí)腹板在水壓的幫助下自動(dòng)打開(kāi)，腳向后移動(dòng)時(shí)腹板自動(dòng)關(guān)閉，可以實(shí)現(xiàn)水中游動(dòng)、和陸上行走。浙江理工大學(xué)陳剛團(tuán)隊(duì)等人設(shè)計(jì)了一款受到海貍啟發(fā)的機(jī)器人，對(duì)它的步態(tài)進(jìn)行了優(yōu)化，它的腳可以通過(guò)纜索驅(qū)動(dòng)彎曲從而使腳收回階段的阻力減小。現(xiàn)有的仿生蹼足在水下運(yùn)動(dòng)階段，大多從單一維度減小對(duì)運(yùn)動(dòng)有害的阻力，蹼足機(jī)構(gòu)不能既有效彎曲，又同步減小面積，另外，現(xiàn)存的仿生蹼足機(jī)構(gòu)采用柔性驅(qū)動(dòng)方式使蹼足彎曲，例如繩索驅(qū)動(dòng)、電驅(qū)動(dòng)，這類(lèi)驅(qū)動(dòng)方式帶負(fù)載能力低，承受不了較大的力。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的是提供一種仿生蹼足推進(jìn)機(jī)構(gòu)，通過(guò)使用滑塊-四連桿結(jié)構(gòu)，使得腳掌在面積縮小的同時(shí)能夠彎曲，在恢復(fù)階段減小阻力，能夠更高效地模仿水鳥(niǎo)等生物蹼足的游泳動(dòng)作，提升仿生蹼足推進(jìn)機(jī)構(gòu)水下的運(yùn)動(dòng)性能。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種仿生蹼足推進(jìn)機(jī)構(gòu)，包括底座、腳蹼組件、聯(lián)動(dòng)組件和驅(qū)動(dòng)組件，所述聯(lián)動(dòng)組件設(shè)置在所述底座上方，所述驅(qū)動(dòng)組件設(shè)置在所述聯(lián)動(dòng)組件上方且與所述聯(lián)動(dòng)組件固定連接，所述腳蹼組件設(shè)置在所述聯(lián)動(dòng)組件一側(cè)且與所述聯(lián)動(dòng)組件固定連接。
3、優(yōu)選的，所述驅(qū)動(dòng)組件包括驅(qū)動(dòng)組件ⅰ和與所述驅(qū)動(dòng)組件ⅰ連接的驅(qū)動(dòng)組件ⅱ，所述驅(qū)動(dòng)組件ⅰ包括電機(jī)支架ⅰ，所述電機(jī)支架ⅰ內(nèi)設(shè)置有電機(jī)ⅰ，所述驅(qū)動(dòng)組件ⅱ包括電機(jī)支架ⅱ，所述電機(jī)支架ⅱ內(nèi)設(shè)置有電機(jī)ⅱ，所述電機(jī)ⅱ設(shè)置在所述電機(jī)ⅰ一側(cè)，所述電機(jī)支架ⅰ和所述電機(jī)支架ⅱ通過(guò)l型支架ⅰ固定連接。
4、優(yōu)選的，所述電機(jī)支架ⅱ上方設(shè)置有u型支架ⅰ，所述電機(jī)支架ⅱ一側(cè)設(shè)置有u型支架ⅱ，所述u型支架ⅱ通過(guò)轉(zhuǎn)軸與所述u型支架ⅰ連接。
5、優(yōu)選的，所述電機(jī)i輸出端轉(zhuǎn)動(dòng)連接有舵盤(pán)i，所述電機(jī)ⅱ輸出端轉(zhuǎn)動(dòng)連接有舵盤(pán)ⅱ，所述舵盤(pán)ⅱ一側(cè)與所述u型支架ⅰ固定連接。
6、優(yōu)選的，所述底座包括底座ⅰ、底座ⅱ和底座ⅲ，所述底座ⅰ和所述底座ⅱ設(shè)置在所述底座ⅲ上方，所述底座ⅰ與所述底座ⅱ上均設(shè)置有半環(huán)形卡槽，所述底座ⅰ與所述底座ⅱ連接形成環(huán)形卡槽。
7、優(yōu)選的，所述聯(lián)動(dòng)組件包括圓柱凸輪和移動(dòng)單元，所述圓柱凸輪一側(cè)與所述舵盤(pán)ⅰ固定連接，另一側(cè)通過(guò)軸承與所述底座ⅲ轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述移動(dòng)單元包括l型支架ⅱ、u型支架ⅲ和滑軌，所述l型支架ⅱ與所述電機(jī)支架ⅱ連接，所述u型支架ⅲ設(shè)置在所述l型支架ⅱ下方，且與所述底座ⅲ固定連接，所述滑軌依次穿過(guò)所述l型支架ⅱ、所述u型支架ⅲ和所述環(huán)形卡槽與所述底座ⅲ連接，所述滑軌上設(shè)置有滑塊ⅰ和滑塊ⅱ，所述滑塊ⅱ設(shè)置在所述滑塊ⅰ下方且與所述滑塊ⅰ固定連接，所述滑塊ⅱ和所述滑塊ⅰ之間卡設(shè)有三個(gè)連接軸。
8、優(yōu)選的，所述圓柱凸輪上設(shè)置有凹槽，所述滑塊ⅰ一側(cè)設(shè)置有滑輪，所述滑輪與所述凹槽匹配。
9、優(yōu)選的，所述腳蹼組件包括結(jié)構(gòu)相同的三組四連桿和設(shè)置在所述三組四連桿上方的蹼膜，所述三組四連桿包括連桿bⅰ、連桿bⅱ、連桿bⅲ，所述連桿bⅰ和所述連桿bⅱ一側(cè)均與所述底座ⅰ轉(zhuǎn)動(dòng)連接，另一側(cè)分別與連桿dⅰ和連桿dⅱ轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述連桿bⅲ一側(cè)與所述底座ⅱ轉(zhuǎn)動(dòng)連接，另一側(cè)與連桿dⅲ轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述連桿bⅰ、所述連桿bⅱ和所述連桿bⅲ內(nèi)分別插設(shè)有連桿aⅰ、連桿aⅱ和連桿aⅲ，所述連桿aⅰ、所述連桿aⅱ和所述連桿aⅲ一側(cè)分別與三個(gè)所述連接軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接，另一端分別與連桿cⅰ、連桿cⅱ和連桿cⅲ轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述連桿cⅰ、所述連桿cⅱ和所述連桿cⅲ另一端分別與所述連桿dⅰ、所述連桿dⅱ和所述連桿dⅲ轉(zhuǎn)動(dòng)連接。
10、優(yōu)選的，所述蹼膜包括蹼膜ⅰ、蹼膜ⅱ、蹼膜ⅲ和蹼膜ⅳ，所述蹼膜ⅰ設(shè)置在所述連桿bⅱ和所述連桿bⅲ之間，所述蹼膜ⅱ設(shè)置bⅰ和所述連桿bⅱ之間，所述蹼膜ⅲ設(shè)置在所述連桿dⅱ和所述連桿dⅲ之間，所述蹼膜ⅳ設(shè)置在所述連桿dⅰ和所述連桿dⅱ之間。
11、因此，本發(fā)明采用上述的一種仿生蹼足推進(jìn)機(jī)構(gòu)，具有以下有益效果：
12、(1)通過(guò)設(shè)置滑塊-四連桿結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)腳蹼在回收階段彎曲與面積減小的同步運(yùn)作，能夠更高效地模仿水鳥(niǎo)等生物蹼足的游泳動(dòng)作，提升仿生蹼足推進(jìn)機(jī)構(gòu)水下的運(yùn)動(dòng)性能，有效克服傳統(tǒng)蹼足結(jié)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中阻力較大、帶負(fù)載能力不足的問(wèn)題；
13、(2)通過(guò)兩個(gè)電機(jī)的協(xié)同工作，分別精確控制滑塊的上下移動(dòng)以及腳蹼的整體滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)腳蹼運(yùn)動(dòng)的精準(zhǔn)控制，在不增加電機(jī)數(shù)量的情況下，提高了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的靈活性和穩(wěn)定性。
14、下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
1.一種仿生蹼足推進(jìn)機(jī)構(gòu)，其特征在于：包括底座、腳蹼組件、聯(lián)動(dòng)組件和驅(qū)動(dòng)組件，所述聯(lián)動(dòng)組件設(shè)置在所述底座上方，所述驅(qū)動(dòng)組件設(shè)置在所述聯(lián)動(dòng)組件上方且與所述聯(lián)動(dòng)組件固定連接，所述腳蹼組件設(shè)置在所述聯(lián)動(dòng)組件一側(cè)且與所述聯(lián)動(dòng)組件固定連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生蹼足推進(jìn)機(jī)構(gòu)，其特征在于：所述驅(qū)動(dòng)組件包括驅(qū)動(dòng)組件ⅰ和與所述驅(qū)動(dòng)組件ⅰ連接的驅(qū)動(dòng)組件ⅱ，所述驅(qū)動(dòng)組件ⅰ包括電機(jī)支架ⅰ，所述電機(jī)支架ⅰ內(nèi)設(shè)置有電機(jī)ⅰ，所述驅(qū)動(dòng)組件ⅱ包括電機(jī)支架ⅱ，所述電機(jī)支架ⅱ內(nèi)設(shè)置有電機(jī)ⅱ，所述電機(jī)ⅱ設(shè)置在所述電機(jī)ⅰ一側(cè)，所述電機(jī)支架ⅰ和所述電機(jī)支架ⅱ通過(guò)l型支架ⅰ固定連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種仿生蹼足推進(jìn)機(jī)構(gòu)，其特征在于：所述電機(jī)支架ⅱ上方設(shè)置有u型支架ⅰ，所述電機(jī)支架ⅱ一側(cè)設(shè)置有u型支架ⅱ，所述u型支架ⅱ通過(guò)轉(zhuǎn)軸與所述u型支架ⅰ連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種仿生蹼足推進(jìn)機(jī)構(gòu)，其特征在于：所述電機(jī)i輸出端轉(zhuǎn)動(dòng)連接有舵盤(pán)i，所述電機(jī)ⅱ輸出端轉(zhuǎn)動(dòng)連接有舵盤(pán)ⅱ，所述舵盤(pán)ⅱ一側(cè)與所述u型支架ⅰ固定連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種仿生蹼足推進(jìn)機(jī)構(gòu)，其特征在于：所述底座包括底座ⅰ、底座ⅱ和底座ⅲ，所述底座ⅰ和所述底座ⅱ設(shè)置在所述底座ⅲ上方，所述底座ⅰ與所述底座ⅱ上均設(shè)置有半環(huán)形卡槽，所述底座ⅰ與所述底座ⅱ連接形成環(huán)形卡槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種仿生蹼足推進(jìn)機(jī)構(gòu)，其特征在于：所述聯(lián)動(dòng)組件包括圓柱凸輪和移動(dòng)單元，所述圓柱凸輪一側(cè)與所述舵盤(pán)ⅰ固定連接，另一側(cè)通過(guò)軸承與所述底座ⅲ轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述移動(dòng)單元包括l型支架ⅱ、u型支架ⅲ和滑軌，所述l型支架ⅱ與所述電機(jī)支架ⅱ連接，所述u型支架ⅲ設(shè)置在所述l型支架ⅱ下方，且與所述底座ⅲ固定連接，所述滑軌依次穿過(guò)所述l型支架ⅱ、所述u型支架ⅲ和所述環(huán)形卡槽與所述底座ⅲ連接，所述滑軌上設(shè)置有滑塊ⅰ和滑塊ⅱ，所述滑塊ⅱ設(shè)置在所述滑塊ⅰ下方且與所述滑塊ⅰ固定連接，所述滑塊ⅱ和所述滑塊ⅰ之間卡設(shè)有三個(gè)連接軸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種仿生蹼足推進(jìn)機(jī)構(gòu)，其特征在于：所述圓柱凸輪上設(shè)置有凹槽，所述滑塊ⅰ一側(cè)設(shè)置有滑輪，所述滑輪與所述凹槽匹配。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種仿生蹼足推進(jìn)機(jī)構(gòu)，其特征在于：所述腳蹼組件包括結(jié)構(gòu)相同的三組四連桿和設(shè)置在所述三組四連桿上方的蹼膜，所述三組四連桿包括連桿bⅰ、連桿bⅱ、連桿bⅲ，所述連桿bⅰ和所述連桿bⅱ一側(cè)均與所述底座ⅰ轉(zhuǎn)動(dòng)連接，另一側(cè)分別與連桿dⅰ和連桿dⅱ轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述連桿bⅲ一側(cè)與所述底座ⅱ轉(zhuǎn)動(dòng)連接，另一側(cè)與連桿dⅲ轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述連桿bⅰ、所述連桿bⅱ和所述連桿bⅲ內(nèi)分別插設(shè)有連桿aⅰ、連桿aⅱ和連桿aⅲ，所述連桿aⅰ、所述連桿aⅱ和所述連桿aⅲ一側(cè)分別與三個(gè)所述連接軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接，另一端分別與連桿cⅰ、連桿cⅱ和連桿cⅲ轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述連桿cⅰ、所述連桿cⅱ和所述連桿cⅲ另一端分別與所述連桿dⅰ、所述連桿dⅱ和所述連桿dⅲ轉(zhuǎn)動(dòng)連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種仿生蹼足推進(jìn)機(jī)構(gòu)，其特征在于：所述蹼膜包括蹼膜ⅰ、蹼膜ⅱ、蹼膜ⅲ和蹼膜ⅳ，所述蹼膜ⅰ設(shè)置在所述連桿bⅱ和所述連桿bⅲ之間，所述蹼膜ⅱ設(shè)置bⅰ和所述連桿bⅱ之間，所述蹼膜ⅲ設(shè)置在所述連桿dⅱ和所述連桿dⅲ之間，所述蹼膜ⅳ設(shè)置在所述連桿dⅰ和所述連桿dⅱ之間。