面向蛇形機(jī)器人水中運(yùn)動(dòng)性能的水波及水流生成系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明蛇形機(jī)器人領(lǐng)域，更具體地涉及一種面向蛇形機(jī)器人水中運(yùn)動(dòng)性能的水波及水流生成系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]蛇形機(jī)器人，是一種能夠模仿生物蛇運(yùn)動(dòng)的新型仿生機(jī)器人。利用垂直和水平方向正交的關(guān)節(jié)來(lái)擬和蛇類生物柔軟的身體，每?jī)蓚€(gè)正交的關(guān)節(jié)組成一個(gè)單元體，每個(gè)單元體相當(dāng)于一個(gè)萬(wàn)向節(jié)，具有兩個(gè)方向的自由度，整體形成一個(gè)高冗余度的結(jié)構(gòu)體。這樣的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)使蛇體具有向任何方向彎曲的能力。
[0003]蛇形機(jī)器人具有很多優(yōu)點(diǎn)，能夠應(yīng)用到很多復(fù)雜和危險(xiǎn)的環(huán)境中。蛇形機(jī)器人可以應(yīng)用到但不僅僅局限在以下各領(lǐng)域:I)科學(xué)探險(xiǎn)和狀況檢查:代替或部分代替人去完成危險(xiǎn)環(huán)境中的作業(yè)是研制機(jī)器人的主要目的之一。科學(xué)探險(xiǎn)是科學(xué)家探索大自然奧秘和豐富地質(zhì)資源的有利手段，但常常因?yàn)榄h(huán)境和氣候惡劣，無(wú)法到達(dá)目的地完成指定的探險(xiǎn)任務(wù)。非結(jié)構(gòu)環(huán)境下的作業(yè)和運(yùn)動(dòng)對(duì)機(jī)器人的性能和運(yùn)動(dòng)形式提出了非常嚴(yán)格的要求。2)醫(yī)療:設(shè)計(jì)小型的移動(dòng)機(jī)器人，進(jìn)入人體器官(如腸道、血管)完成手術(shù)和定點(diǎn)給藥是機(jī)器人研究的一個(gè)新的熱門(mén)領(lǐng)域。如果將蛇形機(jī)器人做得非常小，就可以進(jìn)入人體的腸道完成作業(yè)。
3)軍事:蛇形機(jī)器人本身體形細(xì)小，加上合適的偽裝后，便于隱身。此外，如果蛇形機(jī)器人的每個(gè)單元都安裝上傳感器，那么它可以用甩掉關(guān)節(jié)的辦法來(lái)布置傳感器，形成一個(gè)大型的信息系統(tǒng)。
[0004]蛇形機(jī)器人環(huán)境適應(yīng)能力研究是蛇形機(jī)器人實(shí)用化的必由之路。蛇形機(jī)器人的一個(gè)重要用途就是在水中實(shí)現(xiàn)探測(cè)任務(wù)。如何根據(jù)得到蛇形機(jī)器人水中運(yùn)動(dòng)的特性以及水中水流數(shù)度和水波幅值和水波頻率對(duì)蛇形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的影響。這就需要事先知道水流速度，水波幅值和水波頻率，進(jìn)而針對(duì)特定的水環(huán)境來(lái)研究機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)特性，采取不同的控制策略。但是目前還沒(méi)有針對(duì)蛇形機(jī)器人在水流速及水波生成系統(tǒng)設(shè)計(jì)與控制論文和專利報(bào)道。本設(shè)計(jì)主要是解決水中蛇形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)分析時(shí)，水流速度和水波幅值和頻率對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的影響，該類實(shí)驗(yàn)遇到的問(wèn)題如下:
1、自然界中的河流等有表面水流，但實(shí)驗(yàn)室環(huán)境很難人工產(chǎn)生水面流。
[0005]2、自然界中風(fēng)吹水面的波，不確定性很多，很難按照人預(yù)想來(lái)產(chǎn)生水波，包括波幅和波頻。
[0006]自然界環(huán)境中很難精確控制水的流速和水波幅值和頻率，本設(shè)計(jì)可以在實(shí)驗(yàn)室中通過(guò)調(diào)節(jié)水栗的水流速度，擺動(dòng)板的擺動(dòng)幅值和頻率生成適合蛇形機(jī)器人水中運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)所需的環(huán)境。通過(guò)觀察不同水環(huán)境下蛇形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)情況，為蛇形機(jī)器人環(huán)境適應(yīng)性控制方法研究提供試驗(yàn)平臺(tái)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]1、本發(fā)明的目的。
[0008]本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)特定頻率的水波及水流，從而了解蛇形機(jī)器人在水中的運(yùn)動(dòng)特性，而提出的一種面向蛇形機(jī)器人水中運(yùn)動(dòng)性能的水波及水流生成系統(tǒng)。
[0009]2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案。
[0010]面向蛇形機(jī)器人水中運(yùn)動(dòng)性能的水波及水流生成系統(tǒng)，包括箱體、兩個(gè)隔板，隔板的寬度與箱體的寬度相同，通過(guò)兩個(gè)隔板將水箱分隔成三個(gè)區(qū)域分別為進(jìn)水區(qū)、出水區(qū)以及測(cè)試區(qū)，進(jìn)水區(qū)、抽水區(qū)小于測(cè)試區(qū)；還包括水栗、進(jìn)水管、抽水管，連接水栗的進(jìn)水管伸入箱體的進(jìn)水區(qū)，連接水栗的抽水管伸入箱體的出水區(qū)；隔板的頂端通過(guò)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接有至少一個(gè)以上擺片，擺片之間通過(guò)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接，隔板板體從上至下均勻分布通水孔;通過(guò)調(diào)節(jié)位于隔板頂端的擺片的長(zhǎng)短控制與水面的作用方式，通過(guò)設(shè)置擺片的數(shù)量產(chǎn)生與水面不同的接觸方式，通過(guò)調(diào)節(jié)擺片的擺動(dòng)頻率和幅值產(chǎn)生不同波幅和頻率的水波;通過(guò)設(shè)置隔板板體上的通水孔不同孔徑以及封閉不同位置的通水孔形成不同形式的波流。
[0011]更進(jìn)一步具體實(shí)施例中，所述的擺片為I個(gè)即單關(guān)節(jié)擺片或2個(gè)即雙關(guān)節(jié)擺片。
[0012]更進(jìn)一步具體實(shí)施例中，優(yōu)選所述的擺片為雙關(guān)節(jié)擺片。
更進(jìn)一步具體實(shí)施例中，還包括變頻器與水栗相連。
[0013]更進(jìn)一步具體實(shí)施例中，所述的變頻器和電源之間連接漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)。
[0014]更進(jìn)一步具體實(shí)施例中，還包括變阻器連接水栗調(diào)節(jié)頻率。
[0015]更進(jìn)一步具體實(shí)施例中，水栗的功率根據(jù)箱體的大小選擇。
[0016]更進(jìn)一步具體實(shí)施例中，所述的變頻器為3相變頻器。
[0017]3、本發(fā)明的有益效果。
[0018]本發(fā)明所設(shè)計(jì)的水流及水波生成系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)針對(duì)蛇形機(jī)器人水中運(yùn)動(dòng)的3個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)境:(I)靜水環(huán)境:靜水環(huán)境中指本系統(tǒng)的水箱可以放置不同深度的水，供蛇形機(jī)器人實(shí)現(xiàn)蜿蜒游動(dòng)和上升和下潛游動(dòng)；(2)水表層不同水流速度環(huán)境:水表層不同水流速度環(huán)境指水箱中應(yīng)用水栗作為動(dòng)力源，在水箱中采用兩塊隔板分割，分別放置抽水管和進(jìn)水管;隔板鏤孔實(shí)現(xiàn)不同水層水流;調(diào)節(jié)控制水栗變頻器的輸出控制水流速度;調(diào)整進(jìn)水管和抽水管的位置可以控制水流方向。(3)水表不同水波幅值和水波頻率環(huán)境:水表不同水波幅值和水波頻率環(huán)境指在隔板上裝有不同高度的擺動(dòng)片，控制水面與擺動(dòng)片的位置，對(duì)擺動(dòng)片施加不同幅值和頻率的擺動(dòng)控制，可以在水面形成水表不同水波幅值和水波頻率環(huán)境。上述環(huán)境可以作為蛇形機(jī)器人水中運(yùn)動(dòng)的測(cè)試環(huán)境，為蛇形機(jī)器人在水中實(shí)現(xiàn)實(shí)用化作業(yè)提供實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。本發(fā)明可以精確控制水的流速和水波幅值和頻率，生成適合蛇形機(jī)器人水中運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)所需的環(huán)境。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1系統(tǒng)總體圖。
[0020]圖2單關(guān)節(jié)波幅隔板及通水孔圖。
[0021]圖3兩關(guān)節(jié)波幅隔板及通水孔。
[0022]圖4水栗控制系統(tǒng)。
[0023]1-箱體，2-隔板，3-進(jìn)水區(qū)，4-出水區(qū)，5-測(cè)試區(qū)，6_水栗，7_進(jìn)水管，8_抽水管，2a_擺片，2b-旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，2c-隔板板體，2d-通水孔，9-變頻器。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為了使專利局的審查員尤其是公眾能夠更加清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)和有益效果，申請(qǐng)人將在下面以實(shí)施例的方式作詳細(xì)說(shuō)明，但是對(duì)實(shí)施例的描述均不是對(duì)本發(fā)明方案的限制，任何依據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所作出的僅僅為形式上的而非實(shí)質(zhì)性的等效變換都應(yīng)視為本發(fā)明的技術(shù)方案范疇。
實(shí)施例
[0025]如圖1所示，首先水箱選擇200*120*80厘米的塑料水箱，同時(shí)設(shè)計(jì)了大波幅隔水板和小波幅隔水板，在板的兩側(cè)安裝合頁(yè)，再通過(guò)工具鉗固定隔水板和水箱，隔水板與水箱邊距離為20厘米。將水栗進(jìn)水管和抽水管分別放到兩個(gè)隔板與水箱末端的空隙。
[0026](I)本發(fā)明的產(chǎn)品所需材料:
1.1塑料水箱:一個(gè)，尺寸根據(jù)需要自己選擇。
[0027]1.2單關(guān)節(jié)波幅隔板(含箱板固定鏈接件):一個(gè)，如圖2所示，寬度與水箱內(nèi)壁一致，高度可根據(jù)水面高度調(diào)節(jié)單關(guān)節(jié)波幅擺動(dòng)板高度，大波幅擺動(dòng)板的高度也是根據(jù)需要自己設(shè)定，連接件是使隔板與水箱固定在一起的，方式多樣，同時(shí)根據(jù)不同水流形式設(shè)計(jì)在隔水板上開(kāi)孔，根據(jù)擺動(dòng)板長(zhǎng)