仿生感知与先进机器人课程报告

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1、仿生感知与先进机器人技术课程报告HarbinInstituteofTechnology仿生感知与先进机器人技术课程报告(2)报告题目：浅谈仿生机械水黾院系：机电工程学院班级：1208104姓名：学号：仿生感知与先进机器人技术课程报告浅谈仿生机械水黾一、综述水黾可以在水面上停留并具有快速滑行和跳跃的活动机能。受水黾启发，人们对在水面这一非结构环境下能快速移动的仿水黾机器人的研究产生了浓厚兴趣。仿水黾机器人以其效率高、机动性好、噪音低、对环境扰动小的优势将在军事侦察、环境监测、水体检测、地下管网检测等军事和民用等方面得到广泛应用。

2、因此，开展仿水黾机器人的研究将具有重要的理论意义和实际应用价值。二、水黾的身体构造1腿部关节水黾的种类不同，大小也不一样，一只中等大小的水黾重约30毫克左右，水黾身长大约10mm-15mm左右。水黾有6仿生感知与先进机器人技术课程报告条细长的腿，中腿最长，在水黾滑行和跳跃运动时起划分水的重要作用；后腿较长，在水黾滑行时支撑身体作用，并且在水黾转弯时也起一定作用；前腿稍短一些，起一定的支撑作用，主要用来捕获食物和交配。水黾脚长着许多直径为纳米量级的细毛，与脚接触的那部分水面会下凹，但它不会刺破水表面，以张力形式停留在水面上，所以

3、，它在水面上行走时，不会沉入水中，能在水面上停留、自由行走、快速滑移和跳跃。水黾腿属于单肢型附肢，附肢由一列肢节组成，这列肢节从基部到末端依次称为：基节、转节、股节、胫节、跗节、前跗节。基节与体壁连接并指向腹侧，实现前后摆动。转节与基节连接，实现在一个水平面上前后运动。股节能够实现背腹运动。胫节端部的运动，趋向于朝着和背着肢体中线的方向。跗节和前跗节的关节连接，使运动与胫节的运动处在同一平面上。2腿表构造水黾腿部是由数千根按同一方向排列的多层微米尺寸的针状刚毛微细毛组成，直径范围从2微米左右到几百纳米，长度大约为50微米，微细

4、毛的表层是由沟槽构成的。其实水黾腿上的这些微细毛会产生空隙，当压在水面上时，水分子不能够浸到空隙里面，就会压在腿表面上，而在缝隙上形成空气压力腔，从而使刚毛在水面上的压力增大，而使水黾腿在水面上具有较大的浮力。所以水黾的腿可以压在水面上而不会扎入水里，并能够支撑本体在水面上自由的行走而不会下沉。经过实验室中反复观察，不断放大观察，得到下图：仿生感知与先进机器人技术课程报告图1仿生感知与先进机器人技术课程报告三、水黾的运动机理水黾主要通过移动中脚获得推进力，前脚、后脚在移动过程中起辅助作用。水黾在水面上主要有两种移动方式，水面悬

5、浮、水面滑行两种类型。1水面悬浮水黾是水生昆虫，主要是在水面上活动，当水黾静止在水面上且不沉入水中时，这种状态称之为水黾的漂浮状态。水黾漂浮在水面上时，空气就会吸附在刚毛沟槽的空隙上，形成一层稳定的气膜，水分子就不能够浸入到腿部表面的空隙里面，只能压在腿部表面上，同时在空隙上就形成空气压力腔，所以水黾腿可以压在水面上而不会扎入水里，并能够保证水黾在水面上稳定地漂浮，使得水黾腿具有超疏水特性。2水面滑行当水黾在水面上低速运动时，这种运动状态称之为滑行状态。这种状态下水黾腿不会浸入水中，运动产生的波纹较小，便于水黾在水面上进行捕食

6、和躲避活动。水黾在水面上的滑行运动方式有直线滑行和转向滑行当向前直线滑行运动时，水黾的前后四条腿保持与水面接触，左右两条驱动腿按相同的运动规律前后划动，这样就能保证水黾平稳地向前运动；当转向运动时，如向左转向运动，水黾的左驱动腿和前后四条支撑腿均保持不动，右驱动腿进行划水，这样就实现了水黾的向左转弯运动，同理可知其右转弯运动。图2直线滑行仿生感知与先进机器人技术课程报告图3转弯三、仿生机械水黾结构及原理1驱动结构对水黾运动机理的功能仿生，进行水上行走机器人驱动机构设计。目前研究的水下机器人多数采用传统的螺旋桨作为推进器，其结构

7、尺寸大、重量大、噪音大、密封性能差、可靠性不足、能耗高、效率低(一般小于45%)、动态响应差。仿生鱼在水中运动的方式的驱动机构结构复杂，控制麻烦，并且需要较大的能量驱动。水上行走机器人在水面上实现运动，结构较小，重量较轻，承载较小，因此不适合采用螺旋桨式驱动和仿生鱼的运动方式。通过对水黾运动方式的研究，并受划船方式的启发，拟设计驱动机构采用双腿在水中划动的方式以推动机器人前进。采用划水方式驱动机器人具有尺寸较小，结构简单，控制简单，噪音较小，在水面运动时产生水波纹较小，易于实现隐蔽等特点。为了很好的仿生模拟水黾的运动机理，即机

8、器人划动腿能够实现椭圆形的划动轨迹，在采用微型电磁铁驱动的基础下，对驱动机构进行了研究设计。采用微型电磁铁由于结构尺寸的限制，其输出位移不可能太大，所以设计的驱动机构还要具有位移放大功能；基于加工条件的限制，驱动机构要求具有结构简单，安装简单等特点。仿生感知与先进机器人技术课