1.本发明属于游泳机器人领域，是一种仿生黑斑蛙游泳机器人，具体来说，一种模仿黑斑蛙在水中游泳的机器人，严格模仿黑斑蛙的外形，膝关节、踝关节、末端点的运动曲线，严格模仿黑斑蛙的运动过程，并采用电机的回转运动转化为齿条的移动从而驱动腿的运动，来实现腿的连续运动，从而让机器人实现快速移动。并采用转向机构让机器人更加灵活。


背景技术：

2.游泳机器人可以代替人在水下完成各种复杂任务，他可以在水下进行水下侦察，水文观测，对水温、水深和水质进行测量，对探索海洋，河地观察具有重要意义。并且采用仿生结构尽可能减少机器人对环境的破坏。因此需要一种控制简单，成本低，重量轻，仿生效果好的游泳机器人。
3.对于现有的仿生游泳机器人的设计，公布号cn104192288b的发明专利《一种基千气动肌肉驱动的仿青蛙游动机器人》采用三个气动肌肉来进行驱动，实现了高灵活性控制，但是控制难度大，难以机器人微型化。
4.针对上述设计中存在的问题，我们设计出一种仿生黑斑蛙游泳机器人，在保证结构简单，控制方便，体积小的前提下，可实现高速移动，可完成各种水下任务的水下游泳机器人，并且此机器人高度模仿黑斑蛙游泳时的姿态和各关节运动曲线，实现高度仿生。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种仿生黑斑蛙游泳机器人，包括腿部执行机构(1)和驱动和控制机构(2)。
6.腿部执行机构(1)，包含：齿轮驱动连杆(1
‑
1)、腿部基座(1
‑
2)、大腿连杆(1
‑
3)、小腿连杆1(1
‑
4)、小腿连杆2(1
‑
5)、足部连杆(1
‑
6)；各个构件和设备的连接关系为：两边的腿部基座(1
‑
2)固定连接在下支撑板(2
‑
2)；齿轮驱动连杆(1
‑
1)靠近躯干部分的铰链点通过轴连接在腿部基座(1
‑
2)与上支撑板(2
‑
3)之间，形成旋转副，远离躯干的两个铰链点通过轴分别连接在小腿连杆1(1
‑
4)、小腿连杆2(1
‑
5)上，形成两个旋转副，延伸出来的齿轮与驱动齿条(2
‑
1)配合，通过驱动齿条(2
‑
1)获得驱动力；大腿连杆(1
‑
3)靠近躯干的铰链点通过轴连接在腿部基座(1
‑
2)上，远离躯干的铰链点通过轴连接在小腿连杆2(1
‑
5)上；小腿连杆2(1
‑
5)通过轴分别与足部连杆(1
‑
6)、齿轮驱动连杆(1
‑
1)和大腿连杆(1
‑
3)连接；小腿连杆1(1
‑
4)通过轴分别与齿轮驱动连杆(1
‑
1)、足部连杆(1
‑
6)连接；
7.驱动和控制机构(2)，包含：驱动齿条(2
‑
1)、下支撑板(2
‑
2)、上支撑板(2
‑
3)、驱动电机(2
‑
4)、驱动电机支架(2
‑
5)、减速器(2
‑
6)、驱动法兰盘(2
‑
7)、支撑柱(2
‑
8)、光学传感器支架(2
‑
9)、光学传感器(2
‑
10)、控制系统部分(2
‑
11)、法兰盘上驱动杆(2
‑
12)、外壳(2
‑
13)、转向电机支架(2
‑
14)、转向电机(2
‑
15)、联轴器(2
‑
16)、转向浆支架(2
‑
17)、转向浆(2
‑
18)；各个构件的连接关系为：下支撑板(2
‑
2)与上支撑板(2
‑
3)通过支撑柱(2
‑
8)连接形成
机器人躯干骨架；驱动齿条(2
‑
1)在下支撑板(2
‑
2)与上支撑板(2
‑
3)之间，并通过导向轨和导向槽与下支撑板(2
‑
2)与上支撑板(2
‑
3)配合形成移动副；驱动电机支架(2
‑
5)通过螺栓固定连接在上支撑板(2
‑
3)上；减速器(2
‑
6)通过螺栓固定连接在驱动电机支架(2
‑
5)上，并且与驱动电机(2
‑
4)通过轴进行配合，获取电机的扭矩；驱动电机(2
‑
4)固定连接在减速器(2
‑
6)上，为减速器提供扭矩；控制系统部分(2
‑
11)连接在上支撑板(2
‑
3)上，可处理外部信息并对机器人进行控制；光学传感器支架(2
‑
9)连接在上支撑板(2
‑
3)上；光学传感器(2
‑
10)固定连接在光学传感器支架(2
‑
9)上，用于获取外部数据反馈给控制器；驱动法兰盘(2
‑
7)连接在减速器(2
‑
6)的输出轴上，来获取减速器(2
‑
6)的扭矩；法兰盘上驱动杆(2
‑
12)固定连接在驱动法兰盘(2
‑
7)上，并与驱动齿条(2
‑
1)配合带动驱动齿条(2
‑
1)移动；转向电机支架(2
‑
14)和转向浆支架(2
‑
17)通过螺栓连接到下支撑板(2
‑
2)；转向电机(2
‑
15)通过螺栓固定连接在转向电机支架(2
‑
14)；转向浆(2
‑
18)通过联轴器(2
‑
16)连接在转向电机(2
‑
15)上，并通过转向浆支架(2
‑
17)来支撑；
8.驱动齿条(2
‑
1)包括齿条主体(2
‑1‑
1)、驱动凹槽(2
‑1‑
2)、导向凸台(2
‑1‑
3)；驱动凹槽(2
‑1‑
2)固定连接在齿条主体(2
‑1‑
1)上用于获取法兰盘上驱动杆(2
‑
12)提供的动力；导向凸台(2
‑1‑
3)固定连接在齿条主体(2
‑1‑
1)上与下支撑板(2
‑
2)和上支撑板(2
‑
3)配合起导向作用；
9.本发明的一种仿生黑斑蛙游泳机器人，在运动过程中如图10，游泳机器人的膝关节运动曲线(3
‑
1)、踝关节运动曲线(3
‑
2)、末端点运动曲线(3
‑
3)与黑斑蛙游泳时各关节的运动曲线高度相似；
10.本发明的优点在于：
11.1.本发明提出了一种仿生黑斑蛙游泳机器人，该机器人外形结构、运动曲线高度与黑斑蛙游泳过程高度相似。
12.2.本发明的仿生黑斑蛙游泳机器人，该机器人可实现高速运动、控制简单方便，驱动少。
13.3.本发明的仿生黑斑蛙游泳机器人，该机器人通过驱动电机的回转运动转化为驱动齿条的移动副，然后驱动腿部执行机构，可做高速连续运动。
14.4.本发明的仿生黑斑蛙游泳机器人，该机器人通过转向电机带动转向浆实现转向，让游泳机器人更加灵活。
15.本发明的仿生黑斑蛙游泳机器人，结构较为简单，制作简单，仿生效果好，无论外形还是作用都贴近黑斑蛙，成本较低。
附图说明
16.图1本发明中仿生黑斑蛙游泳机器人整体示意图；
17.图2本发明中仿生黑斑蛙游泳机器人整体抛视图；
18.图3本发明中仿生黑斑蛙游泳机器人核心骨架
‑
腿部执行机构展开状态示意图；
19.图4本发明中仿生黑斑蛙游泳机器人核心骨架
‑
腿部执行机构收缩状态示意图；
20.图5本发明中仿生黑斑蛙游泳机器人腿部执行机构示意图；
21.图6和图7本发明中仿生黑斑蛙游泳机器人驱动和控制机构示意图；
22.图8本发明中仿生黑斑蛙游泳机器人驱动齿条结构示意图；
23.图9本发明中仿生黑斑蛙游泳机器人电机与驱动齿条配合示意图；
24.图10本发明中仿生黑斑蛙游泳机器人各关节运动曲线示意图；
25.图中：
[0026]1‑
腿部执行机构；2
‑
驱动和控制机构；
[0027]1‑1‑
齿轮驱动连杆；1
‑2‑
腿部基座；1
‑3‑
大腿连杆；1
‑4‑
小腿连杆1；1
‑5‑
小腿连杆2；1
‑6‑
足部连杆；
[0028]2‑1‑
驱动齿条；2
‑2‑
下支撑板；2
‑3‑
上支撑板；2
‑4‑
驱动电机；2
‑5‑
驱动电机支架；2
‑6‑
减速器；2
‑7‑
驱动法兰盘；2
‑8‑
支撑柱；2
‑9‑
光学传感器支架；2
‑
10
‑
光学传感器；2
‑
11
‑
控制系统部分；2
‑
12
‑
法兰盘上驱动杆；2
‑
13
‑
外壳；2
‑
14
‑
转向电机支架；2
‑
15
‑
转向电机；2
‑
16
‑
联轴器；2
‑
17
‑
转向浆支架；2
‑
18
‑
转向浆；
[0029]2‑1‑1‑
齿条主体；2
‑1‑2‑
驱动凹槽；2
‑4‑3‑
导向凸台；
[0030]3‑1‑
膝关节运动曲线；3
‑2‑
踝关节运动曲线；3
‑3‑
末端点运动曲线；
具体实施方式
[0031]
下面结合附图和实施例说明本发明，但本发明并不限于以下实施例。
[0032]
实施例1
[0033]
参照图1、图2、图3、图4，本发明一种仿生黑斑蛙游泳机器人，包括腿部执行机构(1)、驱动和控制机构(2)；
[0034]
参照图3、图4、图5，仿生黑斑蛙游泳机器人的腿部执行机构(1)，包含：齿轮驱动连杆(1
‑
1)、腿部基座(1
‑
2)、大腿连杆(1
‑
3)、小腿连杆1(1
‑
4)、小腿连杆2(1
‑
5)、足部连杆(1
‑
6)；其主要通过连杆机构为游泳机器人提供前进推力；
[0035]
参照图3、图4、图6、图7，仿生黑斑蛙游泳机器人的驱动和控制机构(2)，包含：驱动齿条(2
‑
1)、下支撑板(2
‑
2)、上支撑板(2
‑
3)、驱动电机(2
‑
4)、驱动电机支架(2
‑
5)、减速器(2
‑
6)、驱动法兰盘(2
‑
7)、支撑柱(2
‑
8)、光学传感器支架(2
‑
9)、光学传感器(2
‑
10)、控制系统部分(2
‑
11)、法兰盘上驱动杆(2
‑
12)、外壳(2
‑
13)、转向电机支架(2
‑
14)、转向电机(2
‑
15)、联轴器(2
‑
16)、转向浆支架(2
‑
17)、转向浆(2
‑
18)；主要将驱动电机(2
‑
4)转动转化为齿条的往复移动，从而驱动腿部执行机构(1)。光学传感器(2
‑
10)、控制系统部分(2
‑
11)主要采集外部环境信息，并进行处理并各电机。转向电机(2
‑
15)带动转向浆(2
‑
18)为机器人提供转向力。
[0036]
参照图8、图9，法兰盘上驱动杆(2
‑
12)与驱动齿条(2
‑
1)上的驱动凹槽(2
‑1‑
2)配合形成仿生黑斑蛙游泳机器人的主要传动机构，将电机的回转运动转化为驱动齿条的平移运动，来实现对腿部执行机构(1)的驱动。