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申请/专利权人：哈尔滨工业大学

摘要：一种具有柔性铰链的仿水黾磁微机器人及其运动控制方法，属于微小尺度机器人及其控制领域。本发明的目的是解决传统的仿水黾机器人体积较大、运动方式和水黾存在显著差异、难以实现微尺度液面作业需求的问题。本发明提供的一种具有柔性铰链的仿水黾磁微机器人，具有平面对称结构，制作方法简单。其运动方式及外形结构均与水黾相似，可实现狭小液面上的工作需求。该机器人具有良好的疏水性，可像水黾一样在气液界面保持稳定静止及灵活运动。机器人采用外磁场运动控制方式以实现无缆运动，大大提升了机器人本体的微型化，同时通过控制磁场的变化形式实现目标轨迹规划。本发明适用于水质监测和液面侦查等领域。

主权项：1.一种具有柔性铰链的仿水黾磁微机器人的运动控制方法，所述具有柔性铰链的仿水黾磁微机器人包括两个前腿1、躯干2、两个驱动腿3、两个柔性铰链4和两个后腿5；所述两个前腿1设置在躯干2的一端上，且两个前腿1沿躯干2宽度方向的中心线对称设置，每个前腿1与躯干2的一端固定连接，两个驱动腿3沿躯干2宽度方向的中心线对称设置在躯干2的两侧，且每个驱动腿3的一端通过一个柔性铰链4与躯干2铰接，两个后腿5沿躯干2宽度方向的中心线对称设置躯干2另一端的两侧，且每个后腿5的一端与躯干2固定连接；所述前腿1包括一号连接杆和二号连接杆，一号连接杆的一端与二号连接杆的一端一体成型设置，且一号连接杆与二号连接杆之间呈130°夹角设置，一号连接杆的另一端与躯干2的一端固定连接，且一号连接杆与躯干2宽度方向的中心线呈10°夹角设置；所述后腿5包括三号连接杆和四号连接杆，三号连接杆的一端与四号连接杆的一端一体成型设置，且三号连接杆和四号连接杆之间呈130°夹角设置，三号连接杆的另一端与躯干2的一端固定连接，四号连接杆与躯干2平行设置；所述前腿1、躯干2和后腿5均由聚二甲基硅氧烷掺杂石墨烯制备而成；所述驱动腿3由聚二甲基硅氧烷中掺入微米级磁性粒子钕铁硼制备而成；所述柔性铰链4由聚二甲基硅氧烷制备而成；其特征在于：所述方法是通过以下步骤实现的：步骤一：制作外部磁场发生装置，将三对正交的亥姆霍兹线圈及其驱动装置组成磁场发生装置，水平方向且垂直放置的两对线圈称作X、Y线圈，竖直放置的线圈称作Z线圈，这三对线圈轴线相交于一点；步骤二：利用步骤一中得到的外部磁场发生装置对仿水黾磁微机器人发射磁场；步骤三：仿水黾磁微机器人受到步骤二中产生的磁场影响，磁微机器人仿水黾磁微机器人中的驱动腿随着磁场方向的改变，在柔性铰链作用下产生类似水黾的划水运动，通过驱动腿与水面间的相互作用力推动仿水黾磁微机器人快速向前滑行；步骤四：通过改变磁场参数改变仿水黾磁微机器人的周期运动状态：首先确定一个运动周期T，X、Y线圈产生的磁场为： 式中：B0为施加在机器人上的磁场强度；θ为机器人相对X方向运动的方向角；Bx为X线圈产生的磁场强度；By为Y线圈产生的磁场强度；t为时间；T1为机器人在一个运动周期内的磁场发生时间；T为机器人的一个运动周期时间；其次通过改变周期内X、Y线圈产生的磁场参数，调节仿水黾磁微机器人的动作状态：通过调整磁场的强度B0，可以控制所述仿水黾磁微机器人在一个周期内的前进位移；通过调整θ的值，可以控制所述仿水黾磁微机器人的前进方向；在运动过程中依据所需工况改变θ的值，可以使机器人做转弯运动。

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