本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種自驅(qū)動(dòng)仿生水上染色機(jī)器人及水體表面流動(dòng)檢測(cè)方法；該機(jī)器人包括仿生軀干；所述的仿生軀干上連接有多個(gè)低于仿生軀干底面的腳墊；腳墊用于利用水的表面張力為仿生軀干提供支撐力。所述的仿生軀干包括微流體泵、第二微通道、滴嘴和框架；微流體泵安裝在框架的中部；氣室安裝在框架的頭端；流體泵的輸出端與第二微通道的一端連接；第二微通道的另一端設(shè)置有朝下設(shè)置的滴嘴。滴嘴位于框架的尾端。第二微通道內(nèi)裝有有機(jī)試劑。有機(jī)試劑中混合有色素。所述的微流體泵用于推動(dòng)第二微通道內(nèi)的有機(jī)溶劑從滴嘴中滴出。有機(jī)溶劑滴落到水面上時(shí)，在馬蘭戈尼效應(yīng)的作用下推動(dòng)各腳墊前進(jìn)，且有機(jī)溶劑中的色素對(duì)水體表面進(jìn)行染色。色。色。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種自驅(qū)動(dòng)仿生水上染色機(jī)器人及水體表面流動(dòng)檢測(cè)方法
[0001]本專利技術(shù)屬于自驅(qū)動(dòng)仿生水上染色機(jī)器人
，具體涉及一種自驅(qū)動(dòng)仿生水上染色機(jī)器人及水體表面流動(dòng)檢測(cè)方法。
技術(shù)介紹
[0002]馬蘭戈尼效應(yīng)(Marangoni effect)是一種由于表面張力不同的兩種液體的界面存在表面張力梯度，而使質(zhì)量傳送的現(xiàn)象，稱為馬蘭戈尼效應(yīng)。出現(xiàn)馬蘭戈尼效應(yīng)的原因是表面張力大的液體對(duì)其周圍表面張力小的液體的拉力強(qiáng)，產(chǎn)生表面張力梯度；使液體從表面張力低向表面張力高的方向流動(dòng)。
[0003]研究水體表面的液體流動(dòng)情況時(shí)，需要將水體表面染色，傳統(tǒng)的人工染色具有染色不均勻的缺點(diǎn)，通過(guò)螺旋槳驅(qū)動(dòng)的小船釋放染色劑會(huì)擾動(dòng)水體表面，造成水體表面劇烈擾動(dòng)，染色效果均不好。本專利技術(shù)模仿隱翅蟲和寬蝽在水面的運(yùn)動(dòng)原理，設(shè)計(jì)了一種自驅(qū)動(dòng)仿生水上染色機(jī)器人，在研究水體表面液體流動(dòng)情況時(shí)，在自驅(qū)動(dòng)仿生水上染色機(jī)器人滴出的有機(jī)試劑內(nèi)添加色素，滴出的有機(jī)試劑能將水的表面染色，便于觀測(cè)水體表面流動(dòng)情況，此染色過(guò)程便捷，對(duì)水體的染色較均勻，利用馬蘭戈尼效應(yīng)原理作為動(dòng)力運(yùn)動(dòng)，且無(wú)需電機(jī)和螺旋槳提供動(dòng)力，也無(wú)螺旋槳的擾動(dòng)，對(duì)水面的干擾較小，也促進(jìn)自驅(qū)動(dòng)水上染色機(jī)器人的發(fā)展，也無(wú)大的儲(chǔ)染料罐，不會(huì)由于染料分布不均造成自驅(qū)動(dòng)仿生水上染色機(jī)器人傾覆。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
[0004]本專利技術(shù)的目的在于提供一種自驅(qū)動(dòng)仿生水上染色機(jī)器人及水體表面流動(dòng)檢測(cè)方法。
[0005]第一方面，本專利技術(shù)提供一種自驅(qū)動(dòng)仿生水上染色機(jī)器人，包括仿生軀干；所述的仿生軀干上連接有多個(gè)低于仿生軀干底面的腳墊；腳墊用于利用水的表面張力為仿生軀干提供支撐力。所述的仿生軀干包括微流體泵、第二微通道、滴嘴和框架；微流體泵安裝在框架的中部；氣室安裝在框架的頭端；流體泵的輸出端與第二微通道的一端連接；第二微通道的另一端設(shè)置有朝下設(shè)置的滴嘴。滴嘴位于框架的尾端。第二微通道內(nèi)裝有有機(jī)試劑。有機(jī)試劑中混合有色素。所述的微流體泵用于推動(dòng)第二微通道內(nèi)的有機(jī)溶劑從滴嘴中滴出。有機(jī)溶劑滴落到水面上時(shí)，在馬蘭戈尼效應(yīng)的作用下推動(dòng)各腳墊前進(jìn)，且有機(jī)溶劑中的色素對(duì)水體表面進(jìn)行染色。
[0006]作為優(yōu)選，所述的有機(jī)試劑為酒精或3
?
甲基
?1?
丁醇。
[0007]作為優(yōu)選，所述的微流體泵內(nèi)設(shè)有腔體；腔體內(nèi)設(shè)置有多孔介質(zhì)；初始狀態(tài)下，多孔介質(zhì)內(nèi)的孔隙中填充有空氣；當(dāng)多孔介質(zhì)吸水時(shí)，水填充到多孔介質(zhì)的孔隙中，使得孔隙中的空氣從輸出端輸出到第二微通道中。所述的仿生軀干還包括第一微通道。微流體泵的輸入端連接有第一微通道連接；第一微通道內(nèi)裝有水。向第一微通道遠(yuǎn)離微流體泵的端部充壓時(shí)，第一微通道內(nèi)的水輸入到微流體泵中并被多孔介質(zhì)吸收，并將多孔介質(zhì)中的空氣送入第二微通道；進(jìn)入微流體泵的水被吸收后，第一微通道內(nèi)的剩余水在毛細(xì)作用下持續(xù)
進(jìn)入微流體泵中。
[0008]作為優(yōu)選，所述的多孔介質(zhì)包括依次層疊的多層濾紙，以及位于濾紙之間的纖維素粉末。
[0009]作為優(yōu)選，所述的仿生軀干還包括氣室。氣室與第一微通道遠(yuǎn)離微流體泵的端部連通，用于對(duì)第一微通道充壓。所述氣室的內(nèi)部設(shè)置有儲(chǔ)氣囊；第一微通道與儲(chǔ)氣囊的內(nèi)腔連通；氣室的底部安裝有第一磁鐵；開始工作時(shí)，在氣室的頂部放入第二磁鐵；第一磁鐵與第二磁鐵相互吸引，將儲(chǔ)氣囊內(nèi)的氣體擠入第一微通道中。
[0010]作為優(yōu)選，第一微通道和第二微通道均呈蛇形。
[0011]作為優(yōu)選，所述的腳墊包括連桿、底盤和龍骨；所述的連桿的底端與底盤連接。豎直設(shè)置的龍骨與底盤的底面轉(zhuǎn)動(dòng)連接并能夠在不同位置鎖止；所述的龍骨呈片狀。所述的龍骨在前進(jìn)過(guò)程中提供轉(zhuǎn)向力。
[0012]作為優(yōu)選，所述的腳墊上設(shè)置有疏水性涂層。
[0013]作為優(yōu)選，所述的腳墊共有四個(gè)，分別為兩個(gè)前腳墊和兩個(gè)后腳墊。兩個(gè)前腳墊位于仿生軀干的前部?jī)蓚?cè)；兩個(gè)后腳墊位于仿生軀干后部的兩側(cè)；所述的仿生軀干還包括前臂和后臂。兩根前臂的內(nèi)端與框架兩側(cè)的頭端分別固定，兩根前臂的外端與前腳墊的頂面分別固定。兩根后臂內(nèi)端與框架兩側(cè)的尾端分別固定，兩根后臂的外端與后腳墊的頂面分別固定。
[0014]第二方面，本專利技術(shù)提供一種水體表面流動(dòng)情況檢測(cè)方法，其步驟如下：
[0015]首先，將前述的自驅(qū)動(dòng)仿生水上染色機(jī)器人放置在被測(cè)水體表面；接著，微流體泵帶動(dòng)第二微通道內(nèi)的有機(jī)試劑不斷從滴嘴中滴出；有機(jī)試劑滴落在被測(cè)水體表面，在馬蘭戈尼效應(yīng)下對(duì)自驅(qū)動(dòng)仿生水上染色機(jī)器人產(chǎn)生推進(jìn)力；同時(shí)，有機(jī)溶劑中的色素對(duì)水體表面進(jìn)行染色。隨著自驅(qū)動(dòng)仿生水上染色機(jī)器人的前進(jìn)，色素在水體表面形成一條染色軌跡；最后，根據(jù)染色軌跡在預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)的變形情況判斷被測(cè)水體的表面流動(dòng)情況。
[0016]本專利技術(shù)具有的有益效果是：
[0017]1、本專利技術(shù)在研究水表液體流動(dòng)情況時(shí)，在自驅(qū)動(dòng)仿生水上染色機(jī)器人滴出的有機(jī)試劑內(nèi)添加色素，滴出的有機(jī)試劑能將水的表面染色，便于觀測(cè)水體表面流動(dòng)情況，此染色過(guò)程便捷，對(duì)水體的染色均勻，利用馬蘭戈尼效應(yīng)原理作為動(dòng)力運(yùn)動(dòng)，且無(wú)需電機(jī)和螺旋槳提供動(dòng)力，也無(wú)螺旋槳的擾動(dòng)，對(duì)水面的干擾較小，也促進(jìn)自驅(qū)動(dòng)水上染色機(jī)器人的發(fā)展，也無(wú)大的儲(chǔ)染料罐，不會(huì)由于染料分布不均造成自驅(qū)動(dòng)仿生水上染色機(jī)器人傾覆。
[0018]2、本專利技術(shù)通過(guò)調(diào)節(jié)微流體泵內(nèi)多孔介質(zhì)的厚度，改變微流體泵的吸水速度，從而改變滴嘴流出有機(jī)試劑的速度；調(diào)節(jié)滴嘴的直徑，改變滴嘴流出有機(jī)試劑的速度；調(diào)節(jié)前連桿和后連桿的高度，改變有機(jī)試劑滴落到水面上所需的時(shí)間，聯(lián)合作用，從而改變自驅(qū)動(dòng)仿生水上染色機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度，從而改變自驅(qū)動(dòng)仿生水上染色機(jī)器人通過(guò)色素染色水體的速度。
[0019]3、本專利技術(shù)的多孔介質(zhì)只要觸碰第一微通道內(nèi)的水，通過(guò)毛細(xì)作用，便可源源不斷的吸取第一微通道內(nèi)的水；使腔體內(nèi)的氣壓增大，腔體內(nèi)的氣體排到第二微通道，第二微通道內(nèi)的有機(jī)試劑被氣體擠壓，經(jīng)過(guò)滴嘴排出，從而微流體實(shí)現(xiàn)了僅需磁鐵觸發(fā)，便可源源不斷地向第二微通道泵氣，從而將第二微通道內(nèi)的有機(jī)試劑源源不斷地經(jīng)過(guò)滴嘴釋放至水面，推動(dòng)自驅(qū)動(dòng)仿生水上染色機(jī)器人向前移動(dòng)一直運(yùn)動(dòng)，有機(jī)試劑攜帶的色素一直染色水
體，直至第一微通道內(nèi)的所有水均被多孔介質(zhì)吸收為止。
附圖說(shuō)明
[0020]圖1為本專利技術(shù)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2為本專利技術(shù)的俯視圖。
[0022]圖3為本專利技術(shù)的仿生軀干結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖4為本專利技術(shù)的仿生軀干結(jié)構(gòu)的局部放大圖。
[0024]圖5為本專利技術(shù)的前腳墊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖6為本專利技術(shù)的后腳墊結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
[0026]以下結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0027]如圖1和2所示，一種自驅(qū)動(dòng)仿生水上染色機(jī)器人，包括前腳墊1、仿生軀干2和后腳墊3；兩個(gè)前腳墊1位于仿生軀干2的前部?jī)蓚?cè)；兩個(gè)后腳墊3位于仿生軀干2后部的兩側(cè)；前腳墊1和后腳墊3的材料為丙烯腈丁二烯苯乙烯材料。前腳墊1和后腳墊3用于利用水的表面張力為機(jī)器人提供支撐力。<本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種自驅(qū)動(dòng)仿生水上染色機(jī)器人，包括仿生軀干(2)；其特征在于：所述的仿生軀干(2)上連接有多個(gè)低于仿生軀干(2)底面的腳墊；腳墊用于利用水的表面張力為仿生軀干(2)提供支撐力；所述的仿生軀干(2)包括微流體泵(2
?
1)、第二微通道(2
?
3)、滴嘴(2
?
7)和框架(2
?
8)；微流體泵(2
?
1)安裝在框架(2
?
8)的中部；氣室(2
?
6)安裝在框架(2
?
8)的頭端；流體泵(2
?
1)的輸出端與第二微通道(2
?
3)的一端連接；第二微通道(2
?
3)的另一端設(shè)置有朝下設(shè)置的滴嘴(2
?
7)；滴嘴(2
?
7)位于框架(2
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8)的尾端；第二微通道(2
?
3)內(nèi)裝有有機(jī)試劑；有機(jī)試劑中混合有色素；所述的微流體泵(2
?
1)用于推動(dòng)第二微通道(2
?
3)內(nèi)的有機(jī)溶劑從滴嘴(2
?
7)中滴出；有機(jī)溶劑滴落到水面上時(shí)，在馬蘭戈尼效應(yīng)的作用下推動(dòng)各腳墊前進(jìn)，且有機(jī)溶劑中的色素對(duì)水體表面進(jìn)行染色。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自驅(qū)動(dòng)仿生水上染色機(jī)器人，其特征在于：所述的有機(jī)試劑為酒精或3
?
甲基
?1?
丁醇。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自驅(qū)動(dòng)仿生水上染色機(jī)器人，其特征在于：所述的微流體泵(2
?
1)內(nèi)設(shè)有腔體；腔體內(nèi)設(shè)置有多孔介質(zhì)；初始狀態(tài)下，多孔介質(zhì)內(nèi)的孔隙中填充有空氣；當(dāng)多孔介質(zhì)吸水時(shí)，水填充到多孔介質(zhì)的孔隙中，使得孔隙中的空氣從輸出端輸出到第二微通道(2
?
3)中；所述的仿生軀干(2)還包括第一微通道(2
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2)；微流體泵(2
?
1)的輸入端連接有第一微通道(2
?
2)連接；第一微通道(2
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2)內(nèi)裝有水；向第一微通道(2
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2)遠(yuǎn)離微流體泵(2
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1)的端部充壓時(shí)，第一微通道(2
?
2)內(nèi)的水輸入到微流體泵(2
?
1)中并被多孔介質(zhì)吸收，并將多孔介質(zhì)中的空氣送入第二微通道(2
?
3)；進(jìn)入微流體泵(2
?
1)的水被吸收后，第一微通道(2
?
2)內(nèi)的剩余水在毛細(xì)作用下持續(xù)進(jìn)入微流體泵(2
?
1)中。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種自驅(qū)動(dòng)仿生水...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃潤(rùn)棋，許明，張帝，馬睿，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：杭州電子科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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