CN100347040C - 仿乌贼型软体动物大潜深水下仿生机器人 - Google Patents

Abstract

仿乌贼型软体动物大潜深水下仿生机器人，它涉及一种水下仿生机器人。本发明解决了现有水下机器人存在体积大、重量大、灵活性差、制造难度大问题及水下仿生机器人依靠电机驱动推进器，存在结构复杂、传动装置易出现故障，难以实现大潜深问题。它包括电池1、控制计算机2、沉浮控制装置3、运动控制电路4、通讯装置5、基体6；它还包括单脉冲推进器9和鳍控制器7；基体6内分别固定装有电池1、控制计算机2、运动控制电路4、通讯装置5，基体6上固定有沉浮控制装置3，基体6的上端面固定有单脉冲推进器9，单脉冲推进器9右端的基体1上固定有鳍控制器7。本发明具有结构简单、体积小、重量轻、运动灵活、能实现大潜深的优点。

Description

仿乌贼型软体动物大潜深水下仿生机器人

技术领域：

本发明涉及一种水下仿生机器人，具体涉及一种仿乌贼型软体动物大潜深水下仿生机器人。

背景技术：

到目前为止，人类已经可以对外太空领域进行观察与研究，但对近在咫尺的深海资源的开发与利用却知之甚少。由于深海环境条件极为恶劣，如高压、无光、暗流、地貌复杂等，使用常规潜器可达性极差，再加上数据传输的困难，导致目前人类对海洋资源的利用还只停留在浅海层。在深海海洋探测与综合利用以及海防建设方面，水下机器人将发挥至关重要的作用。水下机器人是水下无人潜水器(UUV，Unmanned Underwater Vehicle)的另一种说法，第一台水下机器人“Poodle”诞生于1953年。现有的少数水下机器人依靠高性能的耐压壳能够潜到地球上任何海域的海底。由于现有的水下机器人是通过螺旋桨和舵来实现水下运动的，不仅灵活性差，制造难度也极大，并且动力装置在水下机器人内占据了较大的空间，而且质量较大，使水下机器人的体积和质量均较大，这就要求水下机器人的耐压壳做得比较大，以安放较多的仪器、能源、执行机构等等，或者干脆采用开放的框架式结构，其上的各个模块采用各自较小的耐压壳来实现抗压，而各个模块之间的通信和互联又是问题，并且严重降低了水下机器人的运动性能，动力执行装置的密封也比较困难。在水下机器人蓬勃发展的同时，人们对水下仿生机器人也开始了研究。水下仿生机器人是模仿水中生物的形态、动作和功能等的机器人，如模仿鱼游动的仿鱼机器人；模仿龙虾爬行的龙虾机器人，这种机器人运动灵活，能量利用率高，但是由于现有的水下仿生机器人采用电机作为动力源，依靠机械传动装置驱动推进器运动，因而存在整体结构复杂、传动装置易出现机械故障，难以实现大潜深问题。如果能将现有的水下机器人的大潜深和水下仿生机器人的高灵活性结合起来优势互补，便能创造出一种新型的、更加实用的大潜深水下仿生机器人。

发明内容：

本发明的目的是为解决现有水下机器人存在体积大、重量大、灵活性差、制造难度大问题及水下仿生机器人采用电机作为动力源，依靠机械传动装置驱动推进器运动存在整体结构复杂、传动装置易出现机械故障，难以实现大潜深问题而提供的一种仿乌贼型软体动物大潜深水下仿生机器人。它包括电池1、控制计算机2、沉浮控制装置3、运动控制电路4、通讯装置5、基体6；它还包括单脉冲推进器9和鳍控制器7；基体6的空腔6-3内分别固定有电池1、控制计算机2、运动控制电路4、通讯装置5，基体6上固定装有沉浮控制装置3，基体6的上端面固定有单脉冲推进器9，单脉冲推进器9右端的基体1上固定有鳍控制器7。单脉冲推进器9由型腔11、喷嘴总成12、型腔形状记忆合金驱动器17、型腔复位弹簧18、进水装置组成；型腔11由蒙皮腔11-1和腔室11-2组成；蒙皮腔11-1的左端与腔室11-2连接成为一体，蒙皮腔11-由顶板11-1-1、底板11-1-2、蒙皮11-1-3组成；底板11-1-2与顶板11-1-1之间通过蒙皮11-1-3固定连接构成蒙皮腔11-1，底板11-1-2与基体6固定连接，顶板11-1-1与底板11-1-2之间连接有一组型腔形状记忆合金驱动器17和一组型腔复位弹簧18，型腔11上设有进水装置，型腔11的左端与喷嘴总成12固定连接。鳍控制器7由鳍7-1、第一限位架7-2、第二限位架7-3、鳍转动轴7-4、第一轴套架7-5、第二轴套架7-6、第一固定柱7-7、第二固定柱7-8、第三固定柱7-9、第一鳍形状记忆合金驱动器7-10、第一鳍复位弹簧7-11、第二鳍形状记忆合金驱动器7-12、第二鳍复位弹簧7-13组成；底板11-1-2的上端面沿横向方向分别固定有第一轴套架7-5和第二轴套架7-6，第一轴套架7-5和第二轴套架7-6的通孔内装有鳍转动轴7-4，鳍转动轴7-4的两端分别与鳍7-1固定连接，鳍转动轴7-4的中间位置上固定有第一固定柱7-7，鳍转动轴7-4两侧的纵向底板11-1-2上对称固定有第一限位架7-2和第二限位架7-3，第一限位架7-2外侧的纵向底板11-1-2上固定有第二固定柱7-8，第二限位架7-3外侧的纵向底板11-1-2上固定有第三固定柱7-9，第三固定柱7-9与第一固定柱7-7之间分别固定有第一鳍形状记忆合金驱动器7-10和第一鳍复位弹簧7-11，第二固定柱7-8与第一固定柱7-7之间分别固定有第二鳍形状记忆合金驱动器7-12和第二鳍复位弹簧7-13。

本发明具有以下有益效果：一、乌贼等软体动物的大潜深是依靠其静水骨骼来实现的，静水骨骼是骨骼的一种，常见于无脊椎动物，如蚯蚓、水蛭、章鱼、水母等等，是一种液体充满一定压力的小隔间组织，作用如同哺乳动物的骨骼，其特点是：(1)、具有小隔间，其中的不可压缩的液体能够将压力变化传至各个方向；(2)、这些小隔间被外部的膜所包围，能实现各个方向的变形；(3)、小隔间内液体体积保持不变，通过围绕在静水骨骼周围的肌肉，这些动物能够极大限度地改变身体形状，从而进入狭小的窄缝，如章鱼能够穿过只有自己身体几分之一直径的孔，就是得益于静水骨骼；同时静水骨骼也使它们体内、体外承受相同的压力，从而能够潜入较深的水下而不至于被压垮。本发明根据乌贼等软体动物骨骼和大潜深的特点，模仿章鱼、乌贼等静水骨骼来实现耐压，并且模仿这些动物头足的喷水推进原理，通过形状记忆合金(SMA，Shape Memory Alloy)等智能材料(Smart Material Structure)来改变单脉冲推进器型腔的容积，通过型腔周期性的吸水和喷水，驱动该水下仿生机器人向前推进。本发明的单脉冲推进器的型腔工作原理是：(1)、型腔在原始状态时，单脉冲推进器的进水装置开启，型腔处于扩张储水状态；(2)、单脉冲推进器的进水装置闭合，为型腔喷射做准备；(3)、型腔整体收缩高速喷水，推动该水下仿生机器人向前运动；(4)、型腔扩张，进水装置打开吸水，为下次喷射做准备。二、本发明的单脉冲推进器具有体积小、重量轻、无噪音、瞬时推力大、动作时能量密度高，可利用的空间大、运动灵活性高的优点。三、根据用途的不同，可在该机器人上加装各种用途的模块，如运输模块、机械手、武器模块等等，使该机器人具有较宽的使用范围。四、本发明结合了现有水下机器人的大潜深和现有水下仿生机器人的高灵活性，同时模仿章鱼、乌贼等静水骨骼实现耐压，模仿它们的喷水推进原理实现推进，其单脉冲推进器的运动机理简单，驱动电压较低，采用电池作为动力源，这就使得水下机器人能以较高的速度运动，甚至可以以较快的速度跃出水面。五、本发明不需电机作动力源，也不需齿轮等变速装置，而是采用与基体固定连接的、可改变型腔体积的单脉冲推进器作为驱动装置，因而大大减小了基体和单脉冲推进器的抗压体积，采用较小的基体(耐压壳)即可保护住电池、控制计算机、运动控制电路及通讯装置。六、单脉冲推进器的内外都充满了水，并且单脉冲推进器的内外压力一致，只要单脉冲推进器和体积较小的基体能够抵抗高压，该水下仿生机器人就能潜到较深的水下。由此可知，采用相同的制造工艺，本发明的水下仿生机器人就能比同等制造工艺条件的水下仿生机器人潜得深。七、本发明将电池、控制计算机、运动控制电路、通讯装置安装在基体的空腔内，沉浮控制装置安装在基体上，单脉冲推进器放置在基体的上端面上并与基体固定连接，选用电池作为动力源，将运动控制程序、沉浮控制程序、通讯信号编程到控制计算机中，并由控制计算机发出指令信号控制运动控制电路、沉浮控制装置和通讯装置工作。八、本发明具有结构简单、操作方便，体积小、重量轻、运动灵活、可承受高压、推进力大、能实现大潜深的优点。

附图说明：

附图1是本发明采用单脉冲推进器9和尾部进水装置13的整体结构主视图，图2是图1的俯视图，图3是图1的左视图，图4是本发明采用单脉冲推进器9和尾部进水装置13的主视图，图5是图4的A-A剖面图，图6是图4的俯视图，图7是尾部进水装置13的结构示意图，图8是喷嘴总成12的主视图，图9是图8的B-B剖面图，图10是图8的左视图，图11是鳍控制器7的结构示意图，图12本发明采用单脉冲推进器9和滑动式进水装置14的主视图，图13是图12的C-C剖面图，图14是图12的俯视图，图15是图12的左视图，图16是滑动式进水装置14的结构示意图，图17是本发明采用单脉冲推进器9和转动式进水装置15的主视图，图18是图17的俯视图，图19是图17的左视图，图20是转动式进水装置15的结构示意图，图21是本发明采用双脉冲推进器10和尾部进水装置13的主视图，图22是图21的俯视图，图23是图21的左视图。

具体实施方式：

具体实施方式一：结合图1、图2、图3说明本实施方式，本实施方式由电池1、控制计算机2、沉浮控制装置3、运动控制电路4、通讯装置5、基体6、单脉冲推进器9和鳍控制器7组成；基体6的空腔6-3内分别固定有电池1、控制计算机2、运动控制电路4、通讯装置5，基体6上固定装有沉浮控制装置3，基体6的上端面固定有单脉冲推进器9，单脉冲推进器9右端的基体1上固定有鳍控制器7。

具体实施方式二：结合图4、图5、图6说明本实施方式，本实施方式的单脉冲推进器9由型腔11、喷嘴总成12、型腔形状记忆合金驱动器17、型腔复位弹簧18、进水装置组成；型腔11由蒙皮腔11-1和腔室11-2组成；蒙皮腔11-1的左端与腔室11-2连接成为一体，蒙皮腔11-1由顶板11-1-1、底板11-1-2、蒙皮11-1-3组成；底板11-1-2与顶板11-1-1之间通过蒙皮11-1-3固定连接构成蒙皮腔11-1，底板11-1-2与基体6固定连接，顶板11-1-1与底板11-1-2之间连接有一组型腔形状记忆合金驱动器17和一组型腔复位弹簧18，型腔11上设有进水装置，型腔11的左端与喷嘴总成12固定连接。顶板11-1-1由小密度材料制成，刚性足以满足压水要求，蒙皮腔11-1的蒙皮采用可抗高压的柔性材料制成，在较小的作用力下即可实现自由变形，从而改变型腔11的容积。型腔11由蒙皮腔11-1和腔室11-2构成，由一组型腔形状记忆合金驱动器17驱动，蒙皮腔11-1的顶板11-1-1和底板11-1-2之间连接有一组型腔形状记忆合金驱动器17，顶板11-1-1和底板11-1-2的刚性较大，一组内的每个型腔形状记忆合金驱动器17之间串联连接，以实现同时通电，同步动作。当型腔11在扩张状态时，型腔形状记忆合金驱动器17通电加热，其温度超过逆相变点后产生逆相变恢复到原始的收缩状态，并产生较大的力，克服型腔复位弹簧18的弹力使型腔11发生收缩，压迫型腔11中的水从喷嘴总成12的喷嘴12-1中高速喷出，产生推力；当型腔11收缩至最小后，型腔形状记忆合金驱动器17停止通电，并冷却至低温相，型腔复位弹簧18的复位力使型腔11扩张，同时也将型腔形状记忆合金驱动器17拉至扩张状态，此时进水装置打开，向型腔11中充水，型腔11扩张至最大状态并完全充水后，进水装置关闭。采用上述结构的单脉冲推进器9通过型腔11扩张、收缩而充水、压水，从而实现脉冲喷射功能。型腔形状记忆合金驱动器17的外表面可以涂覆或包覆绝缘层或防护层，防止漏电而导致能量的流失以及液体的腐蚀。绝缘层可用三聚氰胺醇酸浸渍绝缘漆、聚氨脂、聚四氟乙烯等等。在某些场合，为了防止酸等化学物质的侵蚀，需要在型腔形状记忆合金驱动器17的表面附上防护层或进行防腐处理，如作包覆聚酯薄膜等，绝缘层和防护层很薄，不妨碍型腔形状记忆合金驱动器17的运动及散热。型腔复位弹簧18可采用螺旋弹簧、卷簧或板簧。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图8、图9、图10说明本实施方式，本实施方式的喷嘴总成12由喷嘴12-1、控制喷嘴转动的形状记忆合金驱动器12-2、喷嘴复位弹簧12-3、喷嘴管道支架12-4、第一连接架12-5、第二连接架12-6、第三连接架12-7、第四连接架12-8组成；喷嘴管道支架12-4的右端固定装在腔室11-2的左端面11-2-3的通孔内，喷嘴管道支架12-4左端的球面12-4-1装在喷嘴12-1的球形空腔12-1-1内并与喷嘴12-1铰接，喷嘴12-1的球形外表面12-1-2沿圆周方向对称固定有一组第一连接架12-5和一组第二连接架12-6，与第一连接架12-5相对应的喷嘴管道支架12-4的外端面上固定有第三连接架12-7，与第二连接架12-6相对应的喷嘴管道支架12-4的外端面上固定有第四连接架12-8，第一连接架12-5与控制喷嘴转动的形状记忆合金驱动器12-2的左端固定连接，第三连接架12-7与控制喷嘴转动的形状记忆合金驱动器12-2的右端固定连接，第二连接架12-6与喷嘴复位弹簧12-3的左端固定连接，第四连接架12-8与喷嘴复位弹簧12-3的右端固定连接；所述的喷嘴12-1由两个分体的半喷嘴12-1-3相扣固定连接而成。喷嘴管道支架12-4左端的球面12-4-1装在喷嘴12-1的球形空腔12-1-1内并与喷嘴12-1铰接，喷嘴12-1可以向任意方向转动，以提供不同方向的推力，实现该水下仿生机器人的转弯、俯仰等动作或加快该水下机器人的上浮、下潜速度。喷嘴12-1由一组控制喷嘴转动的形状记忆合金驱动器12-2驱动，由喷嘴复位弹簧12-3提供复位力，工作时，控制喷嘴转动的形状记忆合金驱动器12-2通电收缩，拉动喷嘴12-1转动一定角度；喷嘴12-1需复位时，控制喷嘴转动的形状记忆合金驱动器12-2停止通电并冷却，由喷嘴复位弹簧12-3将喷嘴12-1复位至原始状态。采用两个分体的半喷嘴12-1-3相扣固定连接制成喷嘴12-1，不仅安装方便，还可保证喷嘴12-1转动灵活。为了保证控制喷嘴转动的形状记忆合金驱动器12-2不漏电，减少能量损失，可在控制喷嘴转动的形状记忆合金驱动器12-2的外表面涂覆或包覆绝缘层或防护层。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：结合图4、图6、图7说明本实施方式，本实施方式的进水装置由设置在型腔11内的尾部进水装置13组成；所述的尾部进水装置13由左前进水板13-1、拉线架13-2、拉线13-3、转轴13-4、转轴支座13-5、驱动器架13-6、控制尾部进水的形状记忆合金驱动器13-7、卷簧13-8、左后进水板13-9组成；腔室11-2的左端面11-2-3上设有左前进水口11-2-1和左后进水口11-2-2，转轴支座13-5分别与腔室11-2的左端面11-2-3和底板11-1-2固定连接，转轴支座13-5内装有转轴13-4，转轴13-4与转轴支座13-5之间装有卷簧13-8，卷簧13-8的一端缠绕在转轴13-4上，卷簧13-8的另一端固定在转轴支座13-5上，与腔室11-2的左端面11-2-3上的左前进水口11-2-1相对应的转轴13-4上固定有左前进水板13-1，与腔室11-2的左端面11-2-3上的左后进水口11-2-2相对应的转轴13-4上固定有左后进水板13-9，左前进水板13-1和左后进水板13-9分别与拉线13-3的一端固定连接，拉线13-3的另一端通过固定在底板11-1-2上的拉线架13-2与控制尾部进水的形状记忆合金驱动器13-7的一端相连接，控制尾部进水的形状记忆合金驱动器13-7的另一端与固定在底板11-1-2上的驱动器架13-6固定连接。工作时，控制尾部进水的形状记忆合金驱动器13-7通电收缩，克服卷簧13-8的力开启左前进水板13-1和左后进水板13-9，外界的水分别从左前进水口11-2-1和左后进水口11-2-2流入型腔11中，型腔11扩张至最大状态时，控制尾部进水的形状记忆合金驱动器13-7停止通电并冷却，靠卷簧13-8的弹力将左前进水板13-1和左后进水板13-9关闭，左前进水板13-1和左后进水板13-9采用转动的开启方式。为了保证型腔11不漏水，可在左前进水板13-1上和左后进水板13-9上安装密封件；为了使控制尾部进水的形状记忆合金驱动器13-7不漏电，可在控制尾部进水的形状记忆合金驱动器13-7的外表面涂覆或包覆绝缘层或防护层。采用尾部进水装置13可以保证基体6的底面光滑，减小基体6在水中运行的阻力。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：结合图12、图13、图14、图15、图16说明本实施方式，本实施方式的进水装置由设置在型腔11底部的滑动式进水装置14组成；所述的滑动式进水装置14由左连接架14-1、右连接架14-2、左形状记忆合金驱动器14-3、右形状记忆合金驱动器14-4、左复位弹簧14-5、右复位弹簧14-6、左进水门14-7、右进水门14-8、档块14-9、复位弹簧导轨14-10组成；基体6的中间设有长孔6-1，型腔11装在基体6中间的长孔6-1内并与基体6固定连接，底板11-1-2的下端面与基体6的下端面在同一平面内，底板11-1-2的上端面的中间位置固定有档块14-9，档块14-9的左侧底板11-1-2上具有左进水口11-1-2-1，档块14-9的右侧底板11-1-2上具有右进水口11-1-2-2，左进水口11-1-2-1与右进水口11-1-2-2对称设置，底板11-1-2的上端面的左端固定有左连接架14-1，底板11-1-2的上端面的右端固定有右连接架14-2，与左进水口11-1-2-1相对应的底板11-1-2上具有左进水门14-7，与右进水口11-1-2-2相对应的底板11-1-2上具有右进水门14-8，左连接架14-1与左进水门14-7之间固定有左形状记忆合金驱动器14-3，右连接架14-2与右进水门14-8之间固定有右形状记忆合金驱动器14-4，左形状记忆合金驱动器14-3与右形状记忆合金驱动器14-4同轴，左形状记忆合金驱动器14-3与右形状记忆合金驱动器14-4两侧的横向底板11-1-2上分别对称装有复位弹簧导轨14-10，复位弹簧导轨14-10固定在档块14-9上，复位弹簧导轨14-10的左端与左连接架14-1固定连接，复位弹簧导轨14-10的右端与右连接架14-2固定连接，左连接架14-1与左进水门14-7之间的复位弹簧导轨14-10上固定装有左复位弹簧14-5，右连接架14-2与右进水门14-8之间的复位弹簧导轨14-10上固定装有右复位弹簧14-6。由于进水装置设置在型腔11的底部，型腔11扩张时，左形状记忆合金驱动器14-3与右形状记忆合金驱动器14-4通电，其温度超过逆相变点后产生逆相变恢复到原始的收缩状态，克服左复位弹簧14-5的弹力使左进水门14-7打开，克服右复位弹簧14-6的弹力使右进水门14-8打开，水分别从左进水口11-1-2-1和右进水口11-1-2-2进入到型腔11内，当型腔11扩张至最大时，左形状记忆合金驱动器14-3与右形状记忆合金驱动器14-4断电并冷却，左复位弹簧14-5推动左进水门14-7复位，关闭左进水口11-1-2-1，右复位弹簧14-6推动右进水门14-8复位，关闭右进水口11-1-2-2。采用此结构的进水装置在高度方向占用的空间小，闭合时，左进水门14-7和右进水门14-8的闭合效果好。为了有较好的密封效果，可在左进水门14-7上和右进水门14-8上安装密封圈。左形状记忆合金驱动器14-3和右形状记忆合金驱动器14-4外表面可以涂覆或包覆绝缘层或防护层，防止漏电而导致能量的流失以及液体的腐蚀。

具体实施方式六：结合图17、图18、图19、图20说明本实施方式，本实施方式的进水装置由设置在型腔11底部的转动式进水装置15组成；所述的转动式进水装置15由左进水转动门15-1、右进水转动门15-2、左前支座15-3、左后支座15-4、右前支座15-5、右后支座15-6、左转轴15-7、右转轴15-8、连杆15-9、连接座15-10、第一固定柱15-11、第二固定柱15-12、复位弹簧15-13、形状记忆合金驱动器15-14组成；基体6的中间设有长槽6-2，型腔11装在基体6中间的长槽6-2内并与基体6固定连接，底板11-1-2的下端面与基体6的下端面在同一水平面上，底板11-1-2上设有左进水端口11-1-2-3和右进水端口11-1-2-4，底板11-1-2上固定有第一固定柱15-11和第二固定柱15-12，左进水端口11-1-2-3和右进水端口11-1-2-4之间的底板11-1-2上固定有左前支座15-3和左后支座15-4，右进水端口11-1-2-4右侧的底板11-1-2上固定有右前支座15-5和右后支座15-6，左前支座15-3和左后支座15-4的通孔内装有左转轴15-7，与左进水端口11-1-2-3相对应的左转轴15-7上固定有左进水转动门15-1，右前支座15-5和右后支座15-6的通孔内装有右转轴15-8，与右进水端口11-1-2-4相对应的右转轴15-8上固定有右进水转动门15-2，左转轴15-7的后端固定有连接座15-10，连接座15-10与第一固定柱15-11之间固定装有复位弹簧15-13，连接座15-10与连杆15-9的一端铰接，连杆15-9的另一端固定在右转轴15-8上，连杆15-9与第二固定柱15-12之间固定有形状记忆合金驱动器15-14。转动式进水装置15安装在底板11-1-2上，由连杆15-9和连接座15-10连接左进水转动门15-1和右进水转动门15-2，型腔11扩张时，形状记忆合金驱动器15-14通电，其温度超过逆相变点后产生逆相变恢复到原始的收缩状态，克服复位弹簧15-13的弹力，拉动连杆15-9使左进水转动门15-1和右进水转动门15-2打开，水分别从左进水端口11-1-2-3和右进水端口11-1-2-4进入型腔11中，当型腔11扩张至最大时，形状记忆合金驱动器15-14断电并冷却，复位弹簧15-13拉动连杆15-9使左进水转动门15-1和右进水转动门15-2复位，关闭左进水端口11-1-2-3和右进水端口11-1-2-4。为提高密封效果，可在左进水转动门15-1和右进水转动门15-2的周边加装密封圈。为防止形状记忆合金驱动器15-14漏电，减小能量损失，可在形状记忆合金驱动器15-14的外表面涂覆或包覆绝缘层或防护层。转动式进水装置15由于受型腔11的限制，开启时开口较小，但开口区域较大，且只需要一个形状记忆合金驱动器15-14，其结构比较简单。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式七：结合图4、图6、图11说明本实施方式，本实施方式的鳍控制器7由鳍7-1、第一限位架7-2、第二限位架7-3、鳍转动轴7-4、第一轴套架7-5、第二轴套架7-6、第一固定柱7-7、第二固定柱7-8、第三固定柱7-9、第一鳍形状记忆合金驱动器7-10、第一鳍复位弹簧7-11、第二鳍形状记忆合金驱动器7-12、第二鳍复位弹簧7-13组成；底板11-1-2的上端面沿横向方向分别固定有第一轴套架7-5和第二轴套架7-6，第一轴套架7-5和第二轴套架7-6的通孔内装有鳍转动轴7-4，鳍转动轴7-4的两端分别与鳍7-1固定连接，鳍转动轴7-4的中间位置上固定有第一固定柱7-7，鳍转动轴7-4两侧的纵向底板11-1-2上对称固定有第一限位架7-2和第二限位架7-3，第一限位架7-2外侧的纵向底板11-1-2上固定有第二固定柱7-8，第二限位架7-3外侧的纵向底板11-1-2上固定有第三固定柱7-9，第三固定柱7-9与第一固定柱7-7之间分别固定有第一鳍形状记忆合金驱动器7-10和第一鳍复位弹簧7-11，第二固定柱7-8与第一固定柱7-7之间分别固定有第二鳍形状记忆合金驱动器7-12和第二鳍复位弹簧7-13。用于控制该水下仿生机器人俯仰的鳍控制器7安装在该水下仿生机器人的头部，鳍7-1安装在鳍转动轴7-4上，鳍7-1分别由第一鳍形状记忆合金驱动器7-10和第二鳍形状记忆合金驱动器7-12驱动。当鳍7-1要转动时，第一鳍形状记忆合金驱动器7-10和第二鳍形状记忆合金驱动器7-12通电收缩变形，拉动鳍7-1转动，并由第一限位架7-2和第二限位架7-3将鳍7-1限位在某一角度上，使该水下仿生机器人实现上浮或下潜；当鳍7-1需要复位时，收缩的第一鳍形状记忆合金驱动器7-10和第二鳍形状记忆合金驱动器7-12停止通电并冷却，由第一鳍复位弹簧7-11和第二鳍复位弹簧7-13将鳍7-1复位至原始状态。为防止第一鳍形状记忆合金驱动器7-10和第二鳍形状记忆合金驱动器7-12漏电，减小能量损失，可在第一鳍形状记忆合金驱动器7-10和第二鳍形状记忆合金驱动器7-12的外表面涂覆或包覆绝缘层或防护层。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式八：结合图4、图6、图12、图14、图17、图18说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点是：本实施方式还增加有限位机构16；限位机构16由限位拉线16-1和限位柱16-2组成；限位拉线16-1的两端分别与底板11-1-2和顶板11-1-1固定连接，底板11-1-2上固定有限位柱16-2。型腔11扩张至最大和收缩至最小状态时都用限位机构16限位，如型腔11扩张至最大状态时，由连接顶板11-1-1和底板11-1-2的限位拉线16-1拉紧顶板11-1-1和底板11-1-2限制型腔11继续扩张；型腔11收缩至最小状态时，由安装在底板11-1-2上的限位柱16-2顶住顶板11-1-1，限制型腔11继续收缩，可保护型腔11外表面的蒙皮11-1-3不被损坏，延长蒙皮11-1-3的使用寿命。限位柱16-2也可以安装在顶板11-1-1上，顶住底板11-1-2，限制型腔11继续收缩。

具体实施方式九：结合图21、图22、图23说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点是：本实施方式由两个单脉冲推进器9并列组合构成双脉冲推进器10。采用双脉冲推进器10同时喷射，即可实现大推力推进；也可以轮换喷射，实现连续推进。整个机器人由一套控制系统控制。也可装载多个单脉冲喷射推进器9同时喷射，实现大推力推进，提高推进速度；交替喷射，实现连续推进。

具体实施方式十：结合图23说明本实施方式，本实施方式的双脉冲推进器10的进水装置采用尾部进水装置13。每个单脉冲推进器9都有一个独立的尾部进水装置13，可减小该水下仿生机器人的潜水阻力。

Claims (7)

1、一种仿乌贼型软体动物大潜深水下仿生机器人，它包括电池(1)、控制计算机(2)、沉浮控制装置(3)、运动控制电路(4)、通讯装置(5)、基体(6)；其特征在于它还包括单脉冲推进器(9)和鳍控制器(7)；基体(6)的空腔(6-3)内分别固定有电池(1)、控制计算机(2)、运动控制电路(4)、通讯装置(5)，基体(6)上固定装有沉浮控制装置(3)，基体(6)的上端面固定有单脉冲推进器(9)，单脉冲推进器(9)右端的基体(1)上固定有鳍控制器(7)，单脉冲推进器(9)包括型腔(11)、喷嘴总成(12)、型腔形状记忆合金驱动器(17)、型腔复位弹簧(18)、进水装置；型腔(11)由蒙皮腔(11-1)和腔室(11-2)组成；蒙皮腔(11-1)的左端与腔室(11-2)连接成为一体，蒙皮腔(11-1)由顶板(11-1-1)、底板(11-1-2)、蒙皮(11-1-3)组成；底板(11-1-2)与顶板(11-1-1)之间通过蒙皮(11-1-3)固定连接构成蒙皮腔(11-1)，底板(11-1-2)与基体(6)固定连接，顶板(11-1-1)与底板(11-1-2)之间连接有一组型腔形状记忆合金驱动器(17)和一组型腔复位弹簧(18)，型腔(11)上设有进水装置，型腔(11)的左端与喷嘴总成(12)固定连接，鳍控制器(7)由鳍(7-1)、第一限位架(7-2)、第二限位架(7-3)、鳍转动轴(7-4)、第一轴套架(7-5)、第二轴套架(7-6)、第一固定柱(7-7)、第二固定柱(7-8)、第三固定柱(7-9)、第一鳍形状记忆合金驱动器(7-10)、第一鳍复位弹簧(7-11)、第二鳍形状记忆合金驱动器(7-12)、第二鳍复位弹簧(7-13)组成；底板(11-1-2)的上端面沿横向方向分别固定有第一轴套架(7-5)和第二轴套架(7-6)，第一轴套架(7-5)和第二轴套架(7-6)的通孔内装有鳍转动轴(7-4)，鳍转动轴(7-4)的两端分别与鳍(7-1)固定连接，鳍转动轴(7-4)的中间位置上固定有第一固定柱(7-7)，鳍转动轴(7-4)两侧的纵向底板(11-1-2)上对称固定有第一限位架(7-2)和第二限位架(7-3)，第一限位架(7-2)外侧的纵向底板(11-1-2)上固定有第二固定柱(7-8)，第二限位架(7-3)外侧的纵向底板(11-1-2)上固定有第三固定柱(7-9)，第三固定柱(7-9)与第一固定柱(7-7)之间分别固定有第一鳍形状记忆合金驱动器(7-10)和第一鳍复位弹簧(7-11)，第二固定柱(7-8)与第一固定柱(7-7)之间分别固定有第二鳍形状记忆合金驱动器(7-12)和第二鳍复位弹簧(7-13)。

2、根据权利要求1所述的仿乌贼型软体动物大潜深水下仿生机器人，其特征在于喷嘴总成(12)由喷嘴(12-1)、控制喷嘴转动的形状记忆合金驱动器(12-2)、喷嘴复位弹簧(12-3)、喷嘴管道支架(12-4)、第一连接架(12-5)、第二连接架(12-6)、第三连接架(12-7)、第四连接架(12-8)组成；喷嘴管道支架(12-4)的右端固定装在腔室(11-2)的左端面(11-2-3)的通孔内，喷嘴管道支架(12-4)左端的球面(12-4-1)装在喷嘴(12-1)的球形空腔(12-1-1)内并与喷嘴(12-1)铰接，喷嘴(12-1)的球形外表面(12-1-2)上沿圆周方向对称固定有一组第一连接架(12-5)和一组第二连接架(12-6)，与第一连接架(12-5)相对应的喷嘴管道支架(12-4)的外端面上固定有第三连接架(12-7)，与第二连接架(12-6)相对应的喷嘴管道支架(12-4)的外端面上固定有第四连接架(12-8)，第一连接架(12-5)与控制喷嘴转动的形状记忆合金驱动器(12-2)的左端固定连接，第三连接架(12-7)与控制喷嘴转动的形状记忆合金驱动器(12-2)的右端固定连接，第二连接架(12-6)与喷嘴复位弹簧(12-3)的左端固定连接，第四连接架(12-8)与喷嘴复位弹簧(12-3)的右端固定连接；所述的喷嘴(12-1)由两个分体的半喷嘴(12-1-3)相扣固定连接而成。

3、根据权利要求1所述的仿乌贼型软体动物大潜深水下仿生机器人，其特征在于进水装置由设置在型腔(11)内的尾部进水装置(13)组成；所述的尾部进水装置(13)由左前进水板(13-1)、拉线架(13-2)、拉线(13-3)、转轴(13-4)、转轴支座(13-5)、驱动器架(13-6)、控制尾部进水的形状记忆合金驱动器(13-7)、卷簧(13-8)、左后进水板(13-9)组成；腔室(11-2)的左端面(11-2-3)上设有左前进水口(11-2-1)和左后进水口(11-2-2)，转轴支座(13-5)分别与腔室(11-2)的左端面(11-2-3)和底板(11-1-2)固定连接，转轴支座(13-5)内装有转轴(13-4)，转轴(13-4)与转轴支座(13-5)之间装有卷簧(13-8)，卷簧(13-8)的一端缠绕在转轴(13-4)上，卷簧(13-8)的另一端固定在转轴支座(13-5)上，与腔室(11-2)左端面(11-2-3)上的左前进水口(11-2-1)相对应的转轴(13-4)上固定有左前进水板(13-1)，与腔室(11-2)左端面(11-2-3)上的左后进水口(11-2-2)相对应的转轴(13-4)上固定有左后进水板(13-9)，左前进水板(13-1)和左后进水板(13-9)分别与拉线(13-3)的一端固定连接，拉线(13-3)的另一端通过固定在底板(11-1-2)上的拉线架(13-2)与控制尾部进水的形状记忆合金驱动器(13-7)的一端相连接，控制尾部进水的形状记忆合金驱动器(13-7)的另一端与固定在底板(11-1-2)上的驱动器架(13-6)固定连接。

4、根据权利要求1所述的仿乌贼型软体动物大潜深水下仿生机器人，其特征在于进水装置由设置在型腔(11)底部的滑动式进水装置(14)组成；所述的滑动式进水装置(14)由左连接架(14-1)、右连接架(14-2)、左形状记忆合金驱动器(14-3)、右形状记忆合金驱动器(14-4)、左复位弹簧(14-5)、右复位弹簧(14-6)、左进水门(14-7)、右进水门(14-8)、档块(14-9)、复位弹簧导轨(14-10)组成；基体(6)的中间设有长孔(6-1)，型腔(11)装在基体(6)中间的长孔(6-1)内并与基体(6)固定连接，底板(11-1-2)的下端面与基体(6)的下端面在同一平面内，底板(11-1-2)的上端面的中间位置固定有档块(14-9)，档块(14-9)的左侧底板(11-1-2)上具有左进水口(11-1-2-1)，档块(14-9)的右侧底板(11-1-2)上具有右进水口(11-1-2-2)，左进水口(11-1-2-1)与右进水口(11-1-2-2)对称设置，底板(11-1-2)的上端面的左端固定有左连接架(14-1)，底板(11-1-2)的上端面的右端固定有右连接架(14-2)，与左进水口(11-1-2-1)相对应的底板(11-1-2)上具有左进水门(14-7)，与右进水口(11-1-2-2)相对应的底板(11-1-2)上具有右进水门(14-8)，左连接架(14-1)与左进水门(14-7)之间固定有左形状记忆合金驱动器(14-3)，右连接架(14-2)与右进水门(14-8)之间固定有右形状记忆合金驱动器(14-4)，左形状记忆合金驱动器(14-3)与右形状记忆合金驱动器(14-4)同轴，左形状记忆合金驱动器(14-3)与右形状记忆合金驱动器(14-4)两侧的横向底板(11-1-2)上分别对称装有复位弹簧导轨(14-10)，复位弹簧导轨(14-10)固定在档块(14-9)上，复位弹簧导轨(14-10)的左端与左连接架(14-1)固定连接，复位弹簧导轨(14-10)的右端与右连接架(14-2)固定连接，左连接架(14-1)与左进水门(14-7)之间的复位弹簧导轨(14-10)上固定装有左复位弹簧(14-5)，右连接架(14-2)与右进水门(14-8)之间的复位弹簧导轨(14-10)上固定装有右复位弹簧(14-6)。

5、根据权利要求1所述的仿乌贼型软体动物大潜深水下仿生机器人，其特征在于进水装置由设置在型腔(11)底部的转动式进水装置(15)组成；所述的转动式进水装置(15)由左进水转动门(15-1)、右进水转动门(15-2)、左前支座(15-3)、左后支座(15-4)、右前支座(15-5)、右后支座(15-6)、左转轴(15-7)、右转轴(15-8)、连杆(15-9)、连接座(15-10)、第一固定柱(15-11)、第二固定柱(15-12)、复位弹簧(15-13)、形状记忆合金驱动器(15-14)组成；基体(6)的中间设有长槽(6-2)，型腔(11)装在基体(6)中间的长槽(6-2)内并与基体(6)固定连接，底板(11-1-2)的下端面与基体(6)的下端面在同一水平面上，底板(11-1-2)上设有左进水端口(11-1-2-3)和右进水端口(11-1-2-4)，底板(11-1-2)上固定有第一固定柱(15-11)和第二固定柱(15-12)，左进水端口(11-1-2-3)和右进水端口(11-1-2-4)之间的底板(11-1-2)上固定有左前支座(15-3)和左后支座(15-4)，右进水端口(11-1-2-4)右侧的底板(11-1-2)上固定有右前支座(15-5)和右后支座(15-6)，左前支座(15-3)和左后支座(15-4)的通孔内装有左转轴(15-7)，与左进水端口(11-1-2-3)相对应的左转轴(15-7)上固定有左进水转动门(15-1)，右前支座(15-5)和右后支座(15-6)的通孔内装有右转轴(15-8)，与右进水端口(11-1-2-4)相对应的右转轴(15-8)上固定有右进水转动门(15-2)，左转轴(15-7)的后端固定有连接座(15-10)，连接座(15-10)与第一固定柱(15-11)之间固定装有复位弹簧(15-13)，连接座(15-10)与连杆(15-9)的一端铰接，连杆(15-9)的另一端固定在右转轴(15-8)上，连杆(15-9)与第二固定柱(15-12)之间固定有形状记忆合金驱动器(15-14)。

6、根据权利要求1所述的仿乌贼型软体动物大潜深水下仿生机器人，其特征在于单脉冲推进器(9)还包括限位机构(16)；限位机构(16)由限位拉线(16-1)和限位柱(16-2)组成；限位拉线(16-1)的两端分别与底板(11-1-2)和顶板(11-1-1)固定连接，底板(11-1-2)上固定有限位柱(16-2)。

7、根据权利要求3所述的仿乌贼型软体动物大潜深水下仿生机器人，其特征在于由两个单脉冲推进器(9)并列组合构成双脉冲推进器(10)。

Images