CN108032307A - 水母仿生机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种水母仿生机器人，由水母头部、支撑座、柔性壳体、漂浮装置径向记忆合金弹片和轴向记忆合金弹片组成；所述柔性壳体为一类半球形的中空壳体，在其周向均布有多个径向记忆合金弹片，下部设有多个均布的轴向记忆合金弹片，所述轴向记忆合金弹片与所述径向记忆合金弹片相互垂直，所述柔性壳体通过径向记忆合金弹片与支撑座连接在一起；所述支撑座上方设有一半球形的水母头部，下方安装有漂浮装置，所述漂浮装置与水母头部通过螺纹连接密封并紧固在所述支撑座上；本发明不仅可以实现水母仿生机器人推进运动，而且能实现类似于真实水母的变向运动，且结构简单，仿生效果好。
Description
所属技术领域
本发明涉及仿生机器人领域，特别是一种水母仿生机器人。
背景技术
目前，随着水下探测、水下运输的开发，水下机器人的开发得到越来越多的重视。在这其中，仿水母机器人由于其独特的流体动力推进原理，成为研究的热点。水母是一种无脊椎动物，它的运动主要是依靠径向分布的肌肉纤维收缩和伸长，进而带动柔性外壳的收缩和舒展，水流在壳体内腔的作用下运动，从而驱动了水母前行。水母的柔性外壳不是单纯的径向收缩，其外壳还会根据所需要前行的方向，力度大小调整其形态。调整形态后水母再通过收缩肌肉喷水时，就可以调整其运动前行的方向。
经过检索，公开号为CN101020498A的发明专利提供了一种机器仿生水母，它首次提出了一种采用电磁铁作为驱动本体，通过带动复位弹簧拉动挡板来实现收缩和舒展的效果，所述的装置采用两个腔体，通过反向控制两个腔体的运动来交替完成吸水和喷水的过程，进而实现水母的运动功能。但是这种方案的结构较为复杂，动作过程与真实水母也不相同，无法实现很好的仿生效果。公开号为 CN203305220U的发明提供了一种仿水母机器人，该水母机器人使用记忆合金丝作为驱动机器人柔性外壳的动力来源，通过记忆合金丝驱动尾鳍运动从而控制水母的运动方向。所述水母能够通过控制对记忆合金丝的通断电，实现记忆合金丝的往复变形，从而驱动水母运动，但是这种方式只有径向的记忆合金丝收缩变形，其方向变化是通过尾鳍实现的，这与自然界的水母并不相同，仿生效果不佳。
发明内容
为了克服现有的仿生水母机器人机构复杂、且仿生效果不佳的不足，本发明提供一种水母仿生机器人，该水母仿生机器人不仅能实现仿水母推进，而且能实现类似于水母的变向运动，且其构造与水母类似，仿生效果好。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明由水母头部、支撑座、柔性壳体、漂浮装置和径向、轴向记忆合金弹片组成；所述柔性壳体为一类半球形的中空壳体，在其周向均布有多个径向记忆合金弹片，在其下部周向开有多个豁口，所述柔性壳体通过径向记忆合金弹片与支撑座连接在一起；所述支撑座上方设有一半球形的水母头部，其内部为中空状态，用于设置控制板、电源和通信装置，所述支撑座下方安装有漂浮装置，所述漂浮装置用于为水母仿生机器人提供浮力，稳定其在水中的状态；在柔性壳体下部周向还设有多个均布的轴向记忆合金弹片，所述轴向记忆合金弹片与所述径向记忆合金弹片相互垂直。
本发明实现其运动及转向的过程为：将水母仿生机器人置于水中，在漂浮装置的作用下水母仿生机器人可以稳定漂浮在水中；安装在水母头部的控制装置发出控制信号，使得水母柔性壳体周向均布的径向记忆合金弹片有规律的收缩，进而驱动水母仿生机器人向前运动；此时如果给布置在柔性壳体周边的一些轴向记忆合金弹片通电，则轴向记忆合金弹片也将收缩，此时柔性壳体径向收缩时的迎水面积发生改变，进而改变水母前进的方向。
本发明的有益效果是，不仅可以实现水母仿生机器人推进运动，而且能实现类似于真实水母的变向运动；且结构简单，仿生效果好。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的整体效果图1。
图2是本发明的整体效果图2。
图3是本发明径向记忆合金弹片正常状态形态图。
图4是本发明径向记忆合金弹片收缩状态形态图。
图5是本发明轴向记忆合金弹片形态图。
图中1.水母头部，2.支撑座，3.径向记忆合金弹片，3-1.径向记忆合金丝，3-2.径向弹片，4.柔性壳体，5.轴向记忆合金弹片，5-1.轴向记忆合金丝，5-2.轴向弹片，6.漂浮装置。
具体实施方式
如图1和图2所示，水母仿生机器人由水母头部(1)、支撑座(2)、柔性壳体(4)、漂浮装置(6)径向记忆合金弹片(3)和轴向记忆合金弹片(5)组成；所述柔性壳体(4)为一类半球形的中空壳体，在其周向均布有多个径向记忆合金弹片(3)，所述径向记忆合金弹片(3)在正常状态下与柔性壳体(4)通过胶水紧密贴合在一起，柔性壳体(4)通过径向记忆合金弹片(3)与支撑座(2)连接在一起；所述柔性壳体(4) 下部周向开有多个豁口，该豁口用于降低径向记忆合金弹片(3)收缩时的阻力；所述支撑座(2)上方设有一半球形的水母头部(1)，其内部为中空状态，用于设置控制板、电源和通信装置；所述支撑座(2) 下方安装有漂浮装置(6)，所述漂浮装置(6)用于为水母仿生机器人提供浮力，稳定其在水中的状态；所述漂浮装置(6)可以为一中空的椭圆形壳体，在其内部充有空气等密度低于水的物质，所述漂浮装置(6)与水母头部(1)通过螺纹连接密封并紧固在所述支撑座上；在柔性壳体(4)下部周向还设有多个均布的轴向记忆合金弹片(5)，所述轴向记忆合金弹片(5)与所述径向记忆合金弹片(3)相互垂直。
如图3和图5所示，所述径向记忆合金弹片(3)由径向记忆合金丝(3-1)与径向弹片(3-2)两部分组成，径向记忆合金丝(3-1)通过胶水与径向弹片(3-2)紧密连接，径向记忆合金丝(3-1)末端穿过径向弹片(3-2)通过电路与控制装置相连接，所述径向弹片(3-2)的作用为：当径向记忆合金丝(3-1)断电处于正常状态时帮助径向记忆合金弹片(3)回弹；所述轴向记忆合金弹片(5)的组成和连接方式与径向记忆合金弹片(3)类似。优选的，所述径向记忆合金弹片(3)与轴向记忆合金弹片(5)均设有6组，均布在柔性壳体(4)的周向。
所述形状记忆丝是一种智能材料，其存在一个转变温度，当记忆合金丝的温度高于或低于该转变温度时，记忆合金丝会便显出收缩和正常状态，本发明便是利用记忆合金丝的这一特点，使用通电的方式给记忆合金丝加热，从而使其受控制的驱动水母运动。
本发明实现其运动及转向的过程为：将水母仿生机器人置于水中，在漂浮装置(6)的作用下水母仿生机器人可以稳定漂浮在水中；安装在水母头部(1)的控制装置发出控制信号，使得水母柔性壳体(4) 周向均布的径向记忆合金弹片(3)有规律的收缩，进而驱动水母仿生机器人向前运动；此时如果给布置在柔性壳体(4)周边的一些轴向记忆合金弹片(5)通电，则轴向记忆合金弹片(5)也将收缩，此时柔性壳体(4)径向收缩时的迎水面积发生改变，进而改变水母仿生机器人前进的方向。
当然，以上仅为本发明的较佳实施例而已，非因此即局限本发明的专利范围，凡运用本发明说明书及图式内容所为之简易修饰及等效结构变化，均应同理包含于本发明的专利保护范围之内。
Claims (2)
1.一种水母仿生机器人，包括水母头部、柔性壳体、漂浮装置、支撑座，其特征是：还包括径向记忆合金弹片、轴向记忆合金弹片；在所述柔性壳体周向均布有多个径向记忆合金弹片，所述径向记忆合金弹片在正常状态下与柔性壳体通过胶水紧密贴合在一起，柔性壳体通过径向记忆合金弹片与支撑座连接在一起，所述柔性壳体下部周向开有多个豁口；所述支撑座上方设有一半球形的水母头部，其内部为中空状态，用于设置控制板、电源和通信装置；所述支撑座下方安装有漂浮装置；所述漂浮装置与水母头部通过螺纹连接密封并紧固在支撑座上；在柔性壳体下部周向还设有多个均布的轴向记忆合金弹片，所述轴向记忆合金弹片与所述径向记忆合金弹片相互垂直。
2.根据权利要求1所述的水母仿生机器人，其特征是：所述径向记忆合金弹片与轴向记忆合金弹片均设有6组，均布在柔性壳体的周向。
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