CN111516836A - 仿生水母水下机器人 - Google Patents

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方记文
颜俊
王佳
王泽林
周显威
胡雁翎
赵卫鹏
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    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63C—LAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
    • B63C11/00—Equipment for dwelling or working underwater; Means for searching for underwater objects
    • B63C11/52—Tools specially adapted for working underwater, not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H1/00—Propulsive elements directly acting on water
    • B63H1/30—Propulsive elements directly acting on water of non-rotary type

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Abstract

本发明涉及仿生水下机器人技术领域，具体地说，是一种仿生水母水下机器人，包括半球形模块、柱状主体及位于底部的推进单元；半球形模块包括圆弧柔性外壳、方向调整单元及隔离支撑单元，方向调整单元内部呈内凹趋势，钢球放置于中心位置，沿圆周均布四块电磁铁与V型槽；柔性外壳与方向调整单元构成密闭的空间，钢球在该空间内运动；柱状主体包括控制单元、固连壳以及驱动单元，控制单元内部内置有电源及单片机，实现仿水母机器人的推进，本发明具有驱动源少、结构简单、稳定性好、灵活性高等优点。

Description

仿生水母水下机器人
技术领域
本发明涉及仿生水下机器人技术领域，具体地说，是一种仿生水母水下机器人。
背景技术
随着海洋战略（海洋保护、利用、探测）的实施，水下机器人技术迫切需要得到发展。从仿生机构学与运动学角度而言，水母具有优良的形体结构与运行形态，以水母为仿生蓝本的仿生机器人发展潜力巨大。水母能实现较高的能量利用效率，其产生的推力使其沿身体轴向方向运动，在水的反作用力驱动下可实现前向推进行为。仿生水母水下机器人，可用于复杂海洋环境的探测、搜索、运输等场合，广泛应用于国防、海洋救援探测、海洋生态农场等诸多领域。
发明内容
本发明的目的是提供一种灵活性高、推进动力大的仿生水母水下机器人。为了达到上述目的，本发明从仿生功能的角度出发，以水母的形体结构为基础，设计了一款具有拍足的仿生水母水下机器人。
本发明采用的具体技术方案如下：
一款仿生水母水下机器人，包括半球形模块、柱状主体及位于底部的推进单元；半球形模块包括圆弧柔性外壳、方向调整单元及隔离支撑单元；柱状主体包括控制单元、固连壳以及驱动单元；方向调整单元内部呈内凹形状，钢球放置于中心位置，沿圆周均布四块电磁铁与V型槽；柔性外壳与方向调整单元构成密闭的空间，钢球在该空间内运动，既可以避免水的进入，又可以防止钢球失控。
本发明的进一步改进，根据转向需求，控制单元内的单片机通过指令给该方向的电磁铁通电，产生磁力后吸引钢球朝该方向运动，在重力作用下形成重心偏移，从而实现运动方向的调整。当电磁铁断电时，钢球将回归到方向调整单元的中心位置。
本发明的进一步改进，固连壳与控制单元形成中空的密封空间，降低机器人重量，内置机器人所需的电源模块和单片机控制模块，可满足动力与控制需求，该控制模块既可以对电磁铁实现通电控制，又可以对驱动单元内的电机进行转动控制。该密闭空间内还可布置弹性材料，降低外界冲击振动对内置模块的影响。
本发明的进一步改进，驱动单元内固联支撑块为凸轮提供安装支撑，同时放置在电机的对面，可以平衡机器人的重量布置，实现重量的左右对称，防止机器人侧翻。
本发明的进一步改进，驱动单元内4块圆弧导向连接腔可均衡机器人圆周方向质量布置，又可增加机器人轴向支撑刚度，同时在与其它单元完成安装配合时提供导向作用。
本发明的进一步改进，驱动单元内步进电机带动凸轮完成周期性转动，与凸轮相连接的连杆实现上下往复运动。
本发明的进一步改进，推进单元中的推动盘与连杆相连，在连杆上下往复运动带动下也产生相同频率的轴向上下运动，从而推动机器人产生前进运动。
本发明的进一步改进，推动盘带动辅助连杆下实现周期性伸展与收缩，从而与之相连的拍足实现周期性展开与收缩，展开时增大轴向拍水面积，为机器人提供推力；收缩时，形成轴向-前进方向的锥面形式，可以降低水阻。
本发明的有益效果：本发明披露的仿生水母水下机器人的由电磁铁控制钢球的运动，通过重力作用完成方向调整，并由一个电机带动凸轮周期运转，实现推动盘与拍足同周期上下往复运动，为仿生水母机器人提供轴向推力，具有驱动源少、稳定性好、结构简单等优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明中方向调整单元示意图。
图3是本发明中驱动单元结构示意图。
图4 是本发明中推进单元的结构示意图。
图中，1-圆弧柔性外壳，2-方向调整单元，3-隔离支撑单元，4-控制单元，5-固连壳，6-驱动单元，7-主连杆，8-推进单元，201-内凹面，202-电磁铁，203-V型槽，204-钢球，601-圆弧导向连接腔，602-固联支撑块，603-凸轮，604-电机，801-推动盘，802-底连接杆，803-上连杆，804-竖连杆，805-底侧杆，806-主连杆安装块，807-拍足。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
实施例：如图1所示，一种仿生水母水下机器人，主要包括半球形模块、柱状主体及位于底部的推进单元，其中半球形模块包括圆弧柔性外壳1、方向调整单元2及隔离支撑单元3；柱状主体包括控制单元4、固连壳5以及驱动单元6。
其中，如图2所示，方向调整单元2由内凹面201、电磁铁202、V型槽203、钢球204组成，方向调整单元2的中心放置钢球204，为使钢球204易于回归中心位置，设计单元内部为内凹面201，在单元四周均布4块电磁铁202，并按照该方向设置四条V型槽203，为钢球204运动提供导向。
如图3所示，驱动单元6由圆弧导向连接腔601，固联支撑块602，凸轮603，电机604构成，4个圆弧导向连接腔601均布于驱动单元6内，固联支撑块602与电机604对称安装在驱动单元6中，两个凸轮603安装在中心位置，穿过两凸轮603的销轴与主连杆7相连接。
如图4所示，推进单元8由推动盘801，底连接杆802，上连杆803，竖连杆804，底侧杆805，主连杆安装块806，拍足807构成，主连杆7的下端固定安装在主连杆安装块806上，推动盘801在主连杆7的带动下产生上下往复运动，4个竖连杆804均匀安装驱动单元6外壳底部，并与上连杆803相连接，可决定拍足单元的径向展开与收缩，底连接杆802通过底侧杆805实现与拍足807相连接，从而控制拍足807的展开与收缩。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种仿生水母水下机器人，其特征在于，包括半球形模块、柱状主体及位于底部的推进单元；所述半球形模块包括圆弧柔性外壳、方向调整单元及隔离支撑单元；所述柱状主体包括控制单元、固连壳以及驱动单元；所述推进单元通过连杆与驱动单元中的凸轮相连接；所述控制单元内部包括电池电源及单片机控制单元，可实现方向调整单元控制，同时也对驱动单元内的电机实现控制。
2.根据权利要求1所述的仿生水母水下机器人，其特征在于，所述方向调整单元由内凹面、电磁铁、V型槽、钢球组成，所述方向调整单元的中心放置钢球，所述方向调整单元的内部为内凹面，在方向调整单元四周均布4块电磁铁，并按照该方向设置四条V型槽，为所述钢球运动提供导向。
3.根据权利要求2所述的仿生水母水下机器人，其特征在于，所述驱动单元由圆弧导向连接腔、固联支撑块、凸轮和电机构成，4个圆弧导向连接腔均布于驱动单元内，所述固联支撑块与电机对称安装在所述驱动单元中，两个凸轮安装在所述驱动单元中心位置，穿过两凸轮的销轴与主连杆相连接。
4.根据权利要求3所述的仿生水母水下机器人，其特征在于，所述推进单元由推动盘、底连接杆、上连杆、竖连杆、底侧杆、主连杆安装块和拍足构成，所述主连杆的下端固定安装在所述主连杆安装块上，所述推动盘在所述主连杆的带动下产生上下往复运动，4个竖连杆均匀安装在所述驱动单元外壳底部，并与所述上连杆相连接，决定拍足单元的径向展开与收缩，所述底连接杆通过所述底侧杆实现与所述拍足相连接，从而控制拍足的展开与收缩。
5.根据权利要求1-4任一项所述的仿生水母机器人，其特征在于，所述驱动单元内电机带动凸轮实现周期转动，与凸轮相连的连杆连带推进单元实现拍动操作，同时根据推进动作实现拍足的展开与折叠，从而降低水阻，节省能源。
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