CN112441200A - 一种仿生鱼水下机器人驱动系统及驱动方法 - Google Patents

一种仿生鱼水下机器人驱动系统及驱动方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种仿生鱼水下机器人驱动系统及驱动方法，包括连接基板、第一连接轴、仿生鱼尾、块体、第二连接轴、板体、筒体、支撑轴、杆体、转轴、转杆、第一驱动电机、侧翼、内腔、支杆、传动轴、叶片、从动带轮、传动带、主动带轮、第二驱动电机、控制箱和安装板。本发明设置的仿生鱼尾可以在低速移动过程中起到一定的推进作用，在高速移动时，还可以起到控制方向的作用，从而便于该机器人高速或者低速移动；该机器人具有两种驱动方式，通过第一驱动电机带动仿生鱼尾进行摆动，可以模仿鱼类进行缓慢前进，从而到达水下探索的效果，通过两个第二驱动电机分别带动两个叶片转动，可以实现高速移动，从而快速转移位置。

Description

一种仿生鱼水下机器人驱动系统及驱动方法
技术领域
本发明涉及仿生机器人技术领域，具体为一种仿生鱼水下机器人驱动系统及驱动方法。
背景技术
“仿生机器人”是指模仿生物、从事生物特点工作的机器人，目前在西方国家，机械宠物十分流行，另外，仿麻雀机器人可以担任环境监测的任务，具有广阔的开发前景，二十一世纪人类将进入老龄化社会，发展“仿人机器人”将弥补年轻劳动力的严重不足，解决老龄化社会的家庭服务和医疗等社会问题，并能开辟新的产业，创造新的就业机会，仿生鱼水下机器人也属于仿生机器人的一种类型。
现有的仿生鱼水下机器人通常是通过单一的驱动模式进行行走的，由于仿生鱼水下机器人在水下工作内容通常是观察鱼群的生活习性以及水域水质的变化情况，不仅需要仿生鱼水下机器人可以低速行走进行观测，同时由于水域面积较大，还需要仿生鱼水下机器人可以快速行走，以便于在短时间内可以转移至同一水域的不同位置，因此，急需一种可以实现慢速行走与快速行走多种功能的仿生鱼水下机器人行走装置及驱动方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种仿生鱼水下机器人驱动系统及驱动方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种仿生鱼水下机器人驱动系统及驱动方法，包括低速移动机构和高速移动机构。
所述低速移动机构包括连接基板、第一连接轴、仿生鱼尾、筒体和支撑轴，所述连接基板的一侧通过第一连接轴转动连接仿生鱼尾，所述仿生鱼尾在靠近连接基板的一侧固定连接有筒体，所述筒体的底部转动连接有支撑轴，所述支撑轴的底端固定连接在连接基板的顶部表面，所述筒体在远离仿生鱼尾的一端活动套接有杆体，所述杆体在远离筒体的一端通过转轴与转杆转动连接，所述转杆固定连接在第一驱动电机的输出轴，所述第一驱动电机固定连接在连接基板的顶部表面。
所述高速移动机构包括侧翼、内腔、支杆、传动轴和叶片，所述侧翼的内部开设有内腔，所述内腔的内壁对称固定连接有两个支杆，两个所述支杆之间转动连接有传动轴，所述传动轴的表面套接有叶片和从动带轮，所述从动带轮传动连接传动带的一端，所述传动带的另外一端活动贯穿侧翼的一侧并传动连接主动带轮，所述主动带轮固定连接在第二驱动电机的输出端，所述第二驱动电机固定连接在连接基板的顶部。
优选的，所述侧翼为扇形结构，且所述侧翼位于连接基板侧壁远离仿生鱼尾的一端。
优选的，所述仿生鱼尾包括块体、第二连接轴和板体，所述块体的数量为若干个，若干个所述块体之间均通过第二连接轴相互转动连接，远离连接基板的所述块体通过第二连接轴转动连接有板体。
优选的，若干所述块体、若干所述第二连接轴与板体构成鱼尾型结构。
优选的，所述连接基板的顶部表面固定连接有控制箱，所述控制箱电性连接第一驱动电机与第二驱动电机，所述控制箱包括PCB、zigbee模块与单片机控制模块，所述PCB电性连接zigbee模块与单片机控制模块。
优选的，所述连接基板在远离仿生鱼尾的一侧固定连接有安装板，所述安装板、所述连接基板与所述仿生鱼尾的中轴线相互重合。
优选的，若干所述块体、若干所述第二连接轴与板体在水平方向上的中轴线位于同一条直线上。
优选的，一种仿生鱼水下机器人驱动方法的驱动方法步骤如下：
(1)慢速行走，通过远程控制端开启第一驱动电机，随后第一驱动电机的输出轴开始转动，在第一驱动电机的带动下，转杆开始进行转动，通过转杆的传动效果以及配合筒体、支撑轴和杆体的传动作用，使得仿生鱼尾左右摇摆，通过仿生鱼尾的左右摇摆动作，模仿鱼类进行缓慢前行。
(2)快速行走，通过远程控制端开启两个第二驱动电机，两个第二驱动电机开始转动，两个第二驱动电机分别带动两个主动带轮进行转动，两个主动带轮分别通过两个传动带与两个从动带轮带动两个传动轴进行转动，两个传动轴分别带动两个叶片转动，在两个叶片转动的作用下，带动水流移动，在反作用力的作用下，使机器人前进。
(3)调整快速行走方向，在步骤(2)的状态下，通过远程控制端控制第一驱动电机的输出端转动到合适的角度，第一驱动电机的输出端转动到一定角度后，第一驱动电机的输出端带动转杆进行转动，转杆通过转轴、杆体、支撑轴和筒体的传动作用，使得仿生鱼尾改变角度并在该角度下固定，通过改变仿生鱼尾的角度影响水流，从而改变机器人的前进方向。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明设置的仿生鱼尾可以在低速移动过程中起到一定的推进作用，在高速移动时，还可以起到控制方向的作用，从而便于该机器人高速或者低速移动；
(2)该机器人具有两种驱动方式，通过第一驱动电机带动仿生鱼尾进行摆动，可以模仿鱼类进行缓慢前进，从而到达水下探索的效果，通过两个第二驱动电机分别带动两个叶片转动，可以实现高速移动，从而快速转移位置。
附图说明
图1为本发明的俯视结构示意图；
图2为本发明的图1中A处局部结构放大示意图；
图3为本发明的图1中B处局部结构放大示意图；
图4为本发明的左视结构示意图。
图中：1、连接基板，2、第一连接轴，3、仿生鱼尾，301、块体，302、第二连接轴，303、板体，4、筒体，5、支撑轴，6、杆体，7、转轴，8、转杆，9、第一驱动电机，10、侧翼，11、内腔，12、支杆，13、传动轴，14、叶片，15、从动带轮，16、传动带，17、主动带轮，18、第二驱动电机，19、控制箱，20、安装板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4，本发明提供的一种实施例：一种仿生鱼水下机器人驱动系统及驱动方法，包括低速移动机构和高速移动机构。
所述低速移动机构包括连接基板1、第一连接轴2、仿生鱼尾3、筒体4和支撑轴5，所述连接基板1的一侧通过第一连接轴2转动连接仿生鱼尾3，所述仿生鱼尾3在靠近连接基板1的一侧固定连接有筒体4，所述筒体4的底部转动连接有支撑轴5，所述支撑轴5的底端固定连接在连接基板1的顶部表面，所述筒体4在远离仿生鱼尾3的一端活动套接有杆体6，所述杆体6在远离筒体4的一端通过转轴7与转杆8转动连接，所述转杆8固定连接在第一驱动电机9的输出轴，所述第一驱动电机9固定连接在连接基板1的顶部表面。
所述高速移动机构包括侧翼10、内腔11、支杆12、传动轴13和叶片14，所述侧翼10的内部开设有内腔11，所述内腔11的内壁对称固定连接有两个支杆12，两个所述支杆12之间转动连接有传动轴13，所述传动轴13的表面套接有叶片14和从动带轮15，所述从动带轮15传动连接传动带16的一端，所述传动带16的另外一端活动贯穿侧翼10的一侧并传动连接主动带轮17，所述主动带轮17固定连接在第二驱动电机18的输出端，所述第二驱动电机18固定连接在连接基板1的顶部。
所述侧翼10为扇形结构，且所述侧翼10位于连接基板1侧壁远离仿生鱼尾3的一端。
所述仿生鱼尾3包括块体301、第二连接轴302和板体303，所述块体301的数量为若干个，若干个所述块体301之间均通过第二连接轴302相互转动连接，远离连接基板1的所述块体301通过第二连接轴302转动连接有板体303。
若干所述块体301、若干所述第二连接轴302与板体303构成鱼尾型结构。
所述连接基板1的顶部表面固定连接有控制箱19，所述控制箱19电性连接第一驱动电机9与第二驱动电机18，所述控制箱19包括PCB、zigbee模块与单片机控制模块，所述PCB电性连接zigbee模块与单片机控制模块。
所述连接基板1在远离仿生鱼尾3的一侧固定连接有安装板20，所述安装板20、所述连接基板1与所述仿生鱼尾3的中轴线相互重合。
若干所述块体301、若干所述第二连接轴302与板体303在水平方向上的中轴线位于同一条直线上。
一种仿生鱼水下机器人驱动方法，所述驱动方法的步骤如下：
(1)慢速行走，通过远程控制端开启第一驱动电机9，随后第一驱动电机9的输出轴开始转动，在第一驱动电机9的带动下，转杆8开始进行转动，通过转杆8的传动效果以及配合筒体4、支撑轴5和杆体6的传动作用，使得仿生鱼尾3左右摇摆，通过仿生鱼尾3的左右摇摆动作，模仿鱼类进行缓慢前行；
(2)快速行走，通过远程控制端开启两个第二驱动电机18，两个第二驱动电机18开始转动，两个第二驱动电机18分别带动两个主动带轮17进行转动，两个主动带轮17分别通过两个传动带16与两个从动带轮15带动两个传动轴13进行转动，两个传动轴13分别带动两个叶片14转动，在两个叶片14转动的作用下，带动水流移动，在反作用力的作用下，使机器人前进；
(3)调整快速行走方向，在步骤(2)的状态下，通过远程控制端控制第一驱动电机9的输出端转动到合适的角度，第一驱动电机9的输出端转动到一定角度后，第一驱动电机9的输出端带动转杆8进行转动，转杆8通过转轴7、杆体6、支撑轴5和筒体4的传动作用，使得仿生鱼尾3改变角度并在该角度下固定，通过改变仿生鱼尾3的角度影响水流，从而改变机器人的前进方向。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种仿生鱼水下机器人驱动系统，其特征在于：包括低速移动机构和高速移动机构；
所述低速移动机构包括连接基板(1)、第一连接轴(2)、仿生鱼尾(3)、筒体(4)和支撑轴(5)，所述连接基板(1)的一侧通过第一连接轴(2)转动连接仿生鱼尾(3)，所述仿生鱼尾(3)在靠近连接基板(1)的一侧固定连接有筒体(4)，所述筒体(4)的底部转动连接有支撑轴(5)，所述支撑轴(5)的底端固定连接在连接基板(1)的顶部表面，所述筒体(4)在远离仿生鱼尾(3)的一端活动套接有杆体(6)，所述杆体(6)在远离筒体(4)的一端通过转轴(7)与转杆(8)转动连接，所述转杆(8)固定连接在第一驱动电机(9)的输出轴，所述第一驱动电机(9)固定连接在连接基板(1)的顶部表面；
所述高速移动机构包括侧翼(10)、内腔(11)、支杆(12)、传动轴(13)和叶片(14)，所述侧翼(10)的内部开设有内腔(11)，所述内腔(11)的内壁对称固定连接有两个支杆(12)，两个所述支杆(12)之间转动连接有传动轴(13)，所述传动轴(13)的表面套接有叶片(14)和从动带轮(15)，所述从动带轮(15)传动连接传动带(16)的一端，所述传动带(16)的另外一端活动贯穿侧翼(10)的一侧并传动连接主动带轮(17)，所述主动带轮(17)固定连接在第二驱动电机(18)的输出端，所述第二驱动电机(18)固定连接在连接基板(1)的顶部。
2.根据权利要求1所述的一种仿生鱼水下机器人驱动系统，其特征在于：所述侧翼(10)为扇形结构，且所述侧翼(10)位于连接基板(1)侧壁远离仿生鱼尾(3)的一端。
3.根据权利要求1所述的一种仿生鱼水下机器人驱动系统，其特征在于：所述仿生鱼尾(3)包括块体(301)、第二连接轴(302)和板体(303)，所述块体(301)的数量为若干个，若干个所述块体(301)之间均通过第二连接轴(302)相互转动连接，远离连接基板(1)的所述块体(301)通过第二连接轴(302)转动连接有板体(303)。
4.根据权利要求3所述的一种仿生鱼水下机器人驱动系统，其特征在于：若干所述块体(301)、若干所述第二连接轴(302)与板体(303)构成鱼尾型结构。
5.根据权利要求1所述的一种仿生鱼水下机器人驱动系统，其特征在于：所述连接基板(1)的顶部表面固定连接有控制箱(19)，所述控制箱(19)电性连接第一驱动电机(9)与第二驱动电机(18)，所述控制箱(19)包括PCB、zigbee模块与单片机控制模块，所述PCB电性连接zigbee模块与单片机控制模块。
6.根据权利要求1所述的一种仿生鱼水下机器人驱动系统，其特征在于：所述连接基板(1)在远离仿生鱼尾(3)的一侧固定连接有安装板(20)，所述安装板(20)、所述连接基板(1)与所述仿生鱼尾(3)的中轴线相互重合。
7.根据权利要求3所述的一种仿生鱼水下机器人驱动系统，其特征在于：若干所述块体(301)、若干所述第二连接轴(302)与板体(303)在水平方向上的中轴线位于同一条直线上。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种仿生鱼水下机器人驱动系统得到一种仿生鱼水下机器人驱动方法，其特征在于：所述驱动方法步骤如下：
(1)慢速行走，通过远程控制端开启第一驱动电机(9)，随后第一驱动电机(9)的输出轴开始转动，在第一驱动电机(9)的带动下，转杆(8)开始进行转动，通过转杆(8)的传动效果以及配合筒体(4)、支撑轴(5)和杆体(6)的传动作用，使得仿生鱼尾(3)左右摇摆，通过仿生鱼尾(3)的左右摇摆动作，模仿鱼类进行缓慢前行；
(2)快速行走，通过远程控制端开启两个第二驱动电机(18)，两个第二驱动电机(18)开始转动，两个第二驱动电机(18)分别带动两个主动带轮(17)进行转动，两个主动带轮(17)分别通过两个传动带(16)与两个从动带轮(15)带动两个传动轴(13)进行转动，两个传动轴(13)分别带动两个叶片(14)转动，在两个叶片(14)转动的作用下，带动水流移动，在反作用力的作用下，使机器人前进；
(3)调整快速行走方向，在步骤(2)的状态下，通过远程控制端控制第一驱动电机(9)的输出端转动到合适的角度，第一驱动电机(9)的输出端转动到一定角度后，第一驱动电机(9)的输出端带动转杆(8)进行转动，转杆(8)通过转轴(7)、杆体(6)、支撑轴(5)和筒体(4)的传动作用，使得仿生鱼尾(3)改变角度并在该角度下固定，通过改变仿生鱼尾(3)的角度影响水流，从而改变机器人的前进方向。
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