CN112591066A - 一种仿鹦鹉螺喷水推进式水下机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机器人技术领域。目的是提供一种仿鹦鹉螺喷水推进式水下机器人，该机器人应具有噪音低、运行平稳、推进效率高的特点。技术方案是：一种仿鹦鹉螺喷水推进式水下机器人，其特征在于：该机器人包括螺旋形的机壳，机壳内设有连通机壳的进口与喷口的驱动机构、控制驱动机构的控制器以及向驱动机构与控制器供电的电源；所述驱动机构中，水泵的进水口连通机壳的进口，水泵的出水口连通水箱，水箱与机壳的喷口之间再通过若干水管连通，每条水管上设有与控制器电连接的控制阀。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体是涉及一种仿鹦鹉螺喷水推进式水下机器人。
背景技术
随着海洋资源更深程度和更广范围的开发，水下机器人得到了迅猛的发展，越来越多的水下机器人被用于海洋资源探测、海洋监控与海洋环境探索。以往的水下作业主要由人工和大型载人设备完成，作业方式危险性高、成本高、效率低，而水下机器人能够代替人工更高效安全地完成水下作业。水下机器人被应用于多样的水下作业，但是对于一些特殊复杂的作业水域，非仿生水下机器人无法做到适应环境进行运动，并且容易受到其他水下生物的侵扰。而仿生水下机器人具备特有的适应性，其仿生特性能够使其适应多样的环境。仿生水下机器人可以通过仿照水下生物的运动方式，获得更高的运动效率，并且通过仿照水下生物的外形特征，获得较好的水动力特性或是更强的抗压特性。随着仿生技术和水下机器人的不断进步，水下仿生机器人也在不断革新进步。
目前，水下机器人的运动大多采用螺旋桨推进方式，螺旋桨在一定速度下连续转动产生高效的推进力，但是螺旋桨推进方式存在空泡多、推进效率低、噪声大的缺点，并且螺旋桨在水下的运动易受到外界杂质的影响，如水草缠住桨叶的情况以及水下坚硬物体撞弯桨叶等情况。而对于泵喷式推进方式，由于与外界接触的只有进水口和出水口，外界杂物无法对其驱动部分产生影响，运动时不受外界杂质的影响。
泵喷式推进方式相对螺旋桨推进方式具有显著的优势：首先，螺旋桨推进方式的抗空泡能力差，推进效率低，而泵喷式推进方式在水下抗空泡能力强，推进效率高；其次，螺旋桨运作时噪音大，而泵喷式推进方式具有低噪音，运行平稳的特点，使其更加适合安装在水下仿生机器人上。
水下仿生机器人属于水下机器人与仿生学的结合产物，既具备了机器人的通用性，能够完成各种设定的任务、拥有各式的功能，也具备了仿生机器人的适应性，其特有的生物特征使其能够更好地适应自然界各种复杂环境。虽然目前仿生水下机器人发展迅速，但是仍缺少一种能够以鹦鹉螺为对象的仿生机器人的设计研究。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种仿鹦鹉螺喷水推进式水下机器人，该机器人应具有噪音低、运行平稳、推进效率高的特点。
本发明的技术方案是：
一种仿鹦鹉螺喷水推进式水下机器人，其特征在于：该机器人包括螺旋形的机壳，机壳内设有连通机壳的进口与喷口的驱动机构、控制驱动机构的控制器以及向驱动机构与控制器供电的电源；所述驱动机构中，水泵的进水口连通机壳的进口，水泵的出水口连通水箱，水箱与机壳的喷口之间再通过若干水管连通，每条水管上设有与控制器电连接的控制阀。
所述进口对称设置于机壳两侧；所述喷口设置于机壳的喇叭口。
所述机壳的喇叭口设有挡板；所述喷口为若干设置在挡板上并且分别与各水管连通的锥形喷头。
所述机壳内部设有配重块；所述机壳上还设有电连接控制器的天线。
所述控制器为单片机；所述控制阀为比例阀。
本发明的有益效果是：
本发明采用仿鹦鹉螺外形的机壳，使得机器人获得了更高的隐蔽性和耐压特性；本发明采用水泵推进方式，提高了机器人的推进效率，并且还降低了机器人运行的噪音；本发明采用比例阀分别控制喷口的出水流量，通过对比例阀的协调控制实现机器人的矢量运动。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图。
图2是本发明的主视结构示意图。
图3是本发明的右视结构示意图。
图4是本发明的驱动机构的示意图。
图5是本发明的机壳的示意图。
图6是本发明的水箱的示意图。
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。
如图1所示，一种仿鹦鹉螺喷水推进式水下机器人，包括机壳1、驱动机构、控制器4、电源、配重块5、天线10。
所述机壳以鹦鹉螺作为仿生对象，其外形呈螺旋形，机壳的两侧设有对称布置的进口2，机壳的喇叭口A设有挡板11，机壳与挡板组成一个密封的壳体，挡板上开设若干通孔11.1，每个通孔中安装一个锥形喷头3，锥形喷头为渐缩形，用于将水流汇聚以加快水流的喷出速度，这些喷头作为机壳的喷口。所述机壳选用6061-T6铝合金材料制成，该材料的成本较低，可装配性好，易于加工并且满足耐压强度要求。
所述机壳内设有驱动机构、控制器、电源、配重块。所述驱动机构包括水泵2、水箱7、水管8、控制阀6。所述水泵用于提供机器人的前进动力，水泵将水抽入水箱，再经过控制阀调节后经水管输送至喷口喷出。所述水泵的进水口与机壳两侧的进口连通，水泵的出水口与水箱连通。所述水箱通过支架板9与机壳固定，水箱的顶部设有水箱进口7.1，水箱进口与水泵的出水口连通，水箱的底部设有若干水箱出口7.2，水箱出口的数量与锥形喷头的数量对应，每个水箱出口通过一条水管连通一个锥形喷头，同时每条水管上设有一个控制阀。如图3所示，挡板上共安装九个锥形喷头。
所述配重块为实心铁块，用于增加机器人的质量并且调整机器人的重心位置。所述天线设置在机壳上，用于实现与水上上位机的通讯和数据交换。所述控制阀分别电连接天线、水泵、控制阀。所述电源(图中省略)用于向水泵、控制器与控制阀供电。
所述控制器利用电信号控制水泵与控制阀工作：通过控制水泵的启停来实现机器人的运动与停止，通过对各控制阀的流量调节来实现机器人矢量运动以及机器人整体的运动控制，保证机器人的机动性与运动灵活性。所述控制器为单片机，该单片机型号为stm32f107。所述控制阀为比例阀。
下面对本发明的工作过程进行详细说明：
在机器人入水前，先将水箱装满水(下水后水泵可以更高效地传输水流)，水箱装满后将机器人放入工作水域中，通过上位机与机器人通信从而控制机器人的运动；当九个比例阀全部打开时，机器人以最快速递前进，调节各比例阀的流量大小可以改变推力的方向和大小，使得机器人进行高机动运动。
Claims (5)
1.一种仿鹦鹉螺喷水推进式水下机器人，其特征在于：该机器人包括螺旋形的机壳(1)，机壳内设有连通机壳的进口与喷口的驱动机构、控制驱动机构的控制器(4)以及向驱动机构与控制器供电的电源；所述驱动机构中，水泵(2)的进水口连通机壳的进口(2)，水泵的出水口连通水箱(7)，水箱与机壳的喷口之间再通过若干水管(8)连通，每条水管上设有与控制器电连接的控制阀(6)。
2.根据权利要求1所述的一种仿鹦鹉螺喷水推进式水下机器人，其特征在于：所述进口对称设置于机壳两侧；所述喷口设置于机壳的喇叭口。
3.根据权利要求2所述的一种仿鹦鹉螺喷水推进式水下机器人，其特征在于：所述机壳的喇叭口设有挡板(11)；所述喷口为若干设置在挡板上并且分别与各水管连通的锥形喷头(3)。
4.根据权利要求3所述的一种仿鹦鹉螺喷水推进式水下机器人，其特征在于：所述机壳内部设有配重块(5)；所述机壳上还设有电连接控制器的天线(10)。
5.根据权利要求4所述的一种仿鹦鹉螺喷水推进式水下机器人，其特征在于：所述控制器为单片机；所述控制阀为比例阀。
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