CN113650764B - 一种仿生航行器 - Google Patents

Abstract

本公开实施例提供一种主要用于水中的仿生航行器，其包括头部和本体部，头部包括第一壳体，在第一壳体内设置电机部，电机部包括多个电机组件，本体部包括第二壳体，在第二壳体中设置与多个电机组件对应的多个转动关节，多个转动关节在沿着仿生航行器的长度方向上依次连接，最下游的转动关节与尾部连接，每个电机组件通过两条拉绳与对应的转动关节连接并驱动转动关节运动，两条拉绳分别位于本体部的两侧。本公开实施例通过位于头部的电机与位于中部的转动关节的对应布置以及多关节的传动方式，一方面降低仿生航行器的尾部运动的惯性，另一方面将整体重心前移从而降低仿生航行器在驱动过程中头部的摆动运动，实现灵活仿生的效果，且改善仿生航行器的推进性能。

Description

一种仿生航行器

技术领域

本公开涉及主要用于水中的航行器装置领域，特别涉及一种仿生航行器。

背景技术

在现有的用于水下的航行器的结构中，往往驱动装置和运动装置不能协调控制，导致不能使得航行器实现例如鱼类的复杂的运动或者摆动。

发明内容

本公开实施例的目的在于提供一种仿生航行器，以解决现有技术中存在的驱动装置不能和运动装置相互协调控制的问题。

为了解决上述技术问题，本公开的实施例采用了如下技术方案：

一种仿生航行器，其包括头部和本体部，所述头部包括第一壳体，在所述第一壳体内设置电机部，所述电机部包括多个电机组件，所述本体部包括第二壳体，在所述第二壳体中设置与多个所述电机组件对应的多个转动关节，多个所述转动关节在沿着所述仿生航行器的长度方向上依次连接，最下游的所述转动关节与尾部连接，每个所述电机组件通过两条拉绳与对应的所述转动关节连接并驱动所述转动关节运动，两条所述拉绳分别位于所述本体部的两侧。

在一些实施例中，所述电机组件包括电机，在所述电机的输出轴上套设线缆盘，两条所述拉绳中每条所述拉绳的第一端套设在所述线缆盘上，第二端与对应的所述转动关节连接。

在一些实施例中，在所述电机的输出侧的端面上设置凸起部，在所述凸起部上设置第一连接孔和第二连接孔，两条所述拉绳的所述第二端分别穿过所述第一连接孔和所述第二连接孔与对应的所述转动关节连接。

在一些实施例中，所述转动关节包括呈U型的第一基座和第二基座，所述第一基座和所述第二基座相互拼接形成基座部，位于所述第一基座一侧的长边和位于所述第二基座同一侧的长边相互拼接后形成第一轴承，位于所述第一基座另一侧的长边和位于所述第二基座同一侧的长边相互拼接后形成第二轴承，所述第一轴承和所述第二轴承相对设置，在所述第一轴承和所述第二轴承之间设置关节转轴，所述关节转轴在所述第一轴承和所述第二轴承之间转动。

在一些实施例中，所述拉绳的所述第二端套设在所述关节转轴上。

在一些实施例中，在所述关节转轴上套设有关节连接件，所述关节连接件用于连接相邻的位于下游的所述转动关节或者所述尾部。

在一些实施例中，在所述第一基座和所述第二基座的短边上分别设置第一拉绳约束部和第二拉绳约束部，所述第一拉绳约束部和所述第二拉绳约束部分别突出所述第一基座和所述第二基座的端面设置，在所述第一拉绳约束部和所述第二拉绳约束部上分别设置多个通孔，所述通孔用于固定或者约束所述拉绳。

在一些实施例中，在所述第一基座和所述第二基座的短边上分别设置至少一个通孔，所述通孔用于固定或者约束所述拉绳。

在一些实施例中于，所述拉绳包括线管和线缆，在所述线管的两端分别设置第一线管帽和第二线管帽，所述线缆穿过所述线管并在所述线管中自由移动，所述第一线管帽和所述第二管线帽固定在指定的所述通孔中。

在一些实施例中，所述电机组件或者所述转动关节的数量为3个。

与现有技术相比，本公开实施例通过位于头部的电机与位于中部的转动关节的对应布置以及多关节的传动方式，一方面降低仿生航行器的尾部运动的惯性，另一方面将整体重心前移从而降低仿生航行器在驱动过程中头部的摆动运动，实现灵活仿生的效果，且改善仿生航行器的推进性能。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例的仿生航行器的结构示意图；

图2为本公开实施例的仿生航行器的结构示意图；

图3为本公开实施例的仿生航行器的结构剖视图；

图4为本公开实施例的轮仿生航行器中第三电机组件的结构示意图；

图5为本公开实施例的轮仿生航行器中第一转动关节的的结构示意图；

图6为本公开实施例的轮仿生航行器中第一转动关节的的结构示意图；

图7为本公开实施例的轮仿生航行器中第二转动关节的的结构示意图；

图8为本公开实施例的轮仿生航行器中第二转动关节的的结构示意图；

图9为本公开实施例的轮仿生航行器中第三转动关节的的结构示意图；

图10为本公开实施例的轮仿生航行器中第三转动关节的的结构示意图；

图11为本公开实施例的轮仿生航行器中第一拉绳的结构示意图。

附图标记：

1-头部；11-第一电机组件；12-第二电机组件；13-第三电机组件；131-第三电机；132-第三线缆盘；133-第一连接孔；134-第二连接孔；135-凸起部；2-本体部；21-第一转动关节；211-第一基座；212-第二基座；213-第一轴承；214-第二轴承；215-第一关节转轴；216-第一关节连接件；217-第一拉绳约束部；218-第二拉绳约束部；22-第二转动关节；221-第三基座；222-第四基座；223-第三轴承；224-第四轴承；225-第二关节转轴；226-第二关节连接件；227-第三拉绳约束部；228-第四拉绳约束部；23-第三转动关节；231-第五基座；232-第六基座；233-第五轴承；234-第六轴承；235-第三关节转轴；236-第三关节连接件；3-尾部；31-第一拉绳；32-第二拉绳；33-第三拉绳；41-第一固定孔；42-第一约束孔；43-第二约束孔；44-第二固定孔；45-第三约束孔；46-第三固定孔。

具体实施方式

此处参考附图描述本公开的各种方案以及特征。

应理解的是，可以对此处申请的实施例做出各种修改。因此，上述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本公开的范围和精神内的其他修改。

包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与上面给出的对本公开的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本公开的原理。

通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本公开的这些和其它特性将会变得显而易见。

还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本公开进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本公开的很多其它等效形式，它们具有如权利要求所述的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。

当结合附图时，鉴于以下详细说明，本公开的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。

此后参照附图描述本公开的具体实施例；然而，应当理解，所申请的实施例仅仅是本公开的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详细描述以避免不必要或多余的细节使得本公开模糊不清。因此，本文所申请的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本公开。

本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本公开的相同或不同实施例中的一个或多个。

本公开实施例提供一种仿生航行器，其主要用于水中航行，如图1-图3所示，所述仿生航行器包括头部1和本体部2，其中，所述头部1位于所述仿生航行器的前部，其包括第一壳体10，在所述第一壳体10内设置电机部，所述电机部包括至少一个电机组件，在本实施例中，所述电机部包括第一电机组件11、第二电机组件12以及第三电机组件13；优选的是，所述第三电机组件13位于所述头部1的前部，所述第一电机组件11和所述第二电机组件12相互贴合设置并位于所述头部1的后部。

所述本体部2包括第二壳体，在所述第二壳体中至少一个转动关节，每个所述转动关节与所述电机组件一一对应，在本实施例中，所述第二壳体中设置第一转动关节21、第二转动关节22以及第三转动关节23，其中，所述第一转动关节21、所述第二转动关节22以及所述第三转动关节23在沿着所述仿生航行器的长度方向上依次连接，其中，所述第三转动关节23与尾部3连接。

进一步地，每个所述电机组件通过至少两条拉绳与对应的所述转动关节连接并驱动所述转动关节运动，两条所述拉绳分别位于所述本体部的两侧。在本实施例中，所述第一电机组件11通过两个第一拉绳31与所述第一转动关节21连接并驱动所述第一转动关节21运动，所述第二电机组件12通过两个第二拉绳32与所述第二转动关节22连接并驱动所述第二转动关节22运动，所述第三电机组件13通过两个第三拉绳33与所述第三转动关节23连接并驱动所述第三转动关节23运动。

进一步地，所述第一电机组件11、所述第二电机组件12以及所述第三电机组件13的结构大致相同，首先以所述第三电机组件13为例介绍具体结构。

如图4所示，所述第三电机组件13包括第三电机131，在所述第三电机131的输出轴上套设第三线缆盘132，所述第三线缆盘132随着所述第三电机131的输出轴共同转动；在所述第三电机131的输出侧的端面上设置第三凸起部135，所述第三凸起部135可以单独设置在所述第三电机131的端面上，也可以与所述第三电机131的外壳体一体形成；在所述凸起部135上设置第一连接孔133和第二连接孔134。由于所述第三电机组件13通过第三拉绳33与所述第三转动关节23连接并驱动所述第三转动关节23运动，所述第三拉绳33套设在所述第三线缆盘132上，所述第三拉绳33的两端分别穿过所述第一连接孔133和所述第二连接孔134后与位于所述本体部2中的所述第三转动关节23连接。

同样地，参照所述第三电机组件13的结构，所述第一电机组件11包括第一电机，在所述第一电机的输出轴上套设第一线缆盘，所述第一线缆盘随着所述第一电机的输出轴共同转动；在所述第一电机的输出侧的端面上设置第一凸起部，所述第一凸起部可以单独设置在所述第一电机的端面上，也可以与所述第一电机的外壳体一体形成；在所述第一凸起部上设置第三连接孔和第四连接孔。由于所述第一电机组件11通过第一拉绳31与所述第一转动关节21连接并驱动所述第一转动关节21运动，所述第一拉绳31套设在所述第一线缆盘上，所述第一拉绳31的两端分别穿过所述第三连接孔和所述第四连接孔后与位于所述本体部2中的所述第一转动关节21连接。

同样地，参照所述第三电机组件13的结构，所述第二电机组件12包括第二电机，在所述第二电机的输出轴上套设第二线缆盘，所述第二线缆盘随着所述第二电机的输出轴共同转动；在所述第二电机的输出侧的端面上设置第二凸起部，所述第二凸起部可以单独设置在所述第二电机的端面上，也可以与所述第二电机的外壳体一体形成；在所述第二凸起部上设置第五连接孔和第六连接孔。由于所述第二电机组件21通过第二拉绳32与所述第二转动关节22连接并驱动所述第二转动关节22运动，所述第二拉绳32套设在所述第二线缆盘上，所述第二拉绳32的两端分别穿过所述第五连接孔和所述第六连接孔后与位于所述本体部2中的所述第二转动关节22连接。

进一步地，如图5和图6所示，图5和图6分别从两个方向示出了所述第一转动关节21的结构。所述第一转动关节21包括呈U型的第一基座211和第二基座212，所述第一基座211和所述第二基座212可以相互拼接形成第一基座部；位于所述第一基座211一侧的长边和位于所述第二基座212同一侧的长边相互拼接后形成第一轴承213，位于所述第一基座211另一侧的长边和位于所述第二基座212同一侧的长边相互拼接后形成第二轴承214，所述第一轴承213和所述第二轴承214相对设置，在所述第一轴承213和所述第二轴承214之间设置第一关节转轴215，所述第一关节转轴215可以在所述第一轴承213和所述第二轴承214之间转动；在所述第一关节转轴215上套设有第一关节连接件216，所述第一关节连接件216用于连接所述第二转动关节22；此外，在所述第一基座211和所述第二基座212的短边上分别设置第一拉绳约束部217和第二拉绳约束部218，所述第一拉绳约束部217和所述第二拉绳约束部218分别突出所述第一基座211和所述第二基座212的端面设置，在所述第一拉绳约束部217和所述第二拉绳约束部218上分别设置三个通孔，三个所述通孔分别是第一固定孔41、第一约束孔42和第二约束孔43，其中，所述第一固定孔41靠近所述第一基座211和所述第二基座212设置，所述第一约束孔42和所述第二约束孔43靠近所述第一拉绳约束部217或者所述第二拉绳约束部218的外侧设置。

进一步地，如图7和图8所示，图7和图8分别从两个方向示出了所述第二转动关节22的结构；所述第二转动关节22包括呈U型的第三基座221和第四基座222，所述第三基座221和所述第四基座222可以相互拼接形成第二基座部，其中，所述第一关节连接件216与所述第二基座部活动连接；位于所述第三基座221一侧的长边和位于所述第四基座222同一侧的长边相互拼接后形成第三轴承223，位于所述第三基座221另一侧的长边和位于所述第四基座222同一侧的长边相互拼接后形成第四轴承224，所述第三轴承223和所述第四轴承224相对设置，在所述第三轴承223和所述第四轴承224之间设置第二关节转轴225，所述第二关节转轴225可以在所述第三轴承223和所述第四轴承224之间转动；在所述第二关节转轴225上套设有第二关节连接件226，所述第二关节连接件226用于连接所述第三转动关节23；此外，在所述第三基座221和所述第四基座222的短边上分别设置第三拉绳约束部227和第四拉绳约束部228，所述第三拉绳约束部227和所述第四拉绳约束部228分别突出所述第三基座221和所述第四基座222的端面设置，在所述第三拉绳约束部227和所述第四拉绳约束部228上分别设置两个通孔，两个所述通孔分别是第二固定孔44和第三约束孔45，其中，所述第二固定孔44靠近所述第三基座221和所述第四基座222设置，所述第三约束孔45分别靠近所述第三拉绳约束部227或者所述第四拉绳约束部228的外侧设置。

进一步地，如图9和图10所示，图9和图10分别从两个方向示出了所述第三转动关节23的结构；所述第二转动关节23包括呈U型的第五基座231和第六基座232，所述第五基座231和所述第六基座232可以相互拼接形成第三基座部，其中，所述第二关节连接件226与所述第三基座部活动连接；位于所述第五基座231一侧的长边和位于所述第六基座232同一侧的长边相互拼接后形成第五轴承233，位于所述第五基座231另一侧的长边和位于所述第六基座232同一侧的长边相互拼接后形成第六轴承234，所述第五轴承233和所述第六轴承234相对设置，在所述第五轴承233和所述第六轴承234之间设置第三关节转轴235，所述第三关节转轴235可以在所述第五轴承233和所述第六轴承234之间转动；在所述第三关节转轴235上套设有第三关节连接件236，所述第三关节连接件236用于连接所述尾部3；此外，在所述第五基座231和所述第六基座232的短边上分别设置一个通孔，所述通孔是第三固定孔46。

如上所述，所述第一电机组件11通过第一拉绳31与所述第一转动关节21连接并驱动所述第一转动关节21运动，其中，所述第一拉绳31套设在所述第一电机111上的第一线缆盘112上，其两端分别穿过所述第一电机111上的第一突起部115上的第三连接孔113和第四连接孔114，并分别穿过所述第一转动关节21上的所述第一固定孔41，从而套设在所述第一转动关节21上的所述第一关节转轴215上。

同理地，所述第二电机组件12通过第二拉绳32与所述第二转动关节22连接并驱动所述第二转动关节22运动，其中，所述第二拉绳32套设在所述第二电机121上的第二线缆盘122上，其两端分别穿过所述第二电机121上的第二突起部125上的第五连接孔123和第六连接孔114，并分别穿过所述第一转动关节21上的所述第一约束孔42以及所述第二转动关节22上的所述第二固定孔44，从而套设在所述第二转动关节22上的所述第二关节转轴225上。

同理地，所述第三电机组件13通过第三拉绳33与所述第三转动关节23连接并驱动所述第三转动关节23运动，其中，所述第三拉绳33套设在所述第三电机131上的第三线缆盘132上，其两端分别穿过所述第三电机131上的第三突起部135上的第一连接孔133和第二连接孔134，并分别穿过所述第一转动关节21上的所述第二约束孔43、所述第二转动关节22上的所述第三约束孔45，最后穿过所述第三转动关节23上的所述第三固定孔46，从而套设在所述第三转动关节23上的所述第三关节转轴235上。

进一步地，如图11所示，所述第一拉绳31、所述第二拉绳32以及所述第三拉绳33的结构相同，下面以所述第一拉绳31为例介绍其具体结构。所述第一拉绳31包括第一线管311和第一线缆312，在所述第一线管311的两端分别设置第一线管帽313和第二线管帽314，所述第一线缆312穿过所述第一线管311设置。其中，位于两侧的两个所述第一拉绳31的第一线管帽313分别固定在所述第三连接孔和所述第四连接孔中，两个所述第一拉绳31的第二线管帽分别固定在所述第一基座的两个所述第一固定孔41中，这样，所述第一线缆312在所述第一线管311中可以自由移动。

同理地，所述第二拉绳32包括第二线管和第二线缆，在所述第二线管的两端分别设置第三线管帽和第四线管帽，所述第二线缆穿过所述第二线管设置；其中，位于两侧的两个所述第二拉绳32的第三线管帽分别固定在所述第五连接孔和所述第六连接孔中，两个所述第二拉绳32的第四线管帽分别固定在所述第二基座的两个所述第二固定孔44中，这样，所述第二线缆在所述第二线管中可以自由移动。

所述第三拉绳33包括第三线管和第三线缆，在所述第三线管的两端分别设置第五线管帽和第六线管帽，所述第三线缆穿过所述第三线管设置，其中，位于两侧的两个所述第三拉绳33的第五线管帽分别固定在所述第一连接孔和所述第二连接孔中，两个所述第三拉绳33的第六线管帽分别固定在所述第三基座的两个所述第三固定孔46中，这样，所述第三线缆在所述第三线管中可以自由移动。

这样，这里的每个线管保证拉绳结构能够适应例如尾部3关节的变形运动，在线管内的线缆可在线管内部自由滑动，从而将驱动的电机的运动精准传递到每个转动关节上的转轴，实现转轴精准控制。

本公开实施例的所述仿生航行器的本体部以及尾部中各关节的运动都是通过位于所述头部1中的电机部作为驱动装置进行驱动，具体地，所述第一电机组件11、所述第二电机组件12以及所述第三电机组件13分别通过所述第一拉绳31、所述第二拉绳32以及所述第三拉绳33分别实现独立驱动所述第一转动关节21、所述第二转动关节22以及所述第三转动关节23的运动，从而实现仿生航行器例如实现模拟鱼类的摆动。

本公开实施例通过位于头部的电机与位于中部的转动关节的对应布置以及多关节的传动方式，一方面降低仿生航行器的尾部运动的惯性，另一方面将整体重心前移从而降低仿生航行器在驱动过程中头部的摆动运动，实现灵活仿生的效果，且改善仿生航行器的推进性能。

以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。

以上对本公开多个实施例进行了详细说明，但本公开不限于这些具体的实施例，本领域技术人员在本公开构思的基础上，能够做出多种变型和修改实施例，这些变型和修改都应落入本公开所要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种仿生航行器，其包括头部和本体部，其特征在于，所述头部位于所述仿生航行器的前部，所述头部包括第一壳体，在所述第一壳体内设置电机部，所述电机部包括多个电机组件，所述本体部包括第二壳体，在所述第二壳体中设置与多个所述电机组件一一对应的多个转动关节，多个所述转动关节在沿着所述仿生航行器的长度方向上依次连接，最下游的所述转动关节与尾部连接，每个所述电机组件通过至少两条拉绳与对应的所述转动关节连接并驱动所述转动关节运动，两条所述拉绳分别位于所述本体部的两侧；

所述电机组件包括电机，在所述电机的输出轴上套设线缆盘，两条所述拉绳中每条所述拉绳的第一端套设在所述线缆盘上，第二端与对应的所述转动关节连接；

在所述电机的输出侧的端面上设置凸起部，在所述凸起部上设置第一连接孔和第二连接孔，两条所述拉绳的所述第二端分别穿过所述第一连接孔和所述第二连接孔与对应的所述转动关节连接；

所述转动关节包括呈U型的第一基座和第二基座，所述第一基座和所述第二基座相互拼接形成基座部，位于所述第一基座一侧的长边和位于所述第二基座同一侧的长边相互拼接后形成第一轴承，位于所述第一基座另一侧的长边和位于所述第二基座同一侧的长边相互拼接后形成第二轴承，所述第一轴承和所述第二轴承相对设置，在所述第一轴承和所述第二轴承之间设置关节转轴，所述关节转轴在所述第一轴承和所述第二轴承之间转动；

在所述第一基座和所述第二基座的短边上分别设置第一拉绳约束部和第二拉绳约束部，所述第一拉绳约束部和所述第二拉绳约束部分别突出所述第一基座和所述第二基座的端面设置，在所述第一拉绳约束部和所述第二拉绳约束部上分别设置多个通孔，所述通孔用于固定或者约束所述拉绳；

在所述第一基座和所述第二基座的短边上分别设置至少一个通孔，所述通孔用于固定或者约束所述拉绳；

所述拉绳包括线管和线缆，在所述线管的两端分别设置第一线管帽和第二线管帽，所述线缆穿过所述线管并在所述线管中自由移动，所述第一线管帽和所述第二线管帽固定在指定的所述通孔中。

2.根据权利要求1所述的仿生航行器，其特征在于，所述拉绳的所述第二端套设在所述关节转轴上。

3.根据权利要求1所述的仿生航行器，其特征在于，在所述关节转轴上套设有关节连接件，所述关节连接件用于连接相邻的位于下游的所述转动关节或者所述尾部。

4.根据权利要求1所述的仿生航行器，其特征在于，所述电机组件或者所述转动关节的数量为3个。

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