CN113716000A - 一种多驱动可坐底式水母游动装置 - Google Patents

Abstract

一种多驱动可坐底式水母游动装置，属于水下机器人技术领域。它提供一种体积小巧、灵活性强、效率高的水母游动装置。柱状躯体上端设置头部机构，头部机构为行走机构提供动力以及获取外界信息实现方向控制，柱状躯体下端与行走机构连接，行走机构行走并带动柱状躯体和头部机构移动。本发明采用的两种推进系统协同工作模式，可以选择不同的情况灵活切换，游动效率更高，且能达到更快的速度。本发明具有结构简单、易于安装的特点。本发明所采用的外膜为柔性记忆材料，在齿轮系工作带动拍足收缩的过程中，能够将一部分能量储存在外膜中，当仿生水母前进时，所储存的弹性势能将会被释放出来，从而提高推进效率，降低了能量的消耗。

Description

一种多驱动可坐底式水母游动装置

技术领域

本发明属于水下机器人技术领域，具体涉及一种多驱动可坐底式水母游动装置。

背景技术

近些年来，随着社会的不断发展，海洋权益的重要性受到越来越多的关注，对于海洋资源的探索也在不断地深入。这其中，水下机器人以其能够在高危环境、复杂水域等条件下正常工作得到广泛应用。

仿生水母是水下机器人的一种，对仿生机器水母进行研究，在探究水母运动机理以及提供良好的试验数据的同时，还可以利用仿生水母独特的外形特点来进行资源探索和水下探测等工作，以及未来在国防军事领域当中执行情报监听等任务。但当前一些水下机器人在实际应用中存在着体积大、灵活性低、成本高等特点，难以在科研以及军事上得到广泛应用。

发明内容

本发明为了解决现有技术的缺陷，进而提供一种体积小巧、灵活性强、效率高的多驱动可坐底式水母游动装置。

本发明所采取的技术方案是：一种多驱动可坐底式水母游动装置，包括头部机构、柱状躯体以及行走机构，所述柱状躯体上端设置头部机构，头部机构为行走机构提供动力以及获取外界信息实现方向控制，所述柱状躯体下端与行走机构连接，行走机构行走并带动柱状躯体和头部机构移动。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1.本发明具有体积小巧、灵活性强、效率高的优点。

2.本发明采用的两种推进系统协同工作模式，可以选择不同的情况灵活切换，游动效率更高，且能达到更快的速度。

3.本发明所采用的不完全齿轮系统带动拍足往复运动的模式，由电机驱动实现周期转动，具有结构简单、易于安装的特点。

4.本发明所采用的外膜为柔性记忆材料，在齿轮系工作带动拍足收缩的过程中，能够将一部分能量储存在外膜中，当仿生水母前进时，所储存的弹性势能将会被释放出来，从而提高推进效率，降低了能量的消耗。

5.本发明所采用的拍足采用活动轴链接，使得拉动更灵活，另外独特的底部设计，可以在实现装置坐底工作的同时，又能获得较高的游动效率。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明重力控制系统结构示意图；

图3是本发明齿轮系结构示意图；

图4是本发明拍足爪示意图；

其中：1、头部机构；2、柱状躯体；3、行走机构；4、半球形外壳；5、摄像机；6、电池；7、控制电路；8、重力控制系统；9、基板；10、支撑外壳；11、套筒一；12、齿轮系；13、电机一；14、支撑杆；15、滑动杆；16、电机二；17、联轴器；18、套筒二；19、三叶螺旋桨；20、长杆；21、拍足；22、连接座；23、底座；24、配重滑块；25、滑道；26、电机三；27、不完全齿轮；28、环形件；29、定位孔；30、活动轴；31、记忆弹簧；32、拍足爪。

具体实施方式

具体实施方式一：参照图1说明本实施方式，本实施方式提供了一种多驱动可坐底式水母游动装置，包括头部机构1、柱状躯体2以及行走机构3；所述柱状躯体2上端设置头部机构1，头部机构1通过柱状躯体2为行走机构3提供动力以及获取外界信息实现方向控制；所述柱状躯体2下端与行走机构3连接，行走机构3行走并带动柱状躯体2和头部机构1移动。

具体实施方式二：参照图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的头部机构1作进一步限定，本实施方式中，头部机构1包括半球形外壳4以及设置在半球形外壳4内的摄像机5、电池6、控制电路7、重力控制系统8和基板9；所述摄像机5、电池6、控制电路7、重力控制系统8通过支座固定在基板9上，基板9中间开有圆孔与下方的柱状躯体2相连，所述电池6为柱状躯体2和行走机构3供电；本实施方式中，摄像机5用于获取外界信息。

具体实施方式三：参照图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的半球形外壳4作进一步限定，本实施方式中，半球形外壳4的圆弧上部分采用柔性记忆材料，并通过设置在基板9上的支撑外壳10支撑，在支撑外壳10上设置避过摄像机5、电池6、控制电路7和重力控制系统8的凹槽，半球形外壳4上位于基板9下方的部分采用水密耐压壳体。其它组成及连接方式与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：参照图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的柱状躯体2作进一步限定，本实施方式中，柱状躯体2主要包括驱动系统及套筒一11；所述驱动系统包括齿轮推进机构和两个螺旋桨推进机构；所述齿轮推进机构包括齿轮系12、电机一13、支撑杆14及滑动杆15；所述齿轮系12通过支撑杆14安装在套筒一11内，所述滑动杆15上端安装在齿轮系12上，由电机一13驱动齿轮系12带动滑动杆15上下运动，滑动杆15下端穿出套筒一11与底座23上表面中部连接。

具体实施方式五：参照图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四所述的螺旋桨推进机构作进一步限定，本实施方式中，每个所述螺旋桨推进机构均包括电机二16、联轴器17及三叶螺旋桨19；所述电机二16通过联轴器17与三叶螺旋桨19连接并带动三叶螺旋桨19旋转，所述电机二16和联轴器17密封在套筒二18内，所述套筒二18安装在半球形外壳4底部。其它组成及连接方式与具体实施方式四相同。

本实施方式中，两个三叶螺旋桨19左右对称分别固定于两侧拍足21的中间。

具体实施方式六：参照图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的行走机构3作进一步限定，本实施方式中，行走机构3包括四个长杆20、四条拍足21、四个连接座22、底座23及外膜，所述底座23左右两端分别固定两个连接座22，所述四个连接座22均通过滑块与对应的长杆20下端相连，所述四个长杆20上端通过铰链与对应的拍足21中部相连，所述四条拍足21上端按共面圆周等间距固定在头部机构1的侧部边缘，四条拍足21外表面紧密覆盖有一层外膜。其它组成及连接方式与具体实施方式五相同。

本实施方式中，滑动杆15牵引底座23运动，长杆20跟随摆动，带动拍足21闭合与扩张。

具体实施方式七：参照图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式六作进一步限定，本实施方式中，外膜采用柔性记忆材料。其它组成及连接方式与具体实施方式六相同。

具体实施方式八：参照图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式三所述的重力控制系统8作进一步限定，本实施方式中，重力控制系统8主体为滑块导轨机构，包括配重滑块24、滑道25以及电机三26；所述配重滑块24在控制电路7的控制下，通过电机三26的转动下实现在滑道25上的直线运动，使得装置的重心位置发生改变，从而改变运动姿态，达到对方向的灵活调整；所述滑道25采用上下十字交叉的位置设置方式。

具体实施方式九：参照图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四所述的齿轮系12作进一步限定，本实施方式中，齿轮系12包括不完全齿轮27及环形件28；所述环形件28为上下设置的长圆型结构，并在两直边内壁上设置外齿，与不完全齿轮27交替啮合连接，不完全齿轮27套装在电机一13上。其它组成及连接方式与具体实施方式四相同。

本实施方式中，不完全齿轮27旋转时交替与两侧外齿啮合，从而使环形件28往复移动，通过设置不完全齿轮27的齿数与两侧外齿比，可以控制停歇时间。

具体实施方式十：参照图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式九作进一步限定，本实施方式中，四条拍足21上端通过定位孔29按共面圆周固定的方式固连在半球形外壳4的下方、基板9的侧边，同时通过活动轴30与下方的爪杆相连，爪杆下端与记忆弹簧31连接，记忆弹簧31下端与通过柔性导线与拍足爪32相连，通过压力的变化实现拍足爪32的舒张，达到稳定坐底的目的。其它组成及连接方式与具体实施方式八相同。

具体实施方式十一：参照图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式九作进一步限定，本实施方式中，拍足爪32采用压敏材料，底部设置有圆球状底足，可以防止坐底过深而难以脱离。其它组成及连接方式与具体实施方式九相同。

电池6、摄像机5以及控制电路7，可为驱动系统提供动力以及获取外界信息实现方向控制。

本发明在低速运动时，拍足21通过长杆20与齿轮系12的滑动杆15相连，通过电机一13的运转带动不完全齿轮27，不完全齿轮27的转动使环形件28所连的滑动杆15作上下往复运动，拉动拍足21的摆动，实现排水向前运动的过程。

设置有两个三叶螺旋桨19，左右对称分别固定于两侧拍足21的中间，当装置需要快速运动时，可通过停止齿轮推进机构并增大三叶螺旋桨19的转速实现直线加速推进，也可以适当调节三叶螺旋桨19的转速达到悬停的状态。

拍足爪32采用压敏材料，在正常游动时，受到记忆弹簧31的拉力而处于收缩状态，当进行坐底活动时，由于与底部物体进行接触受到压力，收缩的拍足爪32张开，进一步实现稳定坐底。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (9)

1.一种多驱动可坐底式水母游动装置，其特征在于：包括头部机构(1)、柱状躯体(2)以及行走机构(3)，所述柱状躯体(2)上端设置头部机构(1)，头部机构(1)为行走机构(3)提供动力以及获取外界信息实现方向控制，所述柱状躯体(2)下端与行走机构(3)连接，行走机构(3)行走并带动柱状躯体(2)和头部机构(1)移动。

2.根据权利要求1所述的一种多驱动可坐底式水母游动装置，其特征在于：所述头部机构(1)包括半球形外壳(4)以及设置在半球形外壳(4)内的摄像机(5)、电池(6)、控制电路(7)、重力控制系统(8)和基板(9)；所述摄像机(5)、电池(6)、控制电路(7)、重力控制系统(8)通过支座固定在基板(9)上，基板(9)中间开有圆孔与下方的柱状躯体(2)相连，所述电池(6)为柱状躯体(2)和行走机构(3)供电。

3.根据权利要求2所述的一种多驱动可坐底式水母游动装置，其特征在于：所述半球形外壳(4)的圆弧上部分采用柔性记忆材料，并通过设置在基板(9)上的支撑外壳(10)支撑，在支撑外壳(10)上设置避过摄像机(5)、电池(6)、控制电路(7)和重力控制系统(8)的凹槽，半球形外壳(4)上位于基板(9)下方的部分采用水密耐压壳体。

4.根据权利要求3所述的一种多驱动可坐底式水母游动装置，其特征在于：所述重力控制系统(8)主体为滑块导轨机构，包括配重滑块(24)、滑道(25)以及电机三(26)；所述配重滑块(24)在控制电路(7)的控制下，通过电机三(26)的转动下实现在滑道(25)上的直线运动，使得装置的重心位置发生改变，从而改变运动姿态，达到对方向的灵活调整；所述滑道(25)采用上下十字交叉的位置设置方式。

5.根据权利要求2所述的一种多驱动可坐底式水母游动装置，其特征在于：所述柱状躯体(2)包括主要包括驱动系统及套筒一(11)，

所述驱动系统包括齿轮推进机构及两个螺旋桨推进机构；

所述齿轮推进机构包括齿轮系(12)、电机一(13)、支撑杆(14)及滑动杆(15)；所述齿轮系(12)通过支撑杆(14)安装在套筒一(11)内，所述滑动杆(15)上端安装在齿轮系(12)上，由电机一(13)驱动齿轮系(12)带动滑动杆(15)上下运动，滑动杆(15)下端穿出套筒一(11)与底座(23)上表面中部连接。

6.根据权利要求5所述的一种多驱动可坐底式水母游动装置，其特征在于：每个所述螺旋桨推进机构均包括电机二(16)、联轴器(17)及三叶螺旋桨(19)；所述电机二(16)通过联轴器(17)与三叶螺旋桨(19)连接并带动三叶螺旋桨(19)旋转，所述电机二(16)和联轴器(17)密封在套筒二(18)内，所述套筒二(18)安装在半球形外壳(4)底部。

7.根据权利要求3所述的一种多驱动可坐底式水母游动装置，其特征在于：所述行走机构(3)包括四个长杆(20)、四条拍足(21)、四个连接座(22)、底座(23)及外膜，所述底座(23)左右两端分别固定两个连接座(22)，所述四个连接座(22)均通过滑块与对应的长杆(20)下端相连，所述四个长杆(20)上端通过铰链与对应的拍足(21)中部相连，所述四条拍足(21)上端按共面圆周等间距固定在头部机构(1)的侧部边缘，四条拍足(21)外表面紧密覆盖有一层外膜，所述外膜采用柔性记忆材料。

8.根据权利要求5所述的一种多驱动可坐底式水母游动装置，其特征在于：所述齿轮系(12)包括不完全齿轮(27)及环形件(28)；所述环形件(28)为上下设置的长圆型结构，并在两直边内壁上设置外齿，与不完全齿轮(27)交替啮合连接，不完全齿轮(27)套装在电机一(13)上。

9.根据权利要求7所述的一种多驱动可坐底式水母游动装置，其特征在于：所述四条拍足(21)上端通过定位孔(29)按共面圆周固定的方式固连在半球形外壳(4)的下方，基板(9)的侧边，同时通过活动轴(30)与下方的爪杆相连，爪杆下端与记忆弹簧(31)连接，记忆弹簧(31)下端与通过柔性导线与拍足爪(32)相连，通过压力的变化实现拍足爪(32)的舒张，达到稳定坐底的目的，所述拍足爪(32)采用压敏材料，底部设置有圆球状底足，可以防止坐底过深而难以脱离。

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