CN114655405A - 一种仿生乌贼的水下多自由度运动机构 - Google Patents

一种仿生乌贼的水下多自由度运动机构 Download PDF

Info

Publication number
CN114655405A
CN114655405A CN202210214726.XA CN202210214726A CN114655405A CN 114655405 A CN114655405 A CN 114655405A CN 202210214726 A CN202210214726 A CN 202210214726A CN 114655405 A CN114655405 A CN 114655405A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fin
wrist
meat
main body
underwater
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210214726.XA
Other languages
English (en)
Inventor
王进成
马明旭
包明正
王雅慧
储逸尘
张谦
周扬
李昊奇
李清怡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northeastern University China
Original Assignee
Northeastern University China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northeastern University China filed Critical Northeastern University China
Priority to CN202210214726.XA priority Critical patent/CN114655405A/zh
Publication of CN114655405A publication Critical patent/CN114655405A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63GOFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/14Control of attitude or depth
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63CLAUNCHING, 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
    • B63C11/00Equipment for dwelling or working underwater; Means for searching for underwater objects
    • B63C11/52Tools specially adapted for working underwater, not otherwise provided for
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63GOFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/001Underwater vessels adapted for special purposes, e.g. unmanned underwater vessels; Equipment specially adapted therefor, e.g. docking stations
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H1/00Propulsive elements directly acting on water
    • B63H1/30Propulsive elements directly acting on water of non-rotary type
    • B63H1/32Flaps, pistons, or the like, reciprocating in propulsive direction
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H1/00Propulsive elements directly acting on water
    • B63H1/30Propulsive elements directly acting on water of non-rotary type
    • B63H1/36Propulsive elements directly acting on water of non-rotary type swinging sideways, e.g. fishtail type
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63GOFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/001Underwater vessels adapted for special purposes, e.g. unmanned underwater vessels; Equipment specially adapted therefor, e.g. docking stations
    • B63G2008/002Underwater vessels adapted for special purposes, e.g. unmanned underwater vessels; Equipment specially adapted therefor, e.g. docking stations unmanned
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63GOFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/001Underwater vessels adapted for special purposes, e.g. unmanned underwater vessels; Equipment specially adapted therefor, e.g. docking stations
    • B63G2008/002Underwater vessels adapted for special purposes, e.g. unmanned underwater vessels; Equipment specially adapted therefor, e.g. docking stations unmanned
    • B63G2008/005Underwater vessels adapted for special purposes, e.g. unmanned underwater vessels; Equipment specially adapted therefor, e.g. docking stations unmanned remotely controlled

Abstract

本发明涉及一种仿生乌贼的水下多自由度运动机构,包括主体、仿肉鳍机构和仿腕鳍机构。其中,主体内设置有浮子;仿肉鳍机构设于主体的左、右两侧,与肉鳍驱动机构相连,肉鳍驱动机构工作能够带动仿肉鳍机构进行扑翼运动;仿腕鳍机构设于主体的尾部,与腕鳍驱动机构相连,腕鳍驱动机构工作能够带动仿腕翼机构进行开合运动,以推动主体游动。在水下游动时,仿肉鳍机构模拟乌贼的肉鳍设置,仿肉鳍机构在进行扑翼运动时,将水向后推动,从而产生向前的推力,推动本体在海洋中慢速稳定前进。仿腕翼机构模拟乌贼尾部的触腕设置,在腕鳍驱动机构的带动下进行开合运动,将水流向后推动,在水下达到加速以及快速游动的目的。

Description

一种仿生乌贼的水下多自由度运动机构
技术领域
本发明涉及水下机器人技术领域,尤其涉及一种仿生乌贼的水下多自由度运动机构。
背景技术
海洋中含有丰富的生物资源和矿藏资源,水下机器人在海洋地形勘测、生物资源调查、矿藏勘察、水下军事活动、海洋污染监控等许多领域具有广阔的应用前景和巨大的潜在价值。长期以来,为了更好地进行海洋数据采集、海洋资源利用,更好地保障海洋权益,世界各国都在高端水下航行器仿面开展了尖端科技研究。
现有的仿生水下机器人多以模拟水下游动生物的游动仿式为主,例如鱼类、蝠鲼、水母、以及乌贼等。乌贼作为一类常见的软体动物,依靠喷射和肉鳍波动复合推进的仿式来运动,具有良好的高速及低速性,且便于转向,具有良好的机动性。因此,乌贼在仿生水下机器人领域得到了广泛的应用。
而现有的仿乌贼水下机器人主要依据乌贼喷射推进的运动仿式进行仿生,需设置一液体腔室,通过控制液体从液体腔室内喷射出来产生推力以推动水下机器人向前运动。而对于深海区域来说,具有较大的压强,对液体腔室进行压迫,导致液体腔室体积变小或破损,影响水下机器人的使用性能。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于现有技术的上述缺点、不足,本发明提供了一种仿生乌贼的水下多自由度运动机构,模拟乌贼腕摆动的仿式进行推进,代替了现有技术中仿乌贼水下机器人喷射推进的运动仿式,解决了现有技术中喷射推进式仿乌贼水下机器人不适于深海区域的技术问题。
(二)技术仿案
为了达到上述目的,本发明提供了一种仿生乌贼的水下多自由度运动机构,具体技术仿案如下:
一种仿生乌贼的水下多自由度运动机构,包括:
主体,主体内设置有浮子;
仿肉鳍机构,设于主体的左、右两侧,与肉鳍驱动机构相连,肉鳍驱动机构工作能够带动仿肉鳍机构进行扑翼运动;
仿腕鳍机构,设于主体的尾部,与腕鳍驱动机构相连,腕鳍驱动机构工作能够带动仿腕翼机构进行开合运动,以推动主体游动。
进一步地,还包括重心调节机构;
重心调节机构设于主体内,与重心驱动机构相连,驱动机构工作能够带动重心调节机构进行重心调节,以对游行姿态进行调整。
优选地,仿肉鳍机构包括光轴、仿肉鳍曲轴和多个翼杆;
仿肉鳍曲轴的两端分别转动连接于主体上,其中一端与肉鳍驱动机构相连;
光轴与仿肉鳍曲轴相平行,光轴的两端设于主体上;
翼杆一端设置有摆翼长孔,通过摆翼长孔套设于仿肉鳍曲轴的连杆轴径的外周,翼杆中部可转动地套设于光轴外周,肉鳍驱动机构工作能够带动翼杆进行扑翼运动。
进一步地,翼杆的端部还设置有夹持部,夹持部用于夹持肉鳍胶板。
优选地,仿腕鳍机构包括齿轮架、太阳轮、主动转轴、多个行星齿轮、多个从动曲轴和多个腕鳍组件;
齿轮架设于主体的尾部;
主动转轴转动连接于齿轮架上,端部与腕鳍驱动机构相连;
多个从动曲轴转动连接于齿轮架上,并均布于主动转轴的外周;
多个腕鳍组件分别与多个从动曲轴的连杆轴径相连;
太阳轮固定套设于主动转轴外周,多个行星齿轮分别固定套设于多个从动曲轴的外周,太阳轮与多个行星齿轮相啮合,腕鳍驱动机构工作能够带动与太阳轮相啮合的行星齿轮转动,进而带动与从动曲轴相连的腕鳍组件进行开合运动。
进一步地,腕鳍组件包括腕爪和平行设置的腕杆;
两个腕杆的转折部分别转动连接于齿轮架上,一端通过连板相连,另一端与腕爪相铰接,
连板上设置有腕鳍长孔,连板通过长孔套设于从动曲轴的连杆轴径的外周。
进一步地,腕杆与腕爪的铰接处还设置有限位槽,腕爪在限位槽内摆动。
优选地,主体还包括舱体和壳体;
重心调节机构设于舱体内,浮子设于舱体的外周,舱体设于壳体内;
仿肉鳍机构也设于壳体内,并位于舱体的两侧,壳体上对应设置有供仿肉鳍机构穿插的扑动孔。
进一步地,重心调节机构包括:
安装架,设于舱体内,重心驱动机构设于安装架上;
丝杠,转动连接于安装架上,端部与重心驱动机构相连;
螺母,螺纹连接于丝杠的外周;
导轨,设于安装架宽度仿向的两侧,与丝杠相平行;
配重块,滑动连接于导轨上,并与螺母相连,重心驱动机构工作能够带动丝杠旋转,进而带动与螺母相连的配重块沿导轨滑动,以进行重心调节。
进一步地,还包括控制器;
控制器与肉鳍驱动机构、腕鳍驱动机构和重心驱动机构通讯连接,可通过控制器控制上述机构的启停。
(三)有益效果
本发明所公开的仿生乌贼的水下多自由度运动机构,能够有效解决现有技术的不足。
本发明中,通过在本体上设置仿肉鳍机构,模拟乌贼的肉鳍设置。仿肉鳍机构设于本体的左右两侧,与肉鳍驱动机构相连,肉鳍驱动机构工作使能够带动仿肉鳍机构进行扑翼运动,以对本体进行推动。仿肉鳍机构自然还原乌贼的肉鳍设置,在水下游动时,仿肉鳍机构模拟乌贼的肉鳍正弦波类似波形的摆动,将水向后推动,从而产生向前的推力,推动本体在海洋中慢速稳定前进。
本发明中,通过在本体上设置仿腕翼机构,模拟乌贼尾部的触腕设置。仿腕翼机构设于本体的尾部,与腕鳍驱动机构相连,腕鳍驱动机构工作能够带动仿腕翼机构进行开合运动,将水流向后推动,在水下达到加速以及快速加速的目的。
本发明提供的仿生乌贼的水下多自由度运动机构为刚性结构,具有良好的抗压能力,可适于任何水域的使用需求。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解,构成本申请的一部分,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定,在附图中:
图1为具体实施仿式中仿生乌贼的水下多自由度运动机构的结构示意图;
图2为具体实施仿式中仿生乌贼的水下多自由度运动机构的局部结构示意图;
图3为具体实施仿式中仿肉鳍机构的结构示意图;
图4为具体实施仿式中翼杆的结构示意图;
图5为具体实施仿式中仿腕鳍机构的结构示意图;
图6为具体实施仿式中仿腕鳍机构的局部结构示意图;
图7为具体实施仿式中腕鳍组件的结构示意图;
图8为具体实施仿式中腕杆的结构示意图;
图9为具体实施仿式中本体的结构示意图;
图10为具体实施仿式中重心调节机构的结构示意图;
图11为具体实施仿式中重心调节机构的局部结构示意图。
【附图标记说明】
1、主体;101、壳体;102、舱体;103、前安装板;104、后安装板;105、锥形壳体;106、球形壳体;107、圆孔;108、扑动孔;
2、仿肉鳍机构;210、光轴;220、仿肉鳍曲轴;
230、翼杆;231、轴孔;232、摆翼长孔;233、夹持部;
3、肉鳍驱动机构;
4、仿腕鳍机构;410、齿轮架;420、太阳轮;430、主动转轴;440、行星齿轮;450、从动曲轴;
460、腕鳍组件;461、腕杆;462、腕爪;463、限位槽;
470、连板;471、腕鳍长孔;
5、腕鳍驱动机构;
6、重心调节机构;610、安装架;620、丝杠;630、螺母;640、导轨;650、配重块;
7、重心驱动机构;8、控制器;9、浮子。
具体实施仿式
为使本发明的目的、技术仿案和优点更加清楚,下面将结合本发明的优选实施例中的附图,对本发明实施例中的技术仿案进行更加详细的描述。在附图中,自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作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。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本实施例的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的仿位或位置关系为基于附图所示的仿位或位置关系,仅是为了便于描述本实施例和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的仿位、以特定的仿位构造和操作,因此不能理解为对本实施例保护范围的限制。
水下机器人,可代替或辅助人类进行海底作业,通过运动控制系统和拍摄等感知系统,实现探测、预警、打捞、娱乐等功能,可用于海洋渔业、水下环境检测、管道检查、水库勘查、打捞救助、水下拍摄和水下娱乐等。
其中,ROV(Remote Operated Vehicle)遥控无人潜水器作为主流产品,应用最为广泛。但随着应用领域的不断扩大,水下机器人会向着体积更小、稳定性更强、智能化程度更高等的仿向发展。
现有的ROV以模拟水下游动生物的游动仿式为主,例如鱼类、蝠鲼、水母以及乌贼等。而乌贼作为一种依靠喷射和肉鳍波动复合推进的仿式来运动,具有良好的高速及低速性,且便于转向,具有良好的机动。
然而现有的仿乌贼水下机器人主要依据乌贼喷射推进的运动仿式进行仿生,需设置一液体腔室,通过控制液体从液体腔室内喷射出来产生推力以推动水下机器人向前运动。而对于深海区域来说,具有较大的压强,对液体腔室进行压迫,导致液体腔室体积变小或破损,影响水下机器人的使用性能。在仿生水下机器人领域得到了广泛的应用。
本实施例基于现有技术的上述问题,如图1至图11所示,提供了一种仿生乌贼的水下多自由度运动机构,包括主体1、仿腕鳍机构4和仿肉鳍机构2。其中,主体1内设置有浮子9,仿肉鳍机构2设于主体1的左右两侧,与肉鳍驱动机构3相连,肉鳍驱动机构3工作能够带动仿肉鳍机构2进行扑翼运动。仿腕鳍机构4设于主体1的尾部,与腕鳍驱动机构5相连,腕鳍驱动机构5工作能够带动仿腕鳍机构4进行开合运动,以推动主体1在水中游动。本实施例中的仿腕鳍机构4和仿肉鳍机构2均为纯机械结构,具有良好的刚性,可承受较大的挤压力而不损坏,适于不同深度海域的使用需求。
在本公开实施例中,主体1基于乌贼的身体进行仿生设计,浮子9用于使主体1处于浮动状态,防止主体1下沉。主体1上可安装勘探器、监控等其它监测设备,可满足海洋地形勘测、生物资源调查、以及军事活动的使用需求。进一步,主体1头部为球状的流线体结构,在水中游动时,具有较小的水流阻力,可减小肉鳍驱动机构3和腕鳍驱动机构5的机械功损耗,提高肉鳍驱动机构3和腕鳍驱动机构5的机械功的利用率。
其中,仿肉鳍机构2是基于乌贼的肉鳍结构进行仿生设计,仿肉鳍机构2对称设于本体的左、右两侧,仿肉鳍机构2的端部用于安装肉鳍胶板。在水下运动时,肉鳍驱动机构3工作带动仿肉鳍机构2进行波浪状扑翼运动,肉鳍胶板随着进行类似于正弦波状的摆动,将水向后推动,从而产生向前的推力,推力推动主体1向前游动,保证水下机器人在水中缓慢、稳定的前进。
仿腕鳍机构4是基于乌贼尾部的八只腕爪462和相邻腕爪462间的连接薄膜进行仿生设计。在水下运动时,腕鳍驱动机构5工作带动仿腕鳍机构4进行摆动,将水流向后推动,可实现水下的加速,还可通过调节腕鳍驱动机构5的频率调节仿腕鳍机构4的摆动频率,进而改变水下机器人的加速度,以适应不同水域及不同使用目的的使用需求。
进一步地,本实施例的仿生乌贼的水下多自由度运动机构还包括重心调节机构6,重心调节机构6设于主体1内,与重心驱动机构7相连,重心驱动机构7工作能够带动重心调节机构6进行重心调节,以调整水下机器人的游行姿态。
需要说明的是,重心调节机构6用于调节本体的重心位置,通过改变重心位置调节水下机器人的游行姿态,可实现水下机器人的三维姿态调节,还可通过改变重心位置实现水下机器人的上浮和下潜,以适应不同海域、以及不同目的的使用需求。
具体地,如图2、图3及图5所示,本实施例的仿肉鳍机构2包括光轴210、肉鳍曲轴220和多个翼杆230。光轴210设于主体1上,光轴210的两端与主体1固定连接,肉鳍曲轴220与光轴210平行设置,肉鳍曲轴220的两端转动连接于主体1上,其中一端与肉鳍驱动机构3相连,多个翼杆230等距套设于光轴210的外周,端部分别与肉鳍曲轴220的多个连杆轴径相连,肉鳍驱动机构3工作带动肉鳍曲轴220旋转,进而带动与肉鳍曲轴220相连的翼杆230上、下扑动。
其中,肉鳍曲轴220为多节曲轴,包括间隔设置的多个主轴径和连杆轴径,端部的主轴径通过联轴器与肉鳍驱动机构3相连,光轴210与肉鳍曲轴220的主轴径相平行,多个翼杆230可转动地套设于光轴210的外周,翼杆230一端与连杆轴径相连,另一端用于安装肉鳍胶板。在一些示例中,翼杆230上设置有轴孔231和摆翼长孔232,翼杆230通过轴孔231套设于光轴210的外周,翼杆230通过摆翼长孔232套设于肉鳍曲轴220的连杆轴径的外周,摆翼长孔232的延伸仿向与翼杆230的延伸仿向一致,翼杆230上、下扑动时,肉鳍曲轴220的连杆轴径在长孔内滑动,进而实现翼杆230的重复性上、下扑动,以在水中持续航行。
作为优选仿案,如图4所示,翼杆230远离肉鳍曲轴220的端部设置有夹持部233,翼杆230通过夹持部233与肉鳍胶板相连,并通过螺栓进行固定,以便于拆卸及维护。
在水下活动时,肉鳍驱动机构3工作带动肉鳍曲轴220转动,肉鳍曲轴220的连杆轴径偏心转动,同时在摆翼长孔232内滑动,进而带动翼杆230绕光轴210进行往复式上、下扑动,本实施例的肉鳍曲轴220的多节曲轴的设置仿式,旋转时自带相位差,进而使翼杆230在上、下扑动时自动形成类似于正弦波波的扑动效果,将水向后波动,产生向前的推力推动水下机器人向前航行,可在水中慢速航行。本实施例还可通过控制两侧肉鳍驱动机构3的输出频率调节主体1两侧翼杆230的扑动速度,当两侧翼杆230的扑动速度不同时,可以实现水下机器人向速度较慢的一侧转向,进而实现水下机器人的转向。
如图5、图6、图7及图8所示,本实施例的仿腕鳍机构4包括齿轮架410、太阳轮420、主动转轴430、多个行星齿轮440、多个从动曲轴450和多个腕鳍组件460。齿轮架410设于主体1的尾部,主动转轴430转动连接于齿轮架410上,端部与腕鳍驱动机构5相连,多个从动曲轴450转动连接于齿轮架410上,并均布于主动转轴430的外周。多个腕鳍组件460分别与多个从动曲轴450的连杆轴径相连,太阳轮420固定套设于主动转轴430外周,多个行星齿轮440分别固定套设于多个从动曲轴450的外周,太阳轮420与多个行星齿轮440相啮合,腕鳍驱动机构5工作能够带动与太阳轮420相啮合的行星齿轮440转动,进而带动与从动曲轴450相连的腕鳍组件460进行开合运动。作为示例,本实施例中的行星齿轮440的数量优选为4组,对应的从动曲轴450和腕鳍组件460的数量均为4组,4组行星齿轮440均匀设置于太阳轮420的外周。
腕鳍驱动机构5工作时能够带动主动转轴430转动,以带动太阳轮420及与太阳轮420相啮合的行星齿轮440啮合传动,行星齿轮440带动从动曲轴450转动,进而带动腕鳍组件460相对于主动转轴430进行开合运动,腕鳍组件460开合运动时向后推动水流,产生向前的推力,推力可推动水下机器人快速航行。
进一步地,如图7及图8所示,腕鳍组件460包括腕爪462和平行设置的腕杆461,腕杆461优选为L型杆,腕杆461的转折部转动连接于齿轮架410上,作为固定点,腕杆461的其中一端通过腕鳍连板470连接,腕杆461的另一端与腕爪462端部相铰接。腕鳍连板470上设置有腕鳍长孔471,腕鳍连板470通过腕鳍长孔471套设于从动曲轴450连杆轴径的外周,从动曲轴450通过腕鳍长孔471将动力传递给腕杆461,带动腕杆461绕固定点转动,腕杆461带动腕爪462相对于主动转轴430在设定范围内作开合运动。
在本公开实施例中,腕鳍组件460的腕杆461及腕爪462是基于乌贼的腕爪462进行仿生设计的,腕爪462端部与腕杆461相铰接,腕杆461与腕爪462的铰接处还设置有限位槽463,以限制腕爪462在限位槽463内转动,使腕爪462在向内摆动时,腕爪462摆动达到最大限位,将水流向后推动产生向前的推力,使腕爪462向外摆动时只能摆动至最大限位处,减少向后摆动的的反推力,使腕爪462在工作时向前推动的力远远大于向后的反推力,进而推动水下机器人在水下快速航行。
如图9所示,本实施例的主体1还包括舱体102和壳体101,舱体102设于壳体101内,舱体102的两端分别与壳体101的前安装板103和后安装板104固定连接,舱体102内部为中空结构,重心调节机构6设于舱体102内,浮子9套设于舱体102的外周。仿肉鳍机构2也设于壳体101内,并位于舱体102的两侧,壳体101上对应设置供仿肉鳍机构2穿插的扑动孔108。
作为示例,本实施例的舱体102为圆筒,圆筒的两端设置有法兰,两侧法兰分别通过螺栓与前安装板103和后安装板104相连。浮子9包括上浮子和下浮子,上浮子和下浮子套设于圆筒的外周,并通过螺栓连接。本实施例舱体102和浮子9的结构比较简单,便于安装维护。
在其中一个实施例中,壳体101包括上壳体、下壳体、前安装板103和后安装板104,相连部件间通过螺栓连接,壳体101远离仿腕鳍机构4的一侧还设置有锥形壳体105,锥形壳体105的小口端还设置有球形壳体106,球形壳体106与锥形壳体105采用焊接的仿式固定连接,且连接处平衡过渡,以在壳体101端部形成一流线型结构,减小水流阻力。
作为优选仿案,上壳体101和下壳体101上还设置有多个圆孔107,多个圆孔107的设置可减小水下机器人的整体重量,增加水下机器人的浮力。水下机器人上浮时,壳体101内的水经圆孔107流出,进而减小了水下机器人的上潜阻力。
具体到本实施例中,仿肉鳍机构2的肉鳍曲轴220的两端分别通过轴承转动连接于前安装板103和后安装板104上,光轴210的两端分别与前安装板103和后安装板104固定连接。肉鳍驱动机构3设于壳体101外,并安装于前安装板103上,肉鳍驱动机构3的动力输出端穿过前安装板103通过联轴器与肉鳍曲轴220的端部相连,翼杆230穿过扑动孔108并至少部分位于壳体101外,以在壳体101的两侧形成类似于肉鳍结构。
如图10及图11所示,本实施例的重心调节机构6包括安装架610、丝杠620、螺母630、导轨640和配置块。安装架610设于舱体102内,安装架610的两端与前安装板103和后安装板104固定连接。丝杠620转动连接于安装架610上,端部与重心驱动机构7相连,螺母630螺纹连接于丝杠620的外周,螺母630与配重块650相连,配重块650滑动连接于导轨640上,导轨640与丝杠620相平行,并设于安装架610宽度仿向的两侧,重心驱动机构7工作能够带动丝杠620旋转,螺母630沿丝杠620的延伸仿向移动,带动配重块650沿导轨640滑动,调节水下机器人的重心位置,以调节水下机器人的游行姿态。
进一步地,本实施例仿生乌贼的水下多自由度运动机构还包括控制器8,控制器8与肉鳍驱动机构3、腕鳍驱动机构5和重心调节机构6通讯连接,可通过控制器8控制上述驱动机构的启停,实现水下机器人的远程控制。
对应地,本实施例的肉鳍驱动机构3、腕鳍驱动机构5和重心调节机构6均为伺服电机,可通过控制器8的控制伺服电机的转速,实时控制水下机器人的游行速度、游行仿向以及游行深度,具有便于远程控制调节的使用特点。
上述为仿生乌贼的水下多自由度运动机构的具体结构,尾部的仿腕鳍机构4利用其开合运动时产生推进力,在水下达到加速和快速游动的效果,弥补现有仿生水下机器人在加速和速度上的缺陷。本体两侧的仿肉鳍机构2使水下机器人可以在水中慢速游动,具有稳定性高,噪音小等优点,还可通过控制两侧肉鳍驱动机构3的转速,实现调节水下机器人游行仿向的目的。重心调节机构6通过重心调节使水下机器人可以实现上浮和下潜的动作。同时,仿腕鳍驱动机构5和仿肉鳍驱动机构3的设置,使水下机器人既能适应狭窄空间,也能适应低噪音的工作环境,在提升了水下机器人的速度与自由度的同时也提升了其适应性,可适应不同的使用需求。
以上所述,仅为本发明的较佳的具体实施仿式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术仿案及其发明构思加以等同替换或改变,都涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种仿生乌贼的水下多自由度运动机构,其特征在于,包括:
主体(1),所述主体(1)内设置有浮子(9);
仿肉鳍机构(2),设于所述主体(1)的左、右两侧,与肉鳍驱动机构(4)相连,所述肉鳍驱动机构(4)工作能够带动所述仿肉鳍机构(2)进行扑翼运动;
仿腕鳍机构(4),设于所述主体(1)的尾部,与腕鳍驱动机构(5)相连,所述腕鳍驱动机构(5)工作能够带动所述仿腕翼机构进行开合运动,以推动所述主体(1)游动。
2.根据权利要求1所述的仿生乌贼的水下多自由度运动机构,其特征在于,还包括重心调节机构(6);
所述重心调节机构(6)设于所述主体(1)内,与所述重心驱动机构(7)相连,所述驱动机构工作能够带动所述重心调节机构(6)进行重心调节,以对游行姿态进行调整。
3.根据权利要求1所述的仿生乌贼的水下多自由度运动机构,其特征在于,所述仿肉鳍机构(2)包括光轴(210)、仿肉鳍曲轴(220)和多个翼杆(230);
所述仿肉鳍曲轴(220)的两端分别转动连接于所述主体(1)上,其中一端与所述肉鳍驱动机构(4)相连;
所述光轴(210)与所述仿肉鳍曲轴(220)相平行,所述光轴(210)的两端设于所述主体(1)上;
所述翼杆(230)一端设置有摆翼长孔(232),通过所述摆翼长孔(232)套设于所述仿肉鳍曲轴(220)的连杆轴径的外周,所述翼杆(230)中部可转动地套设于所述光轴(210)外周,所述肉鳍驱动机构(4)工作能够带动所述翼杆(230)进行扑翼运动。
4.根据权利要求3所述的仿生乌贼的水下多自由度运动机构,其特征在于,所述翼杆(230)的端部还设置有夹持部(233),所述夹持部(233)用于夹持肉鳍胶板。
5.根据权利要求1所述的仿生乌贼的水下多自由度运动机构,其特征在于,所述仿腕鳍机构(4)包括齿轮架(410)、太阳轮(420)、主动转轴(430)、多个行星齿轮(440)、多个从动曲轴(450)和多个腕鳍组件(460);
所述齿轮架(410)设于所述主体(1)的尾部;
所述主动转轴(430)转动连接于所述齿轮架(410)上,端部与所述腕鳍驱动机构(5)相连;
多个所述从动曲轴(450)转动连接于所述齿轮架(410)上,并均布于所述主动转轴(430)的外周;
多个所述腕鳍组件(460)分别与多个所述从动曲轴(450)的连杆轴径相连;
所述太阳轮(420)固定套设于所述主动转轴(430)外周,多个所述行星齿轮(440)分别固定套设于多个所述从动曲轴(450)的外周,所述太阳轮(420)与多个所述行星齿轮(440)相啮合,所述腕鳍驱动机构(5)工作能够带动与所述太阳轮(420)相啮合的所述行星齿轮(440)转动,进而带动与所述从动曲轴(450)相连的所述腕鳍组件(460)进行开合运动。
6.根据权利要求5所述的仿生乌贼的水下多自由度运动机构,其特征在于,所述腕鳍组件(460)包括腕爪(462)和平行设置的腕杆(461);
两个所述腕杆(461)的转折部分别转动连接于所述齿轮架(410)上,一端通过连板(470)相连,另一端与所述腕爪(462)相铰接,
所述连板(470)上设置有腕鳍长孔(471),所述连板(470)通过所述长孔套设于所述从动曲轴(450)的连杆轴径的外周。
7.根据权利要求6所述的仿生乌贼的水下多自由度运动机构,其特征在于,所述腕杆(461)与所述腕爪(462)的铰接处还设置有限位槽(463),所述腕爪(462)在所述限位槽(463)内摆动。
8.根据权利要求2所述的仿生乌贼的水下多自由度运动机构,其特征在于,所述主体(1)还包括舱体(102)和壳体(101);
所述重心调节机构(6)设于所述舱体(102)内,所述浮子(9)设于所述舱体(102)的外周,所述舱体(102)设于所述壳体(101)内;
所述仿肉鳍机构(2)也设于所述壳体(101)内,并位于所述舱体(102)的两侧,所述壳体(101)上对应设置有供所述仿肉鳍机构(2)穿插的扑动孔。
9.根据权利要求8所述的仿生乌贼的水下多自由度运动机构,其特征在于,所述重心调节机构(6)包括:
安装架(610),设于所述舱体(102)内,所述重心驱动机构(7)设于所述安装架(610)上;
丝杠(620),转动连接于所述安装架(610)上,端部与所述重心驱动机构(7)相连;
螺母(630),螺纹连接于所述丝杠(620)的外周;
导轨(640),设于所述安装架(610)宽度仿向的两侧,与所述丝杠(620)相平行;
配重块(650),滑动连接于所述导轨(640)上,并与所述螺母(630)相连,所述重心驱动机构(7)工作能够带动所述丝杠(620)旋转,进而带动与所述螺母(630)相连的配重块(650)沿所述导轨(640)滑动,以进行重心调节。
10.根据权利要求8所述的仿生乌贼的水下多自由度运动机构,其特征在于,还包括控制器(8);
所述控制器(8)与所述肉鳍驱动机构(4)、所述腕鳍驱动机构(5)和所述重心驱动机构(7)通讯连接,可通过所述控制器(8)控制上述机构的启停。
CN202210214726.XA 2022-03-04 2022-03-04 一种仿生乌贼的水下多自由度运动机构 Pending CN114655405A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210214726.XA CN114655405A (zh) 2022-03-04 2022-03-04 一种仿生乌贼的水下多自由度运动机构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210214726.XA CN114655405A (zh) 2022-03-04 2022-03-04 一种仿生乌贼的水下多自由度运动机构

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114655405A true CN114655405A (zh) 2022-06-24

Family

ID=82027352

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210214726.XA Pending CN114655405A (zh) 2022-03-04 2022-03-04 一种仿生乌贼的水下多自由度运动机构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114655405A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115107967A (zh) * 2022-07-21 2022-09-27 太原理工大学 一种仿生乌贼水下工作平台装置及控制方法
CN116588292A (zh) * 2023-05-23 2023-08-15 北京大学 一种水下作业机器人

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102700694A (zh) * 2012-06-05 2012-10-03 南京航空航天大学 仿乌贼型水下探测器
WO2016004800A1 (zh) * 2014-07-08 2016-01-14 江苏科技大学 基于行星轮系的仿胸鳍推进装置
CN110550169A (zh) * 2019-10-15 2019-12-10 上海海洋大学 一种仿生线驱动腕乌贼
US20200307750A1 (en) * 2019-03-29 2020-10-01 The Hong Kong Polytechnic University Bio-inspired underwater robot
CN113772059A (zh) * 2021-10-27 2021-12-10 东北大学 一种仿莱氏拟乌贼及虾姑的水下多自由度运动机器人

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102700694A (zh) * 2012-06-05 2012-10-03 南京航空航天大学 仿乌贼型水下探测器
WO2016004800A1 (zh) * 2014-07-08 2016-01-14 江苏科技大学 基于行星轮系的仿胸鳍推进装置
US20200307750A1 (en) * 2019-03-29 2020-10-01 The Hong Kong Polytechnic University Bio-inspired underwater robot
CN110550169A (zh) * 2019-10-15 2019-12-10 上海海洋大学 一种仿生线驱动腕乌贼
CN113772059A (zh) * 2021-10-27 2021-12-10 东北大学 一种仿莱氏拟乌贼及虾姑的水下多自由度运动机器人

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115107967A (zh) * 2022-07-21 2022-09-27 太原理工大学 一种仿生乌贼水下工作平台装置及控制方法
CN115107967B (zh) * 2022-07-21 2023-05-23 太原理工大学 一种仿生乌贼水下工作平台装置及控制方法
CN116588292A (zh) * 2023-05-23 2023-08-15 北京大学 一种水下作业机器人
CN116588292B (zh) * 2023-05-23 2024-02-20 北京大学 一种水下作业机器人

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021000628A1 (zh) 仿生机器蝠鲼
CN205273823U (zh) 一种基于单关节尾鳍驱动的仿生机器鱼
CN104015904B (zh) 多组合推进式柔性仿生机器鱼
CN113086136B (zh) 一种复合推进仿生水母机器人
CN100569585C (zh) 一种水下仿水翼推进装置
CN114655405A (zh) 一种仿生乌贼的水下多自由度运动机构
CN108408007A (zh) 混合动力水下机器人
CN201002714Y (zh) 一种水下仿水翼推进装置
CN113320665B (zh) 一种长鳍波动推进仿生水下机器人
CN212637870U (zh) 一种以波动胸鳍为动力的单主轴单电机仿鳐鱼机器鱼
CN109665079A (zh) 一种喷射泵与舵机混合驱动的水下机器人
CN109204744A (zh) 一种仿生推进水下滑翔机
CN109334932B (zh) 用于水下仿生推进系统的混联驱动机构
CN115674969A (zh) 一种水陆两栖的仿生鱿鱼机器人
CN113428329A (zh) 一种仿类蝙蝠鱼推进方式的水下机器人
CN104015899B (zh) 基于双级并联式摆杆机构驱动的水下推进装置
AU2020103022A4 (en) Autonomous Robotic Fish
CN207000790U (zh) 一种仿生推进水下滑翔机
CN108905104A (zh) 一种仿生机器脚蹼机构
CN212738470U (zh) 一种串联式柔性驱动的仿生机器鱼
Zhou et al. Overview of progress in development of the bionic underwater propulsion system
CN115230925B (zh) 数控可变波形的多关节柔性水下仿生推进器及其控制方法
CN208360465U (zh) 混合动力水下机器人
Ji et al. Design and Realization of a Novel Hybrid-Drive Robotic Fish for Aquaculture Water Quality Monitoring
CN216916250U (zh) 一种仿生牛鼻鳐机器人

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Zhou Yang

Inventor after: Ma Mingxu

Inventor after: Wang Jincheng

Inventor after: Bao Mingzheng

Inventor after: Wang Yahui

Inventor after: Chu Yichen

Inventor after: Zhang Qian

Inventor after: Li Haoqi

Inventor after: Li Qingyi

Inventor before: Wang Jincheng

Inventor before: Ma Mingxu

Inventor before: Bao Mingzheng

Inventor before: Wang Yahui

Inventor before: Chu Yichen

Inventor before: Zhang Qian

Inventor before: Zhou Yang

Inventor before: Li Haoqi

Inventor before: Li Qingyi