CN115009479A - 一种基于铝动力源的水下分体式仿生机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水下机器人的技术领域，特别是涉及一种基于铝动力源的水下分体式仿生机器人，其通过控制装置控制铝动力源为两组传动装置传输动力，再通过控制装置控制两组传动装置，使两组传动装置分别驱动两组胸鳍和尾鳍，通过尾鳍上下摆动，驱动机体在海中游动，同时通过两组胸鳍上下摆动，调整机体的平衡度，使机体对海中进行探测，在遇到狭窄位置时，通过机体底端的甲板打开，使子体对狭窄位置进行探测，从而降低设备的能耗和生产成本，提高设备的实用性；包括母体、控制装置、两组传动装置、铝动力源和子体，控制装置、两组传动装置、铝动力源和子体均安装于母体中，控制装置对两组传动装置和铝动力源进行控制。
Description
技术领域
本发明涉及水下机器人的技术领域，特别是涉及一种基于铝动力源的水下分体式仿生机器人。
背景技术
随着海洋开发领域的不断扩展，越来越多的国家开始进入深海领域，水下无人潜航器正发挥着越来越重要的作用，但是现有的潜航器都受到以下一种或多种问题的困扰：1.功耗大，续航能力差，不能执行远距离航行任务2.体积大不便在狭小的海沟或狭窄河道工作3.探测系统单一，图像采集角度少，信息收集不全面不灵活等。
而且目前水下仿生uuv的动力来源大多采用铅酸电池、镉/镍电池、银锌电池和锂电池。铅酸电池缺点是体积大、质量重、储能密度低、回收利用困难。镍氢电池的比能量稍高,曾用于HUGN3000UUV的备用电池,但比能量仍不能足要求。银锌电池的比能量相对较高，具有很高的比功率和较好的放电性能,但缺点是成本昂贵、作为二次电池循环次数少。锂电池比能量和循环次数虽较其他二次电池占有明显优势，但成本高，需要外加配套的保护电路，续航也不满足长久使用。且上述采用的动力电池大多对环境有一定的污染，因此水下仿生uuv动力问题被各国科学家争相研究。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种通过控制装置控制铝动力源为两组传动装置传输动力，再通过控制装置控制两组传动装置，使两组传动装置分别驱动两组胸鳍和尾鳍，通过尾鳍上下摆动，驱动机体在海中游动，同时通过两组胸鳍上下摆动，调整机体的平衡度，使机体对海中进行探测，在遇到狭窄位置时，通过机体底端的甲板打开，使子体对狭窄位置进行探测，从而降低设备的能耗和生产成本，提高设备的实用性的一种基于铝动力源的水下分体式仿生机器人。
本发明的一种基于铝动力源的水下分体式仿生机器人，包括母体、控制装置、两组传动装置、铝动力源和子体，控制装置、两组传动装置、铝动力源和子体均安装于母体中，控制装置对两组传动装置和铝动力源进行控制，铝动力源为传动装置提供动力，传动装置对母体进行驱动，子体对狭窄空间进行探测；
所述母体包括两组胸鳍、尾鳍和机体，所述机体的外形为白鳍豚状，两组胸鳍分别安装于机体的前端和后端，尾鳍安装于机体的右端，并且机体的底端设置有甲板，所述胸鳍的内部设置有胸鳍条，胸鳍的表面设置有柔性鳍面，尾鳍的内部设置有尾鳍条，尾鳍的表面设置有尾鳍软体；
通过控制装置控制铝动力源为两组传动装置传输动力，再通过控制装置控制两组传动装置，使两组传动装置分别驱动两组胸鳍和尾鳍，通过尾鳍上下摆动，驱动机体在海中游动，同时通过两组胸鳍上下摆动，调整机体的平衡度，使机体对海中进行探测，在遇到狭窄位置时，通过机体底端的甲板打开，使子体对狭窄位置进行探测，从而降低设备的能耗和生产成本，提高设备的实用性。
优选的，所述铝动力源包括驱动装置，驱动装置安装于机体的内部，并且驱动装置的内部设置有两组腔室，左侧腔室的内部设置有铝基合金，左侧腔室的顶端设置有第一电磁阀，右侧腔室的底端设置有第三电磁阀，两组腔室之间设置有第四电磁阀，驱动装置的顶部设置有燃料电池和氧气罐，并且氧气罐的左端设置有第二电磁阀，所述第一电磁阀的顶端和第二电磁阀的左端均与燃料电池的内部相通；打开第三电磁阀将适量海水排入至驱动装置的右侧腔室中，再打开第四电磁阀，使驱动装置右侧腔室内的海水进入至驱动装置的左侧腔室中，使海水与铝基合金反应生成氢气，同时打开第一电磁阀，将驱动装置左侧腔室中的氢气排入至燃料电池中，再打开第二电磁阀将氧气罐内的氧气排入至燃料电池中，进行发电，为两组传动装置提供动力，从而提高设备的实用性和续航性。
优选的，所述传动装置包括鳍条摆动机构，鳍条摆动机构安装于机体的内部，并且鳍条摆动机构由舵机和连杆组成，所述两组传动装置上的鳍条摆动机构分别与两组胸鳍和尾鳍相连接；通过一组鳍条摆动机构对尾鳍进行控制，使尾鳍上下摆动，驱动机体移动，同时通过另一组鳍条摆动机构对两组胸鳍进行控制，使两组胸鳍上下摆动，调节机体的平衡度，从而提高设备的实用性。
优选的，所述控制装置包括控制器和PC上位机，控制器安装于机体的内部，并且控制器中设置有小型锂电池，PC上位机位于操控室中；工作人员通过操控PC上位机，对控制器发出控制信息，使控制器控制铝动力源发动，或控制两组传动装置，驱动机体移动，从而提高设备的实用性。
优选的，所述柔性鳍面由膜状或板状的柔性硅橡胶制成；从而提高设备的灵活性。
优选的，所述机体的中部设置有陀螺仪；通过陀螺仪对机体的运动姿态进行检测，再将检测结果传输至PC上位机中，方便工作人员及时调整机体的运动姿态，从而提高设备的实用性。
优选的，所述机体的左部两眼出均设置有用于采集水下监控画面的水下摄像头；通过水下摄像头对海中进行摄像，再将摄像画面传输至PC上位机中，方便工作人员对设备周围的环境进行观察，从而提高设备的实用性。
优选的，所述机体的左端设置有声呐；通过声呐对机体的左侧进行探测，并经探测结构传输至PC上位机中，从而提高设备的实用性。
优选的，所述机体上设置有溢水探测器；通过溢水探测器对水位进行检测，方便工作人员判断设备是否入水，从而提高设备的实用性。
优选的，所述子体包括小型UUV，所述机体的内部设置有空腔，机体的空腔中设置有充电头，小型UUV的内部设置有锂电池，并且小型UUV固定安装于机体的空腔内；通过机体空腔中的充电头为小型UUV中的锂电池进行充电，之后设备遇到狭窄位置时，通过打开甲板，将小型UUV放出，使小型UUV对狭窄位置进行探测，从而提高设备的实用性。
与现有技术相比本发明的有益效果为：通过控制装置控制铝动力源为两组传动装置传输动力，再通过控制装置控制两组传动装置，使两组传动装置分别驱动两组胸鳍和尾鳍，通过尾鳍上下摆动，驱动机体在海中游动，同时通过两组胸鳍上下摆动，调整机体的平衡度，使机体对海中进行探测，在遇到狭窄位置时，通过机体底端的甲板打开，使子体对狭窄位置进行探测，从而降低设备的能耗和生产成本，提高设备的实用性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明铝动力源的结构示意图；
图3是本发明的控制流程结构示意图；
附图中标记：1、声呐；2、水下摄像头；3、溢水探测器；4、控制器；5、胸鳍；51、胸鳍条；52、柔性鳍面；6、陀螺仪；7、驱动装置；71、第一电磁阀；72、燃料电池；73、第二电磁阀；74、氧气罐；76、第三电磁阀；77、第四电磁阀；78、小型锂电池；8、小型UUV；9、鳍条摆动机构；91、舵机；92、连杆；10、尾鳍；1-1、尾鳍条；1-2、尾鳍软体；11、机体；12、甲板；13、PC上位机。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
实施例
如图1至图3所示，包括母体、控制装置、两组传动装置、铝动力源和子体，控制装置、两组传动装置、铝动力源和子体均安装于母体中，控制装置对两组传动装置和铝动力源进行控制，铝动力源为传动装置提供动力，传动装置对母体进行驱动，子体对狭窄空间进行探测；
所述母体包括两组胸鳍5、尾鳍10和机体11，所述机体11的外形为白鳍豚状，并且机体11的中部设置有陀螺仪6，机体11的左部两眼出均设置有用于采集水下监控画面的水下摄像头2，机体11的左端设置有声呐1，机体11上设置有溢水探测器3，两组胸鳍5分别安装于机体11的前端和后端，尾鳍10安装于机体11的右端，并且机体11的底端设置有甲板12，所述胸鳍5的内部设置有胸鳍条51，胸鳍5的表面设置有柔性鳍面52，并且柔性鳍面52由膜状或板状的柔性硅橡胶制成，尾鳍10的内部设置有尾鳍条1-1，尾鳍10的表面设置有尾鳍软体1-2；
所述铝动力源包括驱动装置7，驱动装置7安装于机体11的内部，并且驱动装置7的内部设置有两组腔室，左侧腔室的内部设置有铝基合金，左侧腔室的顶端设置有第一电磁阀71，右侧腔室的底端设置有第三电磁阀76，两组腔室之间设置有第四电磁阀77，驱动装置7的顶部设置有燃料电池72和氧气罐74，并且氧气罐74的左端设置有第二电磁阀73，所述第一电磁阀71的顶端和第二电磁阀73的左端均与燃料电池72的内部相通；
所述传动装置包括鳍条摆动机构9，鳍条摆动机构9安装于机体11的内部，并且鳍条摆动机构9由舵机91和连杆92组成，所述两组传动装置上的鳍条摆动机构9分别与两组胸鳍5和尾鳍10相连接；
所述控制装置包括控制器4和PC上位机13，控制器4安装于机体11的内部，并且控制器4中设置有小型锂电池78，PC上位机13位于操控室中；
所述子体包括小型UUV8，所述机体11的内部设置有空腔，机体11的空腔中设置有充电头，小型UUV8的内部设置有锂电池，并且小型UUV8固定安装于机体11的空腔内；
工作人员通过操控PC上位机13，对控制器4发出控制信息，使控制器4控制铝动力源发动，打开第三电磁阀76将适量海水排入至驱动装置7的右侧腔室中，再打开第四电磁阀77，使驱动装置7右侧腔室内的海水进入至驱动装置7的左侧腔室中，使海水与铝基合金反应生成氢气，同时打开第一电磁阀71，将驱动装置7左侧腔室中的氢气排入至燃料电池72中，再打开第二电磁阀73将氧气罐74内的氧气排入至燃料电池72中，进行发电，为两组传动装置提供动力，再通过控制装置控制两组传动装置，使一组鳍条摆动机构9对尾鳍10进行控制，使尾鳍10上下摆动，驱动机体11移动，同时使另一组鳍条摆动机构9对两组胸鳍5进行控制，使两组胸鳍5上下摆动，调节机体11的平衡度，并通过陀螺仪6对机体11的运动姿态进行检测，再将检测结果传输至PC上位机13中，方便工作人员及时调整机体11的运动姿态，同时，通过溢水探测器3对水位进行检测，方便工作人员判断设备是否入水，通过水下摄像头2对海中进行摄像，再将摄像画面传输至PC上位机13中，方便工作人员对设备周围的环境进行观察，通过声呐1对机体11的左侧进行探测，并经探测结构传输至PC上位机13中，在遇到狭窄位置时，通过机体11底端的甲板12打开，将小型UUV8放出，使小型UUV8对狭窄位置进行探测，从而降低设备的能耗和生产成本，提高设备的实用性。
本发明的一种基于铝动力源的水下分体式仿生机器人，其安装方式、连接方式或设置方式均为常见机械方式，只要能够达成其有益效果的均可进行实施；所述子体的数量跟根据实际情况进行添加，并且小型UUV8的材质、形状及工作原理均与母体相通；本发明的一种基于铝动力源的水下分体式仿生机器人的声呐1、水下摄像头2、溢水探测器3、陀螺仪6和PC上位机13为市面上采购，本行业内技术人员只需按照其附带的使用说明书进行安装和操作即可，而无需本领域的技术人员付出创造性劳动。
本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于铝动力源的水下分体式仿生机器人，其特征在于，包括母体、控制装置、两组传动装置、铝动力源和子体，控制装置、两组传动装置、铝动力源和子体均安装于母体中，控制装置对两组传动装置和铝动力源进行控制，铝动力源为传动装置提供动力，传动装置对母体进行驱动，子体对狭窄空间进行探测；
所述母体包括两组胸鳍(5)、尾鳍(10)和机体(11)，所述机体(11)的外形为白鳍豚状，两组胸鳍(5)分别安装于机体(11)的前端和后端，尾鳍(10)安装于机体(11)的右端，并且机体(11)的底端设置有甲板(12)，所述胸鳍(5)的内部设置有胸鳍条(51)，胸鳍(5)的表面设置有柔性鳍面(52)，尾鳍(10)的内部设置有尾鳍条(1-1)，尾鳍(10)的表面设置有尾鳍软体(1-2)。
2.如权利要求1所述的一种基于铝动力源的水下分体式仿生机器人，其特征在于，所述铝动力源包括驱动装置(7)，驱动装置(7)安装于机体(11)的内部，并且驱动装置(7)的内部设置有两组腔室，左侧腔室的内部设置有铝基合金，左侧腔室的顶端设置有第一电磁阀(71)，右侧腔室的底端设置有第三电磁阀(76)，两组腔室之间设置有第四电磁阀(77)，驱动装置(7)的顶部设置有燃料电池(72)和氧气罐(74)，并且氧气罐(74)的左端设置有第二电磁阀(73)，所述第一电磁阀(71)的顶端和第二电磁阀(73)的左端均与燃料电池(72)的内部相通。
3.如权利要求1所述的一种基于铝动力源的水下分体式仿生机器人，其特征在于，所述传动装置包括鳍条摆动机构(9)，鳍条摆动机构(9)安装于机体(11)的内部，并且鳍条摆动机构(9)由舵机(91)和连杆(92)组成，所述两组传动装置上的鳍条摆动机构(9)分别与两组胸鳍(5)和尾鳍(10)相连接。
4.如权利要求1所述的一种基于铝动力源的水下分体式仿生机器人，其特征在于，所述控制装置包括控制器(4)和PC上位机(13)，控制器(4)安装于机体(11)的内部，并且控制器(4)中设置有小型锂电池(78)，PC上位机(13)位于操控室中。
5.如权利要求1所述的一种基于铝动力源的水下分体式仿生机器人，其特征在于，所述柔性鳍面(52)由膜状或板状的柔性硅橡胶制成。
6.如权利要求1所述的一种基于铝动力源的水下分体式仿生机器人，其特征在于，所述机体(11)的中部设置有陀螺仪(6)。
7.如权利要求1所述的一种基于铝动力源的水下分体式仿生机器人，其特征在于，所述机体(11)的左部两眼出均设置有用于采集水下监控画面的水下摄像头(2)。
8.如权利要求1所述的一种基于铝动力源的水下分体式仿生机器人，其特征在于，所述机体(11)的左端设置有声呐(1)。
9.如权利要求1所述的一种基于铝动力源的水下分体式仿生机器人，其特征在于，所述机体(11)上设置有溢水探测器(3)。
10.如权利要求1所述的一种基于铝动力源的水下分体式仿生机器人，其特征在于，所述子体包括小型UUV(8)，所述机体(11)的内部设置有空腔，机体(11)的空腔中设置有充电头，小型UUV(8)的内部设置有锂电池，并且小型UUV(8)固定安装于机体(11)的空腔内。
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2022
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