CN115520356A - 一种水下仿生机器人 - Google Patents

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CN115520356A CN202211136082.3A CN202211136082A CN115520356A CN 115520356 A CN115520356 A CN 115520356A CN 202211136082 A CN202211136082 A CN 202211136082A CN 115520356 A CN115520356 A CN 115520356A
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张晋辉
钱旭辉
罗瑞
张德平
李艳威
李婧
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    • 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
    • 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

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Abstract

本发明公开了一种水下仿生机器人,属于水下机器人技术领域。该一种水下仿生机器人包括外壳,还包括:多个摆杆机构,齿接有动力装置,多个摆杆机构上设有柔性仿生鳍;每个摆杆机构均包括支架、传动齿轮、连杆机构和摆杆,支架连接于外壳内,传动齿轮与支架铰接,连杆机构的输入端铰接于传动齿轮的偏心位置处,连杆机构的输出端与摆杆铰接;动力装置与摆杆机构的传动齿轮齿接,相邻摆杆机构的传动齿轮相互齿接并存在转动相位差;柔性仿生鳍设于外壳外,柔性仿生鳍与多个摆杆机构的摆杆远离第二连杆一端连接。本发明的一种水下仿生机器人,通过驱动柔性仿生鳍波动式运动,推动整个机器人行进,具有噪音小、能耗小以及不易受到水体杂质影响等优点。

Description

一种水下仿生机器人
技术领域
本发明涉及水下机器人技术领域,具体涉及一种水下仿生机器人。
背景技术
水下机器人又称无人遥控潜水器,是一种在水下作业的工作机器人,可以代替人工在水下长时间作业。水下环境恶劣危险,人类潜水深度有限,水下机器人可在高度危险环境、被污染环境以及可见度较低的水域进行工作,水下机器人上一般配备声呐系统、摄像机、照明灯和机械臂等装置,能提供实时视频、声呐图像,机械臂能抓起重物,水下机器人在石油开发、海洋探查、海事执法取证、科学研究和军事等领域得到广泛应用。
鳐鱼有着扁平的菱形身体,外形奇特,身体周围存在一圈扇形胸鳍,靠胸鳍波浪般的运动前进。运用仿生学,模拟鳐鱼外形结构,能够开发一款功能先进的波动式水下仿生机器人。根据鳐鱼胸鳍波动推进的运动特点,使鱼鳍发生正弦波变形,进而产生自前向后的传递波,来推动鳐鱼前进。
现有的水下机器人大多采用螺旋桨推进,但螺旋桨转速快,易受到杂质的阻碍,从而干扰正常航行,且由于螺旋桨转动时噪音大,不易近距离接触和观察水下生物,整个螺旋桨推进系统体积大,耗能高。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的问题,提供一种水下仿生机器人,通过驱动柔性仿生鳍波动式运动,推动整个机器人行进,具有噪音小、体积小、能耗小以及不易受到水体杂质影响等优点。
本发明提供了一种水下仿生机器人,包括外壳,还包括:
多个摆杆机构,设于所述外壳内,所述多个摆杆机构齿接有动力装置,多个摆杆机构上设有柔性仿生鳍;
每个摆杆机构均包括支架、传动齿轮、连杆机构和摆杆,所述支架连接于所述外壳内,所述传动齿轮与支架铰接,所述连杆机构的输入端铰接于传动齿轮的偏心位置处,连杆机构的输出端与所述摆杆铰接,所述摆杆与支架铰接;
所述动力装置与摆杆机构的传动齿轮齿接,相邻摆杆机构的传动齿轮相互齿接并存在转动相位差;
所述柔性仿生鳍设于所述外壳外,柔性仿生鳍与多个摆杆机构的摆杆远离第二连杆一端连接。
较佳的,所述多个摆杆机构分为两组,两组摆杆机构分置于所述外壳两侧,两组摆杆机构的摆杆分别连接有一个柔性仿生鳍,外壳同一侧相邻两个摆杆机构的传动齿轮通过中间齿轮齿接,所述动力装置与外壳两侧摆杆机构的传动齿轮齿接。
较佳的,所述连杆机构包括第一连杆、滑块、第二连杆和第三连杆,所述第一连杆的一端铰接于传动齿轮的偏心位置处,第一连杆的另一端与所述滑块铰接,所述支架上设有滑槽,所述滑块滑动连接于所述滑槽内,所述第二连杆一端与滑块铰接,第二连杆另一端与所述摆杆铰接,所述摆杆与支架铰接,第三连杆一端与支架铰接,第三连杆另一端铰接于第二连杆上。
较佳的,还包括浮沉机构,所述浮沉机构包括水囊和蠕动泵,所述蠕动泵的输出端与所述水囊连通。
较佳的,还包括浮沉机构,所述外壳包括上壳体和下壳体,上壳体设有一圈凸起,下壳设有一圈凹槽,上壳体与下壳体闭合时,所述凸起与所述凹槽卡接,上壳体和下壳体之间靠近下壳体一侧还设有一层硅胶薄膜,硅胶薄膜与下壳体底部形成所述水囊。
较佳的,所述上壳体设有第一通水口,所述第一通水口与所述蠕动泵的输入端连通,所述下壳体的底部设有第二通水口,第二通水口连通有一竖直设置的水管,所述水管与所述水囊连通。
较佳的,所述相邻两个摆杆机构的传动齿轮的相位差为60°。
较佳的,还包括转向机构。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明的一种水下仿生机器人,通过驱动柔性仿生鳍波动式运动,推动整个机器人行进,具有噪音小、体积小、能耗小以及不易受到水体杂质影响等优点。
将多个摆杆机构分置于外壳两侧,利用外壳两侧的波动鳍同时驱动整个机器人行进,能够提升本机器人行进的稳定性。传动齿轮通过驱动滑块沿滑槽往复滑动,使得摆杆往复摆动具有较高的可靠性,从而保证本机器人的正常运行。通过设置水囊和蠕动泵,能够使得整个机器人进行上升或下降。通过设置凸起和凹槽,然后利用凸起和凹槽卡紧硅胶薄膜,从而使得硅胶薄膜与下壳体底部形成所述水囊,可以非常方便的对水囊进行清洗。通过设置水管,能够在机器人行进时,防止水体阻力影响水囊正常排水。根据多次试验的结果,当相邻两个摆杆机构的传动齿轮的相位差为60°时,柔性仿生鳍的推进效率最高。通过设置转向机构,能够使本机器人能够进行自由转向。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明多个摆杆机构排列示意图;
图3为本发明摆杆机构的结构示意图;
图4为本发明的剖面结构示意图;
图5为本发明柔性仿生鳍推进时的受力分析图;
附图标记说明:
101.外壳,102.摆杆机构,103.支架,104.传动齿轮,105.第一连杆,106.滑块,107.第二连杆,108.摆杆,109.第三连杆,110.滑槽,111.柔性仿生鳍,112.动力装置,113.摄像头,114.探照灯,2.中间齿轮,3蠕动泵,401.上壳体,402.下壳体。
具体实施方式
下面结合附图1-5,对本发明的具体实施方式进行详细描述,但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。
实施例1:
如图1-5所示,本发明提供的一种水下仿生机器人,包括外壳101、摄像头113、探照灯114、控制器和电源装置,还包括:多个摆杆机构102设于所述外壳101内,所述多个摆杆机构102齿接有动力装置112,多个摆杆机构上设有柔性仿生鳍111;每个摆杆机构102均包括支架103、传动齿轮104、连杆机构和摆杆108,所述支架103连接于所述外壳101内,所述传动齿轮104与支架103铰接,所述连杆机构的输入端铰接于传动齿轮104的偏心位置处,连杆机构的输出端与所述摆杆108铰接,所述摆杆108与支架103铰接;所述动力装置112与摆杆机构102的传动齿轮104齿接,相邻摆杆机构102的传动齿轮104相互齿接并存在转动相位差;所述柔性仿生鳍111设于所述外壳101外,柔性仿生鳍111与多个摆杆机构102的摆杆108远离第二连杆107一端连接。
现简述实施例1的工作原理:
本水下机器人在行进时,通过控制器控制动力装置112动作,动力装置112驱动摆杆机构102的传动齿轮104转动,由于连杆机构的输入端铰接于传动齿轮104的偏心位置处,转动的传动齿轮104驱动连杆机构作往复运动。从而带动摆杆108往复摆动。由于相邻两个摆杆机构102的传动齿轮104相互齿接并存在转动相位差,从而在动力装置112驱动多个摆杆机构102的摆杆108摆动时,多个摆杆机构102的摆杆108呈波动式摆动,从而带动柔性仿生鳍111进行波动式运动,从而推动水体向后运动,利用水体的反推力推动整个机器人前进。与此同时,探照灯114进行照射,摄像头113进行实时拍摄,从而利用机器人探测水文情况。
本发明的一种水下仿生机器人,通过驱动柔性仿生鳍111波动式运动,推动整个机器人行进,具有噪音小、体积小、能耗小以及不易受到水体杂质影响等优点。
实施例2:
在实施例1的基础上,为了能够能够提升本机器人行进的稳定性。
如图2所示,其中,所述多个摆杆机构102分为两组,两组摆杆机构102分置于所述外壳101两侧,两组摆杆机构102的摆杆108分别连接有一个柔性仿生鳍111,外壳101同一侧相邻两个摆杆机构102的传动齿轮104通过中间齿轮2齿接,所述动力装置112与外壳101两侧摆杆机构102的传动齿轮104齿接。
将多个摆杆机构102分置于外壳101两侧,利用动力装置112驱动外壳101两侧的摆杆机构102的摆杆108进行波动式运动,从而驱动外壳101两侧的波动鳍进行波动式运动,利用外壳101两侧的波动鳍同时驱动整个机器人行进,能够提升本机器人行进的稳定性。
实施例3:
在实施例2的基础上,为了提升连杆机构驱动摆杆108往复运动的可靠性,从而保证本机器人的正常运行。
如图3和4所示,其中,所述连杆机构包括第一连杆105、滑块106、第二连杆107和第三连杆,所述第一连杆105的一端铰接于传动齿轮104的偏心位置处,第一连杆105的另一端与所述滑块106铰接,所述支架103上设有滑槽110,所述滑块106滑动连接于所述滑槽110内,所述第二连杆107一端与滑块106铰接,第二连杆107另一端与所述摆杆108铰接,所述摆杆108与支架103铰接,第三连杆109一端与支架103铰接,第三连杆109另一端铰接于第二连杆107上。
通过控制器控制动力装置112动作,动力装置112驱动摆杆机构102的传动齿轮104转动,转动的传动齿轮104驱动第一连接杆一端绕传动齿轮104轴心转动,从而驱动滑块106沿滑槽110往复滑动,从而驱动第二连杆107与滑块106铰接一端往复摆动,由于第二连杆107与第三连接杆铰接,第三连接杆又与支架103铰接,因此在第三连接杆的作用下,第二连杆107远离滑块106一端摆动,从而带动与其铰接的摆杆108往复摆动。传动齿轮104通过驱动滑块106沿滑槽110往复滑动,从而驱动摆杆108往复摆动,从而使得摆杆108往复摆动具有较高的可靠性,从而保证本机器人的正常运行。
作为一种优选方案,如图1所示,其中,还包括浮沉机构,所述浮沉机构包括水囊和蠕动泵3,所述蠕动泵3的输出端与所述水囊连通。通过设置水囊和蠕动泵3,蠕动泵3向水囊内通进水体或从水囊内排出水体,能够使得水囊的重力发生变动,从而使得整个机器人的自重发生变动,从而能够使得整个机器人进行上升或下降。
作为一种优选方案,如图1所示,其中,还包括浮沉机构,所述外壳101包括上壳体401和下壳体402,上壳体401设有一圈凸起,下壳设有一圈凹槽,上壳体401与下壳体402闭合时,所述凸起与所述凹槽卡接,上壳体401和下壳体402之间靠近下壳体402一侧还设有一层硅胶薄膜,硅胶薄膜与下壳体402底部形成所述水囊。通过设置凸起和凹槽,然后利用凸起和凹槽卡紧硅胶薄膜,从而使得硅胶薄膜与下壳体402底部形成所述水囊,从而在水囊内杂质较多时,将上壳体401与下壳体402进行分离,便可以非常方便的对水囊进行清洗。
作为一种优选方案,如图1所示,其中,所述上壳体401设有第一通水口,所述第一通水口与所述蠕动泵3的输入端连通,所述下壳体402的底部设有第二通水口,第二通水口连通有一竖直设置的水管,所述水管与所述水囊连通。通过设置水管,利用蠕动泵3为水囊进行供水,在进行排水时,利用硅胶薄膜自身的弹性力挤压水囊内的水体,水体通过竖直设置的水管排出水囊,能够在机器人行进时,防止水体阻力影响水囊正常排水。
作为一种优选方案,如图1所示,其中,所述相邻两个摆杆机构102的传动齿轮104的相位差为60°。根据多次试验的结果,当相邻两个摆杆机构102的传动齿轮104的相位差为60°时,柔性仿生鳍111的推进效率最高。
作为一种优选方案,如图1所示,其中,还包括转向机构。通过设置转向机构,能够使本机器人能够进行自由转向。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种水下仿生机器人,包括外壳(101),其特征在于,还包括:
多个摆杆机构(102),设于所述外壳(101)内,所述多个摆杆机构(102)齿接有动力装置(112),多个摆杆机构上设有柔性仿生鳍(111);
每个摆杆机构(102)均包括支架(103)、传动齿轮(104)、连杆机构和摆杆(108),所述支架(103)连接于所述外壳(101)内,所述传动齿轮(104)与支架(103)铰接,所述连杆机构的输入端铰接于传动齿轮(104)的偏心位置处,连杆机构的输出端与所述摆杆(108)铰接,所述摆杆(108)与支架(103)铰接;
所述动力装置(112)与摆杆机构(102)的传动齿轮(104)齿接,相邻摆杆机构(102)的传动齿轮(104)相互齿接并存在转动相位差;
所述柔性仿生鳍(111)设于所述外壳(101)外,柔性仿生鳍(111)与多个摆杆机构(102)的摆杆(108)远离第二连杆(107)一端连接。
2.如权利要求1所述的一种水下仿生机器人,其特征在于,所述多个摆杆机构(102)分为两组,两组摆杆机构(102)分置于所述外壳(101)两侧,两组摆杆机构(102)的摆杆(108)分别连接有一个柔性仿生鳍(111),外壳(101)同一侧相邻两个摆杆机构(102)的传动齿轮(104)通过中间齿轮(2)齿接,所述动力装置(112)与外壳(101)两侧摆杆机构(102)的传动齿轮(104)齿接。
3.如权利要求1所述的一种水下仿生机器人,其特征在于,所述连杆机构包括第一连杆(105)、滑块(106)、第二连杆(107)和第三连杆,所述第一连杆(105)的一端铰接于传动齿轮(104)的偏心位置处,第一连杆(105)的另一端与所述滑块(106)铰接,所述支架(103)上设有滑槽(110),所述滑块(106)滑动连接于所述滑槽(110)内,所述第二连杆(107)一端与滑块(106)铰接,第二连杆(107)另一端与所述摆杆(108)铰接,所述摆杆(108)与支架(103)铰接,第三连杆(109)一端与支架(103)铰接,第三连杆(109)另一端铰接于第二连杆(107)上。
4.如权利要求1所述的一种水下仿生机器人,其特征在于,还包括浮沉机构,所述浮沉机构包括水囊和蠕动泵(3),所述蠕动泵(3)的输出端与所述水囊连通。
5.如权利要求4所述的一种水下仿生机器人,其特征在于,还包括浮沉机构,所述外壳(101)包括上壳体(401)和下壳体(402),上壳体(401)设有一圈凸起,下壳设有一圈凹槽,上壳体(401)与下壳体(402)闭合时,所述凸起与所述凹槽卡接,上壳体(401)和下壳体(402)之间靠近下壳体(402)一侧还设有一层硅胶薄膜,硅胶薄膜与下壳体(402)底部形成所述水囊。
6.如权利要求5所述的一种水下仿生机器人,其特征在于,所述上壳体(401)设有第一通水口,所述第一通水口与所述蠕动泵(3)的输入端连通,所述下壳体(402)的底部设有第二通水口,第二通水口连通有一竖直设置的水管,所述水管与所述水囊连通。
7.如权利要求1所述的一种水下仿生机器人,其特征在于,所述相邻两个摆杆机构(102)的传动齿轮(104)的相位差为60°。
8.如权利要求2所述的一种水下仿生机器人,其特征在于,还包括转向机构。
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CN117284460A (zh) * 2023-11-22 2023-12-26 太原理工大学 一种用于无人潜航器的波动式推进装置

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