CN118047022A - 基于动量轮姿态控制的仿生机器水母 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于动量轮姿态控制的仿生机器水母，仿生机器水母包括：体部壳体，沿设定方向的两端部分别为头端和尾端；推进机构，包括腿部和推进驱动件，腿部与尾端连接，且推进驱动件驱动腿部运动以推动仿生机器水母沿从尾端向头端的方向前进；第一转向机构和第二转向机构，均设于体部壳体内，第一转向机构包括第一动量轮和用于驱动第一动量轮绕沿第一方向延伸的轴线转动的第一驱动件，第二转向机构包括第二动量轮和用于驱动第二动量轮绕沿第二方向延伸的轴线转动的第二驱动件，第一方向与第二方向垂直，以使第一动量轮和第二动量轮配合实现头端的朝向调节。根据本发明实施例的仿生机器水母，转向较为灵活，转向机动性较强。

Description

基于动量轮姿态控制的仿生机器水母

技术领域

本发明涉及仿生技术领域，更具体地，涉及一种基于动量轮姿态控制的仿生机器水母。

背景技术

水中生物种类丰富，水中生物的推进方式大体可分为三类：纤毛推进、射流反冲推进、波状摆动推进，其中射流反冲推进方式对于喷水推进式水下航行器研究具有重要意义，进而对下潜机动性等特性要求高的探测任务具有重要意义。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种基于动量轮姿态控制的仿生机器水母，所述仿生机器水母能够进行多种游动姿态的灵活转换，转向较为灵活，转向机动性较强，利于满足下潜机动性等特性要求高的探测任务需求，提供了一种高质量水下仿生机器人。

根据本发明实施例的基于动量轮姿态控制的仿生机器水母，包括：体部壳体，所述体部壳体设定方向的两端部分别为头端和尾端；推进机构，所述推进机构包括腿部和推进驱动件，所述腿部与所述尾端连接，且所述推进驱动件驱动所述腿部运动以推动所述仿生机器水母沿从所述尾端向所述头端的方向前进；第一转向机构和第二转向机构，所述第一转向机构和所述第二转向机构均设于所述体部壳体内，所述第一转向机构包括第一驱动件和第一动量轮，所述第一驱动件与所述第一动量轮连接且用于驱动所述第一动量轮绕沿第一方向延伸的轴线转动，所述第二转向机构包括第二驱动件和第二动量轮，所述第二驱动件与所述第二动量轮连接且用于驱动所述第二动量轮绕沿第二方向延伸的轴线转动，所述第一方向与所述第二方向垂直，以使所述第一动量轮和所述第二动量轮配合实现所述头端的朝向调节。

根据本发明实施例的基于动量轮姿态控制的仿生机器水母，通过推进机构、第一转向机构和第二转向机构，能够实现仿生机器水母沿设定方向的移动和360°全方位的转向，利于实现仿生机器水母的直行、转弯、直行与转弯的组合等游动姿态，转向较为灵活，转向机动性较强，应用较广。

另外，根据本发明上述实施例的基于动量轮姿态控制的仿生机器水母还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一些实施例，所述第一方向与所述设定方向垂直，所述第二方向与所述设定方向平行，且所述第二动量轮的轴线与所述体部壳体的中轴线重合。

根据本发明的一些实施例，所述体部壳体内设有位姿传感器和控制模块，所述位姿传感器用于检测所述体部壳体的当前位姿参数；所述控制模块分别连接所述位姿传感器、所述第一驱动件、所述第二驱动件和所述推进驱动件，所述控制模块用于根据所述当前位姿参数和目标位姿控制所述第一驱动件、所述第二驱动件和所述推进驱动件的工作状态。

根据本发明的一些实施例，所述腿部为多个且沿所述体部壳体的周向间隔开布置，所述腿部的一端与所述尾端铰接，所述腿部的另一端相对于一端可转动，使多个所述腿部向远离所述体部壳体的方向排水以推动所述体部壳体前进。

根据本发明的一些实施例，所述推进驱动件设于所述体部壳体内且所述推进驱动件的驱动轴穿设于所述尾端的端壁，所述仿生机器水母还包括：主动轮，所述主动轮设于所述驱动轴且在所述驱动轴的驱动下绕平行于所述设定方向的轴线转动；多个从动轮，多个所述从动轮沿所述主动轮的周向间隔开布置且分别与所述主动轮啮合，所述从动轮的转动轴线垂直于所述设定方向；多个连杆，所述连杆的一端与所述腿部铰接，且另一端与所述从动轮偏心铰接；其中，所述主动轮转动带动多个所述从动轮转动，所述从动轮转动带动所述连杆摆动以带动所述腿部相对于所述体部壳体摆动。

根据本发明的一些实施例，所述尾端的外周面设有凸耳，所述腿部可转动地安装于所述凸耳；所述尾端的端壁设有远离所述头端延伸的安装杆，所述从动轮可转动地安装于所述安装杆。

根据本发明的一些实施例，所述仿生机器水母还包括罩膜，所述罩膜包括第一部分，所述第一部分环绕所述腿部延伸呈锥面型，所述腿部相对于所述体部壳体转动以带动所述第一部分沿径向扩张和收缩。

根据本发明的一些实施例，所述罩膜还包括与所述第一部分相连的第二部分，所述第二部分与所述体部壳体的外表面贴合。

根据本发明的一些实施例，所述体部壳体包括头部壳体和腹部壳体，所述腹部壳体设于所述头部壳体和所述腿部之间，所述第一转向机构和所述第二转向机构至少部分设于所述腹部壳体内，所述头部壳体内设有配重件，以使所述仿生机器水母的重心与浮心重合。

根据本发明的一些实施例，所述头部壳体与所述腹部可以通过紧固件连接，且所述头部壳体与所述腹部壳体之间通过密封圈密封。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的基于动量轮姿态控制的仿生机器水母第一角度下的剖视图；

图2是根据本发明实施例的基于动量轮姿态控制的仿生机器水母第二角度下的剖视图；

图3是根据本发明实施例的基于动量轮姿态控制的仿生机器水母在腹部壳体的剖视图；

图4是根据本发明实施例的腹部壳体内的部分结构示意图；

图5是根据本发明实施例的基于动量轮姿态控制的仿生机器水母的部分剖视图，其中控制模块等未示出；

图6是根据本发明实施例的头部壳体的剖视图。

附图标记：

仿生机器水母100；

体部壳体10；头端11；尾端12；端壁121；安装杆122；凸耳123；PCB13；位姿传感器131；稳压模块132；控制模块14；头部壳体15；配重件151；腹部壳体16；支撑架17；电池18；

推进机构20；腿部21；推进驱动件22；驱动轴221；

第一转向机构30；第一驱动件31；第一动量轮32；

第二转向机构40；第二驱动件41；第二动量轮42；

主动轮50；从动轮60；连杆70；罩膜80；第一部分81；第二部分82。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征，“多个”的含义是两个或两个以上，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。

下面参考附图描述根据本发明实施例的基于动量轮姿态控制的仿生机器水母100。

参照图1-图6所示，根据本发明实施例的基于动量轮姿态控制的仿生机器水母100可以包括：体部壳体10、推进机构20、第一转向机构30和第二转向机构40。

具体而言，体部壳体10设定方向的两端部分别为头端11和尾端12。这里，头端11指体部壳体10靠近设定方向一端的区域，尾端12指体部壳体10靠近设定方向另一端的区域，设定方向可以平行于体部壳体10的中轴线延伸方向。例如在一些实施例中，如图1-图2所示，在当前状态下，设定方向为上下方向，头端11指体部壳体10上端的区域，尾端12指体部壳体10下端的区域。

这里需要说明的是，本发明中关于上下方向、前后方向、左右方向的描述均基于附图所示当前状态，并不对仿生机器水母100的实际运动方向进行限定。

推进机构20包括腿部21和推进驱动件22，腿部21与尾端12连接，且推进驱动件22驱动腿部21运动以推动仿生机器水母100沿从尾端12向头端11的方向前进。推进驱动件22驱动腿部21实现的运动可以包括摆动、伸缩等，实现仿生机器水母100沿从尾端12向头端11的方向前进即可。推进驱动件22可以包括电机等。

第一转向机构30和第二转向机构40均设于体部壳体10内，第一转向机构30包括第一驱动件31和第一动量轮32，第一驱动件31与第一动量轮32连接且用于驱动第一动量轮32绕沿第一方向延伸的轴线转动，第二转向机构40包括第二驱动件41和第二动量轮42，第二驱动件41与第二动量轮42连接且用于驱动第二动量轮42绕沿第二方向延伸的轴线转动。第一方向与第二方向垂直，以使第一动量轮32和第二动量轮42配合实现头端11的朝向调节。第一驱动件31和第二驱动件41可以包括电机等。

第一方向可以平行于设定方向、垂直于设定方向、或与设定方向成一定角度的方向等，第二方向为与第一方向垂直的方向。例如在一些具体实施例中，如图1所示，设定方向为上下方向，第一方向为前后方向，第二方向为上下方向。

当第一驱动件31驱动第一动量轮32绕沿第一方向延伸的轴线转动时，能够在仿生机器水母100中施加反作用动量矩，使仿生机器水母100绕沿第一方向延伸的轴线沿相反方向转动。当第二驱动件41驱动第二动量轮42绕沿第二方向延伸的轴线转动时，能够在仿生机器水母100中施加反作用动量矩，使仿生机器水母100绕沿第二方向延伸的轴线沿相反方向转动。

例如在一些具体实施例中，如图1所示，第一方向为前后方向，第二方向为上下方向，第一驱动件31驱动第一动量轮32绕沿前后方向延伸的轴线沿顺时针方向转动且第二动量轮42不转动时，能够使仿生机器水母100绕沿前后方向延伸的轴线沿逆时针方向转动；第二驱动件41驱动第二动量轮42绕沿上下方向延伸的轴线沿顺时针方向转动且第一动量轮32不转动时，能够使仿生机器水母100绕沿上下方向延伸的轴线沿逆时针方向转动。

并且当第一动量轮32使仿生机器水母100绕沿第一方向延伸的轴线转动时，第二动量轮42的轴线将绕沿第一方向延伸的轴线转动，而使第二动量轮42的轴线在三维空间的延伸方向发生改变，即第二方向在三维空间的指向发生改变；同理第二动量轮42转动时第一动量轮32的轴线在三维空间的延伸方向发生改变。由此，第一动量轮32与第二动量轮42配合能够改变仿生机器水母100的设定方向在三维空间的指向，以调节推进机构20推进时仿生机器水母100的实际前进方向。

在一些实施例中，第一动量轮32和第二动量轮42的转速较快，可以达到2500转/秒，提高仿生机器水母100的转向灵活性和转向机动性。

因此，通过第一动量轮32与第二动量轮42配合，能够改变第一方向和第二方向在三维空间的延伸方向，实现设定方向在三维空间的延伸方向调节，即实现头端11的朝向调节，且转向速度较快，利于实现仿生机器水母100在三维空间内360°的自由转向，转向灵活性较高，转向机动性较强。

通过推进机构20、第一转向机构30和第二转向机构40的配合，能够实现仿生机器水母100沿设定方向的平移和与设定方向呈一定角度的转向，利于实现仿生机器水母100的直行、转弯、直行与转弯的组合等游动姿态，运动效率较高，利于满足不同实际应用需求，应用较广。且通过体部壳体10内的第一动量轮32和第二动量轮42施加的反作用动量矩，即可实现仿生机器水母100的转动，第一动量轮32和第二动量轮42不直接与外部水环境接触，噪音较低。通过第一转向机构30和第二转向机构40能够实现仿生机器水母100的360°全方位转向，转向较为灵活，转向机动性较强。

模拟真实水母射流反冲推进方式，使仿生机器水母100具备真实水母的较高的运动效率和较强的转向机动性，利于满足下潜机动性等特性要求高的探测任务需求。

根据本发明实施例的基于动量轮姿态控制的仿生机器水母100，通过推进机构20、第一转向机构30和第二转向机构40，能够实现仿生机器水母100沿设定方向的移动和360°全方位的转向，利于实现仿生机器水母100的直行、转弯、直行与转弯的组合等游动姿态，转向较为灵活，转向机动性较强，应用较广。

在本发明的一些实施例中，如图1-图2所示，第一方向与设定方向垂直，第二方向与设定方向平行，且第二动量轮42的轴线与体部壳体10的中轴线重合。第二驱动件41驱动第二动量轮42转动且第一动量轮32不转动时，第一方向在三维空间的延伸方向发生改变但始终与设定方向垂直，第二方向和设定方向保持不变，且第二动量轮42的轴线与第二方向平行，第二方向、设定方向、第二动量轮42的轴线和体部壳体10的中轴线四者平行，使第二动量轮42转动时头端11的朝向不变，仿生机器水母100始终绕中轴线转动，以实现仿生机器水母100的原地自转或直行的同时自转，转向机动性较强。

使第二动量轮42转动，能够调节第一动量轮32轴线的朝向，并使第一动量轮32转动，能够实现仿生机器水母100在三维空间内与第二方向呈任意夹角的方向的换向，换向灵活性较高。

在本发明的一些实施例中，如图3-图4所示，体部壳体10内设有位姿传感器131和控制模块14，位姿传感器131用于检测体部壳体10的当前位姿参数。体部壳体10的当前位姿参数可以为体部壳体10当前运动状态的欧拉角位姿参数，欧拉角位姿参数包括章动角、旋进角(即进动角)和自转角。

控制模块14分别连接位姿传感器131、第一驱动件31、第二驱动件41和推进驱动件22，控制模块14用于根据当前位姿参数和目标位姿控制第一驱动件31、第二驱动件41和推进驱动件22的工作状态。控制模块14可以为树莓派(Raspberry Pi 4B)等。目标位姿可以为体部壳体10需要实现的运动状态的欧拉角位姿参数，欧拉角位姿参数包括章动角、旋进角(即进动角)和自转角。工作状态可以包括转速、转矩等。

位姿传感器131将检测到的当前位姿参数传给控制模块14后，控制模块14可以通过算法(例如PID闭环控制算法)对当前位姿参数和目标位姿进行计算，并输出信号控制第一驱动件31、第二驱动件41和推进驱动件22的工作状态，使体部壳体10的当前位姿参数调节为目标位姿，实现对仿生机器水母100推进速度、直行或转弯等游动姿态的控制。

例如，控制模块14通过推进驱动件22控制腿部21缓慢扩张、快速收缩等，模拟真实水母腔体缓慢扩张、快速收缩的性质，提升仿生机器水母100的推进效率。同时，控制模块14通过第一驱动件31控制第一动量轮32旋转，通过第二驱动件41控制第二动量轮42旋转，使仿生机器水母100实现转弯推进。

在一些实施例中，如图4所示，体部壳体10内设有电池18和稳压模块132，电池18分别与推进驱动件22、第一驱动件31、第二驱动件41和稳压模块132连接并为其供电，稳压模块132分别与控制模块14和位姿传感器131连接并将电池18提供的电压进行降压后为控制模块14和位姿传感器131供电，且稳压模块132与位姿传感器131集成于一个PCB(印制电路板)13，使结构更加紧凑。例如在一些具体实施例中，电池18的输出电压为11.1V，稳压模块132将电压降为5V后为控制模块14和位姿传感器131供电。

在一些实施例中，体部壳体10内设有支撑架17，支撑架17与体部壳体10的尾端12的端壁121固连。支撑架17用于安装控制模块14、集成稳压模块132和位姿传感器131的PCB13、第一驱动件31、第二驱动件41、电池18等，对各部件的安装进行统一规划，提高紧凑性，减小各部件在仿生机器水母100运动过程中发生晃动甚至脱落的可能，提供安装可靠性。

在一些实施例中，支撑架17底部凸出设有架腿，端壁121设有孔，架腿与尾端12通过螺栓和螺母实现连接，且尾端12朝向腿部21的一侧通过垫片密封螺栓、螺母、端壁121的连接缝隙，通过垫片变形达到堵塞连接缝隙的效果，减少从该缝隙进入体部壳体10的水，减小体部壳体10进水而使影响内部部件工作性能的可能，利于提高体部壳体10内部的防水性。垫片可以为硅胶片等。

在本发明的一些实施例中，如图1-图2和图5所示，腿部21为多个且沿体部壳体10的周向间隔开布置，腿部21的一端与尾端12铰接，腿部21的另一端相对于一端可转动，使多个腿部21向远离体部壳体10的方向排水以推动体部壳体10前进。通过控制腿部21另一端向远离体部壳体10中轴线的方向张开，控制腿部21另一端向靠近体部壳体10中轴线的方向缩回，以控制腿部21的张角、实现腿部21的交替张开与缩回，实现腿部21排水，且通过沿周向间隔开布置的多个腿部21的配合排水，能够驱动体部壳体10沿设定方向前进，实现仿生机器水母100的直行。例如在一些实施例中，如图1所示，腿部21的上端与尾端12铰接，腿部21的下端相对于上端可转动。

在一些实施例中，腿部21为板状，且用于排水的部分面积较大，增大腿部21与水的接触面积，利于排水，对体部壳体10的推进能力更强。

推进驱动件22可以为一个或多个。例如在一些实施例中，推进驱动件22为多个，每个推进驱动件22驱动一个腿部21运动，对体部壳体10的推进效果更强。

在一些实施例中，如图1-图2和图5所示，推进驱动件22设于体部壳体10内且推进驱动件22的驱动轴221穿设于尾端12的端壁121。仿生机器水母100还包括主动轮50、多个从动轮60和多个连杆70；主动轮50设于驱动轴221且在驱动轴221的驱动下绕平行于设定方向的轴线转动；多个从动轮60沿主动轮50的周向间隔开布置且分别与主动轮50啮合，从动轮60的转动轴线垂直于设定方向；连杆70的一端与腿部21铰接，且另一端与从动轮60偏心铰接。其中，主动轮50转动带动多个从动轮60转动，从动轮60转动带动连杆70摆动以带动腿部21相对于体部壳体10摆动。

推进驱动件22通过驱动轴221驱动主动轮50转动，主动轮50转动并通过与从动轮60的啮合带动多个从动轮60转动，从动轮60转动并通过与连杆70另一端的偏心铰接带动连杆70摆动，连杆70摆动并通过与腿部21的铰接带动腿部21相对于体部壳体10在一定范围内的往复转动，利于实现腿部21的机械急回运动，模拟真实水母向外排水，实现仿生机器水母100的整体推进。在一些具体实施例中，如图1-图2所示，仿生机器水母100包括四个从动轮60、四个连杆70和四个腿部21，在保证推进效果的前提下，减少所需零部件数量，提高紧凑性。

在一些实施例中，如图1所示，推进驱动件22为电机，驱动轴221下端与主动轮50连接，驱动轴221转动以带动主动轮50转动。在一些实施例中，如图1所示，连杆70的长度小于腿部21的长度，连杆70的一端与腿部21的中部铰接，利于实现腿部21在一定范围内的往复摆动，且使结构紧凑。

在一些实施例中，尾端12设有孔，推进驱动件22与端壁121通过螺栓和螺母实现连接，减小推进驱动件22与端壁121之间发生相对运动的可能，提高安装可靠性，并通过垫片实现密封，利于防水。在一些实施例中，对驱动轴221穿设于端壁121的部分填充润滑脂(例如硅基润滑脂)，堵塞驱动轴221与端壁121之间的缝隙，以对驱动轴221和端壁121的连接部分进行动密封，保证驱动轴221转动顺畅转动的同时，减少从驱动轴221和端壁121连接处向体部壳体10内进水的可能，利于防水。

在一些实施例中，如图1-图3和图5所示，尾端12的外周面设有凸耳123，腿部21可转动地安装于凸耳123。尾端12的端壁121设有远离头端11延伸的安装杆122，从动轮60可转动地安装于安装杆122。通过凸耳123实现腿部21一端与尾端12的铰接，通过安装杆122对从动轮60进行安装，使从动轮60能够相对于安装杆122实现转动。

在一些实施例中，如图1-图2所示，凸耳123为双耳形结构，将腿部21一端夹在两个耳形结构之间并通过紧固件如螺栓实现固定，安装较为可靠。

在腿部21为多个的一些实施例中，如图1-图2所示，仿生机器水母100还包括罩膜80，罩膜80包括第一部分81，第一部分81环绕腿部21延伸呈锥面型，腿部21相对于体部壳体10转动以带动第一部分81沿径向扩张和收缩。这里，锥面形可以为圆锥台的外周面形状，使第一部分81沿径向扩张和收缩时形成为裙摆状，便于排水，且第一部分81沿径向扩张和收缩，模拟真实水母腔体缓慢扩张、快速收缩的性质，利于增大排水量，提高推进效率。罩膜80可以为可变形的物体，如具有弹性的薄膜等。

在一些实施例中，每个腿部21包括两片可分离且接触面形状啮合的板部，通过两片板部将第一部分81夹住并通过紧固件如螺栓锁紧，能够实现第一部分81在腿部21的安装。且在第一部分81与腿部21连接的部分填充润滑脂以进行防水处理，能够减少从第一部分81与腿部21连接的间隙进入腿部21的水，利于增大第一部分81外表面的排水量，提高推进效率。

在一些实施例中，如图1-图2所示，罩膜80还包括与第一部分81相连的第二部分82，第二部分82与体部壳体10的外表面贴合。通过一体式的第一部分81和第二部分82，能够减少从第一部分81与腿部21连接的部分进入腿部21的水，且第二部分82外表面较为光滑，能够在体部壳体10的外表面进行排水工作，降低推进阻力，使体部壳体10的推进更加顺畅。

在本发明的一些实施例中，如图1-图3和图6所示，体部壳体10包括头部壳体15和腹部壳体16，腹部壳体16设于头部壳体15和腿部21之间，第一转向机构30和第二转向机构40至少部分设于腹部壳体16内，头部壳体15内设有配重件151，以使仿生机器水母100的重心与浮心重合。

通过配重件151实现仿生机器水母100的重心与浮心重合，利于实现仿生机器水母100在水中的随遇平衡，例如仿生机器水母100转弯后能够在新的位置保持平衡状态，对水的抗干扰性较强。

例如在一些实施例中，如图2和图6所示，配重件151为圆锥形与若干小型配重片的组合，通过三维建模软件(例如Solidworks软件)计算仿生机器水母100的整体重心和整体浮心，并计算圆锥形铅块的质量，通过微调小型配重片的数量和位置实现仿生机器水母100的重心与浮心重合，通过粘合剂(如强力结构胶水)将微调后的配重件151固定于头部壳体15内的顶部，实现仿生机器水母100的随遇平衡。

在一些实施例中，头部壳体15借鉴Haack族曲线(例如冯·卡门曲线，Haack族曲线中的一种)进行设计，模拟真实水母伞状腔体，降低水中受阻，提高推进效率。

在一些实施例中，如图1-图3所示，腹部壳体16形状整体为顶部开口的柱形，底部有凸出于柱体底面的矩形壳体，推进驱动件22设于矩形壳体内且驱动轴221穿设于矩形壳体并与主动轮50连接。

在一些实施例中，如图1、图3和图6所示，头部壳体15与腹部壳体16可以通过紧固件连接，且头部壳体15与腹部壳体16之间通过密封圈密封。提高头部壳体15与腹部壳体16的连接紧密性，同时通过密封圈密封头部壳体15与腹部壳体16之间的缝隙，利于提高体部壳体10内部的防水性。

并且，在包括罩膜80的一些实施例中，如图1所示，罩膜80的第二部分82能够遮盖头部壳体15与腹部壳体16之间的缝隙，提高防水性。

紧固件为多个，紧固件可以包括螺栓、螺母等中的一种或多种。例如在一些实施例中，如图1所示，紧固件为四个，四个紧固件沿体部壳体10的周向均匀间隔布置，每个紧固件包括一个螺栓和一个螺母，螺母预埋于腹部壳体16的上端边缘，螺栓依次穿过头部壳体15的下端边缘和密封圈并与螺母螺纹连接。

根据本发明实施例的基于动量轮姿态控制的仿生机器水母100的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“具体实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨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，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种基于动量轮姿态控制的仿生机器水母，其特征在于，包括：

体部壳体，所述体部壳体设定方向的两端部分别为头端和尾端；

推进机构，所述推进机构包括腿部和推进驱动件，所述腿部与所述尾端连接，且所述推进驱动件驱动所述腿部运动以推动所述仿生机器水母沿从所述尾端向所述头端的方向前进；

第一转向机构和第二转向机构，所述第一转向机构和所述第二转向机构均设于所述体部壳体内，所述第一转向机构包括第一驱动件和第一动量轮，所述第一驱动件与所述第一动量轮连接且用于驱动所述第一动量轮绕沿第一方向延伸的轴线转动，所述第二转向机构包括第二驱动件和第二动量轮，所述第二驱动件与所述第二动量轮连接且用于驱动所述第二动量轮绕沿第二方向延伸的轴线转动，

所述第一方向与所述第二方向垂直，以使所述第一动量轮和所述第二动量轮配合实现所述头端的朝向调节。

2.根据权利要求1所述的基于动量轮姿态控制的仿生机器水母，其特征在于，所述第一方向与所述设定方向垂直，所述第二方向与所述设定方向平行，且所述第二动量轮的轴线与所述体部壳体的中轴线重合。

3.根据权利要求1所述的基于动量轮姿态控制的仿生机器水母，其特征在于，所述体部壳体内设有位姿传感器和控制模块，所述位姿传感器用于检测所述体部壳体的当前位姿参数；

所述控制模块分别连接所述位姿传感器、所述第一驱动件、所述第二驱动件和所述推进驱动件，所述控制模块用于根据所述当前位姿参数和目标位姿控制所述第一驱动件、所述第二驱动件和所述推进驱动件的工作状态。

4.根据权利要求1所述的基于动量轮姿态控制的仿生机器水母，其特征在于，所述腿部为多个且沿所述体部壳体的周向间隔开布置，所述腿部的一端与所述尾端铰接，所述腿部的另一端相对于一端可转动，使多个所述腿部向远离所述体部壳体的方向排水以推动所述体部壳体前进。

5.根据权利要求4所述的基于动量轮姿态控制的仿生机器水母，其特征在于，所述推进驱动件设于所述体部壳体内且所述推进驱动件的驱动轴穿设于所述尾端的端壁，所述仿生机器水母还包括：

主动轮，所述主动轮设于所述驱动轴且在所述驱动轴的驱动下绕平行于所述设定方向的轴线转动；

多个从动轮，多个所述从动轮沿所述主动轮的周向间隔开布置且分别与所述主动轮啮合，所述从动轮的转动轴线垂直于所述设定方向；

多个连杆，所述连杆的一端与所述腿部铰接，且另一端与所述从动轮偏心铰接；

其中，所述主动轮转动带动多个所述从动轮转动，所述从动轮转动带动所述连杆摆动以带动所述腿部相对于所述体部壳体摆动。

6.根据权利要求5所述的基于动量轮姿态控制的仿生机器水母，其特征在于，所述尾端的外周面设有凸耳，所述腿部可转动地安装于所述凸耳；所述尾端的端壁设有远离所述头端延伸的安装杆，所述从动轮可转动地安装于所述安装杆。

7.根据权利要求4所述的基于动量轮姿态控制的仿生机器水母，其特征在于，还包括罩膜，所述罩膜包括第一部分，所述第一部分环绕所述腿部延伸呈锥面型，所述腿部相对于所述体部壳体转动以带动所述第一部分沿径向扩张和收缩。

8.根据权利要求7所述的基于动量轮姿态控制的仿生机器水母，其特征在于，所述罩膜还包括与所述第一部分相连的第二部分，所述第二部分与所述体部壳体的外表面贴合。

9.根据权利要求1所述的基于动量轮姿态控制的仿生机器水母，其特征在于，所述体部壳体包括头部壳体和腹部壳体，所述腹部壳体设于所述头部壳体和所述腿部之间，所述第一转向机构和所述第二转向机构至少部分设于所述腹部壳体内，所述头部壳体内设有配重件，以使所述仿生机器水母的重心与浮心重合。

10.根据权利要求9所述的基于动量轮姿态控制的仿生机器水母，其特征在于，所述头部壳体与所述腹部可以通过紧固件连接，且所述头部壳体与所述腹部壳体之间通过密封圈密封。