CN208344515U - 一种仿水母运动的水下机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种仿水母运动的水下机器人，包括壳体、太阳能发电板、摆动舵机、转向铁块、摆动扇叶、驱动舵机、负重铁块、蓄电池和主控制板；壳体顶部采用透明罩，太阳能发电板设于该透明罩下方、壳体内；负重铁块、摆动舵机、驱动舵机、电源和主控制板均固定设于壳体内；摆动扇叶为多个，可上下摆动地沿壳体周向均布设于外周侧，且与摆动舵机相连；转向铁块与摆动舵机相连；主控制板分别与摆动舵机、驱动舵机相连；太阳能发电板与蓄电池相连。本实用新型水下机器人结构简单，能有效实现对水下机器人的高效运动和长时间续航。

Description

一种仿水母运动的水下机器人

技术领域

本实用新型涉及一种水下智能设备，具体涉及一种水下仿水母运动的水下机器人。

背景技术

人们对于海洋的探索从未停止，海底世界的未知物种和奇妙景象成了人们追求的目标，可是人的身体条件的限制，只能在浅水区域进行作业，到达不了深海。通过对海洋生物的观察，人类模仿鱼的形状建造了流线型的船体，现在的水下机器人大多采用螺旋桨的结构，通过放置在不同位置的推进器，实现自由度的变换，但是水下环境复杂，受水流、光线、暗礁等影响，水下机器人的运动控制受到很大程度的影响。通过仿生手段，模仿海洋生物的运动模式，对于我们探索海洋具有良好的应用前景和实际价值。

如专利号CN107697244A公开的一种球形水下机器人，外形呈椭圆形，推进器安装在机器的腰部，底部还搭载摄像头和机械爪设备，但是这种水下机器人的重心不稳，整体稳定性不够，在海水中容易受海流影响发生翻转。又如CN107508362A公开的一种水下机器人无线充电系统，以机器人为供电载体，电池作为供电源，通过基于磁共振的无线能量传输模块实现无线充电，问题在于机器人体积小，通过搭载的发电装置，能做到的发电量很小，无法满足机器人的长时间工作。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的不足，提供一种能够有效进行长时间续航、且采用新型驱动方式的水下机器人。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种仿水母运动的水下机器人，包括壳体、太阳能发电板、摆动舵机、转向铁块、摆动扇叶、驱动舵机、负重铁块、蓄电池和主控制板；壳体顶部采用透明罩，太阳能发电板设于该透明罩下方、壳体内；负重铁块、摆动舵机、电源和主控制板均固定设于壳体内；摆动扇叶为多个，可上下摆动地设于所述壳体外周侧；所述驱动舵机数量与摆动扇叶相对应，沿所述壳体周向均布设于外周侧，且分别与对应的摆动扇叶传动相连；转向铁块与摆动舵机传动相连；主控制板分别与摆动舵机、驱动舵机相连；太阳能发电板与蓄电池相连。

进一步的，负重铁块与转向铁块的重量比为1:1；负重铁块设于壳体内下部中心位置处；当负重铁块与转向铁块连线与水下机器人共轴线时，转向铁块到壳体顶部的高度与负重铁块到壳体顶部的高度比为1:3。

进一步的，壳体包括上部半球透明罩和下部锥形壳体；负重铁块固定设于锥形壳体内下部；摆动扇叶为六片，均布设于半球透明罩下部周侧。

进一步的，本实用新型水下机器人还包括水下超声传感器；水下超声传感器固定设于半球透明罩外侧。

进一步的，水下机器人还包括摄像头；摄像头设于所述半球透明罩内，或设于锥形壳体外侧。

进一步的，上述水下机器人还包括检测传感器；检测传感器设于壳体上。

进一步的，太阳能发电板依次通过输入输出模块、稳压模块与蓄电池相连；蓄电池串联电量计量模块，通过电量计量模块向主控制板反馈蓄电池当前的存贮的电量。

本实用新型相比现有技术具有以下优点：

1、本实用新型结构简单，能有效实现对水下机器人的高效运动和长时间续航。

2、本实用新型通过摆动扇叶上下摆动模拟水母的张合摆动，实现机器人高效、高机动的水下运动；通过摆动扇叶的完全张开，控制机器人浮在水面，由太阳能发电板进行太阳能发电对机器人进行续航。

3、本实用新型利用转动铁块的位置变化改变机器人的重心从而对机器人转向进行调控；并通过搭载的水下超声传感器进行障碍物避让。

4、本实用新型水下机器人可搭载摄像头和各类检测传感器进行海底相关的探索。

附图说明

图1为本实用新型仿水母运动的水下机器人的结构示意图；

图2为图1中水下机器人的俯视图；

图3为图1中水下机器人随转向铁块转动时的重心偏移示意图；

图4为本实用新型水下机器人运动控制示意图；

图5为图1中摆动舵机和转向铁块的连接示意图；

图6为图1中驱动电机与摆动扇叶的连接示意图。

图中，1-半球透明罩，2-太阳能发电板，3-摆动舵机，4-主控制板，5-转向铁块，6-电源，7-摆动扇叶，8-负重铁块，9-驱动舵机，10-锥形壳体，11-转动轴。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细说明。

如图1所示，本实用新型仿水母运动的水下机器人外部壳体包括上部的半球透明罩1和下部的锥形壳体10，两者中空外部密封，进行防水处理。半球透明罩1内部固定设有固定平台，各太阳能发电板2与固定平台呈45度角切斜放置，均匀分布面朝四个方向。固定平台下方面设有摆动舵机3，摆动舵机3转动轴11上固定设有转动齿轮。转向铁块5通过特别定制，焊接在一根刚性摆动铁杆上，类似铁锤形状，固定在摆动舵机3的转动齿轮上，当摆动舵机收到指令转动一定角度时，相应的转动齿轮会带动转向铁块5转动一定角度，如图5所示。如图2所示，半球透明罩1下端沿圆周均布6个驱动舵机9（该驱动舵机采用防水结构，设于水下机器人的壳体外部），摆动扇叶7嵌套在对应驱动舵机9的转动轴11上，驱动舵机通过一定角度的旋转带动摆动扇叶7摆动一定角度，如图6所示。同时，半球透明罩1内固定设有主控制板4和电源6，电源6采用的是12v的铅酸蓄电池，可进行充电替换，寿命可达两年以上。同时太阳能电池板2与电源6通过电源管理模块相连，模块中进行电压转换。电源管理模块包括输入输出模块、稳压模块、电量计量模块，太阳能发电板依次通过输入输出模块、稳压模块将发电电量存储到蓄电池中，蓄电池经过稳压模块和电量计量模块输出给控制板和舵机等用电器供电，具体的，稳压模块将12v的电源转化成其他电路的电压，如控制器的3.3v供电和舵机的5v供电等；输入输出模块分别对应3.3v、5v\和12v的电源接口；电量计量模块可以向主控制板反馈当前的存贮的电量。当电源电量耗尽时，通过太阳能板进行发电给蓄电池充电。如图2所示。主控制板4与各舵机相连（包括摆动舵机和驱动舵机），控制舵机运转。下部锥形壳体10固定设于半球透明罩1下端，内部下方中心位置处固定设有负重铁块8，该负重铁块8相对于锥形壳体10的外置保持不变。当负重铁块8与转向铁块3的连线与锥形壳体10共轴线时，转向铁块3到半球透明罩1顶部的高度与负重铁块8到半球透明罩1顶部的距离比为1:3。

同时水下机器人还可搭载水下超声传感器、摄像头和各类检测传感器，进行障碍物躲避和海底探索。检测传感器如深度传感器，通过检测当前水压，获取水深数据；或水质传感器，可以检测海水的pH值和溶解氧等数据。

如图4所示，水下机器人的工作过程如下：当水下机器人入水时，摆动扇叶7垂下位于锥形壳体10的外周侧，水下机器人整体呈锥形状态，由于负重铁块8的存在，本体重量大于水的浮力，会沉入水中。主控制板发出工作指令，六个驱动舵机以一定的频率转动一定范围，带来的效果是连接的摆动扇叶9会上下摆动，从而推动水下机器人运动，运动原理和水母张合触手运动一致。当前方有障碍物时，搭载的水下超声传感器会检测到，发送信号至主控制板4，由主控制板4发出指令，让摆动舵机3转动，转向铁块5也会发生偏移，使得半球罩重心偏转（如图3所示），从而实现转向运动。同时水下机器人的电源6串联电量计量模块（该电量计量模块通过集成的取样电阻，通过电阻测试单位时间内回路流经的电流大小，电流随时间变化，流过不同的电流后会产生不同的压差，通过把这个变化的电流进行积分，得到当前电池的电量）。水下机器人的主控制板4检测到在一段时间内，供电电流小于正常值时，系统判断机器人电量剩余不足，需要进行充电。这时主控制板4发出控制指令，调节驱动舵机缓缓转动使摆动扇叶张开，此时机器人所受的浮力会逐渐大于本身重力，缓慢上浮，直至完全浮到水面上，搭载的太阳能发电板2会进行充电作业，保障了水下机器人的长时间续航工作。

Claims (7)

1.一种仿水母运动的水下机器人，其特征在于：所述水下机器人包括壳体、太阳能发电板、摆动舵机、转向铁块、摆动扇叶、驱动舵机、负重铁块、蓄电池和主控制板；所述壳体顶部采用透明罩，所述太阳能发电板设于该透明罩下方、所述壳体内；所述负重铁块、摆动舵机、电源和主控制板均固定设于所述壳体内；所述摆动扇叶为多个，可上下摆动地设于所述壳体外周侧；所述驱动舵机数量与摆动扇叶相对应，沿所述壳体周向均布设于外周侧，且分别与对应的摆动扇叶传动相连；所述转向铁块与摆动舵机相连；所述主控制板分别与摆动舵机、驱动舵机相连；所述太阳能发电板与所述蓄电池相连。

2.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征在于：所述负重铁块与转向铁块的重量比为1:1；所述负重铁块设于所述壳体内下部中心位置处；当所述负重铁块与转向铁块连线与所述水下机器人共轴线时，所述转向铁块到壳体顶部的高度与负重铁块到壳体顶部的高度比为1:3。

3.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征在于：所述壳体包括上部半球透明罩和下部锥形壳体；所述负重铁块固定设于所述锥形壳体内下部；所述摆动扇叶为六片，均布设于所述半球透明罩下部周侧。

4.根据权利要求3所述的水下机器人，其特征在于：所述水下机器人还包括水下超声传感器；所述水下超声传感器固定设于所述半球透明罩外侧。

5.根据权利要求4所述的水下机器人，其特征在于：所述水下机器人还包括摄像头；所述摄像头设于所述半球透明罩内，或设于所述锥形壳体外侧。

6.根据权利要求5所述的水下机器人，其特征在于：所述水下机器人还包括检测传感器；所述检测传感器设于所述壳体上。

7.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征在于：所述太阳能发电板依次通过输入输出模块、稳压模块与蓄电池相连；所述蓄电池串联电量计量模块。