CN209535419U - 水下仿生海鞘软体机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及仿生学应用技术领域，具体公开了一种水下仿生海鞘软体机器人，包括整体外壳、气泡驱动器、控制器和蓄电池，气泡驱动器为多个，多个气泡驱动器设在整体外壳的外部，控制器和蓄电池设在整体外壳的内部；气泡驱动器包括气泡外壳、弹性表皮、磁铁和电磁铁，气泡外壳的一端与整体外壳连接且设有磁铁，气泡外壳的另一端为弹性表皮且电磁铁设在弹性表皮上，气泡外壳的一侧还设有用于排水和进水的开口，控制器分别与电磁铁和蓄电池连接，用于控制电磁铁的通电与断电，电磁铁能够与磁铁相互作用发生相对运动以带动弹性表皮发生变形。本实用新型解决了现有技术中的水下机器人驱动噪音大、体积大和隐蔽性低等问题。

Description

水下仿生海鞘软体机器人

技术领域

本实用新型涉及仿生学应用技术领域，尤其涉及一种水下仿生海鞘软体机器人。

背景技术

随着社会的发展，机器人技术已经广泛的应用于工业生产、勘探勘测、医疗服务和军事侦察等领域，对于国民经济和国防建设具有重要意义。传统机器人多由基于硬质材料(金属和塑料等)的刚性运动副连接构成，能够完成快速、精确、可重复位置或力控制任务。但这种机器人运动灵活性有限，环境适应能力很低，只能在结构化环境下工作。这些缺点限制了刚性机器人在动态、未知、非结构化的复杂环境领域的应用，如军事侦察、灾难救援以及科学探测等。

随着陆地资源的枯竭和人类社会生产的增长，海洋资源越来越受到人类的重视，海洋资源的探索和水下勘测也显得尤为重要。但是传统的水下机器人在水下作业时会有噪声大、体积大和隐蔽性差的特点，而且作为提高位置精度和续航时间的重要手段大多采用尾部摆动、机身两侧划水、小型螺旋桨推进等方式，造成运动过程中稳定性差、噪音大而且尺寸难以微型化的缺点。所以，需要开发一种体积小、噪音低、隐蔽性强能适应水下作业的新型高效软体机器人尤为重要。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种水下仿生海鞘软体机器人，以克服现有技术中的水下机器人驱动噪音大、体积大和隐蔽性低等问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种水下仿生海鞘软体机器人，包括整体外壳、气泡驱动器、控制器和蓄电池，所述气泡驱动器为多个，多个气泡驱动器设在所述整体外壳的外部，所述控制器和蓄电池设在所述整体外壳的内部；所述气泡驱动器包括气泡外壳、弹性表皮、磁铁和电磁铁，所述气泡外壳的一端与所述整体外壳连接且设有所述磁铁，所述气泡外壳的另一端为所述弹性表皮且所述电磁铁设在所述弹性表皮上，所述气泡外壳的一侧还设有用于排水和进水的开口，所述控制器分别与所述电磁铁和蓄电池连接，用于控制所述电磁铁的通电与断电，所述电磁铁能够与所述磁铁相互作用发生相对运动以带动所述弹性表皮发生变形。

优选的，所述整体外壳包括两个半球状壳体和设在两个半球状壳体之间的圆柱状壳体，所述半球状壳体和圆柱状壳体上均设有所述气泡驱动器。

优选的，所述圆柱状壳体上绕所述整体外壳的轴线均匀分布有至少三组所述气泡驱动器，每组为两个开口方向相反的气泡驱动器。

优选的，所述圆柱状壳体上绕所述整体外壳的轴线均匀分布有四组所述气泡驱动器。

优选的，所述半球状壳体上绕所述整体外壳的轴线均匀分布有四个所述气泡驱动器。

优选的，每个半球状壳体上的气泡驱动器开口方向相同，且两个半球状壳体上的气泡驱动器开口方向相反。

优选的，所述整体外壳和气泡外壳由弹性材料制成。

优选的，所述整体外壳和气泡外壳由Ecoflex硅橡胶和白炭黑混合制成。

优选的，所述弹性表皮由Ecoflex硅橡胶和聚氨酯混合制成。

优选的，所述电磁铁为圆形电磁线圈。

本实用新型的水下仿生海鞘软体机器人采用了一种全新的仿生驱动方式，能够在复杂水下环境中进行高效的工作，其噪音低，隐蔽性强，体积小巧、操作方便，机动性优异。

附图说明

图1为本实用新型实施例的水下仿生海鞘软体机器人的整体外壳打开时的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的水下仿生海鞘软体机器人的立体图；

图3为本实用新型实施例的水下仿生海鞘软体机器人的平面图；

图4为本实用新型实施例的水下仿生海鞘软体机器人的气泡外壳的内部结构示意图；

图5为本实用新型实施例的水下仿生海鞘软体机器人的局部放大图。

图中，1：气泡驱动器；2：控制器；3：蓄电池；4：半球状壳体；5：圆柱状壳体；6：气泡外壳；7：弹性表皮；8：磁铁；9：电磁铁；10：开口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。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实用新型中的具体含义。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1-4所示，本实施例的水下仿生海鞘软体机器人包括：整体外壳、气泡驱动器1、控制器2和蓄电池3，气泡驱动器1为多个，多个气泡驱动器1设在整体外壳的外部，控制器2和蓄电池3设在整体外壳的内部。本实施例中，整体外壳包括：两个半球状壳体4和设在两个半球状壳体4之间的圆柱状壳体5，半球状壳体4和圆柱状壳体5上均设有气泡驱动器1。气泡驱动器1的具体布置方式可以为：圆柱状壳体5上绕整体外壳的轴线均匀分布有至少三组气泡驱动器1，如四组，每组为两个开口方向相反的气泡驱动器1，即两个气泡驱动器1 一个开口向前一个开口向后，此处的前后为在整体外壳轴线上的前后，半球状壳体4上绕整体外壳的轴线均匀分布有四个气泡驱动器1，每个半球状壳体4上的气泡驱动器1开口方向相同，且两个半球状壳体4上的气泡驱动器1开口方向相反，此处的开口方向相反不是完全的相反，而是在上述前后方向上的前后相反，上述共十六个气泡驱动器1，气泡驱动器1的布置方式也可适当调整，如一个半球状壳体4上的气泡驱动器1开口方向也可以不同，具体可以为两个向前两个向后交错布置。

气泡驱动器1包括：气泡外壳6、弹性表皮7、磁铁8和电磁铁9，气泡外壳6的一端与整体外壳连接且设有磁铁8，气泡外壳6的另一端设有弹性表皮7 且电磁铁9设在弹性表皮7上，电磁铁9与磁铁8的位置也可以对调。电磁铁9 可以为由铜导线缠绕而成的圆形电磁线圈。控制器2设有控制驱动电路，控制驱动电路分别与电磁铁9和蓄电池3电连接，用于控制电磁铁9的通电与断电，电磁铁9能够与磁铁8相互作用发生相对运动以带动弹性表皮7发生变形，从而使气泡驱动器1发生排水或进水，实现气泡驱动器1的驱动功能。

整体外壳和气泡外壳6均由弹性材料制成，整体外壳和气泡外壳6可以由 Ecoflex硅橡胶和白炭黑混合制成，混合比例为1:1，经过加料、搅拌混合、加热、塑化、冷却和脱模等过程，最终获得具有弹性且的外壳结构，弹性表皮7可以由Ecoflex硅橡胶和聚氨酯混合制成，混合比例为1:1，经过加料、搅拌混合、加热、塑化、冷却和脱模等过程，最终获得能产生变形和自动恢复能力的表皮结构，其中，硅橡胶是一种性能优异的特殊橡胶，具有耐高温性、耐老化性、耐候性、耐臭氧性、耐腐蚀性、电气绝缘性等特性，所以水下可以起到良好的防水性能和绝缘性能，各部分电路连接设置在上述材料内。

本实施例的水下仿生海鞘软体机器人的工作方式为：采用电磁驱动方式，每一组电磁铁9和磁铁8都包裹在由高分子弹性材料制成的气泡驱动器1里面，利用绕成的圆形电磁线圈通电，会产生磁场和南北极性，使包裹在气泡驱动器1 里面上下布置的通电电磁线圈和磁铁8发生吸力作用，同时，通电电磁线圈相对于磁铁8运动(即吸引时向磁铁8移动)，带动弹性表皮7向磁铁8表面所在的方向运动，断电的时候，磁场消失电磁线圈与磁铁8分开，弹性表皮7恢复到原来形状及位置，所以，软体机器人前进后退运动是由身体侧面(即圆柱状壳体5)的开口方向相反的气泡驱动器1相互配合而进行的，当开口向后的气泡驱动器1内的电磁线圈通电时，该气泡驱动器1的弹性表皮7收缩排水产生向前的推动力，相对相应的开口向前的气泡驱动器1内的电磁线圈断电，该气泡驱动器1的弹性表皮7恢复原状吸水产生向前的推动力，共同推动软体机器人前进，反之则会使软体机器人后退，海鞘软体机器人通过两端头部(即半球状壳体4)的四个气泡驱动器1控制身体在水中转弯，当两个半球状壳体上两个对应的气泡驱动器1中开口向前的排水、开口向后的吸水时，此时软体机器人会产生与排水方向相反、吸水方向相同的翻转推动力推动身体在水中改变运动方向，以此反复从而实现软体机器人的前进、后退、转动等动作，本实施例中，半球状壳体4上的每个气泡驱动器1与圆柱状壳体5上的每组气泡驱动器1位置相互对应，在实际应用时，也可根据具体情况适当调调整气泡驱动器1的布置方式。

本实用新型的水下仿生海鞘软体机器人采用了一种全新的仿生驱动方式，能够在复杂水下环境中进行高效的工作，其噪音低，隐蔽性强，体积小巧、操作方便，机动性优异。

本实用新型的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (8)

1.一种水下仿生海鞘软体机器人，其特征在于，包括整体外壳、气泡驱动器、控制器和蓄电池，所述气泡驱动器为多个，多个气泡驱动器设在所述整体外壳的外部，所述控制器和蓄电池设在所述整体外壳的内部；所述气泡驱动器包括气泡外壳、弹性表皮、磁铁和电磁铁，所述气泡外壳的一端与所述整体外壳连接且设有所述磁铁，所述气泡外壳的另一端为所述弹性表皮且所述电磁铁设在所述弹性表皮上，所述气泡外壳的一侧还设有用于排水和进水的开口，所述控制器分别与所述电磁铁和蓄电池连接，用于控制所述电磁铁的通电与断电，所述电磁铁能够与所述磁铁相互作用发生相对运动以带动所述弹性表皮发生变形。

2.根据权利要求1所述的水下仿生海鞘软体机器人，其特征在于，所述整体外壳包括两个半球状壳体和设在两个半球状壳体之间的圆柱状壳体，所述半球状壳体和圆柱状壳体上均设有所述气泡驱动器。

3.根据权利要求2所述的水下仿生海鞘软体机器人，其特征在于，所述圆柱状壳体上绕所述整体外壳的轴线均匀分布有至少三组所述气泡驱动器，每组为两个开口方向相反的气泡驱动器。

4.根据权利要求3所述的水下仿生海鞘软体机器人，其特征在于，所述圆柱状壳体上绕所述整体外壳的轴线均匀分布有四组所述气泡驱动器。

5.根据权利要求3所述的水下仿生海鞘软体机器人，其特征在于，所述半球状壳体上绕所述整体外壳的轴线均匀分布有四个所述气泡驱动器。

6.根据权利要求5所述的水下仿生海鞘软体机器人，其特征在于，每个半球状壳体上的气泡驱动器开口方向相同，且两个半球状壳体上的气泡驱动器开口方向相反。

7.根据权利要求1所述的水下仿生海鞘软体机器人，其特征在于，所述整体外壳和气泡外壳由弹性材料制成。

8.根据权利要求1-7中任何一项所述的水下仿生海鞘软体机器人，其特征在于，所述电磁铁为圆形电磁线圈。