CN112793742B - 一种仿皮皮虾水下机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水下仿生机器人领域。目的是提供一种仿皮皮虾水下机器人，该机器人应具有运动灵活、简单可靠的特点。技术方案是：一种仿皮皮虾水下机器人，包括控制机构；其特征在于：该机器人包括头部、尾部、连接头部与尾部的柔性脊柱、沿着柔性脊柱布置的若干运动机构、驱动柔性脊柱弯曲的转向机构以及设置在头部的控制机构；所述运动机构包括与柔性脊柱固定的骨架、对称设置在骨架两侧的两个脚蹼、分别驱动各脚蹼摆动的两个运动舵机；所述转向机构包括设置在头部的转向舵机、由转向舵机驱动的绕线盘、缠绕在绕线盘上并且两端依次穿过各骨架后与尾部固定的转向绳。
Description
技术领域
本发明涉及水下仿生机器人领域，特别是涉及一种仿皮皮虾水下机器人。
背景技术
近年来为了适应不同海洋环境和任务要求，仿生技术的研究受到人们的广泛关注，目前国内外设计的仿生水下机器人主要采用鳍/躯干运动推进或喷射推进的游动模式，广泛应用于各种科学领域。各种仿鱼类、仿两栖类结构水下机器人已经有一定的研究发展，而仿皮皮虾水下机器人仍待被探索研究。皮皮虾从4亿年前至今，面对自然界的选择，却从未有过自然进化和改变，它能够适应时刻变化的水下环境，具有优异的水下运动能力进行各项生命活动，其仿生结构值得被探究。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种仿皮皮虾水下机器人，该机器人应具有运动灵活、简单可靠的特点。
本发明的技术方案是：
一种仿皮皮虾水下机器人，包括控制机构；其特征在于：该机器人包括头部、尾部、连接头部与尾部的柔性脊柱、沿着柔性脊柱布置的若干运动机构、驱动柔性脊柱弯曲的转向机构以及设置在头部的控制机构；所述运动机构包括与柔性脊柱固定的骨架、对称设置在骨架两侧的两个脚蹼、分别驱动各脚蹼摆动的两个运动舵机；所述转向机构包括设置在头部的转向舵机、由转向舵机驱动的绕线盘、缠绕在绕线盘上并且两端依次穿过各骨架后与尾部固定的转向绳。
所述脚蹼包括由运动舵机驱动的主连杆、与主连杆固定的上划板架、可摆动地定位在上划板架底部的中划板架、可摆动地定位在中划板架底部的下划板架、设置在各划板架上的硅胶膜、用于控制中划板架与下划板架摆动角度的限位板。
所述上划板架还通过副连杆可摆动地定位在骨架上；所述主连杆的摆动轴线与副连杆的摆动轴线同轴；所述主连杆的摆动轴线、中划板架的摆动轴线、下划板架的摆动轴线互相平行。
所述限位板包括设置在中划板架上用于控制摆动角度的两个中限位板以及设置在下划板架上用于控制摆动角度的两个下限位板。
所述头部包括通过连接座与柔性脊柱固定的外壳；所述控制机构包括设置在外壳内部的控制器、电源、分别与控制器电连接的通讯模块、GPS定位模块、视觉识别模块及姿态传感器；所述控制器还分别电连接转向舵机与各运动舵机。
所述柔性脊柱为橡胶制成；所述转向绳为尼龙绳。
本发明的有益效果是：
1)本发明采用模仿皮皮虾运动的仿生结构，结构简单紧凑，使本发明运动灵活可靠；
2)本发明通过运动机构的两对脚蹼可以实现水下移动，并通过转向机构实现拐弯；
3)本发明质量小，造价较为低廉，可替换性强，维修方便；
4)本发明带有视觉识别功能，可与外部的水下机器人中控***配合进行水下图像传输，有利于水下运动和探测。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图。
图2是本发明的主视结构示意图。
图3是本发明的俯视结构示意图。
图4是本发明的运动机构的立体结构示意图。
图5是本发明的运动机构的主视结构示意图。
图6是本发明的运动机构的左视结构示意图。
图7是本发明的脚蹼的立体结构示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
如图1所示，一种仿皮皮虾水下机器人，包括头部、尾部6、柔性脊柱2、若干运动机构、转向机构、控制机构。所述柔性脊柱为橡胶制成。所述柔性脊柱的两端分别与头部、尾部固定，控制机构设置在头部，运动机构沿着柔性脊柱依次布置用于驱动机器人前进，转向机构用于驱动柔性脊柱弯曲实现机器人转弯。
所述头部包括连接座5以及固定在连接座上的外壳1，外壳为密闭的壳体，控制机构(图中省略)设置在外壳中。
如图6所示，所述运动机构包括骨架14、两个脚蹼、两个运动舵机13。所述骨架与柔性脊柱固定，骨架顶部设有穿插固定柔性脊柱的连接孔14.1(柔性脊柱穿过连接孔再使用螺丝固定)，骨架的左右两侧还设有通孔14.2。所述运动舵机设置在骨架的左右两侧，脚蹼设置在骨架底部的左右两侧，运动舵机用于带动脚蹼前后摆动从而产生推力及浮力驱动机器人在水中前进。
所述每个脚蹼包括上划板架17、中划板架18与下划板架19。所述上划板架通过主连杆15与运动舵机的输出轴固定，并且上划板架还通过副连杆16可摆动地定位在骨架上，主连杆的摆动轴线与副连杆的摆动轴线同轴(垂直于柔性脊柱)。所述中划板架可摆动地定位在上划板架底部，下划板架可摆动地定位在中划板架底部。
所述中划板上设有两个中限位板18.1，这两个中限位板位于上划板架的两侧用于控制中划板架的摆动角度，上划板架与中划板架的最大夹角为180度并且最小夹角为110度至120度，下划板设有两个下限位板19.1，这两个下限位板位于中划板架的两侧用于控制下划板架摆动角度，中划板架与下划板架的最大夹角为180度并且最小夹角为110度至120度。
所述主连杆的摆动轴线、中划板架的摆动轴线、下划板架的摆动轴线互相平行。同一运动机构中，两个主连杆的摆动轴线也同轴。所述上划板架、中划板架、下划板架均为“匚”形结构的框架，硅胶膜设置在各个框架中用于在划水时产生推力。
如图5所示，当运动舵机带动脚蹼划水时(图5中箭头所示方向)，上划板架、中划板架与下划板架保持伸展状态(形成一平面)摆动从而产生划水推力，并且各运动机构均向机器人后方划水，使得机器人向前运动(图2中箭头所示方向)。当运动舵机带动脚蹼反向摆动时，中划板架与下划板架呈收拢状态(如图7所示)，这样就减小了与水的接触面积，降低了脚蹼的运动阻力。
所述转向机构包括固定在连接座上的转向舵机9、由转向舵机驱动的绕线盘 11以及缠绕在绕线盘上的转向绳3。所述转向绳的两端依次穿过各骨架的通孔后与尾部固定。所述转向绳为尼龙绳。所述尾部呈扇形，尾部固定两个空心螺栓10，转向绳的端部穿过空心螺栓后与尾部固定。
所述转向舵机转动时，通过转向绳拉动尾部往一侧弯曲，使得柔性脊柱发生侧弯，此时各运动机构产生的推力发生偏斜，从而实现机器人转向。
所述控制机构包括控制器、用于供电的电源、分别与控制器电连接的通讯模块、GPS定位模块、视觉识别模块及姿态传感器，这些部件均为现有技术，可外购获得。所述控制器还分别电连接转向舵机与各运动舵机。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改，等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种仿皮皮虾水下机器人，包括控制机构；其特征在于：该机器人包括头部、尾部(6)、连接头部与尾部的柔性脊柱(2)、沿着柔性脊柱布置的若干运动机构、驱动柔性脊柱弯曲的转向机构以及设置在头部的控制机构；所述运动机构包括与柔性脊柱固定的骨架(14)、对称设置在骨架两侧的两个脚蹼、分别驱动各脚蹼摆动的两个运动舵机(13)；所述转向机构包括设置在头部的转向舵机(9)、由转向舵机驱动的绕线盘(11)、缠绕在绕线盘上并且两端依次穿过各骨架后与尾部固定的转向绳(3)；
所述脚蹼包括由运动舵机驱动的主连杆(15)、与主连杆固定的上划板架(17)、可摆动地定位在上划板架底部的中划板架(18)、可摆动地定位在中划板架底部的下划板架(19)、设置在各划板架上的硅胶膜、用于控制中划板架与下划板架摆动角度的限位板；
所述上划板架还通过副连杆(16)可摆动地定位在骨架上；所述主连杆的摆动轴线与副连杆的摆动轴线同轴；所述主连杆的摆动轴线、中划板架的摆动轴线、下划板架的摆动轴线互相平行；
所述限位板包括设置在中划板架上用于控制摆动角度的两个中限位板(18.1)以及设置在下划板架上用于控制摆动角度的两个下限位板(19.1)；
所述头部包括通过连接座(5)与柔性脊柱固定的外壳(1)；所述控制机构包括设置在外壳内部的控制器、电源、分别与控制器电连接的通讯模块、GPS定位模块、视觉识别模块及姿态传感器；所述控制器还分别电连接转向舵机与各运动舵机。
2.根据权利要求1所述的一种仿皮皮虾水下机器人，其特征在于：所述柔性脊柱为橡胶制成；所述转向绳为尼龙绳。
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