CN216185955U - 一种仿生章鱼运动的水下软体机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种仿生章鱼运动的水下软体机器人，包括壳体、若干触手和舵机，所述壳体内设有为舵机供电的电池组以及控制舵机运行的PCB板，所述壳体的底部呈中心对称结构安装有若干舵机，所述触手的顶端安装至舵机的动力输出端，所述触手在舵机的驱动下作钟摆运动。通过控制不同位置的舵机运行，进而带动相应的触手进行钟摆运动，通过触手的摆动给予设备动力，通过控制不同触手的摆动幅度，进而可实现机器人任意方向的指定角度的转动，并且能够实现精准的控制和调节，因此可以在精密环境中完成特定的任务，增强了环境适应性，另外，唯一主动运动的触手由硅胶制成，因此可减少机器人工作时对外界设备的破坏。
Description
技术领域
本实用新型涉及机器人技术领域，具体指一种仿生章鱼运动的水下软体机器人。
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。另外，为了确保机器人在水下的稳定性，传统的水下工作机器人基本都是坚硬外壳，结构刚性强，环境适应性差，在工作过程中可能会对作业内容造成损伤。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、减少机器人工作时对设备的破坏的新型高效软体机器人。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是解决在水下作业时容易对作业内容造成损伤、减少机器人工作时对设备的破坏、稳定性差等缺陷的一种仿生章鱼运动的水下软体机器人控制***。
为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：
一种仿生章鱼运动的水下软体机器人，包括壳体、若干触手和舵机，所述壳体内设有为舵机供电的电池组以及控制舵机运行的PCB板，所述壳体的底部呈中心对称结构安装有若干舵机，所述触手的顶端安装至舵机的动力输出端，所述触手在舵机的驱动下作钟摆运动。
作为优选，所述壳体底侧设置有安装筒且所述安装筒的轴心与壳体的轴心重合，所述安装筒的内腔与壳体的内腔相连通，所述安装筒的径向外壁呈中心对称结构设置有若干连接板，所述舵机通过固定螺栓安装在连接板上。
作为优选，所述壳体的底侧对应每个舵机设置有供线束穿过的通孔。
作为优选，所述壳体内设置有重心调节机构，所述重心调节机构包括安装架、步进电机、丝杆和配重块，所述步进电机固定在安装筒的内腔，所述丝杆的底端与步进电机的动力输出端固定连接，所述配重块的中心处设置有螺纹孔，所述配重块通过螺纹孔与丝杆螺纹连接，所述安装架固定安装在壳体的内壁，所述配重块可纵向运动设置在安装架内。
作为优选，所述壳体呈圆筒状结构，且上侧开口，所述壳体的顶部设置有可拆卸的头盖。
作为优选，所述头盖包括透明罩，所述透明罩的底侧设置有环形的下连接部，所述壳体的顶部对应下连接部设置有上连接部。
作为优选，所述上连接部上均匀分别有若干定位孔，所述下连接部上对应定位孔设置有定位柱。
作为优选，所述触手是由硅胶制成。
本实用新型具有以下的特点和有益效果：
采用上述技术方案，结构简单，技术合理，通过PCB板驱动舵机运行。通过控制不同位置的舵机运行，进而带动相应的触手进行钟摆运动，通过触手的摆动给予设备动力，通过控制不同触手的摆动幅度，进而可实现机器人任意方向的指定角度的转动，并且能够实现精准的控制和调节，因此可以在精密环境中完成特定的任务，增强了环境适应性，另外，唯一主动运动的触手由硅胶制成，因此可减少机器人工作时对外界设备的破坏。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型的内部结构装配图。
图2是本实用新型中头盖的结构示意图。
图3是图1中壳体底部的结构示意图。
图4是图1中壳体底部与触手的连接示意图。
图5是本实用新型实施例的运动轨迹图。
附图标记：1、步进电机；2、电池；3、PCB板；4、壳体；5、安装架；6、下连接部；7、定位柱；8、配重块；9、丝杆；10、触手；11、上连接部；12、定位孔；14、舵机；13、透明罩；15、通孔；16、安装筒；17、连接板。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。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。
在本实用新型的描述中，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，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
本实用新型提供了一种仿生章鱼运动的水下软体机器人，如图1所示，包括壳体4、若干触手10和舵机14，所述壳体4内设有为舵机14供电的电池组2以及控制舵机14运行的PCB板3，所述壳体4的底部呈中心对称结构安装有若干舵机14，所述触手10的顶端安装至舵机14的动力输出端，所述触手10在舵机14的驱动下作钟摆运动。所述壳体4呈圆筒状结构，且上侧开口，所述壳体4的顶部设置有可拆卸的头盖。
上述技术方案中，结构简单，技术合理，通过PCB板3驱动舵机14运行。通过控制不同位置的舵机14运行，带动相应的触手10进行钟摆运动，进而通过触手的摆动给予设备动力，可以想到的，通过对舵机14的控制，可实现控制不同触手10的摆动幅度，进而可实现机器人任意方向的指定角度的转动，并且能够实现精准的控制和调节，因此可以在精密环境中完成特定的任务，增强了环境适应性，进而可减少机器人工作时对外界设备的破坏。
其中，电池组2用于为机器人提供电能，一般由两块3400mhA电池组成。
可以理解的，如图5所示，头盖的内腔中心处设置有监测软体机器人实时运行姿态的陀螺仪，而PCB板3包括用于控制舵机运行的单片机，陀螺仪将监测的数据反馈至单片机，进而在保证整体重心与几何中心重合的情况下，通过若干触手不同的运动幅度使得软体机器人转动至指定角度。转动控制使用闭环控制，通过陀螺仪反馈软体机器人的姿态，计算误差，根据误差调整触手的运动幅度，从而使得软体机器人向指定角度倾斜或旋转。若软体机器人需要转向，则先改变自生姿态使得头部朝向运动方向，然后八条腿同时运动向前推进。
可以理解的，通过将壳体4设置为圆筒状结构，规则结构的设置，便于将软体机器人的重心控制在集合中心上，同理，舵机14的分布呈中心对称结构，也可将软体机器人的重心控制在集合中心上。进而便于对软体机器人进行调节和控制，大大提高其运行的稳定性。
具体的，如图2所示，所述头盖包括透明罩13。通过透明罩13的设置，便于在头盖内安装摄像头和探照灯，进而便于通过摄像头获取现场的图像，了解实时的工作状态。
进一步的，所述透明罩13的底侧设置有环形的下连接部6，所述壳体4的顶部对应下连接部6设置有上连接部11。所述上连接部11上均匀分别有若干定位孔12，所述下连接部6上对应定位孔12设置有定位柱7。
可以理解的，上连接部11上设置有与下连接部6之间设置有用于防水的密封圈，避免水从通孔15进而壳体4内，对PCB板造成损伤，导致软体机器人无法运行。
本实用新型的进一步设置，如图3和图4所示，所述壳体4底侧设置有安装筒16且所述安装筒16的轴心与壳体4的轴心重合，所述安装筒16的内腔与壳体4的内腔相连通，所述安装筒16的径向外壁呈中心对称结构设置有若干连接板17，所述舵机14通过固定螺栓安装在连接板17上。所述壳体4的底侧对应每个舵机14设置有供线束穿过的通孔15。
上述技术方案中，安装筒16的轴心与壳体4的轴心重合，进一步的确保可将软体机器人的重心控制在集合中心上。进而便于对软体机器人进行调节和控制，大大提高其运行的稳定性。
可以想到的，通孔15内通过硅胶进行封堵，从而起到防水作用，避免水从通孔15进而壳体4内，对PCB板造成损伤，导致软体机器人无法运行。
本实用新型的进一步设置，所述壳体4内设置有重心调节机构，所述重心调节机构包括安装架5、步进电机1、丝杆9和配重块8，所述步进电机1固定在安装筒16的内腔，所述丝杆9的底端与步进电机1的动力输出端固定连接，所述配重块8的中心处设置有螺纹孔，所述配重块8通过螺纹孔与丝杆9螺纹连接，所述安装架5固定安装在壳体4的内壁，所述配重块8可纵向运动设置在安装架5内。
上述技术方案中，通过PCB板3对步进电机1进行控制，带动丝杆9的转动，进而使得配重块8在丝杆9上上下移动，从而调节软体机器人整体的重心位置，使得整体重心落在几何中心上，即使触手静止时，也能够保证软体机器人不发生自转，进而提高软体机器人在水下作业的稳定性。
进一步的，触手10是由硅胶浇铸而成。可以理解的，硅胶的柔性材料，因此触手在摆动过程中，与外界设备碰撞时，可减少机器人工作时对外界设备的破坏。
本实施例以8条触手为例，其工作原理，如图5所示，软体机器人八条触手运动轨迹图。整个运动过程都通过舵机的转动从而带动八条触手的向外扩张或向内收拢。当八条触手往中间迅速收拢时，均向尾部中间的水施加力，合力方向水平向后，水对软体机器人产生一个反作用力，作为向前的推力使得软体机器人向前游动。并且重复这个动作，使软体机器人持续地向前运动。
以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式包括部件进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。
Claims (8)
1.一种仿生章鱼运动的水下软体机器人，其特征在于，包括壳体(4)、若干触手(10)和舵机(14)，所述壳体(4)内设有为舵机(14)供电的电池组(2)以及控制舵机(14)运行的PCB板(3)，所述壳体(4)的底部呈中心对称结构安装有若干舵机(14)，所述触手(10)的顶端安装至舵机(14)的动力输出端，所述触手(10)在舵机(14)的驱动下作钟摆运动。
2.根据权利要求1所述的仿生章鱼运动的水下软体机器人，其特征在于，所述壳体(4)底侧设置有安装筒(16)且所述安装筒(16)的轴心与壳体(4)的轴心重合，所述安装筒(16)的内腔与壳体(4)的内腔相连通，所述安装筒(16)的径向外壁呈中心对称结构设置有若干连接板(17)，所述舵机(14)通过固定螺栓安装在连接板(17)上。
3.根据权利要求2所述的仿生章鱼运动的水下软体机器人，其特征在于，所述壳体(4)的底侧对应每个舵机(14)设置有供线束穿过的通孔(15)。
4.根据权利要求2所述的仿生章鱼运动的水下软体机器人，其特征在于，所述壳体(4)内设置有重心调节机构，所述重心调节机构包括安装架(5)、步进电机(1)、丝杆(9)和配重块(8)，所述步进电机(1)固定在安装筒(16)的内腔，所述丝杆(9)的底端与步进电机(1)的动力输出端固定连接，所述配重块(8)的中心处设置有螺纹孔，所述配重块(8)通过螺纹孔与丝杆(9)螺纹连接，所述安装架(5)固定安装在壳体(4)的内壁，所述配重块(8)可纵向运动设置在安装架(5)内。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的仿生章鱼运动的水下软体机器人，其特征在于，所述壳体(4)呈圆筒状结构，且上侧开口，所述壳体(4)的顶部设置有可拆卸的头盖。
6.根据权利要求5所述的仿生章鱼运动的水下软体机器人，其特征在于，所述头盖包括透明罩(13)，所述透明罩(13)的底侧设置有环形的下连接部(6)，所述壳体(4)的顶部对应下连接部(6)设置有上连接部(11)。
7.根据权利要求6所述的仿生章鱼运动的水下软体机器人，其特征在于，所述上连接部(11)上均匀分别有若干定位孔(12)，所述下连接部(6)上对应定位孔(12)设置有定位柱(7)。
8.根据权利要求1所述的仿生章鱼运动的水下软体机器人，其特征在于，所述触手(10)是由硅胶制成。
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