金枪鱼机器人制造技术

本发明专利技术属于机器人技术领域，旨在解决现有鱼形机器人能耗大且游速慢的问题，本发明专利技术提供了一种金枪鱼机器人，金枪鱼机器人包括壳体和至少一部分设置在壳体内的动力装置，动力装置包括固定构件、浮沉机构、俯仰机构和摆动机构，固定构件设置在壳体内，浮沉机构、俯仰机构和摆动机构均设置在固定构件上，浮沉机构能够控制金枪鱼机器人进行上浮、下沉以及悬停，俯仰机构能够控制金枪鱼机器人进行俯仰运动以及停止，摆动机构能够控制金枪鱼机器人前进，俯仰机构和摆动机构能够共同控制金枪鱼机器人进行转向。通过这样的设置，避免了因各驱动机构相连接而产生能耗，同时提高了各驱动机构的驱动效率，从而提高了金枪鱼机器人的运动速度和运动灵活性。

【技术实现步骤摘要】
金枪鱼机器人
本专利技术属于机器人
，具体提供一种金枪鱼机器人。
技术介绍
近年来，鱼形机器人技术快速发展，其在水质检测、水产养殖以及水下环境探测方面具有很多优势。现有鱼形机器人较多采用多关节铰链式推进机构，通过鱼体后端串联多个电机或舵机作为驱动单元，利用前一个驱动的动力单元驱动下一个相连的动力单元进行摆动，以实现鱼类的波动前行。由于尾端串联电机或者舵机的存在，容易导致鱼体尾部体积与重量较大，引起严重的虚质量效应，降低鱼体摆动速度，增加鱼体驱动单元的功耗。同时，此类推进机构使得驱动的动力相当一部分消耗在克服下一个相连的动力单元自身重量带来的惯性上，容易造成故障且难以提升摆动频率，限制了机器鱼的游速。在自然界中，金枪鱼的瞬时时速可达160千米，并以平均时速60-80千米的速度进行长时间的巡游，其游动性能令人惊叹。通过研究发现，金枪鱼游动的高速度及高效率与其形态特征密不可分。金枪鱼的前半段身体呈鱼雷状，极大降低了其在水中运动的流体阻力，同时，其尾柄处急剧收窄，导致尾部在摆动时受到的水阻力较小，加快其大展弦新月尾鳍的摆动速度，能够有效提高鱼体的推进速度和效率。因此，本领域需要一种新的金枪鱼机器人来解决上述问题。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有鱼形机器人能耗大且游速慢的问题，本专利技术提供了一种金枪鱼机器人，该金枪鱼机器人包括壳体和至少一部分设置在壳体内的动力装置，动力装置包括固定构件、浮沉机构、俯仰机构和摆动机构，固定构件设置在壳体内，浮沉机构、俯仰机构和摆动机构均设置在固定构件上，浮沉机构能够控制金枪鱼机器人进行上浮、下沉以及悬停，俯仰机构能够控制金枪鱼机器人进行俯仰运动以及停止，摆动机构能够控制金枪鱼机器人前进，俯仰机构和摆动机构能够共同控制金枪鱼机器人进行转向。在上述金枪鱼机器人的优选技术方案中，壳体包括头部舱室、躯部舱室和尾部舱室，头部舱室与躯部舱室的前部固定连接，尾部舱室与躯部舱室的后部柔性连接，固定构件位于头部舱室、躯部舱室和/或尾部舱室内，浮沉机构位于头部舱室和/或躯部舱室内，俯仰机构位于头部舱室和/或躯部舱室内，摆动机构位于躯部舱室和尾部舱室内。在上述金枪鱼机器人的优选技术方案中，摆动机构包括第一驱动电机、第一主动锥齿轮、第一从动锥齿轮和安装板，第一驱动电机设置在固定构件上，第一驱动电机的输出轴与第一主动锥齿轮相连接，第一主动锥齿轮和第一从动锥齿轮相啮合，第一从动锥齿轮与安装板相连，安装板与尾部舱室固定连接，第一驱动电机能够驱动第一主动锥齿轮转动以使第一从动锥齿轮转动并因此使安装板带动尾部舱室摆动。在上述金枪鱼机器人的优选技术方案中，摆动机构还包括第二驱动电机、第二主动锥齿轮、第二从动锥齿轮、主动平齿轮、从动平齿轮、第一连接杆、第二连接杆、连接板和尾鳍，第二驱动电机设置在固定构件上，第二驱动电机的输出轴与第二主动锥齿轮相连接，第二主动锥齿轮和第二从动锥齿轮相啮合，第二从动锥齿轮和主动平齿轮同轴连接，主动平齿轮与从动平齿轮啮合，从动平齿轮通过第一连接杆以及第二连接杆与连接板连接，连接板与尾鳍连接，第二驱动电机能够驱动第二主动锥齿轮转动以使第二从动锥齿轮以及主动平齿轮同轴转动并因此使从动平齿轮转动以通过第一连接杆和第二连接杆共同带动连接板转动，从而使尾鳍摆动。在上述金枪鱼机器人的优选技术方案中，俯仰机构包括第一驱动舵机、第二驱动舵机、第一胸鳍和第二胸鳍，第一驱动舵机和第二驱动舵机均设置在固定构件上，第一驱动舵机的输出轴与第一胸鳍相连，第二驱动舵机的输出轴与第二胸鳍相连，第一胸鳍和第二胸鳍分别从头部舱室的两侧伸出头部舱室外。在上述金枪鱼机器人的优选技术方案中，俯仰机构包括第一驱动舵机、第二驱动舵机、第一胸鳍和第二胸鳍，第一驱动舵机和第二驱动舵机均设置在固定构件上，第一驱动舵机的输出轴与第一胸鳍相连，第二驱动舵机的输出轴与第二胸鳍相连，所述第一胸鳍和第二胸鳍分别从躯部舱室的两侧伸出躯部舱室外。在上述金枪鱼机器人的优选技术方案中，沉浮机构包括第三驱动舵机、第三连接杆、第四连接杆、活塞和储水构件，第三驱动舵机和储水构件均设置在固定构件上，第三驱动舵机的输出轴依次通过第三连接杆和第四连接杆与活塞连接，活塞滑动地设置在储水构件中，第三驱动舵机能够通过第三连接杆和第四连接杆驱动活塞相对于储水构件滑动，从而使储水构件中的水排出储水构件外或者将水从储水构件外吸进储水构件内。在上述金枪鱼机器人的优选技术方案中，沉浮机构还包括与储水构件相连的输水管，活塞能够将储水构件中的水通过输水管排出储水构件外或者将水从储水构件外通过输水管吸进储水构件内。在上述金枪鱼机器人的优选技术方案中，金枪鱼机器人还包括设置在固定构件上的主控制模块，主控制模块分别与浮沉机构、俯仰机构和摆动机构通信连接。在上述金枪鱼机器人的优选技术方案中，金枪鱼机器人还包括与主控制模块通信的无线收发模块，无线收发模块设置在固定构件上或者集成在主控制模块上。本领域技术人员能够理解的是，在本专利技术的优选技术方案中，金枪鱼机器人包括壳体和动力装置，动力装置包括固定构件、浮沉机构、俯仰机构和摆动机构，浮沉机构、俯仰机构和摆动机构均独立地设置在固定构件上，并且，浮沉机构、俯仰机构和摆动机构均通过单独的驱动电机进行驱动，浮沉机构能够控制金枪鱼机器人进行上浮、下沉以及悬停，俯仰机构能够控制金枪鱼机器人进行俯仰运动以及停止，摆动机构能够控制金枪鱼机器人前进，俯仰机构和摆动机构配合能够控制金枪鱼机器人进行转向。通过这样的设置，即浮沉机构、俯仰机构和摆动机构均独立设置且独立驱动，相互之间没有联动连接，能够避免不必要的能耗，从而使结构更加简单高效，提高各驱动机构的驱动效率，并且，各驱动结构之间可以相互配合，进而能够提高金枪鱼机器人的运动速度和运动灵活性。进一步地，摆动机构的第一驱动电机和第二驱动电机均设置在躯部舱室内。通过这样的设置，极大地减轻了尾部舱室的体积和重量，从而能够提高尾部舱室的摆动频率，进而能够提高金枪鱼机器人的运动速度。更进一步地，尾部舱室通过第一驱动电机独立驱动能够自由摆动，尾鳍通过第二驱动电机独立驱动能够自由摆动。通过这样的设置，即尾部舱室和尾鳍协同摆动，能够进一步提高金枪鱼机器人的运动速度和运动灵活性。再进一步地，第一驱动电机通过第一主动锥齿轮和第一从动锥齿轮进行传动以驱动尾部舱室摆动，由于齿轮传动的可靠性好、传动效率高且结构紧凑，从而能够进一步提高金枪鱼机器人的运动速度。又进一步地，第一胸鳍通过第一驱动舵机独立驱动，第二胸鳍通过第二驱动舵机独立驱动。通过这样的设置，能够通过调整第一胸鳍和第二胸鳍的转动角度，使金枪鱼机器人在前进过程中自由进行俯仰运动和转向运动，从而进一步地提高了金枪鱼机器人的运动灵活性。又进一步地，金枪鱼机器人上还设置有无线收发模块，无线收发模块能够保证主控制模块与上位机之间的指令和数据传递。通过这样的设置，能够实时监控金枪鱼机器人的运动状况并能够对金枪鱼机器人的运动进行远程控制，从而能够使金枪鱼机器人顺利地完成任务。附图说明图1是本专利技术的金枪鱼机器人的壳体的结构示意图；图2是本专利技术的金枪鱼机器人的动力装置的结构示意图；图3是本专利技术的金枪鱼机器人的摆动机构的结构示意图一；图4是本专利技术的金枪鱼机器人的摆动机构的结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金枪鱼机器人，其特征在于，所述金枪鱼机器人包括壳体和至少一部分设置在所述壳体内的动力装置，所述动力装置包括固定构件、浮沉机构、俯仰机构和摆动机构，所述固定构件设置在壳体内，所述浮沉机构、所述俯仰机构和所述摆动机构均设置在所述固定构件上，所述浮沉机构能够控制所述金枪鱼机器人进行上浮、下沉以及悬停，所述俯仰机构能够控制所述金枪鱼机器人进行俯仰运动以及停止，所述摆动机构能够控制所述金枪鱼机器人前进，所述俯仰机构和所述摆动机构能够共同控制所述金枪鱼机器人进行转向。

【技术特征摘要】
1.一种金枪鱼机器人，其特征在于，所述金枪鱼机器人包括壳体和至少一部分设置在所述壳体内的动力装置，所述动力装置包括固定构件、浮沉机构、俯仰机构和摆动机构，所述固定构件设置在壳体内，所述浮沉机构、所述俯仰机构和所述摆动机构均设置在所述固定构件上，所述浮沉机构能够控制所述金枪鱼机器人进行上浮、下沉以及悬停，所述俯仰机构能够控制所述金枪鱼机器人进行俯仰运动以及停止，所述摆动机构能够控制所述金枪鱼机器人前进，所述俯仰机构和所述摆动机构能够共同控制所述金枪鱼机器人进行转向。2.根据权利要求1所述的金枪鱼机器人，其特征在于，所述壳体包括头部舱室、躯部舱室和尾部舱室，所述头部舱室与所述躯部舱室的前部固定连接，所述尾部舱室与所述躯部舱室的后部柔性连接，所述固定构件位于所述头部舱室、所述躯部舱室和/或所述尾部舱室内，所述浮沉机构位于所述头部舱室和/或所述躯部舱室内，所述俯仰机构位于所述头部舱室和/或所述躯部舱室内，所述摆动机构位于所述躯部舱室和所述尾部舱室内。3.根据权利要求2所述的金枪鱼机器人，其特征在于，所述摆动机构包括第一驱动电机、第一主动锥齿轮、第一从动锥齿轮和安装板，所述第一驱动电机设置在所述固定构件上，所述第一驱动电机的输出轴与所述第一主动锥齿轮相连接，所述第一主动锥齿轮和所述第一从动锥齿轮相啮合，所述第一从动锥齿轮与所述安装板相连，所述安装板与所述尾部舱室固定连接，所述第一驱动电机能够驱动所述第一主动锥齿轮转动以使所述第一从动锥齿轮转动并因此使所述安装板带动所述尾部舱室摆动。4.根据权利要求3所述的金枪鱼机器人，其特征在于，所述摆动机构还包括第二驱动电机、第二主动锥齿轮、第二从动锥齿轮、主动平齿轮、从动平齿轮、第一连接杆、第二连接杆、连接板和尾鳍，所述第二驱动电机设置在所述固定构件上，所述第二驱动电机的输出轴与所述第二主动锥齿轮相连接，所述第二主动锥齿轮和所述第二从动锥齿轮相啮合，所述第二从动锥齿轮和所述主动平齿轮同轴连接，所述主动平齿轮与所述从动平齿轮啮合，所述从动平齿轮通过所述第一连接杆以及所述第二连接杆与所述连接板连接，所述连接板与所述尾鳍连接，所述第二驱动电机能够驱动所述第二主动锥齿轮转动以使所述第二从动...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻俊志，吴正兴，杜晟，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11