一种仿腔棘鱼的水下机器人制造技术

本发明专利技术公开的一种仿腔棘鱼的水下机器人，其特征是：包括仿鱼形腔体和分别设置在腔体内的控制模块、尾鳍驱动模块、胸鳍辅助模块、浮力调整模块及重心调整模块；其中：尾鳍驱动模块、胸鳍辅助模块、浮力调整模块和重力调节模块分别与控制模块连接，通过控制模块的压力传感器、姿态传感器及定位传感器分别控制尾鳍驱动模块驱动尾部弯曲，利用弯曲的尾部凹凸两面的液体压强差形成压力推动机器人前进。通过上述结构，本发明专利技术的仿腔棘鱼机器人可以在水中模拟鱼类游动，能自主避障，规划航线，实现不同水域的自动沉浮功能，从而实现了机器人的智能游动，而且运动特征相对于传统的螺旋桨推进器更高效、低噪、隐秘。

An imitation of the coelacanth underwater robot

An imitation of the coelacanth disclosed by the invention of the underwater robot, which is characterized by comprising Pisciform cavity and a control module, are respectively arranged in the cavity of the tail drive module, auxiliary module, buoyancy pectoral adjustment module and focus adjustment module; wherein the tail drive module, auxiliary module, pectoral fin and buoyancy adjustment module the gravity control module is respectively connected with the control module, driver module drives the tail bending fin are respectively controlled by pressure sensor, attitude sensor and position sensor control module, using the tail concave surface bending of the liquid pressure differential pressure propels the robot forward. Through the above structure, the coelacanth imitation robot of the invention can simulate the fish swimming in the water, can automatic obstacle avoidance, route planning, implementation of different waters in order to achieve the function of automatic ups and downs, intelligent robots, and motion characteristics compared with the traditional propeller thruster efficiency, low noise, secret.

【技术实现步骤摘要】
一种仿腔棘鱼的水下机器人
本专利技术涉及机器人领域，具体是一种仿腔棘鱼的水下机器人。
技术介绍
自然水域中地形复杂多样，有的怪石嶙峋，有的暗涌频现，不少洞穴和盲孔，而许多洞穴和盲孔里面没有足够的空间可供机器人转弯掉头。然而，为了探索水下洞穴和盲孔中的环境以及生物生存状况，水下机器人必须要进入洞中，并原路返回。目前蓝鳍金枪鱼等仿鲹科鱼类的仿生机器人，利用柔性尾鳍可以实现前进，转弯，上浮和下潜，但是难以实现倒退巡游。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服现有技术的不足，而提供一种具有高效、转弯半径小，低噪、隐秘等优点的仿腔棘鱼的水下机器人。实现本专利技术目的的技术方案是：一种仿腔棘鱼的水下机器人，包括仿鱼形腔体和分别设置在腔体内的控制模块、尾鳍驱动模块、胸鳍辅助模块、浮力调整模块及重心调整模块；其中：尾鳍驱动模块、胸鳍辅助模块、浮力调整模块和重力调节模块分别与控制模块连接，通过控制模块的压力传感器、姿态传感器及定位传感器分别控制尾鳍驱动模块驱动尾部弯曲，利用弯曲的尾部凹凸两面的液体压强差形成压力推动机器人前进。所述尾鳍驱动模块位于仿鱼形腔体的中后部，该模块包括尾鳍驱动电机、凸轮、尾鳍骨架、仿生鱼皮和填充在尾鳍骨架与仿生鱼皮之间的人体硅胶，尾鳍骨架通过凸轮与尾鳍驱动电机连接，通过尾鳍驱动电机驱动凸轮转动，使凸轮上的轴承在尾鳍骨架中的滑槽内移动，尾鳍骨架在凸轮的驱动下左右摇摆，并在人体硅胶的缓冲下，其尾部发生一定的弯曲形变，使尾部凹面水的压强变小，凸面水的压强大，形成驱动力。所述凸轮上的小柄上设有小型轴承。所述胸鳍辅助模块分别对称设置在仿鱼形腔体左右两侧，该模块包括左右对称设置的胸鳍驱动电机和与胸鳍驱动电机连接的胸鳍，通过胸鳍驱动电机驱动胸鳍绕轴线360度转动，根据加速度计算公式(1-1)：F＝ma(1-1)当质量一定时，加速度与合力成正比，最大的驱动力带来最大的加速度，通过摆动胸鳍轴线和机器人轴线成一定角度，与尾鳍联动，实现直线或螺旋上浮和下潜功能；通过摆动胸鳍轴线与机器人轴线反向平等，与尾鳍、重心调节模块配合，驱动机器人沿预定的复杂轨迹后退。所述浮力调整模块位于仿鱼形腔体的前部，该模块包括水箱、设置在水箱内的排水油箱和液压系统；其中，水箱为由仿鱼形腔体的下腔体、密封盖和密封圈组合布成的一个密封空间，在下腔体上设有注水孔，排水油箱设置在下腔体的隔板上，与液压系统连通，根据浮力计算公式(1-2)：F浮＝ρ液gV排(1-2)调整机器人整体的排水量；同时，根据液压压强计算公式(1-3)：P＝ρ液gh(1-3)计算液体密度和重力加速度。所述液压系统包括单向阀、高压小排量泵、油缸和二位二通电磁换向阀，油缸与高压小排量泵连接，高压小排量泵通过单向阀与排水油箱连接，二位二通电磁换向阀分别与油缸、排水油箱连接。所述重心调整模块位于仿鱼形腔体的中部，该模块包括电池、滚珠丝杆、丝杆驱动电机和光杆，电池组设置在仿鱼形腔体的矩形壳体内，矩形壳体下部通过光孔与光轴间隙配合，并通过螺纹孔与滚珠丝杆配合；光杆作为支撑，通过滚珠丝杆驱动电池组前后移动，以调节机器人重心位置。所述浮力调整模块中的排水油箱采用碟簧状容器。所述控制模块由中控系统和分别与中控系统连接的运动控制器、环境数据收集器、定位传感器、姿态传感器、压力传感器和通讯系统组成，定位传感器、姿态传感器、压力传感器通过环境数据收集器与中控系统连接，运动控制器分别与尾鳍驱动模块、浮力调整模块、重力调整模块及胸鳍辅助模块连接。本专利技术通过控制模块控制尾鳍骨架，并驱动尾部弯曲，利用弯曲的尾部凹凸两面的液体压强差形成压力推动机器人前进；胸鳍作为辅助运动进行摆动，使机器人可以自如游动，整个机器人的沉浮通过液压系统控制排水油箱的体积，从而改变机器人的整体排水量。本专利技术的有益效果是：通过上述结构，本专利技术的仿腔棘鱼机器人可以在水中模拟鱼类游动，能自主避障，规划航线，实现不同水域的自动沉浮功能，从而实现了机器人的智能游动，而且运动特征相对于传统的螺旋桨推进器更高效、低噪、隐秘。附图说明图1为本专利技术实施例的主视图；图2为图1的俯视图；图3为图1的左视图；图4为实施例液压系统的原理图；图5为实施例控制模块的结构框图。图中：1.上腔2.下腔3.尾鳍驱动模块4.胸鳍辅助模块5.浮力调整模块6.重力调整模块7.尾鳍骨架8.尾鳍驱动电机9.凸轮10.仿生鱼皮11.人体硅胶12.胸鳍驱动电机13.胸鳍14.轴承15.水箱16.排水油箱17.液压系统18.电池组19.丝杆20.丝杆驱动电机21.光杆。具体实施方式实施例：如图1-3所述，一种仿腔棘鱼的水下机器人，由由上下对称设置的上腔体1、下腔体2组合而成的仿鱼形腔体和分别设置在腔体内的控制模块、尾鳍驱动模块3、胸鳍辅助模块4、浮力调整模块5及重心调整模块6；其中：尾鳍驱动模块3、胸鳍辅助模块4、浮力调整模块5和重力调节模块6分别与控制模块连接，通过控制模块的压力传感器、姿态传感器及定位传感器分别控制尾鳍驱动模块3驱动尾部弯曲，利用弯曲的尾部凹凸两面的液体压强差形成压力推动机器人前进。所述尾鳍驱动模块位于仿鱼形腔体的中后部，该模块包括尾鳍驱动电机、凸轮机构、尾鳍骨架、仿生鱼皮和填充在尾鳍骨架与仿生鱼皮之间的人体硅胶，凸轮机构由凸轮、凸轮转盘和设置在凸轮小柄上的小型轴承构成；其中：尾鳍驱动电机选用合适功率和扭矩的伺服电机作为动力源，尾鳍摆动骨架作为动力传输，而柔性防水鲨鱼皮可实现密封和一定的支撑功能。尾鳍摆动骨架采用形状记忆合金，凸轮机构的滑槽刚度和硬度较大，然而越靠尾部硬度渐渐变小，韧性逐渐加大，这样既保证了机构的正常运转又不失柔性。记忆性合金具有很大的可恢复应变能力，其最大的特点是形状记忆效应，而且兼有传感和致动的功能。人体硅胶，作为填充物，填充在鲨鱼皮和摆动骨架之间，既支撑鱼皮和缓冲骨架之间，同时，由于硅胶有一定的强度和韧性，因此可以缓冲和传递骨架给鱼皮动力，使柔性尾部产生一定的弹性形变，弯曲的尾部凹凸面会形成一定的压强差，正是这样的压强差有利于机器人获得一个前进的动力。据有关研究表明，人体硅胶无毒无害，皮肤可直接接触，对环境友善，而且加入适量的二甲基硅油，可调节人体硅胶固化后的最终硬度，当填充的人体硅胶柔软度合适，既能支撑鱼皮，又足够传递动力。尾鳍驱动电机带动凸轮转盘转动，而凸轮轴承在摆动骨架的滑槽里滑动，拨动摆动骨架产生横向的偏移。横向的偏移力传递到摆动骨架，由于骨架受到支点的定位作用，凸轮和柔性防水鲨鱼皮包裹的人体硅胶的三者之间形成了一个平衡力系，自然会产生一定的弯矩，而弯曲的仿生鱼尾，前后两侧的受到水的压强不相等，凹面小，凸面大，压力差形成推动力。以上就是尾鳍驱动的基本原理，凸轮机构与四连杆机构有异曲同工之妙，之所以选用凸轮机构，是因为凸轮机构较为简单，生产成本低，维护方便。所述胸鳍辅助模块分别对称设置在仿鱼形腔体左右两侧，该模块包括左右对称设置的胸鳍驱动电机和与胸鳍驱动电机连接的胸鳍，通过胸鳍驱动电机驱动胸鳍绕轴线360度转动，根据加速度计算公式(1-1)：F＝ma(1-1)当质量一定时，加速度与合力成正比，最大的驱动力带来最大的加速度，通过摆动胸鳍轴线和机器人轴线成一定角度，与尾鳍联动，实现直线或螺旋上浮和下潜功能；通过摆动胸鳍轴线与机器人轴线反向平等，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种仿腔棘鱼的水下机器人，其特征是：包括仿鱼形腔体和分别设置在腔体内的控制模块、尾鳍驱动模块、胸鳍辅助模块、浮力调整模块及重心调整模块；其中：尾鳍驱动模块、胸鳍辅助模块、浮力调整模块和重力调节模块分别与控制模块连接，通过控制模块的压力传感器、姿态传感器及定位传感器分别控制尾鳍驱动模块驱动尾部弯曲，利用弯曲的尾部凹凸两面的液体压强差形成压力推动机器人前进。

【技术特征摘要】
1.一种仿腔棘鱼的水下机器人，其特征是：包括仿鱼形腔体和分别设置在腔体内的控制模块、尾鳍驱动模块、胸鳍辅助模块、浮力调整模块及重心调整模块；其中：尾鳍驱动模块、胸鳍辅助模块、浮力调整模块和重力调节模块分别与控制模块连接，通过控制模块的压力传感器、姿态传感器及定位传感器分别控制尾鳍驱动模块驱动尾部弯曲，利用弯曲的尾部凹凸两面的液体压强差形成压力推动机器人前进。2.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征是：所述尾鳍驱动模块位于仿鱼形腔体的中后部，该模块包括尾鳍驱动电机、凸轮、尾鳍骨架、仿生鱼皮和填充在尾鳍骨架与仿生鱼皮之间的人体硅胶，尾鳍骨架通过凸轮与尾鳍驱动电机连接，通过尾鳍驱动电机驱动凸轮转动，使凸轮上的轴承在尾鳍骨架中的滑槽内移动，尾鳍骨架在凸轮的驱动下左右摇摆，并在人体硅胶的缓冲下，其尾部发生一定的弯曲形变，使尾部凹面水的压强变小，凸面水的压强大，形成驱动力。3.根据权利要求2所述的水下机器人，其特征是：所述凸轮上的小柄上设有小型轴承。4.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征是：所述胸鳍辅助模块分别对称设置在仿鱼形腔体左右两侧，该模块包括左右对称设置的胸鳍驱动电机和与胸鳍驱动电机连接的胸鳍，通过胸鳍驱动电机驱动胸鳍绕轴线360度转动。5.根据权利要求1所述的水下机器人，其特征是：所述浮力调整模块位于...

【专利技术属性】
技术研发人员：周祖鹏，赵科良，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西,45