一种仿生微型水下机器人制造技术

本实用新型专利技术公开了一种仿生微型水下机器人，属于机器人技术领域。它包括本体、伸缩驱动机构和摆尾机构，所述本体用于安装固定伸缩驱动机构和摆尾机构，伸缩驱动机构用于将电能转化为势能，摆尾机构与伸缩驱动机构固定连接，将势能转化为动能，为水下机器人提供动力。本实用新型专利技术将电机动能缓慢储存，并进行快速释放，使得小功率器件能够在短时间内以高功率密度的形式将能量进行释放，进而产生足够大的推力，促使机器人前进；在产生相同推力的情况下，利用伸缩驱动机构能够最大限度的降低电机的功率与体积要求，从而使得本实用新型专利技术能够更好地实现小型化和轻量化，进而能够适用于微小环境下的使用，具有结构简单、设计合理、易于制造的优点。

A bionic micro underwater robot

The utility model discloses a bionic micro underwater robot, which belongs to the technical field of robot. It comprises a body, a telescopic driving mechanism and its mechanism, the body for mounting a telescopic driving mechanism and its mechanism, a telescopic driving mechanism for converting electrical energy into potential energy, wagging mechanism and telescopic driving mechanism is fixedly connected with the potential energy into kinetic energy, to provide power for underwater robot. The utility model makes the motor energy slow storage, and quick release, the small power devices in a short time with high power density in the form of energy release, and then produce enough thrust, prompting the robot forward; in the case have the same thrust, using telescopic driving mechanism can minimize power requirements with the volume of the motor, so that the utility model can better realize miniaturization and lightweight, and can be used for micro environment, has the advantages of simple structure, reasonable design, easy manufacture.

【技术实现步骤摘要】
一种仿生微型水下机器人
本技术属于机器人
，更具体地说，涉及一种仿生微型水下机器人及其控制方法。
技术介绍
伴随着人类文明的发展，可开采和利用的陆地资源正日益减少和枯竭。海洋面积占地球面积的71％，海洋中蕴藏着丰富的生物资源和矿产资源，人类开发和利用海洋的脚步随着科技的发展逐渐加快。同时，发展海洋环境监测技术对于保护海洋环境、开发海洋资源、维护国家海洋权益和主权利益、增强国家海洋科学研究实力和发展国民经济等诸多方面具有重大的意义。随着海洋开发活动越来越频繁和深入，对海洋探测技术和设备的需求也越来越高。水下机器人作为一个水下高技术仪器设备的集成体，在军事、民用、科研等领域体现出广阔的应用前景和巨大的潜在价值。目前，用传统螺旋桨驱动的大中型水下机器人的发展已经达到了实用化的程度，微小型水下机器人的研究，仍然处于试验摸索阶段。随着对于水下机器人的需求越来越多，特别是对能够适应于海底复杂狭小空间环境的微型水下机器人的需求就日益迫切，如海底火山的监测、海底管道内的检测及维护、珊瑚礁内生物的监测、海底岩缝中矿物采样等。水下机器人用于完成不同的任务时，其形状、大小、运动方式等就有着不同的要求，同时考虑到对周围环境的影响，对水下机器人的驱动方式提出了一定的挑战。经检索，可以根据推进装置将水下机器人分成几类：1)机械推进装置，如中国专利CN200520020571.8公开了一种仿鱼尾推进系统的机械传动装置，该装置的电机驱动蜗轮蜗杆副，并通过蜗轮带动偏心轮转动，进而带动滑动框架作直线往复运动，再经拉杆使L型摆杆绕其拐角处的铰链摆动，并在L型摆杆摆动的同时，固定半齿轮又迫使传动齿轮组转动，进而带动摆杆、弹簧片、尾鳍一起同向摆动；如中国专利CN201610489896.3公开了一种鲹科类仿生机器鱼，鱼尾通过尾部传动机构与尾部舵机连接，鱼身内设有密封筒和浮力调节缸，密封筒内设有电池、控制器和胸鳍舵机，浮力调节缸的后端设有浮力电机，鱼身头部设有开关和摄像头，上述两件专利均采用齿轮作为传动部件，在力的传递过程中，扭矩大，能量损耗大，对于微型的水下机器人来说，动力小，无法满足其动力使用需要该推进装置；2)电磁推进装置，如中国专利CN201610851210.0公开了一种刚度可控的水下仿生推进装置，该装置包括仿生推进装置主体、变刚度关节、关节连接框架、仿生鱼尾鳍，其中：仿生推进装置主体是有两个或以上的变刚度系统组成，每个变刚度系统由变刚度关节和关节连接框架组成；一个系统内的关节连接框架与前一个系统的变刚度关节中部活动零件转动连接，用于仿生水下推进装置的摆动；如中国专利CN201510383391.4公开了一种新型水下仿生机器人推进装置，该装置包括受力单元、施力单元、基座、上支撑板和下支撑板；受力单元包括尾鳍、尾鳍连杆、旋转轴、永磁体和永磁体紧固框架；施力单元包括磁性线圈、铁芯和水密接插头；如中国专利CN201410167326.3公开了一种轻小型磁致摆动的仿生机器鱼，鱼身与磁动力鱼尾通过U型块连接，磁动力鱼尾包括磁感应线圈、转动轴、PVC筒管、圆形永磁体和柔性鱼尾；如美国专利US20130017754A1公开了一种仿生鱼，在身体组件包括左侧壳体和右侧壳体，其中各装有一粒磁石，两粒磁石相对面的极性相同；尾部组件包括密封圈和支持架；左侧壳体和右侧壳体通过尾部组件的密封圈和支持架而将尾部组件浮动支持；尾部轴穿过密封圈中心的孔而固定，尾部轴的外侧端套设有鱼尾，内侧一端插入一个线圈支架的侧向小孔中，线圈支架的中间大孔中固定有一个线圈，上述的几件专利均是通过电磁线圈来吸引铁环或磁石来实现尾部的摆动，但是由于电磁线圈结构的限制，使得尾部摆动幅度小，提供的动力小，在较深的水域，水阻力大则无法满足使用需求。
技术实现思路
1.要解决的问题针对现有微型水下机器人动力部件提供的动力小，无法满足较深水域的使用需要，以及完成微小环境下的驱动，同时在使用过程中对周围环境的影响大的问题，本技术提供一种仿生微型水下机器人及其控制方法，将电机动能缓慢储存，并进行快速释放，使得小功率器件能够在短时间内以高功率密度的形式将能量进行释放，进而产生足够大的推力，促使机器人前进；在产生相同推力的情况下，利用伸缩驱动机构能够最大限度的降低电机的功率与体积要求，从而使得本技术能够更好地实现小型化和轻量化，进而能够适用于微小环境下的使用。2.技术方案为了解决上述问题，本技术所采用的技术方案如下：本技术的一种仿生微型水下机器人，包括本体、伸缩驱动机构和摆尾机构，所述本体用于安装固定伸缩驱动机构和摆尾机构，伸缩驱动机构用于将电能转化为势能，摆尾机构与伸缩驱动机构固定连接，将势能转化为动能，为水下机器人提供动力。于本技术一种可能的实施方式中，所述伸缩驱动机构包括电机、螺纹滑杆、滑动块、移动套筒、弹簧和移动轴，电机固定在本体上，螺纹滑杆与电机相连，螺纹滑杆外圈设置有矩形螺纹槽，矩形螺纹槽在螺纹滑杆的轴向方向上开有竖槽，滑动块设置在移动套筒内部，并与螺纹滑杆的矩形螺纹槽配合，移动轴远离电机端固定在本体上，弹簧套装在移动轴上，一端与移动套筒连接，另一端与摆尾机构连接。于本技术一种可能的实施方式中，所述竖槽设置在一个螺距范围内，且竖槽与矩形螺纹槽的起点平行。于本技术一种可能的实施方式中，所述矩形螺纹槽的螺旋比是弹簧螺旋比的2-4倍。于本技术一种可能的实施方式中，所述摆尾机构包括横梁、驱动杆、摆动杆、随动杆和弹性杆，横梁与弹簧固连，摆动杆一端与本体铰接，另一端与随动杆铰接，摆动杆通过驱动杆与横梁铰接，弹性杆一端铰接于摆动杆，另一端铰接于随动杆。于本技术一种可能的实施方式中，所述摆尾机构包括套杆、摆动杆、随动杆和弹性杆，套杆与弹簧固连后套装在移动轴，摆动杆一端与套杆铰接，另一端与随动杆铰接，摆动杆与本体铰接，摆动杆通过驱动杆与横梁铰接，弹性杆一端铰接于摆动杆，另一端铰接于随动杆。于本技术一种可能的实施方式中，所述摆尾机构还包括转向前杆、转向后杆和转向电机，转向后杆的一端与转向前杆相连，另一端与转向电机转轴相连，转向电机固连在本体上，转向前杆与摆动杆铰接。于本技术一种可能的实施方式中，还包括压力传感器和控制器，压力传感器设置在本体的前端，控制器分别与电机、转向电机和压力传感器电气连接。本技术的仿生微型水下机器人的控制方法，包括以下具体步骤：1)储能过程：使所述压力传感器反馈压力信号给控制器，控制器发出指令，电机转动带动螺纹滑杆转动，螺纹滑杆的矩形螺纹槽与滑动块组成螺旋副，随着螺纹滑杆的转动，滑动块向电机一侧移动，带动移动套筒和移动轴向电机一侧运动，弹簧被拉长；2)放能过程：当电机继续转动时，螺纹滑杆继续转动，滑动块继续向电机一侧移动，当滑动块移动到螺纹滑杆外圈的矩形螺纹槽上开设的竖槽上时，滑动块在弹簧的拉力下，沿着竖槽被拉回到初始位置；3)弯曲过程：当摆尾机构横梁向电机一侧运动时，通过驱动杆带动摆动杆向电机一侧摆动，此时随动杆在水流的作用下向弹性杆一侧摆动，并压缩弹性杆；4)伸张过程：当摆尾机构横梁向电机相反的一侧运动时，通过驱动杆带动摆动杆向电机相反一侧摆动，此时摆动杆和随动杆对水流进行反推，并且弹性杆开始回复，并对随动杆施加反力，增本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种仿生微型水下机器人，其特征在于，包括本体(1)、伸缩驱动机构(4)和摆尾机构(15)，所述本体(1)用于安装固定伸缩驱动机构(4)和摆尾机构(15)，伸缩驱动机构(4)用于将电能转化为势能，摆尾机构(15)与伸缩驱动机构(4)固定连接，将势能转化为动能，为水下机器人提供动力。

【技术特征摘要】
1.一种仿生微型水下机器人，其特征在于，包括本体(1)、伸缩驱动机构(4)和摆尾机构(15)，所述本体(1)用于安装固定伸缩驱动机构(4)和摆尾机构(15)，伸缩驱动机构(4)用于将电能转化为势能，摆尾机构(15)与伸缩驱动机构(4)固定连接，将势能转化为动能，为水下机器人提供动力。2.根据权利要求1所述的仿生微型水下机器人，其特征在于，所述伸缩驱动机构(4)包括电机(3)、螺纹滑杆(5)、滑动块(6)、移动套筒(7)、弹簧(8)和移动轴(9)，电机(3)固定在本体(1)上，螺纹滑杆(5)与电机(3)相连，螺纹滑杆(5)外圈设置有矩形螺纹槽(5-1)，矩形螺纹槽(5-1)在螺纹滑杆(5)的轴向方向上开有竖槽(5-2)，滑动块(6)设置在移动套筒(7)内部，并与螺纹滑杆(5)的矩形螺纹槽(5-1)配合，移动轴(9)远离电机(3)端固定在本体(1)上，弹簧(8)套装在移动轴(9)上，一端与移动套筒(7)连接，另一端与摆尾机构(15)连接。3.根据权利要求2所述的仿生微型水下机器人，其特征在于，所述竖槽(5-2)设置在一个螺距范围内，且竖槽(5-2)与矩形螺纹槽(5-1)的起点平行。4.根据权利要求3所述的仿生微型水下机器人，其特征在于，所述矩形螺纹槽(5-1)的螺旋比是弹簧(8)螺旋比的2-4倍。5.根据权利要求2或3或4所述的仿生微型水下机器人，其特征在于，所述摆尾机构(15)包括横梁(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明明，周玉凯，
申请(专利权)人：马鞍山福来伊环保科技有限公司，
类型：新型
国别省市：安徽,34