一种磁力驱动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磁力驱动微型水下机器人，属于机器人技术领域。它包括本体和鱼尾驱动组件，所述鱼尾驱动组件包括至少一线圈和摆尾机构，摆尾机构具有一对相对面极性相反的磁块，通过线圈通电吸引或排斥磁块，为摆尾机构提供动力。本实用新型专利技术采用线圈与磁块配合，当电流到线圈时，产生的磁场与磁块的磁场相互作用，一侧产生的是吸力，另一侧产生的则是推力，当电流方向改变时，力的方向也随之改变，从而推动尾部产生摆动作用，进而推动整个身体前进，同时改变通电时间，实现方向的控制，具有结构简单、设计合理、易于制造的优点。

A micro underwater robot driven by magnetic force

The utility model discloses a magnetic driven micro underwater robot, which belongs to the technical field of robot. It includes the body and tail drive assembly, the tail drive assembly includes at least one coil and tail wagging mechanism, mechanism has a pair of opposite polarity magnetic block on the other hand, through the coil to attract or repel magnets energized, provide power for wagging mechanism. The utility model adopts a coil with magnetic block, when the current to the coil, the magnetic field generated by the magnet and magnetic field interaction, the side is suction, produced on the other side is thrust, when the current direction is changed, the direction of the force is changed, so as to promote the production of the tail swing effect, thus promoting the the whole body forward, while changing the conduction time, control the direction, has the advantages of simple structure, reasonable design, easy manufacture.

【技术实现步骤摘要】
一种磁力驱动微型水下机器人
本技术属于机器人
，更具体地说，涉及一种磁力驱动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，可以将水下机器人的推进装置分成几类：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公开了一种鳍科类仿生机器鱼，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，且安排有另外一套方向控制机构，造成体积大，或根本没有方向控制机构，进一步限制了使用。
技术实现思路
1.要解决的问题针对现有小体积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，以及方向控制机构造成体积大的问题，本技术提供一种磁力驱动微型水下机器人及其控制方法，当电流到线圈时，产生的磁场与磁块的磁场相互作用，一侧产生的是吸力，另一侧产生的则是推力，当电流方向改变时，力的方向也随之改变，从而推动尾部产生摆动作用，进而推动整个身体前进，同时改变通电时间，实现方向的控制。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：本技术的一种磁力驱动微型水下机器人，包括本体和鱼尾驱动组件，所述鱼尾驱动组件包括至少一线圈和摆尾机构，摆尾机构具有一对相对面极性相同的上磁块和下磁块，通过线圈通电吸引或排斥上磁块和下磁块，为摆尾机构提供动力。于本技术一种可能的实施方式中，所述摆尾机构还包括上摆杆、下摆杆、横梁和尾翼，所述上摆杆和下摆杆的一端通过横梁与尾翼相连，另一端与本体铰接，所述上磁块固定在上摆杆上，下磁块固定在下摆杆上，所述上磁块和下磁块与线圈相邻的一侧极性相反。于本技术一种可能的实施方式中，所述线圈置于上磁块、下磁块之间，线圈缠绕在本体的固定杆上。于本技术一种可能的实施方式中，所述线圈的中心轴线与上磁块或下磁块平行。于本技术一种可能的实施方式中，所述线圈的中心轴线与上磁块或下磁块垂直，由于线圈在两级的磁性最大，可以增大尾翼的摆动力，从而增大机器人的推进力。于本技术一种可能的实施方式中，所述线圈的数目为三个，三个线圈平行设置，其中一个线圈位于上磁块和下磁块之间，一个线圈位于上磁块外侧，一个线圈位于下磁块外侧，利用三个线圈来实现对上磁块和下磁块的控制，从而进一步增大了尾翼的摆动力，从而增大机器人的推进力，在机器人负载较大或需要快速游动的情况下，同时对机器人体积要求不大的场合，可以采用此种方式。于本技术一种可能的实施方式中，所述上磁块或下磁块与线圈距离相等，且距离L＝Asin【3.14(B1+B2)/360】+C，B1为线圈的磁场强度大小，B2为磁块的磁场强度大小，A、C为变量系数，其中A与电流成正比，C与磁块的宽度成反比，通过设计上磁块或下磁块与线圈距离，使得上磁块或下磁块动作灵活，不存在滞后性，同时使得整个水下机器人的结构较为紧凑，水下机器人的体积小。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，控制器分别与驱动电机、调节电机和压力传感器电气连接，通过压力传感器接收到水的压力信号，压力传感器反馈信号至控制器，然后控制器发出信息，驱动线圈工作。本技术还提供了一种磁力驱动微型水下机器人的控制方法，具体步骤如下：1)水下机器人前进控制：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，线圈通电产生磁场，由于上磁块和下磁块与线圈相邻的一侧极性相反，故线圈在吸引上磁块的同时，会排斥下磁块，进而带动横梁、尾翼向下摆动，反之切换线圈的电流方向，线圈在排斥上磁块的同时，会吸引下磁块，进而带动横梁、尾翼向上摆动，从而达到驱动机器人在水中的前进；本技术还提供了一种磁力驱动微型水下机器人的控制方法，具体步骤如下：2)机器人方向控制：对线圈施加正向电压记为u0，施加反向电压记为-u0，假设线圈在正向电压下使得尾翼向上摆动，线圈在反向电压下使得尾翼向下摆动，若施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁力驱动微型水下机器人，其特征在于，包括本体(1)和鱼尾驱动组件，所述鱼尾驱动组件包括至少一线圈(3)和摆尾机构，摆尾机构具有一对相对面极性相同的上磁块(6)和下磁块(7)，通过线圈(3)通电吸引或排斥上磁块(6)和下磁块(7)，为摆尾机构提供动力。

【技术特征摘要】
1.一种磁力驱动微型水下机器人，其特征在于，包括本体(1)和鱼尾驱动组件，所述鱼尾驱动组件包括至少一线圈(3)和摆尾机构，摆尾机构具有一对相对面极性相同的上磁块(6)和下磁块(7)，通过线圈(3)通电吸引或排斥上磁块(6)和下磁块(7)，为摆尾机构提供动力。2.根据权利要求1所述的磁力驱动微型水下机器人，其特征在于，所述摆尾机构还包括上摆杆(4)、下摆杆(5)、横梁(8)和尾翼(9)，所述上摆杆(4)和下摆杆(5)的一端通过横梁(8)与尾翼(9)相连，另一端与本体(1)铰接，所述上磁块(6)固定在上摆杆(4)上，下磁块(7)固定在下摆杆(5)上，所述上磁块(6)和下磁块(7)与线圈(3)相邻的一侧极性相反。3.根据权利要求2所述的磁力驱动微型水下机器人，其特征在于，所述线圈(3)置于上磁块(6)、下磁块(7)之间，线圈(3)缠绕在本体(1)的固定杆(1-1)上。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明明，刘鹏，
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