一种仿生柔性臂驱动式潜水器制造技术

本发明专利技术涉及一种仿生柔性臂驱动式潜水器，属于潜水机器人技术领域。仿生柔性臂驱动式潜水器包括水密躯体壳，安装在该水密躯体壳的内腔室内的控制单元与电源单元，及受该控制单元控制的浮力调节单元与动力单元；动力单元包括安装在水密躯体壳的尾端部上的柔性驱动臂，柔性驱动臂的数量为三根以上；柔性驱动臂包括柔性臂体及安装在柔性臂体内并用于驱动柔性臂体弯曲变形的致动器，该致动器包括电致变形元件。采用由电致变形元件驱动的柔性臂体作为柔性驱动臂，以仿生章鱼的运动模式，有效地减少运行过程中的噪声，以提高整个潜水器的隐蔽型，可广泛应用于海洋探测等领域。

A bionic flexible arm driven submersible

The invention relates to a bionic flexible arm driven submersible, which belongs to the technical field of diving robots. The bionic flexible arm driven submersible includes a water tight body shell, a control unit and a power supply unit installed in the inner chamber of the water tight body shell, a buoyancy adjusting unit and a power unit controlled by the control unit; the power unit includes a flexible driving arm mounted on the tail end of the water tight body shell, and the number of flexible driving arms. The flexible driving arm includes a flexible arm body and an actuator mounted in the flexible arm body and used to drive the bending deformation of the flexible arm body. The actuator includes an electroforming element. The flexible arm driven by electro-deformable elements is used as the flexible driving arm, and the movement mode of the bionic octopus is used to effectively reduce the noise in the running process, so as to improve the concealed type of the whole submersible, which can be widely used in ocean exploration and other fields.

【技术实现步骤摘要】
一种仿生柔性臂驱动式潜水器
本专利技术涉及一种潜水机器人，具体地说，涉及一种仿生柔性臂驱动式潜水器。
技术介绍
随着对海洋的探索与认识的深入，开发和利用海洋资源成为主旋律，在复杂多变的海洋环境中，水下机器人将成为开发海洋资源过程中必不可少的设备。公布号为CN102631786A的专利文献中公开了一种机器章鱼；该机器章鱼包括密封躯体壳，安装在该密封躯体壳内的控制单元与电源单元，及受控制单元控制的浮力调节单元与动力单元；其中，电源单元为其他功能单元的正常工作提供电能，浮力调节单元包括固定在密封躯体壳底部的四个注射器及用于驱动注射器抽水与喷水的驱动电机，动力单元包括四个均匀地固设在密封躯体壳外侧面上水泵。该机器章鱼在运行过程中，通过控制四个水泵的出水速度，以对整个设备的姿态、转向与速度进行调整，但是四个水泵在整个运行过程中都处于开启状态，噪音较大，不利于潜水器的隐藏；此外，当其需要快速行动时，通常要求四个水泵进行满速地喷射水流，但是此时其难以对姿态进行调整而实现转向。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种仿生柔性臂驱动式潜水器，以减小潜水器的运行噪音。为了实现上述主要目的，本专利技术提供的仿生柔性臂驱动式潜水器包括水密躯体壳，安装在该水密躯体壳的内腔室内的控制单元与电源单元，及受该控制单元控制的浮力调节单元与动力单元；动力单元包括安装在水密躯体壳的尾端部上的柔性驱动臂，柔性驱动臂的数量为三根以上；柔性驱动臂包括柔性臂体及安装在柔性臂体内并用于驱动柔性臂体弯曲变形的致动器，该致动器包括电致变形元件。利用柔性驱动臂仿生章鱼触角而构建动力单元，以实现对整个潜水器的速度、姿态与转向进行调整，且柔性驱动臂的弯曲变形动力由电致变形元件提供，与现有技术中采用多个水泵构建动力单元相比，其运行噪音较低，更利于潜水器运行过程中的隐蔽。具体的方案为动力单元包括喷射推进单元；喷射推进单元包括安装在内腔室内的气密保护硬壳与双向气泵，套装在气密保护硬壳内的储气囊，喷射推进缸，将喷射推进缸的内腔室分隔成气腔室与水腔室的活塞，及用于启闭水腔室的端口的截止阀；水腔室的端口构成喷射推进单元的水流喷射口；储气囊的端口与双向气泵的一个端口通过管路连通，双向气泵的另一个端口通过管路与气腔室的端口连通；浮力调节单元包括喷射推进缸、活塞、双向气泵、储气囊及用于连通它们的管路。通过配置储气囊、双向气泵与喷射推进缸，不仅可通过吸水与排水，以实现对该潜水器的浮力进行调节，且可为潜水器地快速行进提供喷射水流；并在该喷射快进的过程中，通过柔性驱动臂控制其姿态与转向，与现有技术中快进动力与转向、姿态调整均来自四个水泵相比，其动作更加灵活。此外，将储气囊置于气密保护硬壳内，不仅可以避免储气囊在吸气排气过程中对周围部件的正常工作造成影响，且可在储气过程中，利用双向气泵在气密保护硬壳内压缩空气而形成高压，以水流喷射快进过程，将气密保护硬壳内的高压气体与双向气泵的施加气压叠加，从而提供超过双向气泵所能提供的喷射水流，进一步提高急速前进时的速度。更具体的方案为双向气泵为双向变量泵；活塞与气腔室的腔端壁间安装有缓冲弹簧；储气囊为弹性气囊；喷射推进缸固设在水密躯体壳的尾端部上，柔性驱动臂固定在喷射推进缸的尾端部上。通过设置缓冲弹簧，为活塞在喷射水流急进过程中急速移动提供缓冲，有效避免因撞碰缸体而造成损坏。将储气囊设置成弹性气囊，将在储气过程中的一部分能量转换成储气囊的弹性变形能，以在喷射水流急进过程中施加于喷水水流上，有效减少存储在保护硬壳内的压缩气体的压缩量。优选的方案为水密躯体壳包括左半壳体、右半壳体及压于两个半壳体的拼接端面间的密封条；控制单元与电源单元通过支架固定在左半壳体内，气密保护硬壳与双向气泵通过支架固定在右半壳体内。根据各单元的功能，将设备分成两部分并分别配置在两个半体壳内，不仅便于组装，且比较好地匹配两侧重量的分布。另一个优选的方案为柔性驱动臂的内侧面上沿其长度方向排列地固设有多个受控制单元控制的吸盘。提高潜水器在水底运动的灵活性，且便于抓取目标物。更优选的方案为吸盘为气动吸盘，气动吸盘的气端口通过连通管路与气腔室连通，连通管路上串联有受控制单元控制的截止阀。充分利用浮力调节单元对吸盘系统进行控制，有效地减少零部件的数量。另一个优选的方案为水密躯体壳的前端部上固设有水密透明保护罩，水密透明保护罩内安装有摄像头。便于对目标物进行识别及在行进过程中的导航，比如SLAM导航。另一个优选的方案为柔性驱动臂的数量为偶数，且环绕水密躯体壳的周向均匀布置或关于水密躯体壳的中心平面面对称布置。另一个优选的方案为电致变形元件由离子交换聚合金属材料制成或由压电纤维复合材料制成，柔性臂体由聚二甲基硅氧烷或硅胶制成。再一个优选的方案为至少一根柔性驱动臂内安装有柔性天线。附图说明图1为本专利技术实施例的立体图；图2为本专利技术实施例在略去柔性驱动臂后的左半体的结构示意图；图3为本专利技术实施例在略去柔性驱动臂后的右半体的结构示意图；图4为本专利技术实施例中柔性驱动臂的结构示意图；图5为本专利技术实施例中安装有天线的柔性驱动臂的结构示意图；图6为本专利技术实施例中柔性驱动臂上致动器的工作原理示意图；图7为本专利技术实施例的仰视示意图。具体实施方式以下结合实施例及其附图对本专利技术作进一步说明。实施例参见图1至图3，本仿生柔性臂驱动式潜水器1包括水密躯体壳2、控制单元10、电源单元11、水密地固设在水密躯体壳2的前端部上的水密透明保护罩12、安装水密透明保护罩12内的摄像头13及受控制单元10控制的浮力调节单元与动力单元，电源单元11为整个潜水器的正常工作提供电能，控制单元10与电源单元11均安装在水密躯体壳2的内腔室内。水密躯体壳2为两端封闭的圆筒状壳体结构，由高强度的钛合金材料制成，包括左半壳体21、右半壳体22及压于两个半壳体的拼接端面间的密封条。水密透明保护罩12为半球壳结构，由高强度的有机玻璃材料制成，在水密躯体壳2的前端部的中心位置设有用于安装线路的通孔201，摄像头13为360度摄像头，用于对目标物进行目标识别并提供SLAM导航等。水密躯体壳2与水密透明保护罩12的具体尺寸根据实际工况进行选择，在本实施例中，水密透明保护罩12的外径为60毫米，厚度为5毫米；水密躯体壳2的外径为80毫米，高度为80毫米，厚度为5毫米。动力单元包括安装在水密躯体壳2的尾端部上的六根柔性驱动臂31至36，及为整个潜水器的急速快进提供急速喷射水流的喷射推进单元。如图2及图3所示，喷射推进单元包括安装在右半壳体22的内腔室220内的气密保护硬壳41、双向气泵42与泵驱动电机43，套装在气密保护硬壳41内的储气囊44，水密地固设在水密躯体壳2的尾端部上的喷射推进缸5，将喷射推进缸5的内腔室50分隔成气腔室501与水腔室502的活塞45，及用于启闭水腔室502的端口5021的截止阀46。截止阀46在闭合状态时用于保压。其中，储气囊44为弹性气囊，双向气泵42为双向变量泵，储气囊44的端口通过管路47与双向气泵42的一个端口连通，双向气泵42的另一个端口通过管路48与气腔室501的端口连通；管路48穿过设于水密躯体壳2的尾端部的中心通孔202，且与中心通孔202气密配合地固定连接。活塞45可沿轴向往复移动地安装在喷射推进缸5内，且在活塞本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种仿生柔性臂驱动式潜水器，包括水密躯体壳，安装在所述水密躯体壳的内腔室内的控制单元与电源单元，及受所述控制单元控制的浮力调节单元与动力单元；其特征在于：所述动力单元包括安装在所述水密躯体壳的尾端部上的柔性驱动臂，所述柔性驱动臂的数量为三根以上；所述柔性驱动臂包括柔性臂体及安装在所述柔性臂体内并用于驱动所述柔性臂体弯曲变形的致动器，所述致动器包括电致变形元件。

【技术特征摘要】
1.一种仿生柔性臂驱动式潜水器，包括水密躯体壳，安装在所述水密躯体壳的内腔室内的控制单元与电源单元，及受所述控制单元控制的浮力调节单元与动力单元；其特征在于：所述动力单元包括安装在所述水密躯体壳的尾端部上的柔性驱动臂，所述柔性驱动臂的数量为三根以上；所述柔性驱动臂包括柔性臂体及安装在所述柔性臂体内并用于驱动所述柔性臂体弯曲变形的致动器，所述致动器包括电致变形元件。2.根据权利要求1所述的仿生柔性臂驱动式潜水器，其特征在于：所述动力单元包括喷射推进单元；所述喷射推进单元包括安装在所述内腔室内的气密保护硬壳与双向气泵，套装在所述气密保护硬壳内的储气囊，喷射推进缸，将所述喷射推进缸的内腔室分隔成气腔室与水腔室的活塞，及用于启闭所述水腔室的端口的截止阀；所述水腔室的端口构成所述喷射推进单元的水流喷射口；所述储气囊的端口与所述双向气泵的一个端口通过管路连通，所述双向气泵的另一个端口通过管路与所述气腔室的端口连通；所述浮力调节单元包括所述喷射推进缸、所述活塞、所述双向气泵、所述储气囊及用于连通它们的管路。3.根据权利要求2所述的仿生柔性臂驱动式潜水器，其特征在于：所述双向气泵为双向变量泵；所述活塞与所述气腔室的腔端壁间安装有缓冲弹簧；所述储气囊为弹性气囊；所述喷射推进缸固设在所述水密躯体壳的尾端部上，所述柔性驱动臂固定在所述喷射推进缸的尾端部上。4.根据权利要求2或3所述的仿生柔性臂驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕为康，刘斯悦，杨灿军，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，浙江大学，
类型：发明
国别省市：山东,37