生物启发式水下机器人制造技术

公开了用于实现各种动作的仿生水下机器人。该仿生水下机器人包括头部和一个或多个尾部结构。一个或多个尾部结构中的每一个都包括一个或多个关节结构。一个或多个关节结构中的每一个都包括连接板和模块化组件，该模块化组件包括上伺服马达、下伺服马达和锥齿轮机构，模块化组件被电动化以执行关节结构的各种运动。锥齿轮机构由中间锥齿轮、第一锥齿轮和第二锥齿轮相互啮合构成。上伺服马达从模块化组件的第一侧驱动第一锥齿轮，而下伺服马达从第二侧驱动第二锥齿轮。

【技术实现步骤摘要】
生物启发式水下机器人相关申请的交叉引用本申请要求于2019年3月29日提交的美国临时专利申请第62/825,918号的权益，其全部内容通过引用合并于本文中。专利
本公开总体上涉及仿生水下机器人领域，并且特别地涉及一种在各种水流环境中以更好的稳定性、移动性、敏捷性和负载能力实现各种运动的生物启发式水下机器人。
技术介绍
在水下航行器领域，生物启发式水下机器人是持续的研究趋势和发展。水下设备可用于诸如水下检查、监视、维护、修理和海洋生物观察之类的应用中。然而，常规的水下设备通常笨重且嘈杂。旋转螺旋桨的声响可能会干扰海洋环境，并不利地影响检查和观察活动的有效性。当前，提出了一些仿生水下机器人或无人机。这种水下机器人可以模仿各种海洋生物的自然运动，海洋生物例如为墨鱼、金枪鱼、海豚、蛇、乌龟、鲨鱼、蝠鲼等。但是，鉴于其大小和结构，当水流可变时，现有的生物启发式水下机器人无法在水上或水下保持稳定、平稳的运动。携带监控设备或其他大型设备的能力也受到质疑。此外，水下机器人只能由简单结构的鳍或尾翼来推动。通常只有一种运动模式，并且运动方向被限制在小角度内或被限制为根据特定方式。因此，本领域中需要一种改进的生物启发式水下机器人，以在可变的水流环境中以稳定的运动实现海底全方位运动。此外，结合附图和本公开的背景，根据随后的详细描述和所附权利要求，其他期望的特征和特性将变得显而易见。
技术实现思路
本文提供了仿生水下机器人。本公开的目的是提供一种仿生水下机器人，该仿生水下机器人能够在各种水流环境中以更好的稳定性、移动性、敏捷性和负载能力来实现各种运动。根据本公开的某些实施例，提供了一种水下使用的仿生机器人。该仿生机器人包括头部和一个或多个尾部结构。一个或多个尾部结构中的每一个都包括一个或多个关节结构。一个或多个关节结构中的每一个均包括连接板，以及被电动化以执行关节结构的各种运动的模块化组件。模块化组件包括上伺服马达、下伺服马达和锥齿轮机构。根据本公开的另一方面，锥齿轮机构由中间锥齿轮、第一锥齿轮和第二锥齿轮相互啮合构成。上伺服马达从模块化组件的第一侧驱动第一锥齿轮。下伺服马达从模块化组件的第二侧驱动第二锥齿轮。根据本公开的另一方面，连接板固定地附接到或螺接到中间锥齿轮，以实现关节结构的偏航运动或俯仰运动。根据本公开的另一方面，上伺服马达驱动经由第一中间齿轮联接至第一减速齿轮的上马达齿轮，并且下伺服马达驱动经由第二中间齿轮联接至第二减速齿轮的下马达齿轮。第一减速齿轮和第一锥齿轮被固定，并且第二减速齿轮和第二锥齿轮被固定。优选地，第一减速齿轮的齿数大于第一中间齿轮的齿数，第二减速齿轮的齿数大于第二中间齿轮的齿数。根据本公开的另一方面，每个尾部结构均包括鳍结构，鳍结构固定到密封在尾部结构的纵向远端的端板上。鳍结构是具有尾鳍形状的仿生鱼尾。根据本公开的另一方面，所述关节结构被机械密封在硅胶管和骨架内，从而所述模块组件被密封在所述关节结构内部。用夹具和硅胶将硅胶管紧紧地固定在骨架上以防止渗水。根据本公开的另一方面，头部包括一个或多个尾部驱动组件，用于控制一个或多个尾部结构的运动。尾部驱动组件包括头部伺服马达、马达小齿轮、正齿轮、马达轴和旋转轴，其中马达轴固定至马达小齿轮，以驱动正齿轮和旋转轴。优选地，马达小齿轮的齿数比正齿轮少，以减小旋转轴的转速。优选地，旋转轴连接到尾部结构，用于以免受外部水环境的影响的良好的密封效果来驱动尾部结构。根据本公开的另一方面，头部包括三个密封的连接器，用于连接到水下声收发器或其他附件设备，其中，水下声收发器被配置为基于水下声网络(UAN)进行通信。根据本公开的另一方面，所述头部包括多个红外传感器。根据本公开的另一方面，所述头部包括一个或多个压力传感器。根据本公开的另一方面，模块化组件是电缆驱动的或液压驱动的。提供本
技术实现思路
以简化形式介绍一些概念，这些概念将在下面的详细描述中进一步描述。本概述既不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。如下文的实施例所示，公开了本专利技术的其他方面和优点。附图说明附图包含各个图，以进一步示出和阐明本公开的以上和其他方面、优点和特征。将意识到，这些附图仅描绘了本公开的某些实施例，而无意于限制其范围。还应当理解，这些附图是为了简化和清楚而示出的，并且不一定按比例绘制。现在将通过使用附图以附加的特征和细节来描述和解释本公开，其中：图1示出了根据本公开的某些实施例的仿生机器人的透视图；图2示出了图1的仿生机器人的正视图；图3示出了图1的仿生机器人的侧视图；图4示出了图1的仿生机器人的俯视图；图5示出了图1的仿生机器人的仰视图；图6示出了根据本公开的某些实施例的仿生机器人的简化示意图；图7示出了图1的仿生机器人的头部的内部视图；图8示出了根据本公开的某些实施例的头部旋转组件的透视图；图9示出了根据本公开的某些实施例的连接头部和尾部结构的头部旋转组件的剖视图；图10A示出了根据本公开的某些实施例的第一配置中的尾部结构的透视图；图10B示出了根据本公开的某些实施例的第二配置中的尾部结构的透视图；图11示出了根据本公开的某些实施例的模块化组件的左前侧视图；图12示出了根据本公开的某些实施例的尾部结构中的模块化组件的俯视图；图13示出了图11的模块化组件的透视图；图14示出了图11的模块化组件的分解图；图15A示出了图11的模块化组件的齿轮示意图；图15B示出了在偏航运动期间图11的模块化组件的齿轮示意图；图15C示出了在俯仰运动期间图11的模块化组件的齿轮示意图；图16A示出了第一配置中的仿生机器人的简化概念图；图16B示出了第二配置中的仿生机器人的简化概念图；图16C示出了第三配置中的仿生机器人的简化概念图；图17A示出了向前运动中的图16A的仿生机器人的简化概念图；图17B是图17A的运动中的仿生机器人的照片；图18A示出了2尾向前运动中的图16A的仿生机器人的简化概念图；图18B是图18A的运动中的仿生机器人的照片；图19A示出了处于原位旋转中的图16A的仿生机器人的简化概念图；图19B是图19A的运动中的仿生机器人的照片；图20A示出了处于向上浮动运动中的图16A的仿生机器人的简化概念图；图20B是图20A的运动中的仿生机器人的照片；图21A示出了处于向下潜水运动中的图16A的仿生机器人的简化概念图；图21B是图21A的运动中的仿生机器人的照片；图22是根据本公开的某些实施例的具有一个尾部结构的仿生机器人的简化概念图；图23是根据本公开的某些实施例的具有一个尾部结构和一个小头部的仿生机器人的简化概念图；图24是根据本公开的某些实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水下使用的仿生机器人，包括：/n头部；以及/n一个或多个尾部结构，/n其中：/n所述一个或多个尾部结构中的每一个均包括一个或多个关节结构；/n所述一个或多个关节结构中的每一个均包括连接板，以及被电动化以执行所述关节结构的各种运动的模块化组件；并且/n所述模块化组件包括上伺服马达、下伺服马达和锥齿轮机构。/n

【技术特征摘要】
20190329 US 62/825,918;20200318 US 16/822,3811.一种水下使用的仿生机器人，包括：
头部；以及
一个或多个尾部结构，
其中：
所述一个或多个尾部结构中的每一个均包括一个或多个关节结构；
所述一个或多个关节结构中的每一个均包括连接板，以及被电动化以执行所述关节结构的各种运动的模块化组件；并且
所述模块化组件包括上伺服马达、下伺服马达和锥齿轮机构。


2.根据权利要求1所述的仿生机器人，其中，所述锥齿轮机构由中间锥齿轮、第一锥齿轮和第二锥齿轮相互啮合构成，其中：
所述上伺服马达从所述模块化组件的第一侧驱动所述第一锥齿轮；并且
所述下伺服马达从所述模块化组件的第二侧驱动所述第二锥齿轮。


3.根据权利要求2所述的仿生机器人，其中，所述连接板被固定地附接到或螺接到所述中间锥齿轮，以实现所述关节结构的偏航运动或俯仰运动。


4.根据权利要求2所述的仿生机器人，其中：
所述上伺服马达驱动经由第一中间齿轮联接至第一减速齿轮的上马达齿轮；
所述下伺服马达驱动经由第二中间齿轮联接至第二减速齿轮的下马达齿轮；
所述第一减速齿轮和第一锥齿轮是固定的；并且
所述第二减速齿轮和第二锥齿轮是固定的。


5.根据权利要求4所述的仿生机器人，其中：
所述第一减速齿轮的齿数大于所述第一中间齿轮的齿数；并且
所述第二减速齿轮的齿数大于所述第二中间齿轮的齿数。


6.根据权利要求1所述的仿生机器人，其中，每个尾部结构包括鳍结构，所述鳍结构固定到端板，所述端板密封在所述尾部结构的纵向远端处。


7.根据权利要求6所述的仿生机器人，其中，所述鳍结构是具有尾鳍形状的仿生鱼尾。


8.根据权利要求1所述的仿生机器人，其中，所述关节结构被机械地密封在硅胶管和骨架内，从而所述模块化组件被密封在所述关节结构内部。


9.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：景兴建，
申请(专利权)人：香港理工大学，
类型：发明
国别省市：中国香港;81