一种叶足动物仿生水下机器人制造技术

一种叶足动物仿生水下机器人，它包括基体、动力模块、平衡模块、云台、外壳、防水薄膜、电池、控制与通信系统。动力模块、平衡模块、云台、外壳、防水薄膜、电池、控制与通信系统均固定在基体上；基体由基体主体和基体尾部构成，基体主体设置有两个对称的支撑结构，基体尾部带有支撑固定结构；动力模块包括在基体主体两侧对称分布安装的7对动力单元；平衡模块包括在基体尾部后部对称安装的3对平衡单元；云台由两个舵机、云台连接件一、云台连接件二、云台连接件三和摄像头组成。本发明专利技术运用叶足动物特点，通过有规律的拍动两侧的叶状附肢，利用波动使自己在水中平稳运动或实现特定的动作，且效果稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种叶足动物仿生水下机器人
本专利技术属于机器人
，尤其涉及一种一种仿生叶足动物（Lobopodia，早寒武纪–下石炭纪）运动形式和策略的水下机器人。
技术介绍
通常意义上，水下机器人是指在水下完成各种工作的特种机器人，例如，可用于海洋数据监测、海洋生物观察、海底管线铺设与施工、水下救援、水下设备维护与维修、潜水娱乐、海洋资源与水产养殖等民用邻域，也可以用于侦察、水下布雷与扫雷等军用领域。按照目前市场需求，水下机器人可大致分为观察探测型和作业型两种。经过十几年的发展，当今水下机器人的研究已经取得了长足的进步，正在逐步形成产业，应用范围已日趋广泛。由于水下机器人是一种技术密集性高且系统性强的交叉学科型工程，它涉及到的专业学科多达几十种，技术门槛相对较高。目前市场上的传统水下机器人大多是通过螺旋桨和舵的经典组合来实现水下运动的，因为动力学的分布需求，其动力装置常常会占用机器人很大的空间，致使机器人的外观呈现规则的立方体或者圆柱体，而这种形状的水下机器人在水中的灵活性往往较低，显得十分笨拙。相对于传统水下机器人的发展，近年来人们对仿生水下机器人的关注度也在增加。水下仿生机器人就是模仿水生生物的形态、动作和策略等的机器人，其中模仿鱼类游动的仿鱼机器人种类最多，有仿生金枪鱼机器人、仿生鳐鱼机器人和仿生鳗鱼机器人等；有模仿龙虾爬行的龙虾机器人，这种机器人使用足来运动，其动作灵活，能量利用率高；也有模仿水下软体动物的仿生乌贼机器人和仿生海星机器人等等，但是按照动物的运动策略和生活习性不同，相应的仿生机器人各有不同的优点和优势。目前的仿生水下机器人普遍缺少冗余性设计，在一些情况下，若机器人的某个动力源失效，则整个水下机器人都会面临失控的问题。此外，现有的水下机器人控制单元还存在一定缺陷，机器人行动在一些情况下无法满足更灵活、可靠性更高和更特殊的运动要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有动物仿生水下机器人存在的问题，提供一种更加灵活的、更加实用的、依靠冗余设计更加可靠的水下仿生机器人。本专利技术的构思是：本专利技术设计参照的水生动物来源于寒武纪时代的著名优势物种—叶足动物门类群。叶足动物具有体节、身侧长有叶状附肢，外观上与节肢动物和有爪动物接近。叶足动物门下分有恐虾（Dinocarida）和异虫（Xenusia）两纲，其中恐虾纲叶足动物依靠其特殊的身体构造，具备了高速度和高灵活性运动的优点，成为寒武纪海洋中食物链顶端的掠食者。如果能将古生物优势物种的身体形状构造和水下机器人技术起来，便能创造出一种新型的、更加灵活的、更加实用的、依靠冗余设计更加可靠的水下仿生机器人。本专利技术的的技术方案是这样的：一种叶足动物仿生水下机器人，它包括基体、动力模块、平衡模块、云台、外壳、防水薄膜、电池、控制与通信系统。动力模块、平衡模块、云台、外壳、防水薄膜、电池、控制与通信系统均固定在基体上；基体由基体主体和基体尾部构成，基体主体设置有两个对称的支撑结构，基体尾部带有支撑固定结构，且基体主体的支撑结构上均留有安装孔，可以安装除机器人本身自有设备外的其他设备，如机械手等；动力模块包括在基体主体两侧对称分布安装的7对14个动力单元，每一个动力单元包含三个舵机、动力单元连接件一、动力单元连接件二、动力单元连接件三和对应的动力桨叶；平衡模块包括在基体尾部后部对称安装的3对6个平衡单元，每一个平衡单元，包含1个舵机、平衡单元连接件和对应的平衡尾叶；云台由两个舵机、云台连接件一、云台连接件二、云台连接件三和摄像头组成。所述的外壳由主外壳和前部透明外壳构成。所述的防水薄膜组件包括动力模块防水薄膜组件和平衡模块防水薄膜组件两部分。所述的控制与通信系统由通信单元、总控制单元、云台控制单元、运动控制单元、平衡控制单元、传感器单元和控制电路构成。本专利技术装置使用流程如下：通信单元接收并解调外部计算机发送的指令信号后，将生成的指令信息发送给总控制单元进行处理。总控制单元将指令信息分包为不同的控制信息分别发送给云台控制单元、运动控制单元和平衡控制单元。云台控制单元依据收到的控制信息，利用控制信号控制云台。运动控制单元依据收到的控制信息，利用控制信号控制动力单元，使动力桨叶运动。平衡控制单元依据收到的控制信息，通过控制信号控制平衡单元，使平衡尾叶运动。云台与环境交互获得图像信息，将其传送给通信单元。动力桨叶与环境交互，使机器人运动。平衡尾叶与环境交互，使机器人保持平衡。传感器单元与环境交互，获得位置、姿态和安全信息等反馈信号，将其传送给总控制单元。总控制单元获得反馈信号，可以更新控制信息，也可以将反馈信号打包为反馈信息传送给通信单元。通信单元将反馈信息和图像信息调制为反馈信号，发送给外部计算机进行处理。本专利技术的动力单元的工作原理是：（1）由运动控制单元在每一时刻产生不同的控制信号分别控制各个动力单元；（2）各个动力单元按照自己接收到的信号完成相应的独立动作；（3）多个动力单元在完成各自动作的同时恰好完成共同协作，使机器人完成特定运动进而完成特定的工作任务。本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术运用叶足动物门恐虾纲的生物种类特点，通过有规律的拍动自身两侧的叶状附肢，利用波动使自己在水中平稳运动，这些桨叶般的附肢在其身体中央达到最宽，而向前与向后方逐渐变窄，其特点是：（1）通过不同的时序组合拍动多个或多对不同的桨叶，可以得到特征完全不同的运动效果；（2）通过特定的规划来控制桨叶的拍动，可以实现特定的动作，且效果稳定。2、本专利技术平衡模块的设计参照了叶足动物门恐虾纲生物的特征，可以大大增加机器人在水中运动的平衡性与稳定性，通过调整平衡桨叶，机器人也可以完成例如翻转这样的高难度动作。3、本专利技术参照了叶足动物门水生生物的形态特征，具有运动灵活性高、冗余可靠性高、噪音小和能量效率高的优点。4、本专利技术根据用途的不同，可在机器人上加装各种不同的设备或模块，如机械手、声呐、光学扫描仪器等，使机器人具备更多的功能和使用范围。5、本专利技术可以使用电池作为电源，并且使用无线通信模块与人工交互，可以使机器人脱离缆线的限制，运动范围得到很大提升。6、本专利技术防水薄膜采用特殊柔性材料制作而成，可以在防水的同时保证动力单元的运动流畅无阻。7、本专利技术的结构采用了十分接近实际生物特征的仿生学设计，配合高级机器人算法和人工智能，可以为相关生物学研究提供参考。附图说明图1是本专利技术的整体结构示意图。图2是本专利技术拆去外壳和防水薄膜后的机器人立体效果图。图3是本专利技术机器人基体主体与基体尾部和前端透明外壳的连接示意图。图4是本专利技术云台、控制与通信系统、动力单元安装结构关系的示意图。图5是本专利技术基体主体、基体尾部与外壳、7对动力单元安装位置关系示意图。图6是本专利技术主体侧视状况下动力单元示意图。图7是本专利技术一号动力单元的结构示意图。图8是本专利技术一号动力单元俯仰运动时的示意图。图9是本专利技术一号动力单元进行横摆运动时的示意图。图10是本专利技术一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种叶足动物仿生水下机器人，其特征在于，它包括基体（1）、动力模块（2）、平衡模块（3）、云台（4）、外壳（5）、防水薄膜（6）、电池（7）、控制与通信系统（8）；动力模块、平衡模块、云台、外壳、防水薄膜、电池、控制与通信系统均固定在基体（1）上；基体（1）由基体主体（11）和基体尾部（12）构成，基体主体（11）设置有两个对称的支撑结构（111），基体尾部带有支撑固定结构（121）；动力模块（2）包括在基体主体两侧对称分布安装的7对14个动力单元（201、202、203、204、205、206、207、208、209、210、211、212、213、214），每一个动力单元包含三个舵机（9）、动力单元连接件一（2011）、动力单元连接件二（2012）、动力单元连接件三（2013）和对应的动力桨叶（2014）；平衡模块（3）包括在基体尾部后部对称安装的3对6个平衡单元（31、32、33、34、35、36），每一个平衡单元，包含1个舵机9、3对平衡单元连接件（311、321、331、341、351、361）对应3对平衡尾叶（312、322、332、342、352、362）；云台（4）由两个舵机9、云台连接件一（41）、云台连接件二（42）、云台连接件三（43）和摄像头（10）组成；所述的外壳（5）由主外壳（51）和前部透明外壳（52）构成；所述的防水薄膜（6）包括动力模块防水薄膜组件（61）和平衡模块防水薄膜组件（62）两部分；所述的控制与通信系统（8）由通信单元（81）、总控制单元（82）、云台控制单元（83）、运动控制单元（84）、平衡控制单元（85）、传感器单元（86）和控制电路（87）构成。/n...

【技术特征摘要】
1.一种叶足动物仿生水下机器人，其特征在于，它包括基体（1）、动力模块（2）、平衡模块（3）、云台（4）、外壳（5）、防水薄膜（6）、电池（7）、控制与通信系统（8）；动力模块、平衡模块、云台、外壳、防水薄膜、电池、控制与通信系统均固定在基体（1）上；基体（1）由基体主体（11）和基体尾部（12）构成，基体主体（11）设置有两个对称的支撑结构（111），基体尾部带有支撑固定结构（121）；动力模块（2）包括在基体主体两侧对称分布安装的7对14个动力单元（201、202、203、204、205、206、207、208、209、210、211、212、213、214），每一个动力单元包含三个舵机（9）、动力单元连接件一（2011）、动力单元连接件二（2012）、动力单元连接件三（2013）和对应的动力桨叶（2014）；平衡模块（3）包括在基体尾部后部对称安装的3对6个平衡单元（31、32、33、34、35、36），每一个平衡单元，包含1个舵机9、3对平衡单元连接件（311、321、331、341、351、361）对应3对平衡尾叶（312、322、332、342、352、362）；云台（4）由两个舵机9、云台连接件一（41）、云台连接件二（42）、云台连接件三（43）和摄像头（10）组成；所述的外壳（5）由主外壳（51）和前部透明外壳（52）构成；所述的防水薄膜（6）包括动力模块防水薄膜组件（61）和平衡模块防水薄膜组件（62）两部分；所述的控制与通信系统（8）由通信单元（81）、总控制单元（82）、云台控制单元（83）、运动控制单元（84）、平衡控制单元（85）、传感器单元（86）和控制电路（87）构成。


2.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴逸帆，
申请(专利权)人：吴逸帆，
类型：发明
国别省市：宁夏;64