一种柔性体波动鳍水下机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种柔性体波动鳍水下机器人，包括多个串联的柔性躯体模块、多个柔顺张拉机构、多个波动鳍面、旋转驱动模块、电源模块。柔性躯体模块由多个躯体单元串联组成，相邻躯体单元通过柔性板连接，相邻柔性板互相垂直；躯体单元周向安装的鳍面夹持件与波动鳍面相连，相邻躯体单元内的曲轴模块通过万向铰相连，在旋转驱动模块作用下，曲轴模块带动多个波动鳍形成类正弦波形运动；柔顺张拉机构包括四组周向布置的张拉驱动件和张拉绳，张拉绳依次穿过躯体单元上的穿线孔，在张拉驱动件作用下，躯体单元绕柔性板弯曲，多个柔性躯体模块可实现不同方向的弯曲动作。该柔性体波动鳍水下机器人具备高机动性，在狭小水域兼备高通过性和优良的稳定性。性和优良的稳定性。性和优良的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性体波动鳍水下机器人


[0001]本专利技术属于水下机器人
，具体涉及一种柔性体波动鳍水下机器人。

技术介绍

[0002]随着现代科学技术的蓬勃发展，各领域对海洋资源探索开发的需求日益明显，但受水下洋流湍急、地形崎岖、植被丛生等实际复杂问题的束缚，目前多数水下航行器体积庞大、结构复杂、灵活性受限、稳定性难以得到有效提高，因此，研制一种结构简单、体积小巧、在狭小水域仍具备高机动性、高通过性、强稳定性的适应复杂水下环境的机器人具有十分重要的应用价值和实际意义。
[0003]传统水下机器人如ROV等普遍采用螺旋桨类的推进方式，结构复杂、效率低下、机动能力不足，在狭窄水域的通过性能较差，尤其在植被丛生的水域很容易发生螺旋桨缠绕现象，另外，在波浪湍急的水域难以保持自身稳定性。目前基于生物启发原理的水下机器人是一个热点方向，众多仿生对象之中，基于蛇类推进原理和基于波动鳍式推进原理的水下机器人为解决上述问题提供了较好的思路。仿生蛇水下机器人主要通过躯体的弯曲扭转实现机器人水下的运动，在狭窄水域具备极强的通过性，但在湍急的水流中很难做到较好的稳定性；仿生波动鳍水下机器人主要通过柔性鳍面的类正弦波动式推进原理实现机器人水下的运动，该运动方式具备低速稳定性强的显著特点。当前基于波动鳍式推进原理的研究成果普遍采用刚性躯体结构，本质上很难摆脱由刚性躯体带来的机动性不足的缺陷，另外，当前已有采用可弯曲活动躯体的波动鳍式机器人相关技术成果，但是这类成果普遍采用刚性铰接件，机器人的整体柔顺度和整体刚性难以得到保证，难以实现较好的运动控制；同时这类成果仅能实现单一方向的弯曲运动，对于复杂的狭窄水域仍难以实现较好的通过性。
[0004]综上所述，目前水下机器人普遍存在结构复杂、效率低下、机动能力不足、稳定性欠佳、复杂狭窄水域通过性能差等问题，因此设计一种兼具强机动性、优通过性和高稳定性的水下机器人，对于水下资源探索开发等领域具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种柔性体波动鳍水下机器人，水下机动性能强、通过性能好、稳定性能高。
[0006]本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种柔性体波动鳍水下机器人，包括柔性躯体模块，柔性躯体模块的一端连接旋转驱动模块，另一端连接电源模块；柔性躯体模块上设置有柔性蒙皮，沿柔性躯体模块的周向间隔设置有多个波动鳍面，每个波动鳍面沿柔性躯体模块的轴向设置；柔性躯体模块包括若干躯体单元，若干躯体单元依次串联连接构成第一柔性躯体和第二柔性躯体，若干第一柔性躯体和第二柔性躯体依次串联连接构成柔性躯体模块，每个第一柔性躯体和第二柔性躯体上均设置有柔顺张拉机构，通过旋转驱动模块带动波动鳍面形成类正弦波形运动。
[0008]具体的，相邻两个躯体单元之间通过一组柔性板连接，相邻的两组柔性板相互垂
直设置。
[0009]进一步的，当第一柔性躯体和第二柔性躯体上设置的躯体单元数量为奇数时，第一柔性躯体和第二柔性躯体上相邻两个躯体单元之间的柔性板的正交安装方式相差半个周期。
[0010]具体的，躯体单元包括躯体单元外壳，躯体单元外壳上周向间隔设置有旋转摆臂，旋转摆臂能绕固定轴线转动，旋转摆臂的一侧通过对应的鳍面夹持件与波动鳍面连接；另一端与躯体单元外壳内部设置的曲轴模块连接，相邻躯体单元的曲轴模块之间通过万向铰连接，并沿同一旋转方向互呈90
°
布置。
[0011]进一步的，曲轴模块包括曲轴，曲轴贯穿躯体单元外壳轴线上的中心孔设置，能够相对躯体单元外壳发生相对转动，曲轴上设置有能绕曲轴转动的摆杆，摆杆的一端贯穿旋转摆臂与鳍面夹持件的一端连接。
[0012]进一步的，鳍面夹持件与旋转摆臂之间能够发生相对转动，鳍面夹持件的转动轴与旋转摆臂的转轴相互垂直设置，波动鳍面的展开形状为圆弧段，鳍面夹持件沿圆弧段的内弧线与波动鳍面连接。
[0013]具体的，柔顺张拉机构包括四组周向布置的张拉驱动件，四组张拉驱动件分别设置在第一柔性躯体或第二柔性躯体的两端，每组张拉驱动件之间通过对应的张拉绳连接，张拉绳贯穿躯体单元上的穿线孔设置。
[0014]具体的，旋转驱动模块包括驱动件支撑架，驱动件支撑架的一侧设置有旋转驱动件，旋转驱动件通过驱动件支撑架另一侧设置的旋转驱动连接件与对应的躯体单元连接，驱动件支撑架上周向间隔设置有连接架，驱动件支撑架通过连接架与对应的躯体单元连接。
[0015]进一步的，旋转驱动连接件通过万向铰与躯体单元上设置的曲轴模块连接。
[0016]具体的，电源模块包括电源支撑架，电源支撑架的一侧设置有电源，另一侧通过周向间隔设置的连接架与对应的躯体单元连接。
[0017]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0018]本专利技术一种柔性体波动鳍水下机器人，通过依次正交布置的柔性板、躯体单元及相应的柔顺张拉机构实现机器人躯体的弯曲运动，通过曲轴串联整体和柔性波动鳍面实现机器人特有的波动式运动模式，同时，依次串联的柔性躯体模块之间的柔顺张拉机构各自独立，使机器人躯体具备多段弯曲功能。通过对各组张拉驱动件的协调控制实现机器人躯体沿各个方向、多个节段的弯曲运动，在柔性波动鳍面的推进力作用下，可实现浮潜、偏航、俯仰、滚转等多种运动模态。在植被丛生水域，波动式推进方式能够很好地避免植被对驱动结构的缠绕、阻滞作用；在洋流湍急水域，多波动鳍式机器人具备宽而长的鳍面结构，可有效保持机器人整体的稳定性；尤其在狭小水域，机器人具备优良的通过性，通过机器人躯体的多段弯曲控制，机器人可根据实际情况形成相适应的躯体姿态，从而顺利通过狭窄空间。
[0019]进一步的，相邻两个躯体单元之间通过一组柔性板连接，相邻的两组柔性板相互垂直设置，在柔顺张拉机构的作用下，相邻躯体单元之间沿受力方向发生自适应相对转动，使得第一柔性躯体和第二柔性躯体具备沿各个方向弯曲的能力，同时也保证了第一柔性躯体和第二柔性躯体的弯曲程度可控可调。
[0020]进一步的，当第一柔性躯体和第二柔性躯体上设置的躯体单元数量为奇数时，相
邻两组柔性板也为奇数，同时由于相邻两组柔性板互相垂直设置，因此第一柔性躯体和第二柔性躯体上相邻两个躯体单元之间的柔性板的正交安装方式相差半个周期；同理，当第一柔性躯体和第二柔性躯体上设置的躯体单元数量为偶数时，第一柔性躯体与第二柔性躯体相同。
[0021]进一步的，躯体单元外壳上周向间隔设置有旋转摆臂，旋转摆臂可绕固定轴线转动，旋转摆臂上的通孔穿过摆杆，摆杆的一端通过对应的鳍面夹持件与波动鳍面连接；摆杆另一端与躯体单元外壳内部设置的曲轴模块连接。通过摆杆的运动传递作用，旋转摆臂可将曲轴模块的旋转运动转变为摆杆的摆动运动，进而为柔性鳍面的波动运动提供直接驱动力。另外，相邻躯体单元的曲轴模块之间通过万向铰连接，使曲轴模块能够沿任意方向传递旋转驱动力，从而使波动鳍面运动所需驱动力在柔性躯体模块弯曲状态下也能够顺利传递；相邻曲轴模块沿同一旋转方向互呈本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性体波动鳍水下机器人，其特征在于，包括柔性躯体模块(1)，柔性躯体模块(1)的一端连接旋转驱动模块(3)，另一端连接电源模块(5)；柔性躯体模块(1)上设置有柔性蒙皮(6)，沿柔性躯体模块(1)的周向间隔设置有多个波动鳍面(4)，每个波动鳍面(4)沿柔性躯体模块(1)的轴向设置；柔性躯体模块(1)包括若干躯体单元(11)，若干躯体单元(11)依次串联连接构成第一柔性躯体(1a)和第二柔性躯体(1b)，若干第一柔性躯体(1a)和第二柔性躯体(1b)依次串联连接构成柔性躯体模块(1)，每个第一柔性躯体(1a)和第二柔性躯体(1b)上均设置有柔顺张拉机构(2)，通过旋转驱动模块(3)带动波动鳍面(4)形成类正弦波形运动。2.根据权利要求1所述的柔性体波动鳍水下机器人，其特征在于，相邻两个躯体单元(11)之间通过一组柔性板(12)连接，相邻的两组柔性板(12)相互垂直设置。3.根据权利要求2所述的柔性体波动鳍水下机器人，其特征在于，当第一柔性躯体(1a)和第二柔性躯体(1b)上设置的躯体单元(11)数量为奇数时，第一柔性躯体(1a)和第二柔性躯体(1b)上相邻两个躯体单元(11)之间的柔性板(12)的正交安装方式相差半个周期。4.根据权利要求1所述的柔性体波动鳍水下机器人，其特征在于，躯体单元(11)包括躯体单元外壳(1121)，躯体单元外壳(1121)上周向间隔设置有旋转摆臂(1123)，旋转摆臂(1123)能绕固定轴线转动，旋转摆臂(1123)的一侧通过对应的鳍面夹持件(1122)与波动鳍面(4)连接；另一端与躯体单元外壳(1121)内部设置的曲轴模块(113)连接，相邻躯体单元(11)的曲轴模块(113)之间通过万向铰(111)连接，并沿同一旋转方向互呈90
°
布置。5.根据权利要求4所述的柔性体波动鳍水下机器人，其特征在于，曲轴模块(113)包括曲轴(1131)，曲轴(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡桥，李士杰，张堂佳，曾杨彬，童保成，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：