【技术实现步骤摘要】
一种水下仿龟机器人及其控制方法
[0001]本专利技术涉及仿生机器人设计及控制领域，具体涉及一种水下探测仿生龟机器人及其 控制方法。
技术介绍
[0002]水下机器人是一种可以在水下移动，具有感知系统，通过遥控或自主操作方式，使 用机械手或其他工具代替或者辅助人去完成水下作业任务的机电一体化智能装置。水下 机器人是人类认识海洋，开发海洋不可缺少的工具之一，也是建设海洋强国，实现可持 续发展的必要高技术手段。
[0003]与传统的水下机器人相比，水下仿生机器人具有低阻力、高效率、高机动性和高环 境适应性等优点。在空间狭小、复杂的环境下可以完成各种任务，可用于军事、探测等 领域。
[0004]现有的水下仿生龟机器人存在以下不足：
[0005]1、龟体外壳厚度均为同一厚度，导致安全裕度出现过剩，同时浪费了不必要的原 材料，成本高。
[0006]2、在仿生龟机器人壳体外缺乏有效的防护装置，无法有效保护龟体及相关重要部 件。若龟体与外界物体发生碰撞，会产生几何缺陷，降低龟体的耐压性能；
[000...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种水下仿生龟机器人，包括仿生龟上壳、仿生龟下壳、龟四肢、密封结构以及设置在龟壳体内部的用于驱动所述龟四肢动作的驱动装置；仿生龟上壳与仿生龟下壳之间用硅橡胶相隔用于静密封且用螺钉连接；所述龟四肢分为前肢与后肢，后肢传动轴伸出龟壳体的轴段处和仿生龟下壳之间、以及前肢锥齿轮轴伸出龟壳体的轴段处与仿生龟下壳之间分别设有防水用的硅橡胶弹性膜；在水下仿龟机器人顶部安装压力传感器，通过压力的大小来判断它的实时深度；在水下仿龟机器人内部安装温湿度传感器来检测龟体内部密封性，若发生进水，会立即报警；在龟壳体上设置陀螺仪调整龟体姿态；在水下仿龟机器人头部安装摄像头进行观察，其特征在于，所述仿生龟上壳进行等强度变厚设计，由椭球形壳部分与球形壳部分共同组成，所述椭球形壳部分的壳体厚度通过以下公式获得：式中，p为壳体所承受的外压，σ
s
为材料的屈服应力，a为椭球长轴半径，ρ为椭圆率，t为壳体厚度,x,y为直角坐标系；所述球形壳部分的壳体厚度通过以下公式获得：式中，R为球壳体半径。2.根据权利要求1所述的水下仿生龟机器人，其特征在于，还包括防护栏机构，与所述龟壳体之间可拆卸连接，所述防护栏机构包括两组，对称布置在所述龟壳体左、右两侧，每组防护栏机构均包括：防护栏，呈四分之一圆环结构，防护栏内侧一端通过缓冲机构与所述龟壳体连接，防护栏内侧另一端通过调节机构与所述龟壳体连接；所述缓冲机构包括柱形减震腔、连杆以及弹簧，其中，柱形减震腔中设置所述弹簧，柱形减震腔的一端设有杆孔；所述防护栏的内侧设有滑槽，连杆一端设有与所述滑槽配合的第一滑槽触头，连杆另一端通过所述杆孔伸入所述柱形减震腔；所述连杆的中部设有轴肩，所述轴肩将所述连杆位于减震体内腔中的部分分为第一连杆段和第二连杆段，所述第一连杆段和第二连杆段上分别套接有一个所述弹簧；柱形减震腔底部外侧通过铰接件与所述龟壳体转动连接；所述调节机构包括调整箱，所述调整箱设置在龟壳体上，第一调整箱中平行设置第一螺纹杆和第一传动轴，所述第一螺纹杆和第一传动轴之间通过齿轮传动组传动连接；所述第一传动轴外端伸出调整箱体连接有调节手柄，在调节手柄的调整下，所述第一螺纹杆能够在水平方向来回移动以调节防护栏的保护范围；所述第一螺纹杆的外端通过第二滑槽触头与所述防护栏之间滑动连接，第一螺纹杆的内端部设有限制块。3.根据权利要求2所述的水下仿生龟机器人，其特征在于，所述防护栏的横截面呈椭圆形，类流线体型。
4.根据权利要求1所述的水下仿生龟机器人，其特征在于，所述前肢以舵机驱动结合软体驱动的方式实现双自由度运动：一为舵机驱动：由前肢舵机提供动力经前肢锥齿轮组带动前肢转动；二为聚吡咯条驱动：前肢的两面上对称贴覆有多个聚吡咯条，多个聚吡咯条与夹片下电极片相连，后接导线并通过前肢锥齿轮轴中心孔接到软体驱动控制模块，由软体控制模块控制聚吡咯条，带动前肢上、下摆动；所述后肢的驱动装置包括后肢舵机，舵机盘，轴承座，连轴，小弹性带以及后肢传动轴，其中，所述后肢舵机、舵机盘、舵机套筒之间通过螺钉连接，螺钉连接连轴与舵机套筒；所述小弹性带将动力传给后肢传动轴，驱动后肢做出旋转运动。5.根据权利要求1所述的水下仿生龟机器人，其特征在于，所述仿生龟下壳两侧设有平衡翼，用于辅助维持平衡。6.根据权利要求1所述的水下仿生龟机器人，其特征在于，还包括安全收回舱，通过牵引线与龟壳体相连，包括：一舱体，所述舱体内设有隔板，所述隔板将舱体分为上舱体与下舱体，上舱体上设有可打开或关闭的舱盖，上舱体内设有压缩气囊，压缩气囊底部通过引线与固定在上舱体内腔中的钩耳连接；所述下舱体为密封舱，下舱体内设有舱盖打开机构，舱盖打开机构包括：平行设置的第二传动轴和第二螺纹杆，第二传动轴和第二螺纹杆之间通过齿轮传动机构连接；伺服电机，与第二传动轴驱动连接，舱盖打开机构中的第二螺纹杆的部分穿过所述隔板伸入所述上舱体中，在伺服电机的驱动下，第二螺纹杆能够在所述舱体内沿上、下方向移动以打开所述舱体的舱盖；所述下舱体内还设有横板和压底板，所述横板和压底板之间通过螺栓连接，且压底板与横板上都开有卡槽，用于固定第二传动轴和齿轮传动组；所述舱体内还设有信号接收装置，用于接收外部的信号；控制器，其输入端与所述信号接收装置连接，其输出端与所述伺服电机连接；电源，为所述伺服电机、信号接收装置以及控制器供电；舱体内共有三处密封，第一处为上舱体和下舱体之间，为静密封，用硅胶垫片密封；第二处为隔板与上舱体中的上舱体支柱之间，为静密封，用硅胶垫片密封；第三处为第二螺纹杆与上舱体中的上舱体支柱之间，为动密封，通过透明弹性膜密封，一端将第二螺纹杆露出上舱体支柱部分完全包裹，另一端粘在上舱体支柱上。7.根据权利要求1所述的水下仿生龟机器人，其特征在于，龟四肢从仿生的角度出发，前肢外形为两渐开线并于肢尖相交，当采用直角坐标来表示时，它们的方程式为：i＝1,2；u1∈C1,u2∈C2式中，u
i
＝θ
i
+α
i
，θ
i
为展角，α
i
为压力角，r
i
为基圆半径，C1为角度u1的取值范围，范围是240
°
～270
°
、C2为...
【专利技术属性】
技术研发人员：李凯，张建，王欣，顾少警，孟凡龙，张传金，苏世杰，殷宝吉，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：
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