水下软体机器人及工作方法技术

本发明专利技术公开了一种水下软体机器人及工作方法，包括固定件、摆动装置和相变驱动装置，所述摆动装置围绕固定件表面以等间隔的方式与固定件固接，相变驱动装置固定在固定件上，相变驱动装置包括腔体，腔体下部为液体容置腔，所述液体容置腔底部设置有温控装置，腔体上部为气体容置腔，气体容置腔体为柔性腔体。工作时，温控装置使液体容置腔的液体发生相变，相变使得柔性腔体的体积发生变化驱使机器人上浮、下沉或悬停，摆动装置摆动驱使机器人行进。本发明专利技术的驱动方式采用的是液气相变驱动，仅需对低沸点驱动液体进行温度调控，即可实现机器人的上浮下潜运动与定深悬停，避免了能量损耗，降低了噪声污染，结构简单易于控制。结构简单易于控制。结构简单易于控制。

【技术实现步骤摘要】
水下软体机器人及工作方法


[0001]本专利技术涉及水下机器人及工作方法，具体涉及一种水下软体机器人及工作方法。

技术介绍

[0002]目前水下抓取机器人多数采用电机驱动以及刚性材料夹爪，此类水下抓取机器人， 受电磁干扰影响小，有足够大的动力与抓取力，但是传统水下机器人存在多个电机等机 械装置，多级传动中能量损失较大，噪声大，结构复杂且笨重，容易影响甚至破坏水下 环境。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种水下软体机器人，解决现有机器人驱动装置多 级传动能量损失大，噪声大，结构复杂的问题。
[0004]技术方案：本专利技术所述的水下软体机器人，包括固定件、摆动装置和相变驱动装置， 所述摆动装置围绕固定件表面以等间隔的方式与固定件固接，所述相变驱动装置固定在 所述固定件上，所述相变驱动装置包括腔体，所述腔体下部为液体容置腔，所述液体容 置腔底部设置有温控装置，所述腔体上部为气体容置腔，所述气体容置腔体为柔性腔体， 温控装置使液体容置腔的液体发生相变，相变使得柔性腔体的体积发生变化驱使机器人 上浮、下沉或悬停，所述摆动装置摆动驱使机器人行进。
[0005]还包括软体抓手，其围绕固定件下表面以等间隔的方式与固定件可拆卸连接，所述 软体抓手包括软体抓手主体，所述软体抓手主体由柔性材料制成，所述软体抓手主体内 部设置有沿长度方向伸展的记忆合金丝，所述记忆合金丝与外接电源连通，记忆合金丝 收缩伸展驱使软体抓手动作。
[0006]所述固定件中心安装有摄像装置，所述固定件上表面围绕中心设置有固定相变驱动 装置的固定槽，所述固定件围绕固定槽设置有软体抓手安装槽，所述软体抓手的一端安 装在软著抓手安装槽内通过固定基座固定。
[0007]还包括膨胀层，所述膨胀层包裹在液体容置腔外，所述膨胀层为由柔性材料制成的 中空环状结构，膨胀层内沿中空腔体设置向外伸展的记忆合金丝。
[0008]所述摆动装置包括固定在固定件表面的支撑底座，所述支撑底座远离固定件一端通 过转动副连接有仿生鳍，仿生鳍两侧分别设置有记忆合金弹簧，所述记忆合金弹簧一端 固定在仿生鳍，另一端固定在支撑底座上，在固定件上设置有驱使两个记忆合金弹簧交 替伸展收缩的驱动件。
[0009]所述驱动件为水下电池封装模块(33)，所述水下电池封装模块与记忆合金弹簧(34、 35)连接并为其供电。
[0010]所述固定件上还安装有测距仪。
[0011]所述的水下软体机器人的工作方法，包括以下步骤：
[0012]获取目标物体的距离信息；
[0013]根据距离信息驱动摆动装置摆动带动机器人向目标物体行进，当距离信息在预设阈 值内时控制抓取；
[0014]控制相变驱动装置发生气液相变，驱动机器人上浮、下沉或悬停。
[0015]其中，通过测距仪获取目标物体的距离信息。
[0016]控制温控装置加热，使得液体容置腔内液体发生液气相变，产生的气体使得气体容 置腔体体积增大，导致浮力增大，驱使机器人上浮；控制温控装置停止加热，使得气体 容置腔内气体发生气液相变，气体容置腔体体积减小，导致浮力减小，驱使机器人下沉； 气液相变处于动态平衡时，机器人悬停。
[0017]有益效果：本专利技术的驱动方式采用的是液气相变驱动，仅需对低沸点驱动液体进行 温度调控，即可实现机器人的上浮下潜运动与定深悬停，避免了能量损耗，降低了噪声 污染，结构简单易于控制；通过对软体抓手中的记忆合金丝通电从而控制夹爪组件的弯 曲形变,实现抓取，控制水通电电流即可控制夹爪组件的抓取力度；另外，软体抓手的上 层和下层均采用硅橡胶材料，其柔软结构对水下环境有较好的适应性，不会对采集目标 造成损害，保证软体抓手能够安全稳定地抓取目标物体。
附图说明
[0018]图1为本专利技术的结构示意图；
[0019]图2为相变驱动装置的示意图，其中(a)为温控装置未加热时的状态，(b)为温控 装置已完全加热时的状态；
[0020]图3为膨胀层的结构示意图，其中，(a)为立体图，(b)为截面图；
[0021]图4为摆动装置结构示意图；
[0022]图5为固定件的示意图，(a)为上表面结合示意图，(b)为下表面结构示意图。
[0023]图6为固定基座结构示意图；
[0024]图7为软体抓手的示意图。
具体实施方式
[0025]下面结合附图对本专利技术进行进一步说明。
[0026]如图1所示，本专利技术的水下抓取软体机器人，包括相变驱动装置1、膨胀层2、摆动 装置3、固定件4、软体抓手5。膨胀层2包络在相变驱动装置1中温控装置13的外部， 固定件4通过强力胶粘连在相变驱动装置1的底部，摆动装置3中的支撑底座32连接 在固定件4上，使得支撑底座32与固定件一体化。在固定件4中设有软体抓手安装槽 42，软体抓手5的头部55由软体抓手安装槽42和固定基座45通过螺栓夹紧固定。
[0027]如图2所示，相变驱动装置1包括腔体11，腔体下部为液体容置腔，液体容置腔底 部设置有温控装置13，腔体上部为气体容置腔，气体容置腔为由柔性硅橡胶材料制成的 柔性腔体14，液体容置腔倒入低沸点驱动液体12。
[0028]相变驱动装置工作方式如下：
[0029]上浮：相变驱动装置11内部的温控装置13进行加热，使得在温控装置13上方的 低沸点驱动液体12由液态转变成气态，即液气相变，产生的气体使得柔性腔体14的体 积不断增大，导致浮力不断增大，这也导致液气相变驱动及记忆合金装置驱动的水下软 体机器人
上浮。
[0030]下沉：因为海水的温度明显低于温控装置13加热后的温度，所以当不再进行加热时， 驱动温度下降，使得部分的低沸点驱动气体液化，柔性腔体14体积减小，导致浮力不 断减小，这也导致液气相变驱动及记忆合金装置驱动的水下软体机器人下沉。
[0031]悬停：当温控装置13加热后的温度超过低沸点驱动液体12沸点时，低沸点驱动液 体12吸热并使得其部分汽化，在温度一定时，液相与气相保持平衡，液气相变处于动 态平衡。
[0032]如图3所示，膨胀层2包括膨胀层主体21，膨胀层主体21为由柔性硅橡胶材料制 成的中空环状结构，在其内部沿沿中空腔体阵列着若干记忆金属合金丝22。
[0033]因为膨胀层2包络在温控装置13的外部，所以其工作方式和温控装置13的加热温 度相关。当温控装置13处于加热或者恒温状态时，膨胀层中的若干记忆金属合金丝22 会向外扩展，将膨胀层撑开，导致排开水的体积增大，辅助水下机器人获得更大的浮力。 当温控装置13处于不运作状态时，膨胀层中的若干记忆金属合金丝22会向收缩，导致 排开水的体积减下，辅助水下机器人获得更快的下沉。
[0034]如图4所示，摆动装置包括固定在固定件表面的支撑底座32，支撑底座远离固定件 一端通过转动副连接有仿生鳍31，仿生鳍31为采用硅胶制成，仿生鳍两侧分别设置有 两根记忆合金弹簧34、35，在支撑底座本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下软体机器人，其特征在于，包括固定件(4)、摆动装置(3)和相变驱动装置(1)，所述摆动装置(3)围绕固定件(4)表面以等间隔的方式与固定件(4)固接，所述相变驱动装置(1)固定在所述固定件(4)上，所述相变驱动装置(1)包括腔体，所述腔体下部为液体容置腔，所述液体容置腔底部设置有温控装置(13)，所述腔体上部为气体容置腔，所述气体容置腔体为柔性腔体(14)，温控装置使液体容置腔的液体发生相变，相变使得柔性腔体的体积发生变化驱使机器人上浮、下沉或悬停，所述摆动装置(3)摆动驱使机器人行进。2.根据权利要求1所述的水下软体机器人，其特征在于，还包括软体抓手(5)，其围绕固定件(4)下表面以等间隔的方式与固定件(4)可拆卸连接，所述软体抓手(5)包括软体抓手(5)主体，所述软体抓手(5)主体由柔性材料制成，所述软体抓手(5)主体内部设置有沿长度方向伸展的记忆合金丝，所述记忆合金丝与外接电源连通，记忆合金丝收缩伸展驱使软体抓手动作。3.根据权利要求2所述的水下软体机器人，其特征在于，所述固定件(4)中心安装有摄像装置，所述固定件上表面围绕中心设置有固定相变驱动装置的固定槽(43)，所述固定件(4)围绕固定槽(43)设置有软体抓手安装槽(42)，所述软体抓手的一端安装在软体抓手安装槽(42)内通过固定基座固定。4.根据权利要求1所述的水下软体机器人，其特征在于，还包括膨胀层(2)，所述膨胀层(2)包裹在液体容置腔外，所述膨胀层(2)为由柔性材料制成的中空环状结构，膨胀层内沿中空腔体设置向外伸展的记忆合金丝。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：方记文，高仁祥，乔金羽，李冲，王佳，吕明明，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：