本发明专利技术公开仿生青蛙的水下机器人，机架内部设有控制单元和电池组，机架上侧装有太阳能电池板、高清摄像头和红外摄像头，声呐安装于机架前端下侧，齿条安装于机架内部并可前后移动，左前肢和右前肢分别安装于机架前端两侧并可上下摆动和定位，齿轮安装于机架内部并与齿条啮合，齿轮左端装有涡卷弹簧，蓄能电机安装于机架内部并可与齿轮啮合，齿条通过两个连杆分别与左后肢和右后肢连接，左后肢和右后肢均由两个四连杆结构连接构成；蓄能电机驱动齿轮转动时使涡卷弹簧蓄能，并使齿条向前移动，使两个脚掌向前移动收缩，蓄能电机脱离于齿轮的啮合后，涡卷弹簧可通过齿轮使齿条向后移动，使两个脚掌向后移动划水，实现水下机器人的向前游动。前游动。前游动。
【技术实现步骤摘要】
仿生青蛙的水下机器人
[0001]本专利技术涉及机器人
，具体涉及仿生青蛙的水下机器人。
技术介绍
[0002]近年来为了更好地适应不同水下环境和任务要求，仿水生生物的推进技术研究受到众多学者的关注，不同运动形式的水下仿生推进技术的相继研究，对不断丰富并完善水下推进技术、拓宽水下机器人应用范围具有非常重要的研究意义和实用价值。目前，有多种模仿海洋生物的水下机器人被研制出来，然而大多数水下机器人仍然依靠船舶等使用的螺旋桨推进方式，传统的螺旋桨推进方式推进噪声大、隐蔽性不强，同时适应环境的能力较差。而自然界中许多生物经历多年的进化和自然界的淘汰，其运动机理在推进方式，推进效率方面，有人类所设计的机械结构无法比拟的优势。因此，以生物为原型的仿生机器人便如雨后春笋般出现。面对人类无法轻易到达或较危险的地方，如果能有一种机器人可以应对复杂的外界环境的同时能够作为探测设备，操作设备，通讯设备以及武器系统的载体，则可在军事侦察、能源探索、反恐救灾、科学研究、气象探测等领域能起到重要作用。
[0003]水中的生物经过千百年的进化，具有各种各样的游动机理和推进方式，受此启发所形成的水下推进方式也数不胜数。青蛙躯干扁平，头部略尖，这样的体型有利于减少游动过程中的水下阻力，实现破水前进。与前肢相比，青蛙后肢长度占整体的比例很大，且后肢大而强健，趾间有蹼，从而可以增大排水面积，实现快速游动。青蛙在水中借助其带蹼的脚掌和后肢的推进机制，通过腿部的往复伸展运动，能自由的在水面和水底游动。同时青蛙的游动采用双肢协同的运动方式，克服了鱼尾摆动过程中的侧向力和重浮心偏移问题，使生物体运行更加平稳，同时生物青蛙可以在较短的时间内达到较高的运动速度，便于躲避水下环境潜在的危险。现有的仿青蛙跳跃机构以气动肌肉为驱动器，每个关节由一个气动肌肉和一个复位弹簧驱动，可完成青蛙的仿生蹬腿、收腿等动作。但只能在水面漂浮的状态下进行游动，无法进行下潜与上浮等复杂动作。
[0004]仿生青蛙划动推进是一种运动方式独特且具有广阔应用前景的水下推进方式。如果能借鉴生物青蛙灵巧的生物结构，基于其游动机理来模拟其高效的水下运动方式，便能弥补传统水下机器人体积重量大、灵活性差的不足，从而创造出具有较强环境适应性的仿生水下机器人。
技术实现思路
[0005]为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供仿生青蛙的水下机器人，能够依靠青蛙的生物学原理实现在水中的游动，并能实现转向、转体、上浮、下潜等动作，具有较强的仿生性和隐蔽性。
[0006]本专利技术采取的技术方案为：仿生青蛙的水下机器人，其特征在于：机架内部前端设置有控制单元，控制单元内部集成有智能控制系统和通信模块，机架内部右侧设有电池组，机架上侧安装有太阳能电池板，太阳能电池板可将光照转化为电能并为电池组充电，机架
上侧前端安装有高清摄像头和红外摄像头，声呐安装于机架前端下侧，机架内部中间位置的右侧设有弹簧仓，弹簧仓的侧壁上横向设有一个定位槽，机架内部的左侧设有齿轮立板和电机立板，机架的内部上侧设有纵导轨，齿条安装于纵导轨上并可前后移动；左前肢和右前肢分别安装于机架前端的左右两侧，左电机固定安装于机架内部前端左侧，并可实现左前肢的上下摆动和定位，右电机固定安装于机架内部前端右侧，并可实现右前肢的上下摆动和定位；齿轮右端面上设有从动棘齿面，齿轮左端设有一个定位槽，齿轮安装于机架内部并可自由转动，齿轮与齿条啮合，涡卷弹簧安装于弹簧仓中，并且涡卷弹簧的内端固定安装于齿轮左端的定位槽中，涡卷弹簧的外端固定安装于弹簧仓侧壁上的定位槽中；蓄能电机固定安装于电机立板左侧，主动棘齿面与蓄能芯轴构成花键传动结构，拨环与主动棘齿面左端转动连接，拨杆与蓄能电机的外壳转动连接并构成杠杆结构，蓄能电机下侧固定设置有一个电磁铁，电磁芯轴安装于电磁铁内部中心并可左右移动，电磁芯轴左端安装有复位弹簧，电磁芯轴可通过拨杆实现主动棘齿面的左右移动，主动棘齿面向右移动后可与从动棘齿面啮合；左后肢中的左连杆安装于齿条与左前大腿杆之间，左前大腿杆、左膝盖、左后大腿杆、机架构成四连杆结构，左前小腿杆、左膝盖、左后小腿杆、左踝关节构成四连杆结构，左滑块与左后大腿杆构成移动副，左内连杆安装于机架与左滑块之间，左外连杆安装于左前小腿杆与左滑块之间，左脚掌安装于左踝关节上并可在0～70
°
的范围内前后摆动，从而齿条向后移动可使左脚掌向后划水；右后肢中的右连杆安装于齿条与右前大腿杆之间，右前大腿杆、右膝盖、右后大腿杆、机架构成四连杆结构，右前小腿杆、右膝盖、右后小腿杆、右踝关节构成四连杆结构，右滑块与右后大腿杆构成移动副，右内连杆安装于机架与右滑块之间，右外连杆安装于右前小腿杆与右滑块之间，右脚掌安装于右踝关节上并可在0～70
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的范围内前后摆动，从而齿条向后移动可使右脚掌向后划水。
[0007]作为优选，控制单元内部集成有智能控制系统和通信模块，智能控制系统可根据水下机器人所处的环境和控制人员的指令控制水下机器人的游动，通信模块可实现水下机器人与控制人员之间的人机交互。
[0008]作为优选，高清摄像头和红外摄像头中的镜头均可上下摆动和周向旋转，以增大红外视野范围。
[0009]作为优选，声呐可利用声波在水中的传播特性，通过电声转换和信息处理，可使水下机器人有效避开水下障碍也能采集水文信息。
[0010]作为优选，左前肢和右前肢的前端均设有向上弯曲的弧面，在水下机器人向前游动时，水流从两个前肢下侧流过，有利于提升水下机器人在游动时的升力。
[0011]作为优选，左后大腿杆和右后大腿杆后侧均设有一个导轨，左滑块和右滑块分别安装于对应导轨上并构成移动副。
[0012]作为优选，左脚掌和右脚掌前侧为外凸圆柱弧面，当脚掌向前移动时，有利于水流从其外侧流过并使脚掌向后摆动，减少水流阻力；左脚掌和右脚掌的后侧为内凹圆柱面，当脚掌向后移动并推水时，在水的反作用力下，两个脚掌向前摆动，此时可使水流向上下两侧流动，避免水流朝四周流动形成紊流，提高稳定性的同时可利用推水的反作用力实现水下机器人向前的游动。
[0013]本专利技术的有益效果：
[0014](1)水下机器人的外形和游动姿态具有较强的青蛙仿生特性，较强的隐蔽性可使
水下机器人不会被轻易发现，有利于完成军事侦查等特种任务，另外水下机器人不仅可以左右转向还可以上浮和下潜、左右转体，在水中具有较高的游动效率和灵活性。
[0015](2)水下机器人上侧设有太阳能电池板，太阳能电池板可将光照转化为电能并为电池组充电，从而可有效增加水下机器人的续航能力。
[0016](3)左脚掌和右脚掌前侧为外凸圆柱弧面，当脚掌向前移动时，有利于水流从其外侧流过并使脚掌向后摆动，减少水流阻力；左脚掌和右脚掌的后侧为内凹圆柱面，当脚掌向后移动并推水时，在水的反作用力下，脚掌向前摆动，此时可使水流向上下两侧流动，避免水流朝四周流动形成紊流，提高稳定性的同时可利用推水的反作用力实现水下机器人向前的游动。
[0017](4)水下机器人本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.仿生青蛙的水下机器人，其特征在于，主要包括：机架，其内部前端设置有控制单元，控制单元内部集成有智能控制系统和通信模块，机架内部右侧设有电池组，机架上侧安装有太阳能电池板，太阳能电池板可将光照转化为电能并为电池组充电，机架上侧前端安装有高清摄像头和红外摄像头，声呐安装于机架前端下侧，机架内部中间位置的右侧设有弹簧仓，弹簧仓的侧壁上横向设有一个定位槽，机架内部的左侧设有齿轮立板和电机立板，机架的内部上侧设有纵导轨，齿条安装于纵导轨上并可前后移动；左前肢和右前肢，分别安装于机架前端的左右两侧，左电机固定安装于机架内部前端左侧，并可实现左前肢的上下摆动和定位，右电机固定安装于机架内部前端右侧，并可实现右前肢的上下摆动和定位；齿轮，其右端面上设有从动棘齿面，齿轮左端设有一个定位槽，齿轮安装于机架内部并可自由转动，齿轮与齿条啮合，涡卷弹簧安装于弹簧仓中，并且涡卷弹簧的内端固定安装于齿轮左端的定位槽中，涡卷弹簧的外端固定安装于弹簧仓侧壁上的定位槽中；蓄能电机，固定安装于电机立板左侧，主动棘齿面与蓄能芯轴构成花键传动结构，拨环与主动棘齿面左端转动连接，拨杆与蓄能电机的外壳转动连接并构成杠杆结构，蓄能电机下侧固定设置有一个电磁铁，电磁芯轴安装于电磁铁内部中心并可左右移动，电磁芯轴左端安装有复位弹簧，电磁芯轴可通过拨杆实现主动棘齿面的左右移动，主动棘齿面向右移动后可与从动棘齿面啮合；左后肢，其中的左连杆安装于齿条与左前大腿杆之间，左前大腿杆、左膝盖、左后大腿杆、机架构成四连杆结构，左前小腿杆、左膝盖、左后小腿杆、左踝关节构成四连杆结构，左滑块与左后大腿杆构成移动副，左内连杆安装于机架与左滑块之间，左外连杆安装于左前小腿杆与左滑块之间，左脚掌安装于左踝关节上并可在0～70
°
的范围内前后摆动，从而齿条向后移动可使左脚掌向后划水；右后肢，其中的右连杆安装于齿条与右前大腿杆之间，...
【专利技术属性】
技术研发人员：郜旭，
申请(专利权)人：郜旭，
类型：发明
国别省市：
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