一种水下仿生浮游微型机器人制造技术

本发明专利技术提供一种水下仿生浮游微型机器人，是一种仿鱼鳍摆动行进能够实现自主转向的水下仿生浮游微型机器人，可用于水下吸附于目标物体。包括吸附模块、二级推进模块和矢量行进模块，二级推进模块利用四组扇叶收拢舒展的方式产生持续的推进力，扇叶摆动遵循“快缩慢扩”的动作周期，扇叶合页结构的设计减小扇叶摆动受到的阻力并增加其推进力，保证机器人较高游动速度。矢量行进模块应用两个防水舵机控制尾部舵板的前后摆动和左右摆动，使得机器人整体受到力矩的作用，实现水下航行姿态的调整，有效规避水中障碍提高机器人机动性。当机器人靠近目标物体，上方测距传感器检测到信号，吸附模块内部的吸附装置弹出，机器人自适应地吸附在目标物体表面。在目标物体表面。在目标物体表面。

【技术实现步骤摘要】
一种水下仿生浮游微型机器人


[0001]本专利技术涉及水下仿生浮游微型机器人，具体为一种采用仿鱼鳍摆动行进能够实现自主转向的仿生浮游微型机器人，可用于水下吸附到目标物体。

技术介绍

[0002]众所周知，覆盖地球表面积71％的海洋蕴藏着极为丰富的资源，包括生物资源、矿产资源和能源资源等。随着海洋资源开发的深入与海洋能源利用技术的发展，水下机器人可以辅助人类在无法到达的深度和广度上进行探索，解决人类在水下作业时能见度低、效率低下以及工作强度高等问题，同时，水下机器人可应用于军事中，如水下探测、水下爆破、水下救生等，具有重要的战略意义。由于传统的水下机器人存在水下推进效率低，噪声大等问题，并且随着水下作业需求的增加，对水下机器人的功能及特性需求也更加多元化，受到水下生物的启发，将水下生物的运动机理应用到水下机器人中，可以使得机器人机动性更强、具备更高的推进效率。
[0003]鱼类的运动方式主要有BCF和MPF两种，相较于鱼鳍的摆动，喷水推进是水下生物采用的另一种重要推进方式，水母作为浮游生物的典型代表，同时作为间歇式喷水推进的代表性生物，其体积小、重量轻、具备高柔性的特点吸引了学者们的广泛关注。同时，仿生机器水母内部空间较大，相较于其他水下机器人可以搭载更多的传感设备和任务模块，在军事方面中能够实现噪声小、隐蔽性更强的目的。
[0004]现有的仿生水母机器人大多采用喷射推进的水下行进方式，然而采用喷射推进的方式的水下机器人为了保证较高的水下行进效率，其钟状体结构需要有较大的收缩和舒张幅度，否则会极大的降低机器人的推进速度，增加推进消耗的功率，而微小型机器人受到整体尺寸的限制，其弹性膜的安装空间相对有限，通过布装较大面积的弹性膜实现大幅度的收扩运动是很困难的，针对这一问题，已经有学者为仿水母机器人设计了仿鱼鳍推进、螺旋桨推进等其他推进模式，青岛科学艺术研究院刘帅等人设计了一种环罩配有4条扑水柔性片的仿生水母机器人，在给定的介质流体系数下该机器人可以有着较好的机构协调能力。哈尔滨工程大学孙浩迪等人采用螺旋桨和波动推进的方式提出了一种复合推进仿水母机器人，此推进方式推进操作更为灵活，效率更高，能实现长时间的水下作业任务。苏州科技学院谢欧等人应用多尾鳍驱动的方式设计了一种仿生推进器，机器人可以在尾鳍协调作用下完成波动推进、制动、转向等动作，相较于射流推进的方式可以提供更稳定均匀的推进力。
[0005]本专利技术受水母等水下生物的启发，采用仿鱼鳍摆动的水下推进形式，设计了一款新型的微小型水下仿水母机器人，机器人能够实现在水下的高速游动以及自主转向，同时适应性地吸附在目标表面，具有较好的应用前景。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提出一种采用仿鱼鳍摆动推进的微小型仿水母机器人，机器人
可以自主调整水下航向并吸附于目标物体表面。
[0007]本专利技术的目的是这样实现的：至少包括一个吸附模块，一个二级推进模块和一个矢量行进模块。
[0008]所述吸附模块包括吸附盖、外壳、上方的测距传感器、自适应吸附装置、蓄能弹簧、保持弹簧、电磁铁、驱动齿条、齿轮、外侧齿条和下滑台。所述测距传感器通过传感器支撑架和盖板固定在吸附模块上方，从而检测机器人距离目标物体的距离。所述驱动齿条通过螺钉连接在自适应吸附单元底部，随自适应吸附装置在套筒内完成上下运动，蓄能弹簧自由端布放在齿条连接架的下方，作为驱动齿条向上运动的动力源。所述电磁铁分别安装在齿条连接架下方与左右两瓣壳体上，通过电磁铁与磁片的吸附关系保持蓄能弹簧的压缩状态与壳体的紧闭状态。所述齿轮通过销轴和轴用卡簧固定在齿轮支撑架上，通过齿轮齿条的啮合关系保证驱动齿条向上运动的同时带动外侧齿条沿两侧滑杆向下运动。所述保持弹簧安装在外侧齿条与壳体之间，保证齿条下降的同时带动壳体沿下滑台斜面下滑。
[0009]所述二级推进模块包括两个弹簧杆、一个升降推杆、四组扇叶摆动机构和一个电机离合器驱动装置。所述扇叶摆动机构包括驱动圆盘、第一连杆、第二连杆，驱动圆盘安装有四个滑动轴承，使其能够沿滑杆上下运动，第一连杆的一端通过销轴和轴用卡簧连接在圆盘下铰链上，另一端通过销轴和轴用卡簧与摆动扇叶相连，第二连杆通过销轴和轴用卡簧的连接方式的一端连接在第一连杆的中部位置，另一端连接在舱盖上铰链上，该机构可以实现驱动圆盘上下运动带动扇叶的上下摆动。所述电机离合器驱动装置通过螺钉安装在驱动舱室内部，装置输出端所缠绕钢丝绳的自由端连接到升降推杆的下方从而对其进行驱动，升降推杆的一端加工有螺纹，通过两个缩紧螺母和两个止退垫圈将驱动圆盘固定在推杆上方。所述弹簧杆的安装座通过螺钉固定在舱盖的上方和驱动圆盘的下方，在驱动圆盘上下运动的同时，带动弹簧的拉伸与压缩，扇叶的上摆过程通过电机离合器装置驱动升降推杆向下运动实现，扇叶的下摆过程通过两侧弹簧杆弹簧复位过程来实现。
[0010]所述矢量行进模块包括单轴防水舵机、双轴防水舵机、舵盘连接轴、舵机安装臂、舵盘回转板和尾部舵板。所述单轴防水舵机固定在舵机安装架上并通过螺钉安装在控制舱室的底部，双轴防水舵机在舵机安装臂内部，舵机的前后两侧采用盖板进行固定，盖板与安装臂采用螺钉进行连接。所述舵盘连接轴通过螺钉连接在单轴舵机舵盘上，输出轴上方开有键槽用于传递舵机的输出力矩控制舵机安装臂的前后摆动，进而控制尾部舵板的摆动。所述尾部舵板通过螺钉连接在舵盘回转板的底部，舵盘回转板安装在双轴舵机的输出舵盘上，通过双轴舵机控制尾部舵板的左右摆动。
[0011]本专利技术还可以包括：
[0012]1.所述自适应吸附装置包括磁力环、磁力环安装座、两个半圆形压板和弧面底座。磁力环与磁力环安装座采用螺钉进行连接，磁力环安装座的下方加工成弧面使其与弧面底座实现球面接触，并在上方采用两个半圆形压板进行压紧，实现磁力环的自适应吸附功能。
[0013]2.所述电机离合器驱动单元包括直流减速电机，谐波减速器，传动齿轮(传动比1：1)，电磁离合器、滑轮。直流减速电机的输出轴连接在谐波减速器的输入端，减速器输出轴通过传动齿轮带动电磁离合器和滑轮的转动，滑轮的内部设计有卡槽，用于与电磁离合器的连接。
[0014]3.所述摆动扇叶的上方设计有扇叶合页的结构，扇叶合页与扇叶通过长销轴与轴
用卡簧进行连接，合页结构的设计使得扇叶上摆过程合页打开，减小水的阻力，扇叶下摆过程合页紧闭，增加其排水面积进而增加水下行进的推进力，扇叶的上部设计有限位块，从而控制扇叶合页开合的最大角度。
[0015]4.所述外壳外表面呈现流线型外形，壳体内部的两端开有螺纹孔用于电磁铁与磁片支撑架的安装，外壳的内部设计的凸台能够进入外侧齿条的凹槽内部，从而保证外壳沿下滑台斜面下滑的同时不会向外翻转。
[0016]5.所述驱动舱室与控制舱室采用O形密封圈进行密封，各舱室与舱盖之间采用螺栓螺母进行连接，升降推杆与舱盖之间采用斯特封密封圈进行密封，舱盖的上方安装有法兰型直线轴承，保证升降推杆上下运动的顺利进行。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下仿生浮游微型机器人，其特征在于：包括吸附模块、二级推进模块和矢量行进模块；所述吸附模块包括吸附盖、外壳、测距传感器、自适应吸附装置、蓄能弹簧、保持弹簧、电磁铁、驱动齿条、齿轮、外侧齿条和下滑台；所述吸附盖设置在机器人顶部，采用两侧外壳对其进行夹持固定，所述测距传感器通过传感器支撑架和盖板固定在吸附盖上方，所述自适应吸附装置能够在套筒内升降运动，作为吸附装置弹出动力源的蓄能弹簧的自由端布放在齿条连接架的下方，所述驱动齿条通过螺钉固定在弧面底座的下方，通过轮齿之间的啮合，驱动齿条的上升带动外侧齿条的向下运动，保持弹簧布放在外壳与外侧齿条的凹槽中，外侧齿条向下运动的同时外壳沿下滑台斜面下滑，为吸附装置的弹出留有空间；所述电磁铁分别安装在壳体处、齿条连接架下方，用于吸附装置弹出前保持蓄能弹簧的压缩状态与壳体的紧闭状态；所述二级推进模块包括两个弹簧杆、一个升降推杆、四组扇叶摆动机构和一个电机离合器驱动单元；每组扇叶摆动机构包括驱动圆盘、第一连杆、第二连杆和摆动扇叶，连杆与固定铰链、连杆与扇叶之间通过销轴和轴用卡簧相连，驱动圆盘上方安装四个直线滑动轴承使其能够沿导杆上下运动并带动扇叶的上下摆动；述电机离合器驱动单元通过螺钉安装在驱动舱室内部，驱动单元输出端卷绕的钢丝绳自由端固定在升降推杆的下方，升降推杆的上端通过螺母和止退垫圈固定在驱动圆盘上，通过电机离合器装置驱动驱动圆盘的下降运动；所述弹簧杆的安装座通过螺钉固定在舱盖与驱动圆盘之间，作为圆盘回升运动的动力源；所述矢量行进模块包括单轴防水舵机、双轴防水舵机、舵盘连接轴、舵机安装臂、舵盘回转板和尾部舵板；所述单轴防水舵机固定在舵机安装架上并通过螺钉安装在控制舱室的底部，通过舵盘输出轴控制舵机安装臂和尾部舵板的前后摆动；所述双轴防水...

【专利技术属性】
技术研发人员：王飞皓，侯恕萍，弓海霞，夏广玉，陈明，赵德明，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：