一种轨迹可控的微型仿水母机器人及其控制方法技术

本发明专利技术涉及软体机器人技术领域，尤其涉及一种轨迹可控的微型仿水母机器人及其控制方法，微型仿水母机器人由下到上依次包括电磁驱动推进器、电磁驱动重心调节盘和气室；电磁驱动推进器包括同轴设置的柔性翼和电磁驱动模块，电磁驱动模块设置在柔性翼和电磁驱动重心调节盘之间，电磁驱动模块沿轴向往复运动，并带动柔性翼往复摆动；电磁驱动重心调节盘包括刚性圆盘和设置在刚性圆盘上的四个电磁重心调节模块，四个电磁重心调节模块呈轴对称分布；控制电磁驱动重心调节盘的重心偏移；气室内部设置有控制模块，控制模块驱动电磁驱动模块和电磁重心调节模块，使得微型仿水母机器人轨迹可控，有望在水下资源勘查、环境监测等领域得到应用。域得到应用。域得到应用。

【技术实现步骤摘要】
一种轨迹可控的微型仿水母机器人及其控制方法


[0001]本专利技术涉及软体机器人
，具体涉及一种轨迹可控的微型仿水母机器人及其控制方法。

技术介绍

[0002]微型水下机器人凭借自身微小的尺寸和灵活性在水下资源勘查、环境监测、设备故障诊断以及军事领域有着重要的应用价值和广阔的应用前景。但是由于过小的结构尺寸使其难以实现有效的轨迹控制，这也是其走向实际应用所面临的挑战。
[0003]水母是海洋中分布广泛且运动独特的生物，它使用周期性脉冲动作控制身体空腔摄入和排出水流，达到了脉冲推进的目的，这使水母具有在短时间内获得较大瞬时推力、加速性能好、环境适应性强等优点。另外，水母还可以控制空腔肌肉进行非对称性收缩来改变水流喷射方向。由此，水母可以在水下进行高度控制、悬停和水平任意方向的移动，进而可以实现在水下三维空间内任意轨迹的游泳。
[0004]目前，人们已经研制出了多种仿水母机器人，如申请号为CN202110002094.6的中国专利公开了一种仿生水母机器人，采用水母式游动方式时，采用控制部分、动力部分、能源部分三者分离式的设计。方便对易损坏的伞体部分更换，能源部分的更换与安装，以及控制系统的维护和程序修改。但其动力部分采用刚性传动，使得整个仿生水母机器人结构偏大；申请号为CN201811147530.3的中国专利公开了一种仿生水母机器人，固定在密封舱上盖上的两根上导杆，其顶端安装上固定座，上固定座顶端固定有头壳。上滑动座通过上导杆做限位并沿其上下滑动。固定在密封舱下盖上的两根下导杆，其底端安装下固定座。下滑动座通过下导杆做限位并沿其上下滑动。可知以上刚性传动结构，使得机器人体积依然过大；申请号为CN201922376629.7的中国专利公开了一种仿生水母机器人，能够仿照水母的水下移动特点，利用起浪型机械结构来对水母的运动进行模拟，但是机器人体积过大，可见这些仿水母机器人主要采用刚性传动结构，因而难以实现小型化的目的。
[0005]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术总体
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术之不足，本专利技术开发了一种基于刚柔混合结构的微型仿水母机器人，达到了水下三维空间内任意轨迹控制的目的，有望在水下资源勘查、环境监测等领域得到应用。
[0007]本专利技术的目的之一是提供一种轨迹可控的微型仿水母机器人，结合电磁驱动方式和柔性材料各自的优势，在实现水母机器人小型化的同时达到轨迹可控性。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种轨迹可控的微型仿水母机器人，所述微型仿水母机器人由下到上依次包括电磁驱动推进器、电磁驱动重心调节盘和气室；
所述电磁驱动推进器包括同轴设置的柔性翼和电磁驱动模块，所述电磁驱动模块设置在所述柔性翼和所述电磁驱动重心调节盘之间，所述电磁驱动模块沿轴向往复运动，并带动所述柔性翼往复摆动；所述电磁驱动重心调节盘包括刚性圆盘和设置在所述刚性圆盘上的四个电磁重心调节模块，四个所述电磁重心调节模块呈轴对称分布；控制所述电磁驱动重心调节盘的重心偏移；所述气室内部设置有控制模块，所述控制模块驱动所述电磁驱动模块和所述电磁重心调节模块，使得所述微型仿水母机器人轨迹可控。
[0009]进一步的，所述柔性翼包括轴心刚性板和沿所述轴心刚性板的外径向外延伸的碟形结构，所述轴心刚性板和所述碟形结构的连接位置构成第一柔性关节；所述碟形结构包括多个呈轴对称分布的扇形翼片，每个所述扇形翼片上朝向所述电磁驱动模块的一侧设置有柔性柱，每个所述扇形翼片的另一侧固定有刚性片，在使用过程中保护所述扇形翼片形状可控。
[0010]进一步的，所述电磁驱动模块包括第一柱状磁铁、刚性支撑板和第一电磁线圈；所述第一柱状磁铁设置在所述轴心刚性板和所述刚性支撑板之间，所述刚性支撑板上朝向所述柔性柱的位置设置有支柱，所述支柱和所述柔性柱连接，构成第二柔性关节；所述第一电磁线圈固定在所述刚性支撑板远离所述轴心刚性板的一侧，所述第一电磁线圈的另一侧朝向所述刚性圆盘。此处需要说明的是，本专利技术中第一柔性关节和所述第二柔性关节的连接方式不受限制，只需要保证连接牢固即可。
[0011]进一步的，所述第一柱状磁铁沿轴向往复运动，带动所述柔性翼往复摆动，使得所述第一柔性关节和所述第二柔性关节处产生弯折变形。
[0012]进一步的，所述电磁重心调节模块包括由外向内依次设置的第二圆形磁铁、第二柱状磁铁和第二电磁线圈，所述第二圆形磁铁和所述第二柱状磁铁之间设置有柔性可变形结构，所述第二柱状磁铁的周向外侧设置有刚性挡块，所述刚性挡块固定在所述刚性圆盘上，所述柔性可变形结构连接所述刚性挡块。
[0013]进一步的，所述第二圆形磁铁、所述第二柱状磁铁和所述第二电磁线圈同轴设置。
[0014]进一步的，对位设置的两个所述电磁重心调节模块为一组，并共用一个H桥电路。控制所述H桥电路对所述第二电磁线圈施加电压，使得同组的两个所述第二柱状磁铁和两个所述第二圆形磁铁受到同一方向的电磁力。电压正负发生改变，两个电磁重心调节模块的两组第二柱状磁铁和第二圆形磁铁的移动方式也发生对换。
[0015]进一步的，所述柔性可变形结构具有弹性。当所述H桥电路对所述第二电磁线圈施加电压时，其受力延伸方向的第二柱状磁铁和第二圆形磁铁沿径向向外移动，并对柔性可变形结构产生挤压作用，使得电磁驱动重心调节盘的重心偏移。当电磁线圈上无电压时，所述柔性可变形结构可恢复到原始形状，所述电磁驱动重心调节盘的重心归位。
[0016]所述气室内部还设置有信号收发模块、电源模块和传感模块等。信号收发模块用于与外界进行信号传输；电源模块用于为水母机器人的电磁驱动推进器、电磁驱动重心调节盘和控制模块供电；传感器模块可以是温度传感器、化学传感器、光学传感器和摄像装置等，以用于各类水下环境的监测，还包括六轴陀螺仪加速度传感器等，用于监测水母机器人的运动方向、姿态等信息。
[0017]本专利技术的目的之二是提供一种轨迹可控的微型仿水母机器人的控制方法，具有同样的技术效果。
[0018]一种轨迹可控的微型仿水母机器人的控制方法，包括如下步骤：S1：对所述电磁驱动推进器加载交变电流，驱动所述电磁驱动模块沿轴向往复运动，并带动所述柔性翼往复摆动，对所述微型仿水母机器人产生反向推进力F
T
；S2：调控交变电流的峰峰值和偏置率，控制所述微型仿水母机器人沿竖直方向游泳、悬停；S3：控制所述电磁驱动重心调节盘的重心偏移，使得所述微型仿水母机器人在水中的姿态发生倾斜；S4：调控所述微型仿水母机器人在水中的倾斜角度，控制所述微型仿水母机器人在水中沿任意轨迹运动。
[0019]作为优选的，一种轨迹可控的微型仿水母机器人的控制方法，包括如下步骤：S1：对所述电磁驱动推进器加载交变电流，驱动所述电磁驱动模块沿轴向往复运动，并带动所述柔性翼往复摆动，对所述微型仿水母机器人产生反向推进力F
T...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轨迹可控的微型仿水母机器人，其特征在于，所述微型仿水母机器人由下到上依次包括电磁驱动推进器、电磁驱动重心调节盘和气室；所述电磁驱动推进器包括同轴设置的柔性翼和电磁驱动模块，所述电磁驱动模块设置在所述柔性翼和所述电磁驱动重心调节盘之间，所述电磁驱动模块沿轴向往复运动，并带动所述柔性翼往复摆动；所述电磁驱动重心调节盘包括刚性圆盘和设置在所述刚性圆盘上的四个电磁重心调节模块，四个所述电磁重心调节模块呈轴对称分布；控制所述电磁驱动重心调节盘的重心偏移；所述气室内部设置有控制模块，所述控制模块驱动所述电磁驱动模块和所述电磁重心调节模块，使得所述微型仿水母机器人轨迹可控。2.根据权利要求1所述的一种轨迹可控的微型仿水母机器人，其特征在于，所述柔性翼包括轴心刚性板和沿所述轴心刚性板的外径向外延伸的碟形结构，所述轴心刚性板和所述碟形结构的连接位置构成第一柔性关节；所述碟形结构包括多个呈轴对称分布的扇形翼片，每个所述扇形翼片上朝向所述电磁驱动模块的一侧设置有柔性柱，每个所述扇形翼片的另一侧固定有刚性片。3.根据权利要求2所述的一种轨迹可控的微型仿水母机器人，其特征在于，所述电磁驱动模块包括第一柱状磁铁、刚性支撑板和第一电磁线圈；所述第一柱状磁铁设置在所述轴心刚性板和所述刚性支撑板之间，所述刚性支撑板上朝向所述柔性柱的位置设置有支柱，所述支柱和所述柔性柱连接，构成第二柔性关节；所述第一电磁线圈固定在所述刚性支撑板远离所述轴心刚性板的一侧，所述第一电磁线圈的另一侧朝向所述刚性圆盘。4.根据权利要求3所述的一种轨迹可控的微型仿水母机器人，其特征在于，所述第一柱状磁铁沿轴向往复运动，带动所述柔性翼往复摆动，使得所述第一柔性关节和所述第二柔性关节处产生弯折变形。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琦，丁建宁，李绿洲，董旭，袁宁一，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：