一种水陆两栖的仿生鱿鱼机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种水陆两栖的仿生鱿鱼机器人，采用仿生鱼中的对鳍推进方式，机械结构舵机

【技术实现步骤摘要】
一种水陆两栖的仿生鱿鱼机器人


[0001]本专利技术属于机器人
，具体涉及一种水陆两栖的仿生鱿鱼机器人。

技术介绍

[0002]随着我国海洋资源的开发逐渐增加，周边军事安全的地位不断提高，其作业和任务要求变得越加复杂，需要能在跨介质、复杂环境下完成任务的机器人。水陆两栖机器人既能适应陆地和近海滩涂的多变地形，又能适应复杂水下环境的两栖环境，能够执行人类无法完成的近海域多种作战任务和探测任务。
[0003]传统的水下机器人，如有缆遥控水下机器人，机器人的螺旋桨容易被渔网、海草缠绕，不利于机器人的正常作业；同时螺旋桨旋转产生空泡，引起机体振动，产生较大的空化噪声，不适合于执行隐蔽性较强的侦察任务；在执行海底资源探测时，螺旋桨易于搅起泥沙，导致视线模糊，不利于观察具体情况。又如喷水式的水下机器人，其机械传动机构复杂，体积庞大且低速情况下推进效率甚至低于螺旋桨推进器。在仿生鱼机器人领域中，分为身体尾鳍摆动推进方式和中鳍/对鳍推进方式，然而采用仿生身体尾鳍摆动推进方式的仿生机器人很难实现原地打转和后退游动以及陆上行动等实际上经常需要用到的功能。
[0004]针对上述问题，一个很好的解决方案就是采用一种对鳍推进方式的新型仿生机器人。舵机驱动的波动鳍作为推进器，使整体运动模式多样化，可以在水中完成各种基础运动以及复合运动，也可以在陆地上行驶。其外壳呈流线型。每段鳍面由多个舵机进行驱动，在水中时，通过鳍条的上下摆动，令鳍面近似拟合正弦波波动，从而推动整体前进或后退；在陆地上时，鳍条下摆，也可通过拟合正弦波，做类似蛇的蜿蜒运动从而前进或后退。当两端鳍条摆动速度产生差异时，产生不同速率的正弦波，导致两端推动力不同，从而实现转弯运动。在水中时，通过鳍条的同步摆动，亦可实现其上浮或下沉，其本身具有较强的机动能力以及稳定性，不仅能够在复杂水下环境自由穿梭，并且其身姿态基本不发生改变，非常适用于需要保持平台稳定的航行器使用，推进效率可以达到90％，使其具备了隐蔽性、稳定性、地形适应性和高效性四个主要特点。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种水陆两栖适应性强、水下探测稳定性好、推进效率高的水陆两栖仿生鱿鱼机器人。
[0006]本专利技术技术方案如下：
[0007]设计一种仿生鱿鱼机器人，包括机器人主体和柔性波动鳍推进单元，所述主体包括密封主体两侧对称分布有仿生波动鳍推进单元，两侧各留有一排舵机安装口；所述仿生波动鳍推进单元左右两侧结构相同；所述的柔性波动推进单元包括仿生型柔性波动鳍鳍面和波动鳍动力源；所述的波动鳍动力源采用多个SG5010舵机串列摆动，舵机通过舵机安装板安装在主体两侧的每一个舵机安装口处；所述的柔性波动鳍面安装在主体两侧，每一侧的柔性波动鳍面与该侧各舵机的输出端通过连杆机构连接；所述的主体内还设有头部舱和
身体舱，身体舱填充EVA发泡浮力材，头部舱内搭载有测量设备，内置水下摄像头；所述的头部舱内置传感器、声呐、32位的Arduino芯片，该芯片作为主控芯片，控制舵机的摆动频率、摆动波长和摆动幅度，使柔性波动鳍摆动做拟合正弦波运动产生不同方向的力，实现机器人在水下的悬停、前进、后退、转向，通过鳍条的同步摆动，可实现其上浮或下沉。机器人在陆地上时，鳍条下摆，也可通过拟合正弦波，做类似蛇的蜿蜒运动从而前进或后退，利用两端鳍条摆动速度产生差异时，产生不同摆动频率的正弦波，导致两端推动力不同，从而实现转弯运动。
[0008]所述的机器人的连杆机构采用舵机
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齿轮
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连杆一体式的机械结构，通过舵机连接齿轮产生的扭矩，齿轮副传递动力至3D打印连杆；所述的3D打印连杆和齿轮内啮合，齿轮舵机的输出端连接；所述的柔性波动鳍与带螺纹3D打印杆通过螺栓进行等间距固定，带螺纹3D打印杆与柔性波动鳍固定位置可调且自身可旋转。所述的柔性波动鳍仿生来源自鱿鱼水平鳍和鳐鱼的波动鳍相结合，主体两侧的柔性波动鳍的连接方式和波动都是对称的；所述的柔性波动鳍面为厚度均匀的高弹硅胶仿生鳍面，采用3维动定位摆轴系。
[0009]本专利技术的有益效果为：
[0010]本专利技术采用的是对鳍推进方式，基于柔性波动鳍推动单元机构，研制了专用控制电路。该控制电路由无线电接收模块、处理器模块和驱动模块组成，可控制多路鳍单元的动作，以实现多种不同的游动动作，既能适应陆地和近海滩涂的多变地形，又能适应复杂水下环境的两栖环境，能够执行许多人类无法完成的近海域多种作战任务和探测任务。主体部分采用3D打印技术制成，成型度高、水密性好、质量结构轻、机构强度好，具有弹性以便于缓冲；主体外形仿制鱿鱼制造，隐秘性好，水阻力小；其柔性波动鳍推动单元机构部分，结合生物特性，具备高稳定性，不会像传统的螺旋桨推进遥控无人潜水器ROV的螺旋桨搅起大量泥沙而不利于对海洋设备进行观测；具备高效性，不会像身体尾鳍摆动推进方式的仿生鱼很难实现原地打转和后退游动等实际上经常需要用到的功能；相较传统的螺旋桨推进器其波动鳍推进方式更安静，没有类似螺旋桨推进产生的巨大的空化噪声，因此又可用于执行水下潜伏侦察等军事任务，具备良好的环境适应性和实用性。
附图说明
[0011]图1为一种水陆两栖的仿生鱿鱼机器人的外形图。
[0012]图2为一种水陆两栖的仿生鱿鱼机器人内部构造的斜视图。
[0013]图3为一种水陆两栖的仿生鱿鱼机器人内部构造的俯视图。
[0014]图4为一种水陆两栖的仿生鱿鱼机器人的柔性波动鳍推进单元的局部放大图。
具体实施方式
[0015]下面结合附图对本专利技术做进一步描述。
[0016]实施例1
[0017]本专利技术目的在于设计一种水陆两栖的仿生鱿鱼机器人，由两组舵机6驱动的柔性波动鳍作为推进器，采用舵机
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齿轮
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连杆一体式的机械结构10仿生鱿鱼平行鳍的肌肉结构，厚度均匀的高弹硅胶仿生鱿鱼平行鳍的鳍面7，使整体运动模式多样化，可以在水中完成各种基础运动以及复合运动，也可以在陆地上行驶。
[0018]一种水陆两栖的仿生鱿鱼机器人，包括机器人主体1和柔性波动鳍推进单元2；机器人主体包括外壳体3、头部舱4和身体舱5，头部舱4和身体舱5之前通过连接件连接；柔性波动鳍推进单元2包括仿生型柔性波动鳍鳍面7和波动动力源8；外壳体3为3D打印仿生壳体，呈流线型，头部呈圆锥状，不仪可以减小在水中运动时的阻力，增加运动效率，还能保护内部构件；身体舱5填充的浮力材为EVA发泡浮力材；头部舱4内置防水航插口；身体舱5两侧留有数个舵机安装口且舵机安装口对称分布，多个舵机6与柔性波动鳍单元之间通过机械结构连接。
[0019]机器人的头部舱4内置水下摄像头；柔性波动鳍鳍面7为厚度均匀的高弹硅胶仿生鱿鱼平行鳍的鳍面，采用3维动定位摆轴系；所述的波动动力源8采用多个SG5010舵机6串列摆动，连杆机构10和舵机6通过内啮合齿轮12连接，由内置的芯片控制运动；所述的头部舱4内置防水航插口，头部舱4内留有一定的空间搭载传感器、声呐等测量设备。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水陆两栖的仿生鱿鱼机器人，其特征在于：包括机器人主体1和柔性波动鳍推进单元2；所述主体包括外壳体3、密封头部舱4和密封身体舱5；所述密封身体舱5两侧对称分布有仿生波动鳍推进单元2，两侧各留有一排舵机6安装口；所述仿生波动鳍推进单元左右两侧结构相同；所述的柔性波动推进单元包括仿生型柔性波动鳍鳍面7和波动鳍动力源8。2.按照权利要求1所述的一种水陆两栖的仿生鱿鱼机器人，其特征在于：所述的波动鳍动力源8采用多个舵机6串列摆动，舵机通过舵机安装板9安装在主体两侧的每一个舵机安装口处；所述的柔性波动鳍面安装在主体1两侧，每一侧的柔性波动鳍面7与该侧各舵机6的输出端通过连杆机构连接；所述的主体1内置32位的Arduino作为主控芯片，控制舵机的摆动频率、摆动波长和摆动幅度，使柔性波动鳍摆动做拟合正弦波运动产生不同方向的力，实现机器人的悬停、前进、后退、转向、下沉和上浮运动。3.按照权利要求1所述的一种水陆两栖的仿生鱿鱼机器人，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄文恒，陈元电，刘亚行，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：