一种仿生机器海豚制造技术

一种仿生机器海豚，包括喙部、头上壳、胸鳍机构、主推进机构、尾部、控制部分和海豚皮。喙部、头上壳和胸鳍机构构成机器海豚流线型的头部；左、右胸鳍装在机器海豚头部外两侧，由六个舵机驱动，分别驱动左、右胸鳍实现摆动、拍动和转动；主推进机构由主拍动机构、转弯机构、主推进机构外壳、主推进机构橡胶管、支撑框和背鳍构成，分别由直流电机和舵机驱动实现身体拍动和转弯运动；尾部包括连接螺母、尾部骨架和尾鳍拍动机构，由舵机驱动实现尾鳍拍动；控制部分由控制板、通讯模块和电机驱动器组成，控制机器海豚的运动；海豚皮套于机器海豚机械结构外部以实现整体密封。本发明专利技术结构紧凑、外形逼真，为制造用于水下作业的工具提供实验平台。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机电一体化装置，具体地说涉及一条模仿海豚运动的机器海豚。
技术介绍
随着人类在水下环境中的生产、科研活动不断增加，水下作业任务发生很大的变 化，提出了很多新的要求，原有的水下检测、作业、运载装置难以满足复杂水下作业任务的 需求，人工操作的方式在某些情况下给人的安全带来直接或间接的损害。近年来，随着仿生 学和机器人学研究的不断进步，集成仿生水下推进技术的仿生水下机器人研究受到关注。 与普通的水下推进器相比，鱼类/海豚的游动具有高效、高机动性、噪声低等优点，而其中 海豚具有比鱼类更为卓越的性能和减阻机制。目前，仿生机器海豚的研究成为一个热点。日 本Nakashima等人开发了两关节的自推进的机器海豚。北京大学研制了 一种五连杆机器海 豚以及一种曲柄约束双电机驱动机器海豚。胸鳍通常设计为一对，每个胸鳍有两个自由度， 这在一定程度上限制了胸鳍的灵活性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有一对三自由度胸鳍和尾部可转向拍动的仿生机器 海豚。为了实现上述目的，本专利技术提供的一种仿生机器海豚，包括喙部、头上壳、胸鳍机 构、主推进机构、尾部、控制部分和海豚皮；机器海豚的喙部、头上壳与胸鳍机构构成了机器海豚流线型的头部，胸鳍机构的 头部骨架与喙部用胶连接在一起形成一个中空的前容腔，头部骨架与头上壳用螺钉连接在 一起形成一个中空的上容腔，控制部分和电源单元置于中空的前容腔和上容腔中；所述胸鳍机构由头部骨架、工字框架、左楔形块、左旋转圆筒、左旋转件、左胸鳍摆 动舵机、左胸鳍齿轮、左胸鳍摆动舵机齿轮、左摆轴、左胸鳍、左方形轴、左联轴器、左胸鳍拍 动舵机固定块、左胸鳍拍动舵机、右胸鳍拍动舵机、右胸鳍拍动舵机固定块、右联轴器、右摆 轴、右胸鳍、右胸鳍齿轮、右胸鳍摆动舵机、右胸鳍摆动舵机齿轮、右楔形块、右旋转圆筒、右 旋转件、右胸鳍转动舵机、左胸鳍转动舵机、右方形轴组成，其中左胸鳍和右胸鳍位于机器海豚头部外两侧；工字框架固定于头部骨架上，左楔形 块和右楔形块分别固定于头部骨架两侧；左胸鳍摆动舵机固定在左旋转圆筒上，左胸鳍摆动舵机的输出轴上固定有左胸鳍 摆动舵机齿轮，左胸鳍摆动舵机齿轮与左胸鳍齿轮啮合，左胸鳍齿轮和左胸鳍固定在左摆 轴上；右胸鳍摆动舵机固定在右旋转圆筒上，右胸鳍摆动舵机的输出轴上固定有右胸鳍摆 动舵机齿轮，右胸鳍摆动舵机齿轮与右胸鳍齿轮啮合，右胸鳍齿轮和右胸鳍固定在右摆轴 上；由上述结构，左胸鳍的摆动由左胸鳍摆动舵机驱动，通过一对相互啮合的左胸鳍摆动舵 机齿轮和左胸鳍齿轮，带动左摆轴摆动，左胸鳍固定在左摆轴上，从而实现左胸鳍的摆动； 右胸鳍的摆动由右胸鳍摆动舵机驱动，通过一对相互啮合的右胸鳍摆动舵机齿轮和右胸鳍齿轮，带动右摆轴摆动，右胸鳍固定在右摆轴上，从而实现右胸鳍的摆动；左胸鳍转动舵机通过所述舵机的摆杆与左旋转圆筒的键槽相配合，左胸鳍转动舵 机和左旋转圆筒均固定在左旋转件内；右胸鳍转动舵机通过所述舵机的摆杆与右旋转圆筒 的键槽相配合，右胸鳍转动舵机和右旋转圆筒均固定在右旋转件内；由上述结构，左胸鳍的 转动由左胸鳍转动舵机驱动，通过左胸鳍转动舵机的摆杆驱动左旋转圆筒相对于左旋转件 旋转，带动左胸鳍的摆动的机械结构一起运动，实现左胸鳍的转动；右胸鳍的转动由右胸鳍 转动舵机驱动，通过右胸鳍转动舵机的摆杆驱动右旋转圆筒相对于右旋转件旋转，带动右 胸鳍的摆动的机械结构一起运动，实现右胸鳍的转动；左胸鳍拍动舵机固定块与头部骨架通过螺母固定，左胸鳍拍动舵机固定在左胸鳍 拍动舵机固定块上，左胸鳍拍动舵机的输出轴与左联轴器连接，左联轴器与左方形轴相连， 左方形轴与工字框架间隙配合，左方形轴与左旋转件通过左旋转件上的方孔相连；右胸鳍 拍动舵机固定块与头部骨架通过螺母固定，右胸鳍拍动舵机固定在右胸鳍拍动舵机固定块 上，右胸鳍拍动舵机的输出轴与右联轴器连接，右联轴器与右方形轴相连，右方形轴与工字 框架间隙配合，右方形轴与右旋转件通过右旋转件上的方孔相连；由上述结构，左胸鳍的拍 动由左胸鳍拍动舵机驱动，通过左联轴器带动左方形轴运动，左旋转件随之运动，带动左胸 鳍的转动的机械结构和左胸鳍的摆动的机械结构一起运动，实现左胸鳍的拍动；右胸鳍的 拍动由右胸鳍拍动舵机驱动，通过右联轴器带动右方形轴运动，右旋转件随之运动，带动右 胸鳍的转动的机械结构和右胸鳍的摆动的机械结构一起运动，实现右胸鳍的拍动；所述主推进机构由主拍动机构、转弯机构、主推进机构外壳、主推进机构橡胶管、 支撑框和背鳍组成，所述主拍动机构包括直流电机固定件、直流电机、蜗杆、蜗轮、拍动杆固 定件、拍动杆和蜗轮转轴；所述转弯机构包括底板、转向舵机、连接板、上连接块和旋转底 座；其中直流电机固定在直流电机固定件上，直流电机固定件与旋转底座相连接，直流电 机的输出轴通过键与蜗杆固定，蜗杆与蜗轮相啮合，蜗轮通过蜗轮转轴固定在旋转底座上， 旋转底座连接在底板上，拍动杆固定件通过螺钉与蜗轮固定，拍动杆一端连接于拍动杆固 定件上，拍动杆的另一端与固定在尾部骨架上的连接螺母相连；转向舵机通过螺钉连接在 连接板上，连接板与上连接块用螺钉固定，连接板与底板连接，上连接块固定在主推进机构 外壳上；背鳍安装于主推进机构外壳上，主推进机构外壳与头部骨架通过螺钉锁紧，两者连 接处加垫圈，主推进机构橡胶管一端固定于主推进机构外壳上，主推进机构橡胶管的另一 端固定于尾部骨架上，支撑框置于主推进机构橡胶管外；由上述结构，机器海豚的主拍动机 构由直流电机驱动，通过蜗轮、蜗杆机构，将转动运动传递给拍动杆，带动机器海豚尾部的 尾部骨架运动，实现机器海豚的身体拍动；机器海豚的转弯机构由转向舵机驱动，通过转向 舵机的摆杆驱动旋转底座绕着底板旋转，改变推进力方向，实现机器海豚的转弯；所述尾部包括连接螺母、尾部骨架和尾鳍拍动机构，其中尾鳍拍动机构包括尾鳍 拍动舵机、舵机夹紧件、工型件、尾部橡胶管、燕尾槽和尾鳍；在尾部骨架上焊接一个连接螺 母，连接螺母通过螺纹与拍动杆连接，尾鳍拍动舵机固定在舵机夹紧件上，舵机夹紧件固定 在尾部骨架上，尾鳍拍动舵机的摆杆与工型件的键槽相配合，工型件与燕尾槽采用螺钉连 接，尾鳍固定在燕尾槽上；由上述结构，尾鳍拍动机构由尾鳍拍动舵机驱动，通过尾鳍拍动 舵机的摆杆驱动工型件带动燕尾槽拍动，尾鳍固定在燕尾槽上，从而实现尾鳍的拍动；所述控制部分包括控制板、通讯模块以及电机驱动器，控制板通过电机驱动器驱动直流电机，同时直接输出8路PWM信号控制8个所述的舵机，实现机器海豚的身体拍动动 作，左胸鳍的拍动、转动和摆动，右胸鳍的拍动、转动和摆动，尾鳍的拍动以及机器海豚的转 弯动作；通讯模块与控制板连接，负责与外界的信息交互；所述海豚皮套于机器海豚机械结构外部以实现整体密封。本专利技术结构紧凑、外形逼真，左右胸鳍均有三个自由度，提高了游动的灵活性，为 制造可用于水下作业的水下工具提供了实验平台。附图说明图1是仿生机器海豚俯视图；图2是仿生机器海豚主剖视图；图3是仿生机器海豚的海豚皮示意图的俯视图；图4是仿生机器海豚的海豚皮示意图的主视图；图5是仿生机器海豚控制电路原理框图。具体实施例方式下面结合附图分别对本专利技术提供的仿生机器海豚做出说明。机器海豚机械结构的俯视图和主剖视图分别如图1和图2所示，其中包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种仿生机器海豚，包括喙部、头上壳、胸鳍机构、主推进机构、尾部、控制部分和海豚皮，其特征在于，机器海豚的喙部、头上壳与胸鳍机构构成了机器海豚流线型的头部，胸鳍机构的头部骨架与喙部用胶连接在一起形成一个中空的前容腔，头部骨架与头上壳用螺钉连接在一起形成一个中空的上容腔，控制部分和电源单元置于中空的前容腔和上容腔中；所述胸鳍机构由头部骨架、工字框架、左楔形块、左旋转圆筒、左旋转件、左胸鳍摆动舵机、左胸鳍齿轮、左胸鳍摆动舵机齿轮、左摆轴、左胸鳍、左方形轴、左联轴器、左胸鳍拍动舵机固拍动舵机驱动，通过左联轴器带动左方形轴运动，左旋转件随之运动，带动左胸鳍的转动的机械结构和左胸鳍的摆动的机械结构一起运动，实现左胸鳍的拍动；右胸鳍的拍动由右胸鳍拍动舵机驱动，通过右联轴器带动右方形轴运动，右旋转件随之运动，带动右胸鳍的转动的机械结构和右胸鳍的摆动的机械结构一起运动，实现右胸鳍的拍动；所述主推进机构由主拍动机构、转弯机构、主推进机构外壳、主推进机构橡胶管、支撑框和背鳍组成，所述主拍动机构包括直流电机固定件、直流电机、蜗杆、蜗轮、拍动杆固定件、拍动杆和蜗轮转轴；所述转弯机构包括底板、转向舵机、连接板、上连接块和旋转底座；其中：直流电机固定在直流电机固定件上，直流电机固定件与旋转底座相连接，直流电机的输出轴通过键与蜗杆固定，蜗杆与蜗轮相啮合，蜗轮通过蜗轮转轴固定在旋转底座上，旋转底座连接在底板上，拍动杆固定件通过螺钉与蜗轮固定，拍动杆一端连接于拍动杆固定件上，拍动杆的另一端与固定在尾部骨架上的连接螺母相连；转向舵机通过螺钉连接在连接板上，连接板与上连接块用螺钉固定，连接板与底板连接，上连接块固定在主推进机构外壳上；背鳍安装于主推进机构外壳上，主推进机构外壳与头部骨架通过螺钉锁紧，两者连接处加垫圈，主推进机构橡胶管一端固定于主推进机构外壳上，主推进机构橡胶管的另一端固定于尾部骨架上，支撑框置于主推进机构橡胶管外；由上述结构，机器海豚的主拍动机构由直流电机驱动，通过蜗轮、蜗杆机构，将转动运动传递给拍动杆，带动机器海豚尾部的尾部骨架运动，实现机器海豚的身体拍动；机器海豚的转弯机构由转向舵机驱动，通过转向舵机的摆杆驱动旋转底座绕着底板旋转，改变推进力方向，实现机器海豚的转弯；所述尾部包括连接螺母、尾部骨架和尾鳍拍动机构，其中：尾鳍拍动机构包括尾鳍拍动舵机、舵机夹紧件、工型件、尾部橡胶管、燕尾槽和尾鳍；在尾部骨架上焊接一个连接螺母，连接螺母...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谭民，喻俊志，周超，徐德，曹志强，危常明，沈飞，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]