仿生机械海豚 |
|||||||
| 申请号 | CN201710194572.1 | 申请日 | 2017-03-29 | 公开(公告)号 | CN106864712A | 公开(公告)日 | 2017-06-20 |
| 申请人 | 西北工业大学; | 发明人 | 史豪斌; 王文龙; 徐浩然; 薛帅; 陆登峡; 字曼熙; 王希宇; 符式峰; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种仿生机械海豚，用于解决现有智能机器海豚结构复杂的技术问题。技术方案是包括海豚头部和尾鳍结构两部分，所述的海豚头部装有 姿态 传感器 、 水 压传感器、 温度 传感器、 丝杠 滑 块 机构、电源和控制装置；所述的尾鳍结构中装有转弯机构、背腹式推进机构和尾鳍；海豚头部通过 螺纹 密封装置与弹性防水外皮密封，尾鳍与弹性防水外皮通过多重密封环进行密封。通过螺纹密封装置使海豚整体密封效果好，通过转弯机构使机械海豚灵活转弯，通过丝杠滑块机构结合尾鳍结构实现灵活的上浮、下潜功能，通过背腹式推进机构和尾鳍结构同时驱动，实现了背腹式运动与鲹科加月牙尾式运动的结合，能更逼真的模拟海豚的游动模式。本发明结构简单，实用性好。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种仿生机械海豚，其特征在于：海豚头部(1)和尾鳍结构(30)，所述海豚头部(1)内部设有姿态传感器(10)、水压传感器(7)、温度传感器(2)、丝杠滑块机构(44)、锂聚电池(12)、控制装置(3)、第一舵机固定板(16)和电池支撑板(5)；第一舵机(17)通过第一舵机固定板(16)固定于海豚头部(1)，电池支撑板(5)通过第一舵机连接件(15)与第一舵机(17)固连，锂聚电池(12)放于电池支撑板(5)上，丝杠滑块机构(44)通过海豚头部(1)的卡槽放于电池支撑板(5)下方，水压传感器(7)放于丝杠滑块机构(44)下方，温度传感器(2)放于控制装置(3)上方，姿态传感器(10)位于锂聚电池(12)上方；所述第一舵机(17)通过第二舵机连接件(18)与第三舵机连接件(19)相连，第二舵机(20)与第三舵机连接件(19)固连，第二舵机(20)通过第四舵机连接件(21)与第五舵机连接件(23)相连，第三舵机(24)与第五连接件(23)固连；所述第三舵机(24)通过第六舵机连接件(25)与第四舵机(26)相连，第四舵机(26)输出轴的一端与连轴盘(27)固连，第四舵机(26)输出轴的另一端装有固定齿轮(32)，连轴盘(27)通过第一轴承(39)与第一轴(28)相连，通过第二轴承(40)与第二轴(29)相连，第一轴(28)上装有第一同步轮(37)、第一弹簧卡子(41)、第三轴承(43)和主动齿轮(33)，第二轴(29)上装有第二同步轮(38)、第二弹簧卡子(42)和第四轴承(45)，第一同步轮(37)与第二同步轮(38)通过同步带(36)相连；所述第三轴承(43)与第四轴承(45)上套有轴套板(35)，轴套板(35)的第二轴(29)处装有保护盖(34)与轴套板(35)固连；第二轴(29)的突出端通过尾鳍结构(30)与豚尾(31)固连；所述丝杠滑块机构(44)中，步进电机(9)固连于丝杠架(8)，步进电机(9)的输出轴与丝杠(46)固连，丝杠(46)通过第五轴承(4)与丝杠架(8)相连，使丝杠(46)只能旋转，配重滑块(6)通过螺纹连接于丝杠(46)；所述海豚头部(1)通过螺纹密封与螺纹连接件(47)相连，弹性外皮(22)通过多重密封环与螺纹连接件(47)固连。 |
||||||
| 说明书全文 | 仿生机械海豚技术领域背景技术[0002] 目前国内外常见的无人水下航行器如自主式水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)、遥控水下航行器(Remotely Operated Vehicle,ROV)等多采用传统的螺旋桨推进器。螺旋桨推进技术在实际应用中有着不可替代的优势,理论研究和实际应用都已经比较成熟,但其自身亦存在不足,如噪声大、对环境扰动大、运动灵活性和隐蔽性较差等,应用场合受到限制。为了提高水下机器人的运动能力,人们不断研究新型的推进方式，于是人们力求从丰富多彩的鱼类身上获得灵感，将它们的运动机理和行为方式运用到对水下机器人运动机理和控制的研究中，以提高水下机器人的推进效率和速度。 [0003] 文献1“申请公布号是CN1663881A中国发明专利”公开了一种智能机器海豚。该智能机器海豚包括刚性海豚头，设置在所述海豚头内部的铝制骨架，设置在所述铝制骨架上的电源装置、控制装置、传感装置和配重块；由转弯机构、背腹式推进机构和弹性软体组成的弹性海豚体，以及由鳍肢机构、背鳍机构和尾鳍组成的仿鳍装置。由于加入了鳍肢机构、背鳍机构，虽然能实现转向功能，但结构过于复杂，密封效果差，很难实现在较大水深下的游动；由于背腹式游动效率低于鲹科加月牙尾式游动效率，导致虽然该发明能拟合正弦摆尾曲线，但并不能准确的模拟出海豚真实摆尾的曲线。 发明内容[0004] 为了克服现有智能机器海豚结构复杂的不足，本发明提供一种仿生机械海豚。该仿生机械海豚包括海豚头部和尾鳍结构两部分，海豚头部与背鳍、腹鳍均为刚性固连，所述的海豚头部装有姿态传感器、水压传感器、温度传感器、丝杠滑块机构、电源装置和控制装置；所述的尾鳍结构中装有转弯机构、背腹式推进机构和尾鳍；海豚头部通过螺纹密封装置与弹性防水外皮密封，尾鳍与弹性防水外皮通过多重密封环进行密封。通过螺纹密封装置使海豚整体密封效果好，通过转弯机构使机械海豚灵活转弯，通过丝杠滑块机构结合尾鳍结构实现灵活的上浮、下潜功能，通过背腹式推进机构和尾鳍结构同时驱动，实现了背腹式运动与鲹科加月牙尾式运动的结合，能更逼真的模拟海豚的游动模式。本发明结构简单，实用性好。 [0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种仿生机械海豚，其特点是包括海豚头部1和尾鳍结构30，所述海豚头部1内部设有姿态传感器10、水压传感器7、温度传感器2、湿度传感器11、丝杠滑块机构44、锂聚电池12、控制装置3、第一舵机固定板16和电池支撑板5；第一舵机17通过第一舵机固定板16固定于海豚头部1，电池支撑板5通过第一舵机连接件15与第一舵机17固连，锂聚电池12放于电池支撑板5上，丝杠滑块机构44通过海豚头部1的卡槽放于电池支撑板5下方，水压传感器7放于丝杠滑块机构44下方，温度传感器2放于控制装置3上方，姿态传感器10位于锂聚电池12上方；所述第一舵机17通过第二舵机连接件 18与第三舵机连接件19相连，第二舵机20与第三舵机连接件19固连，第二舵机20通过第四舵机连接件21与第五舵机连接件23相连，第三舵机24与第五连接件23固连；所述第三舵机 24通过第六舵机连接件25与第四舵机26相连，第四舵机26输出轴的一端与连轴盘27固连，第四舵机26输出轴的另一端装有固定齿轮32，连轴盘27通过第一轴承39与第一轴28相连，通过第二轴承40与第二轴29相连，第一轴28上装有第一同步轮37、第一弹簧卡子41、第三轴承43和主动齿轮33，第二轴29上装有第二同步轮38、第二弹簧卡子42和第四轴承45，第一同步轮37与第二同步轮38通过同步带36相连；所述第三轴承43与第四轴承45上套有轴套板 35，轴套板35的第二轴29处装有保护盖34与轴套板35固连。第二轴29的突出端通过尾鳍结构30与豚尾31固连；所述丝杠滑块机构44中，步进电机9固连于丝杠架8，步进电机9的输出轴与丝杠46固连，丝杠46通过第五轴承4与丝杠架8相连，使丝杠46只能旋转，配重滑块6通过螺纹连接于丝杠46。所述海豚头部1通过螺纹密封与螺纹连接件47相连，弹性外皮22通过多重密封环与螺纹连接件47固连。 [0006] 本发明的有益效果是：该仿生机械海豚包括海豚头部和尾鳍结构两部分，海豚头部与背鳍、腹鳍均为刚性固连，所述的海豚头部装有姿态传感器、水压传感器、温度传感器、丝杠滑块机构、电源装置和控制装置；所述的尾鳍结构中装有转弯机构、背腹式推进机构和尾鳍；海豚头部通过螺纹密封装置与弹性防水外皮密封，尾鳍与弹性防水外皮通过多重密封环进行密封。通过螺纹密封装置使海豚整体密封效果好，通过转弯机构使机械海豚灵活转弯，通过丝杠滑块机构结合尾鳍结构实现灵活的上浮、下潜功能，通过背腹式推进机构和尾鳍结构同时驱动，实现了背腹式运动与鲹科加月牙尾式运动的结合，能更逼真的模拟海豚的游动模式。本发明结构简单，实用性好。 附图说明[0008] 图1是本发明仿生机械海豚的结构示意图。 [0009] 图2是图1中尾鳍结构的示意图。 [0010] 图3是图1中豚尾处的结构示意图。 [0011] 图4是本发明仿生机械海豚螺纹连接件处的结构示意图。 [0012] 图5是图1中海豚头部的结构示意图。 [0013] 图中，1-海豚头部；2-温度传感器；3-控制装置；4-第五轴承；5-电池支撑板；6-配重滑块；7-水压传感器；8-丝杠架；9-步进电机；10-姿态传感器；11-湿度传感器；12-锂聚电池；13-充电接口；14-通信天线；15-第一舵机连接件；16-第一舵机固定板；17-第一舵机；18-第二舵机连接件；19-第三舵机连接件；20-第二舵机；21-第四舵机连接件；22-弹性外皮；23-第五舵机连接件；24-第三舵机；25第六舵机连接件；26-第四舵机；27-连轴盘；28-第一轴；29-第二轴；30-尾鳍结构；31-豚尾；32-固定齿轮；33-主动齿轮；34-保护盖；35-轴套板；36-同步带；37-第一同步轮；38-第二同步轮；39-第一轴承；40-第二轴承；41-第一弹簧卡子；42-第二弹簧卡子；43-第三轴承；44-丝杠滑块机构；45-第四轴承；46-丝杠；47-螺纹连接件。 具体实施方式[0014] 以下实施例参照图1～5。 [0015] 本发明仿生机械海豚包括海豚头部1和尾鳍结构30，所述海豚头部1内部设有姿态传感器10、水压传感器7、温度传感器2、湿度传感器11、丝杠滑块机构44、锂聚电池12、充电接口13、通信天线14、控制装置3，第一舵机固定板16、电池支撑板5；所述第一舵机17通过第一舵机固定板16与固定于海豚头部1，电池支撑板5通过第一舵机连接件15与第一舵机17固连，锂聚电池12放于电池支撑板5，丝杠滑块机构44通过海豚头部1的卡槽放于电池支撑板5下方，水压传感器7放于丝杠滑块机构44下方，温度传感器2放于控制装置3上方，姿态传感器10位于锂聚电池12上方；所述第一舵机17通过第二舵机连接件18与第三舵机连接件19相连，第二舵机20与第三舵机连接件19固连，第二舵机20通过第四舵机连接件21与第五舵机连接件23相连，第三舵机24与第五连接件23固连；所述第三舵机24通过第六舵机连接件25与第四舵机26相连，第四舵机26输出轴与连轴盘27固连，第四舵机26输出轴的另一端装有固定齿轮32，连轴盘27通过第一轴承39与第一轴28相连，通过第二轴承40与第二轴29相连，第一轴28上装有第一同步轮37、第一弹簧卡子41、第三轴承43和主动齿轮33，第二轴29上装有第二同步轮38、第二弹簧卡子42和第四轴承45，第一同步轮37与第二同步轮38通过同步带36相连；所述第三轴承43与第四轴承45上套有轴套板35，轴套板35的第二轴29处装有保护盖34与轴套板35固连。第二轴29通过突出端通过尾鳍结构30与豚尾31固连；所述丝杠滑块机构44中，步进电机9固连于丝杠架8，步进电机9的输出轴与丝杠46固连，丝杠46通过第五轴承4与丝杠架8相连，使丝杠46只能旋转，配重滑块6通过螺纹连接于丝杠46。所述海豚头部1通过螺纹密封与螺纹连接件47相连，弹性外皮22通过多重密封环与螺纹连接件47固连。 [0016] 仿生机械海豚在水平游动时，由控制模块发出指令，配重滑块6处于丝杠46中部，不运动，第一舵机17不输出扭矩，第二舵机20、第三舵机24与第四舵机26通过指令拟合海豚摆尾正弦曲线，第四舵机26的输出轴转动，使得连轴盘27绕第四舵机26的输出轴转动，处于连轴盘27上的第一轴28、第二轴29、第一同步轮37、第二同步轮38、同步带36、第一弹簧卡子41、第二弹簧卡子42、第一轴承39、第二轴承40、第三轴43承、第四轴承44、主动齿轮33、轴套板35、保护盖34、尾鳍结构30，豚尾31均绕跟随连轴盘27绕第四舵机26输出轴同步转动，固定齿轮32与主动齿轮33产生旋转，第一同步轮37通过与主动齿轮33固连的第一轴28跟随主动齿轮33旋转，第二同步轮38通过同步带36与第一同步轮37同向旋转，第二轴29通过与第二同步轮38固连，使第二轴29同方向自转，豚尾31通过尾鳍结构30与第二轴29的突出端固连，使豚尾31绕第二轴29旋转。即尾鳍结构30与豚尾31在绕第四舵机26旋转的同时又绕第二轴29同方向旋转。当第二舵机20、第三舵机24拟合正弦曲线摆动式，第四舵机26与豚尾31使用鲹科加月牙尾式模式游动。 [0017] 仿生机械海豚在下潜游动时，由控制模块发出指令，配重滑块6从丝杠46中部，通过步进电机9带动丝杠46旋转，使配重滑块6向丝杠前部滑动，导致海豚重心前移，第一舵机17不输出扭矩，第二舵机20的输出轴通过指令顺时针旋转一定角度，使仿生机械海豚成下凹状态，具有一定角度的第二舵机20、第三舵机24与第四舵机26通过指令拟合海豚摆尾正弦曲线，第四舵机26的输出轴转动，使得连轴盘27绕第四舵机26的输出轴转动，处于连轴盘 27上的第一轴28、第二轴29、第一同步轮37、第二同步轮38、同步带36、第一弹簧卡子41、第二弹簧卡子42、第一轴承39、第二轴承40、第三轴43承、第四轴承44、主动齿轮33、轴套板35、保护盖34、尾鳍结构30，豚尾31均绕跟随连轴盘27绕第四舵机26输出轴同步转动，固定齿轮 32与主动齿轮33产生旋转，第一同步轮37通过与主动齿轮33固连的第一轴28跟随主动齿轮 33旋转，第二同步轮38通过同步带36与第一同步轮37同向旋转，第二轴29通过与第二同步轮38固连，使第二轴29同方向自转，豚尾31通过尾鳍结构30与第二轴29的突出端固连，使豚尾31绕第二轴29旋转。即尾鳍结构30与豚尾31在绕第四舵机26旋转的同时又绕第二轴29同方向旋转。当第二舵机20、第三舵机24拟合正弦曲线摆动式，第四舵机26与豚尾31使用鲹科加月牙尾式模式游动。通过配重滑块6的前移，第二舵机20的顺时针旋转一定角度，使仿生机械海豚可以灵活的实现下潜的游动模式。 [0018] 当仿生机械海豚需要转向时，只需再给第一舵机17一定的指令，使第一舵机17的输出轴反向旋转一定角度，就可以实现转向运动。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈