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新型推进结构仿生蝠鲼水下 机器人

阅读：380发布：2023-02-28

专利汇可以提供新型推进结构仿生蝠鲼水下机器人专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且新型推进结构仿生蝠鲼水下机器人，包括头部传感气舱室、摄像头、回声探测仪、侧扫声呐、陀螺仪、主体结构、电路控制盒、arduino电路控制板、电源、功率放大器、配重室、表面防水薄膜、推进翼、连接杆、翼型板、横向控制步进电机、纵向控制步进电机和尾鳍，所述头部传感气舱室内安装摄像头进行水下环境实时画面传输和监测，回声探测仪安装气舱室内发出声波通过声波传回数据探测前方地形，侧扫声呐安装在气舱室内通过声波全方位扫描传输周围地形环境，气舱室内的陀螺仪作为水平、垂直、俯仰、航向和角速度传感器；本发明的优点：柔性躯体、实现容易、机动性高、在水下运行噪音低和适合海域、水域完成监测任务。，下面是新型推进结构仿生蝠鲼水下机器人专利的具体信息内容。

权利要求

1.新型推进结构的仿生蝠鲼水下机器人，包括头部传感气舱室（1）、摄像头（2）、回声探测仪（3）、侧扫声呐（4）、陀螺仪（5）、主体结构（6）、电路控制盒（7）、arduino电路控制板（8）、电源（9）、功率放大器（10）、配重室（11）、表面防水薄膜（12）、推进翼（13）、连接杆（14）、翼型板（15）、横向控制步进电机（16）、纵向控制步进电机（17）和尾鳍（18），其特征是：所述头部传感气舱室（1）内安装摄像头（2）进行水下环境实时画面传输和监测，回声探测仪（3）安装气舱室内发出声波通过声波传回数据探测前方地形，侧扫声呐（4）安装在气舱室内通过声波全方位扫描传输周围地形环境，气舱室内的陀螺仪（5）作为水平、垂直、俯仰、航向和角速度传感器；主体结构（6）上方采用螺栓和防水紧固胶连接，其下舱室内放置电路控制盒（7）控制电路系统，电路系统内部通过arduino电路控制板（8）进行控制，下舱室安装电源（9）提供动能，电源连接安装功率放大器（10），将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流；主体结构（6）上舱室为配重室（11），控制上升和下降。
2.根据权利要求1所述的新型推进结构仿生蝠鲼水下机器人，其特征是：所述外层覆盖表面防水薄膜（12）防止有水进入主体内部。
3.根据权利要求1所述的新型推进结构仿生蝠鲼水下机器人，其特征是：所述推进翼
（13）和主体结构（6）通过螺纹连接安装进行推进，推进翼（13）通过使用相互之间齿轮啮合的连接杆（14）将翼型板（15）均匀插入连接并固定，连接杆（14）之间使用万向接头相连接，翼型板（15）上安装横向控制步进电机（16）和纵向控制步进电机（17）控制推进翼的前进后退、方向控制，尾鳍（18）配合陀螺仪控制整个机器人水下航行的平衡。
4.根据权利要求1所述的新型推进结构仿生蝠鲼水下机器人，其特征是：所述头部传感气舱室（1）内放置放置摄像头（2）、回声探测仪（3）、侧扫声呐（4）、陀螺仪（5）等传感器。
5.根据权利要求1所述的新型推进结构仿生蝠鲼水下机器人，其特征是：所述主体结构（6）的下舱室内放置电路控制盒（7）、arduino电路控制板（8）、电源（9）、功率放大器（10）。
6.根据权利要求1所述的新型推进结构仿生蝠鲼水下机器人，其特征是：所述主体结构（6）的上舱室内放置配重室（11）。
7.根据权利要求1所述的新型推进结构仿生蝠鲼水下机器人，其特征是：所述连接杆
（14）之间由齿轮啮合连接并有万向接头汇总。
8.根据权利要求1所述的新型推进结构仿生蝠鲼水下机器人，其特征是：所述翼型板
（15）的形状为椭圆形。
9.根据权利要求1所述的新型推进结构仿生蝠鲼水下机器人，其特征是：所述外层覆盖表面防水薄膜（12）。
10.根据权利要求1所述的新型推进结构仿生蝠鲼水下机器人，其特征是：所述尾部安
装有尾鳍（18）。

说明书全文

新型推进结构仿生蝠鲼水下 机器人

技术领域

[0001] 本发明涉及一种新型推进结构仿生蝠鲼水下机器人，主要是一种采用新型推进翼结构工作的仿生蝠鲼水下机器人，属于仿生学以及水下航行器领域。

背景技术

[0002] 随着海洋仿生机器人的迅猛发展，越来越多的机器人应用于海洋探测与海洋监控。仿生机器人有两个主要特点：1、通用性：能完成各种任务、拥有多种多样功能的机器人；2、适应性：机器人对各种复杂环境的自适应能力。

[0003] 仿生机器人是仿生学与机器人学交叉结合的产物，是利用生物系统结构、性状、原理、行为以及相互作用的完美来启发与指导机器人的研制。仿生机器人和其他机器人相比有合理的结构、强大的功能、较强的自然环境适应性。

[0004] 本发明的目标是建立一个能适应实际环境并且能适用于水下环境探测的仿生蝠鲼机器人，该机器人能够携带传感器设备例如水下摄像机、回声探测仪、侧扫声呐等等，实时的给控制人员提供水下的环境的具体信息。

[0005] 鱼的运动模式主要根据致动部位分为两种：第一种是身体和尾鳍的致动模式，第二种是成对的胸鳍致动模式。大部分水下仿生机器人的研究关注点在身体和尾鳍的致动模式，胸鳍致动模式很少被提及，少数几个仿生蝠鲼机器人的胸鳍结构都不能够完整模仿出蝠鲼的运动状态。本发明针对世界上对于胸鳍制动机器人的缺点，通过设计一种新型的翼型结构，成功的模仿出了蝠鲼在水中的运行状态。

发明内容

[0006] 本发明的目的是提供一种具有柔性躯体、实现容易、机动性高、在水下运行噪音低和适合海域、水域进行监测任务的新型推进结构仿生蝠鲼水下机器人。

[0007] 本发明要解决的问题是现有的胸鳍制动机器人不能够有效仿生蝠鲼运动导致的工作效率较低。

[0008] 为实现本发明的目的，本发明采用的技术方案是：新型推进结构仿生蝠鲼水下机器人，包括头部传感气舱室、摄像头、回声探测仪、侧扫声呐、陀螺仪、主体结构、电路控制盒、arduino电路控制板、电源、功率放大器、配重室、表面防水薄膜、推进翼、连接杆、翼型板、横向控制步进电机、纵向控制步进电机和尾鳍，所述头部传感气舱室内安装摄像头进行水下环境实时画面传输和监测，回声探测仪安装气舱室内发出声波通过声波传回数据探测前方地形，侧扫声呐安装在气舱室内通过声波全方位扫描传输周围地形环境，气舱室内的陀螺仪作为水平、垂直、俯仰、航向和角速度传感器。

[0009] 主体结构上方采用螺栓和防水紧固胶连接，其下舱室内放置电路控制盒控制电路系统，电路系统内部通过arduino电路控制板进行控制，下舱室安装电源提供动能，电源连接安装功率放大器，将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。

[0010] 主体结构上舱室为配重室，控制上升和下降，外层覆盖表面防水薄膜防止有水进入主体内部。

[0011] 推进翼和主体结构通过螺纹连接安装进行推进，推进翼通过使用相互之间齿轮啮合的连接杆将翼型板均匀插入连接并固定，连接杆之间使用万向接头相连接，翼型板上安装横向控制步进电机和纵向控制步进电机控制推进翼的前进后退、方向控制。

[0012] 尾鳍配合陀螺仪控制整个机器人水下航行的平衡。附图说明

[0013] 图1为本发明推进结构仿生蝠鲼水下机器人的立体图；图2为本发明推进结构仿生蝠鲼水下机器人的头部传感气舱室内部构件图；
图3为本发明推进结构仿生蝠鲼水下机器人的推进翼内部结构；
图4为本发明推进结构仿生蝠鲼水下机器人的尾鳍结构；
图中：1、头部传感气舱室 2、摄像头 3、回声探测仪 4、侧扫声呐 5、陀螺仪 6、主体结构 7、电路控制盒 8、arduino电路控制板 9、电源 10、功率放大器 11、配重室 12、表面防水薄膜 13、推进翼 14、连接杆 15、翼型板 16、横向控制步进电机 17、纵向控制步进电机
18、尾鳍。

具体实施方式

[0014] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

[0015] 如图所示，新型推进结构的仿生蝠鲼水下机器人包括头部传感气舱室1、摄像头2、回声探测仪3、侧扫声呐4、陀螺仪5、主体结构6、电路控制盒7、arduino电路控制板8、电源9、功率放大器10、配重室11、表面防水薄膜12、推进翼13、连接杆14、翼型板15、横向控制步进电机16、纵向控制步进电机17和尾鳍18，其特征是头部传感气舱室1内安装摄像头2进行水下环境实时画面传输和监测，让岸上人员及时观察水下情况，回声探测仪3安装气舱室内发出声波通过声波传回探测前方地形，其原理是根据声波往返的时间和所测水域中声波传播的速度，就可以求得障碍物与换能器之间的距离，侧扫声呐4安装在气舱室内通过向侧方发射声波来探知水体、海面、海底包括上部地层声学结构和介质性质，全方位扫描传输周围地形环境画面，气舱室内的陀螺仪5作为水平、垂直、俯仰、航向和角速度传感器，控制整个机器人的平衡。

[0016] 主体结构6上方采用螺栓和防水紧固胶连接，其下舱室内放置电路控制盒7控制电路系统，电路系统内部通过arduino电路控制板8控制，可通过传感器来感知环境，通过控制灯光、马达和其他的装置来反馈、影响环境，下舱室安装电源9提供电力动能，电源连接安装功率放大器10将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流，随之保持水下机器人正常工作。

[0017] 主体结构6上舱室为配重室11，通过重量的调节控制上升和下降，重量的调节通过蓄水舱进出水实现。外层覆盖表面防水薄膜12防止有水进入主体内部影响电路、电源等电子设备的正常工作，也大大提高整个机器人的抗海水腐蚀性。

[0018] 推进翼13和主体结构6通过螺纹连接安装进行推进，推进翼13主要包括椭圆形的翼型板15、连接杆14、横向控制步进电机16以及纵向控制步进电机17。单侧推进翼由7块翼型板15、7个连接杆14、7个横向步进电机16以及7个纵向步进电机17组成通过使用相互之间齿轮啮合的连接杆14使用万向接头相连接，将翼型板15均匀插入连接并固定，翼型板15上安装横向控制步进电机16和纵向控制步进电机17控制推进翼的前进后退、方向控制。

[0019] 尾鳍18通过连接杆14安装在尾部，并同时安装1个横向步进电机16和1个纵向步进电机17通过上下摆动控制整个水下机器人平衡。

[0020] 本装置使用方法：在下水后进行工作的过程中，头部传感气舱室1中放置放置摄像头2，打开画面同时观测水下环境，当遇到障碍时通过回声探测仪3、侧扫声呐4传回的画面可观察到水下地形、环境、水质等的情况进行避让或清障，控制机器人在水下工作，观测陀螺仪5传回的数据可以观察机器人是否平稳工作，从而进行对机器人的操控调节。

[0021] 主体结构6中电路控制盒7位于机器人的下舱室，采用密闭空间设计，当机器人要开启时，在电路控制盒7中通过对arduino电路控制板8的操作打开电源9来提供整个机器人的动能，当需要前进运动时可操作推进翼13上的步进电机以及收集头部传感器舱室1传来的传感器信号，与电机、传感器连接进行推进运动。

[0022] 机器人躯干结构配重室11位于机器人上舱室，也采用密闭空间设计，当机器人需要进行位置调节时，通过增减配重，调节机器人的浮力以及重心的位置，保持机器人在水中运行的姿态，当上浮时通过控制配重室内的挡板将水推出蓄水舱，下潜时打开蓄水舱排水孔。

[0023] 推进翼13进行推进时操控7个横向步进电机16和7个纵向步进电机17的电机转动从而控制翼型板15的运动进行推进，在运动过程中，通过连接杆14齿轮啮合连接之间的横向、纵向角度和万向接头来带动翼型板15的运动。从而进行整个新型推进结构仿生蝠鲼水下机器人的生产、工作等运动。

[0024] 当有碰撞或者水流不稳定时，操控尾鳍18的摆动控制机器人的平衡运动。

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