一种深海探测仿生机器人 专利技术说明

船舶设备制造技术1.本发明属于水下机器人技术领域，具体涉及一种深海探测仿生机器人。背景技术：2.深海探测机器人主要有深海作业型水下机器人和针对海底探测作业的海底探测机器人两类。3.深海作业型水下机器人可以完成水中作业任务，但却无法在海底稳定停驻。另外，该类水下机器人大多采用螺旋桨推进方式，螺旋桨容易被水草缠绕或受到水底栖息生物的干扰出现故障，不具备在低速或悬停状态下的机动性能，非稳定流环境下推进效率较低。此外，螺旋桨推进的噪声大，容易暴露目标，无法实现对海洋区域的隐蔽侦查和预警。4.海底探测机器人能够完成海底探测任务，但泳动能力较差，无法完成水中作业任务。5.因此，单一的深海作业型机器人或海底探测机器人在执行海洋探测任务时具有很大的局限性。6.基于以上问题，本技术提出一种深海探测仿生机器人，该机器人将海底推进方式和水下推进方式有效复合，使之同时具备水中泳动、悬停以及海底行走能力，即具备海底行走和水中作业的高机动能力，能够实现水中与海底自由转换，进而完成传统海洋探测机器人所无法完成的作业任务。技术实现要素：7.本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种深海探测仿生机器人。8.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：9.一种深海探测仿生机器人，包括机身壳体；10.所述机身壳体的两侧对称设置仿生柔性鳍，所述仿生柔性鳍包括三个从前往后分布的可以靠拢合并或远离分离的柔性分鳍；11.位于机身壳体同一侧的三个柔性分鳍靠拢合并之后的外轮廓与蝠鲼胸鳍的外轮廓相同；12.所述柔性分鳍内部设置能够带动相应柔性分鳍运动的鳍条组件；13.所述机身壳体的尾端设置用来实现机器人下潜、上浮的俯仰调整机构。14.优选的，所述仿生柔性鳍中前后两个柔性分鳍内的鳍条组件为第一鳍条组件；15.所述第一鳍条组件包括第一拍打电机、第一连杆、第二连杆；16.所述第一拍打电机固定设置在第一电机支座上，所述第一电机支座与机身壳体相连；17.所述第一拍打电机的输出轴端部与第一连接件一端的轴孔进行同轴固定连接，所述第一连接件另一端的轴孔与第二连接件一端的第一转动轴进行转动配合，所述第二连接件另一端的第二转动轴与第一连杆进行转动配合；18.所述第一连杆靠近机身壳体的一端通过第三转动轴与第一电机支座进行转动配合；19.所述第一连杆远离机身壳体的一端通过第四转动轴与第二连杆进行转动配合；20.所述第二连杆靠近机身壳体的一端设置有条形孔，所述条形孔与第一支座上的第一连接轴相配合；21.所述第一支座与第一电机支座固定连接；22.所述第一转动轴、第二转动轴、第三转动轴、第四转动轴、第一连接轴平行设置且沿机身壳体的前后方向延伸。23.优选的，所述仿生柔性鳍中间柔性分鳍内的鳍条组件为第二鳍条组件；24.所述第二鳍条组件包括第二拍打电机、第三连杆、第四连杆、第五连杆；25.所述第二拍打电机固定设置在第二电机支座上，所述第二电机支座与机身壳体相连；26.所述第二拍打电机的输出轴端部与第三连接件一端的轴孔进行同轴固定连接，所述第三连接件另一端的轴孔与第四连接件一端的第五转动轴进行转动配合，所述第四连接件另一端的第六转动轴与第三连杆进行转动配合；27.所述第三连杆靠近机身壳体的一端通过第七转动轴与第二电机支座进行转动配合；28.所述第三连杆通过第八转动轴与第四连杆进行转动配合；29.所述第四连杆靠近机身壳体的一端设置有第一条形孔，所述第一条形孔与第二支座上的第二连接轴相配合；30.所述第二支座与第二电机支座固定连接；31.所述第四连杆远离机身壳体的一端通过第九转动轴与第五连杆进行转动配合；32.所述第五连杆靠近机身壳体的一端设置有第二条形孔，所述第二条形孔与第三连杆远离机身壳体的一端通过第三连接轴相配合；33.所述第五转动轴、第六转动轴、第七转动轴、第八转动轴、第二连接轴、第九转动轴、第三连接轴平行设置且沿机身壳体的前后方向延伸。34.优选的，所述第一电机支座与第一行走电机的输出轴固定连接，所述第一行走电机设置在机身壳体内。35.优选的，所述第二电机支座与第二行走电机的输出轴固定连接，所述第二行走电机设置在机身壳体内。36.优选的，所述第一行走电机固定设置在第一行走电机支座上，所述第一行走电机支座的底部固定设置滑块；37.所述机身壳体内设置有用来与滑块进行前后方向滑动配合的滑轨；38.所述第二行走电机固定设置在第二行走电机支座上，所述第二行走电机支座与相应的滑轨固定连接。39.优选的，所述机身壳体内设置有驱动滑块沿相应滑轨进行滑动的驱动件。40.优选的，所述俯仰调整机构包括调整板，所述调整板通过调整轴与机身壳体的尾端进行转动连接；所述机身壳体上设置有控制调整板绕调整轴转动的俯仰电机；41.所述调整轴沿左右方向延伸。42.本发明的有益效果是：43.本发明深海探测仿生机器人，通过柔性分鳍、第一鳍条组件、第二鳍条组件的结构设置，将海底推进方式和水下推进方式有效复合，使之同时具备水中泳动、悬停以及海底行走能力：同一侧的柔性分鳍合并上下拍水实现与蝠鲼胸鳍推进方式相似的游动模式；同一侧的柔性分鳍分离，中间的柔性分鳍上下拍水实现水中悬停；同一侧的柔性分鳍分离，6个柔性分鳍形成6条腿实现海底行走；因此本技术机器人具备海底行走和水中作业的高机动能力，能够实现水中与海底自由转换，进而完成传统海洋探测机器人所无法完成的作业任务。附图说明44.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。45.图1是本发明深海探测仿生机器人的结构示意图；46.图2是本发明中鳍条组件的结构示意图；47.图3是图2中a的局部放大图；48.图4是图2中b的局部放大图；49.图5是本发明中第一连接件的结构示意图；50.图6是本发明中第二连接件的结构示意图；51.图7是本发明中第三连接件的结构示意图；52.图8是本发明中第四连接件的结构示意图；53.图9是本发明中机身壳体的内部结构图；54.图10是本发明中第一鳍条组件的原理示意图；55.图11是本发明中第二鳍条组件的原理示意图；56.其中：57.1-机身壳体，2-柔性分鳍；58.3-第一鳍条组件，31-第一拍打电机，311-第一电机支座，32-第一连杆，321-第三转动轴，322-第四转动轴，33-第二连杆，331-条形孔，34-第一连接件，35-第二连接件，351-第一转动轴，352-第二转动轴，36-第一支座，361-第一连接轴；59.4-第二鳍条组件，41-第二拍打电机，411-第二电机支座，42-第三连杆，421-第七转动轴，422-第八转动轴，43-第四连杆，431-第一条形孔，432-第九转动轴，44-第三连接件，45-第四连接件，451-第五转动轴，452-第六转动轴，46-第二支座，461-第二连接轴，47-第五连杆，471-第二条形孔，472-第三连接轴；60.5-俯仰调整机构，51-调整板，52-调整轴；61.6-第一行走电机，61-第一行走电机支座，62-滑块，63-滑轨；62.7-第二行走电机，71-第二行走电机支座。具体实施方式63.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。64.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。65.在本发明中，术语如“上”、“下”、“底”、“顶”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。66.本发明中，术语如“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体化连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。67.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。68.如图1所示，一种深海探测仿生机器人，包括机身壳体1；69.所述机身壳体1的两侧对称设置仿生柔性鳍，所述仿生柔性鳍包括三个从前往后分布的可以靠拢合并或远离分离的柔性分鳍2；70.位于机身壳体1同一侧的三个柔性分鳍2靠拢合并之后的外轮廓与蝠鲼胸鳍的外轮廓相同；71.所述柔性分鳍2内部设置能够带动相应柔性分鳍2运动的鳍条组件；72.所述机身壳体1的尾端设置用来实现机器人下潜、上浮的俯仰调整机构5。73.优选的，如图2所示，所述仿生柔性鳍中前后两个柔性分鳍2内的鳍条组件为第一鳍条组件3；74.如图3和图10所示，所述第一鳍条组件3包括第一拍打电机31、第一连杆32、第二连杆33；75.所述第一拍打电机31固定设置在第一电机支座311上，所述第一电机支座311与机身壳体1相连；76.所述第一拍打电机31的输出轴端部与第一连接件34一端的轴孔进行同轴固定连接，所述第一连接件34另一端的轴孔与第二连接件35一端的第一转动轴351进行转动配合，所述第二连接件35另一端的第二转动轴352与第一连杆32进行转动配合；其中第一连接件34的结构如图5所示，第二连接件35的结构如图6所示；77.所述第一连杆32靠近机身壳体1的一端通过第三转动轴321与第一电机支座311进行转动配合；78.所述第一连杆32远离机身壳体1的一端通过第四转动轴322与第二连杆33进行转动配合；79.所述第二连杆33靠近机身壳体1的一端设置有条形孔331，所述条形孔331与第一支座36上的第一连接轴361相配合；80.所述第一支座36与第一电机支座311固定连接；81.所述第一转动轴351、第二转动轴352、第三转动轴321、第四转动轴322、第一连接轴361平行设置且沿机身壳体1的前后方向延伸。82.第一拍打电机31启动带动第一连接件34转动，从而使第一转动轴351带动第二连接件35绕第一拍打电机31的输出轴转动，进而使第二转动轴352带动第一连杆32绕第三转动轴321转动；83.第一连杆32绕第三转动轴321转动时，第一连杆32与第二连杆33之间的转动配合以及第二连杆33中条形孔331与第一连接轴361的滑动与转动配合，使第二连杆33相应运动，从而实现位于前后位置的柔性分鳍2跟随第一连杆32、第二连杆33的运动而运动。84.当第一拍打电机31连续运转时，会带动第一连杆32、第二连杆33进行重复的运动，进而实现带动相应的柔性分鳍2进行拍水运动。85.优选的，所述仿生柔性鳍中间柔性分鳍2内的鳍条组件为第二鳍条组件4；86.如图4和图11所示，所述第二鳍条组件4包括第二拍打电机41、第三连杆42、第四连杆43、第五连杆47；87.所述第二拍打电机41固定设置在第二电机支座411上，所述第二电机支座411与机身壳体1相连；88.所述第二拍打电机41的输出轴端部与第三连接件44一端的轴孔进行同轴固定连接，所述第三连接件44另一端的轴孔与第四连接件45一端的第五转动轴451进行转动配合，所述第四连接件45另一端的第六转动轴452与第三连杆42进行转动配合；其中第三连接件44的结构如图7所示，第四连接件45的结构如图8所示；89.所述第三连杆42靠近机身壳体1的一端通过第七转动轴421与第二电机支座411进行转动配合；90.所述第三连杆42通过第八转动轴422与第四连杆43进行转动配合；91.所述第四连杆43靠近机身壳体1的一端设置有第一条形孔431，所述第一条形孔431与第二支座46上的第二连接轴461相配合；92.所述第二支座46与第二电机支座411固定连接；93.所述第四连杆43远离机身壳体1的一端通过第九转动轴432与第五连杆47进行转动配合；94.所述第五连杆47靠近机身壳体1的一端设置有第二条形孔471，所述第二条形孔471与第三连杆42远离机身壳体1的一端通过第三连接轴472相配合；95.所述第五转动轴451、第六转动轴452、第七转动轴421、第八转动轴422、第二连接轴461、第九转动轴432、第三连接轴472平行设置且沿机身壳体1的前后方向延伸。96.第二拍打电机41启动带动第三连接件44转动，从而使第五转动轴451带动第四连接件45绕第二拍打电机41的输出轴转动，进而使第六转动轴452带动第三连杆42绕第七转动轴421转动；97.第三连杆42绕第七转动轴421转动时，第三连杆42与第四连杆43之间的转动配合、第四连杆43中第一条形孔431与第二连接轴461的滑动与转动配合、第四连杆43与第五连杆47之间的转动配合以及第五连杆47中第二条形孔471与第三连接轴472的滑动与转动配合，使第四连杆43、第五连杆47相应运动，从而实现位于中间位置的柔性分鳍2跟随第三连杆42、第四连杆43、第五连杆47的运动而运动。98.当第二拍打电机41连续运转时，会带动第三连杆42、第四连杆43、第五连杆47进行重复的运动，进而实现带动相应的柔性分鳍2进行拍水运动。99.优选的，如图9所示，所述第一电机支座311与第一行走电机6的输出轴固定连接，所述第一行走电机6设置在机身壳体1内。100.通过第一行走电机6控制第一鳍条组件3的前后摆动，实现行走功能。101.优选的，如图9所示，所述第二电机支座411与第二行走电机7的输出轴固定连接，所述第二行走电机7设置在机身壳体1内。102.通过第二行走电机7控制第一鳍条组件3的前后摆动，实现行走功能。103.优选的，如图9所示，所述第一行走电机6固定设置在第一行走电机支座61上，所述第一行走电机支座61的底部固定设置滑块62；104.所述机身壳体1内设置有用来与滑块62进行前后方向滑动配合的滑轨63；105.所述第二行走电机7固定设置在第二行走电机支座71上，所述第二行走电机支座71与相应的滑轨63固定连接。106.优选的，所述机身壳体1内设置有驱动滑块62沿相应滑轨63进行滑动的驱动件。107.具体地，所述驱动件采用现有技术就能实现，例如驱动油缸，在此不再赘述其具体实施结构。108.优选的，所述俯仰调整机构5包括调整板51，所述调整板51通过调整轴52与机身壳体1的尾端进行转动连接；所述机身壳体1上设置有控制调整板51绕调整轴52转动的俯仰电机；109.所述调整轴沿左右方向延伸。110.当俯仰电机通过调整轴52控制调整板51向下转动下压时，机器人实现上浮运动；当俯仰电机通过调整轴52控制调整板51向上转动上抬时，机器人实现下潜运动。111.具体地，位于中间的柔性分鳍2中远离机身壳体1的端部底端设置压力传感器，柔性分鳍2上下摆动时，压力传感器能够检测其末端受到的水压；当水深不变时，机器人游动过程中，柔性分鳍2上下摆动时压力传感器检测的水压呈周期脉动变化，而随着机器人的下潜或者上浮，压力传感器检测到的水压整体是缓慢上升或下降的；112.所述机身壳体1的头端设置有用来进行环境识别的摄像头；113.所述机身壳体1上设置温度传感器；114.所述压力传感器、摄像头、温度传感器均与控制器相连，控制器与控制滑块62滑动的驱动件以及所有的电机相连。115.一种深海探测仿生机器人，其具体实施方式如下：116.拖曳船将机器人释放到水中后，由控制器控制机器人启动水下游动模式，具体为：仿生柔性鳍中前后两个柔性分鳍2通过滑块62沿滑轨63滑动向中间靠拢而合并，第一拍打电机31、第二拍打电机41运转，带动两侧的柔性分鳍2上下摆动拍水实现前进，产生与蝠鲼胸鳍推进方式相似的游动模式，当柔性分鳍2上下摆动时，压力传感器会检测到柔性分鳍2末端受到的水压，机器人在水中游动的过程中，水深不变时柔性分鳍2末端受到的水压呈周期脉动变化；当需要拐弯时，通过两侧柔性分鳍2上下拍水摆动幅度的不同来实现；当俯仰电机通过调整轴52控制调整板51向下转动下压时，机器人实现上浮运动，上浮时柔性分鳍2末端受到的水压呈缓慢下降趋势；当俯仰电机通过调整轴52控制调整板51向上转动上抬时，机器人实现下潜运动，下潜时柔性分鳍2末端受到的水压呈缓慢上升趋势。117.机器人在游动的过程中，温度传感器对水温进行检测、摄像头对水下环境进行拍摄，当温度传感器检测到水温上升（说明此处可能存在热泉）或者摄像头拍摄到一些与探测任务相关的图像（例如鱼群）时，控制器控制机器人进入悬停模式，以便更精细的执行探测任务，具体为：滑块62带动前后两个柔性分鳍2远离中间的柔性分鳍2，即前侧的柔性分鳍2通过相应的滑块62带动实现向前运动、后侧的柔性分鳍2通过相应的滑块62带动实现向后运动，使机身壳体1两侧的仿生柔性鳍分为三段，然后控制中间的第二鳍条组件4带动中间的柔性分鳍2上下拍动，确保机器人受力平衡；并通过调整仿生柔性鳍中前后两个柔性分鳍2距中间的柔性分鳍2的距离以及相应第一鳍条组件3中各连杆之间的转角，使机器人达到相应的姿态。机器人进入水下悬停后，摄像头对周围环境进行拍摄，直至获得所有想要的图像信息，之后控制器再次控制机器人进入到水下游动模式。其中本技术中的悬停模式并不是完全静止，可以为一种在水流的作用下缓慢游动的状态。118.在机器人游动的过程中，当柔性分鳍2上压力传感器检测的压力值突然出现峰值或者阶跃时，表示柔性分鳍2已经触及到海底，此时通过控制器控制机器人进入到海底行走模式，具体为：滑块62带动前后两个柔性分鳍2远离中间的柔性分鳍2，即前侧的柔性分鳍2通过相应的滑块62带动实现向前运动、后侧的柔性分鳍2通过相应的滑块62带动实现向后运动，使机身壳体1两侧的仿生柔性鳍分为三段，然后各个第一拍打电机31运转控制相应第二连杆33远离机身壳体1的端部向地面折曲，各个第二拍打电机41运转控制相应第五连杆47远离机身壳体1的端部向地面折曲，确保6个柔性分鳍2的末端与海底接触，使6个柔性分鳍2形成6条腿；最后各个第一行走电机6以及各个第二行走电机7带动相应的鳍条组件前后摆动，柔性分鳍2跟随摆动，实现机器人在海底的行走功能。当机器人受到海浪冲击身体姿态发生改变时，鳍条组件可以自适应调整连杆之间的转角进而实现腿部长度的调整，确保机器人不发生倾翻。119.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。









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