一种新型仿生章鱼水下探测机器人

1.本实用新型涉及水下设备技术领域，尤其涉及一种新型仿生章鱼水下探测机器人。


背景技术：

2.无人水下机器人是水下机器人常见的技术之一。水下机器人的主要作用有：科研人员的水文学术调查、海上石油勘探调查、天然气开发等。
3.然而现有的仿生水下探测机器人在水下定位、线路规划、绘制目标、制造、外形设计等方面与发达国家仍有一定的差距，在实际水下潜行工作中，仍存在一些问题。我国海洋考察工作量大，环境复杂，我国海洋工作开展困难。因此，必须加快水下仿生机器人的研发，保障我国海洋开发工作的持续发展。
4.现有的水下仿生机器人具有较强的指向性导致功能单一，操作系统更为困难，难以广泛应用。在水下救援和打捞物品的应用领域也同样有局限性，需要在特定的水域才能正常投入使用，通过机械爪的方式进行打捞容易使脆性较大的打捞物遭到破坏。
5.当前，水下仿生机器人技术存在着较大的空白，仿生较多的是仿生鱼，仿生鱿鱼，仿生蛇等，在仿生章鱼方面的研究较少。以上仿生机器人实际功能只是探测、打捞、实验室数据研究、观赏互动等等，仿生机器人没有固定装置，不能固定在水下某一位置，多少都会随着水流运动，无法保证机器人在实际水下潜行时进行相关工作。


技术实现要素：

6.根据上述提出的技术问题，而提供一种新型仿生章鱼水下探测机器人。本实用新型主要利用整机采用八足铰接驱动结构与吸盘式触角减震结构，具有强劲运动能力与减震效果，潜水装置通过给排水实现上浮和下沉，在转向装置的配合下，可以实现整机的转向，在运动中完成相应工作。本实用新型采用的技术手段如下：
7.一种新型仿生章鱼水下探测机器人，包括：
8.外壳，包括相连接的第一壳体和第二壳体，第一壳体与第二壳体之间连接有连接板，连接板与第一壳体之间形成第一容纳腔室，连接板与第二壳体之间形成第二容纳腔室；
9.潜水装置，安装在第二壳体上，置于第二容纳腔室中且位于连接板下方，用于实现整个机器人的上浮和下沉；
10.转向装置，安装在第二壳体上，置于第二容纳腔室中且位于连接板下方，用于实现整个机器人的转向；
11.尾部驱动装置，包括第一驱动机构、基座、第二驱动机构、多个仿生爪和吸附装置，第一驱动机构安装在第二壳体下部并位于第二容纳腔室中，基座与第二壳体底部连接；多个仿生爪与基座转动连接，第二驱动机构安装在基座下方，与仿生爪相连，用于实现仿生爪的张开和收缩，吸附装置连接在仿生爪的底端，具有吸附功能。
12.进一步地，所述转向装置包括第一支架、转向叶轮和转向电动机，第一支架固定在
第二壳体上，转向电动机安装在第一支架上，转向叶轮安装在转向电动机的输出轴上并位于第一支架上的圆筒内。
13.进一步地，所述潜水装置包括外壳ⅰ、减速电机、活塞、潜水丝杆和螺母，外壳ⅰ安装在第二壳体上，内部具有通孔；减速电机安装在外壳ⅰ的一端，其电机轴与潜水丝杆的一端相连，潜水丝杆的另一端连接活塞；螺母嵌入活塞中，与潜水丝杆的另一端端部相连。
14.进一步地，所述第一驱动机构包括第二支架、驱动电动机和驱动叶轮，第二支架安装在第二壳体的底部，驱动电动机安装在第二支架上，驱动叶轮与驱动电动机的电机轴连接，并位于第二支架上的圆筒内。
15.进一步地，所述第一驱动机构设置有两组，对称设置。
16.进一步地，所述第二驱动机构包括电动机、尾部丝杆、连杆和多向联接器，电动机安装在基座下方，其电机轴朝下且与尾部丝杆连接，尾部丝杆与多向联接器连接，尾部丝杆下端穿出多向联接器的端部连接螺母，多向联接器周向转动连接有多个连杆，每个连杆与一个仿生爪转动连接。
17.进一步地，所述吸附装置采用缓冲吸盘，其中心处隆起。
18.进一步地，所述仿生爪呈向外凸起的弧形杆件结构，多个所述仿生爪在圆周方向上呈均匀分布。
19.较现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
20.1、本实用新型提供的新型仿生章鱼水下探测机器人，包括潜水装置、转向装置、尾部驱动装置和吸附装置。整机采用八足铰接驱动结构与吸盘式触角减震结构，具有强劲运动能力与减震效果，潜水装置通过给排水实现上浮和下沉，在转向装置的配合下，可以实现整机的转向，在运动中完成相应工作。另外动力系统采用无刷电机作为控制电机为整机提供了充足的动力保证；供能系统为锂电池组成，清洁环保且效率高。
21.2、本实用新型提供的新型仿生章鱼水下探测机器人，潜水装置位于整机中部，是实现整机上浮和下沉的关键载体，由精密减速电机、丝杆螺母、活塞等组成，将螺母嵌入活塞中，通过电机带动丝杆实现活塞运动，便达到了给排水的功能，实现整机的上浮下沉；潜水装置使用材料较少，但其功能强大且全面。
22.3、本实用新型提供的新型仿生章鱼水下探测机器人，为了整机能够适应复杂环境，具有较强通过性能，采取流线型、驱动型设计外壳，颠覆传统的驱动结构模型，设计全新仿生八足结构，采用铰接结构，通过一个动力源即可实现八足的开合，且八足结构运动灵活，效率高，具有较大机动性。
23.4、本实用新型提供的新型仿生章鱼水下探测机器人，吸盘式触角避震结构位于整机最下方，吸盘式触角避震结构可以保证整机在适应复杂环境情况下减小冲击载荷，防止零部件受到冲击载荷后发生弯曲或者断裂现象，可以提高整机的零部件使用寿命；故采用仿生八足铰接吸盘式触角避震结构模块。
24.基于上述理由本实用新型可在水下救援和打捞物品等领域广泛推广。
附图说明
25.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是
本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本实用新型的整体结构示意图。
27.图2为本实用新型的潜水装置的结构示意图。
28.图3为本实用新型的转向装置的结构示意图。
29.图4为本实用新型的尾部驱动装置的结构示意图。
30.图中：1、头部外壳；2、连接板；3、转向叶轮；4、中部外壳；5、转向电动机；6、驱动电动机；7、潜水丝杆；8、驱动叶轮；9、基座；10、电动机；11、仿生爪；12、螺栓；13、尾部丝杆；14、连杆；15、多向连接器；16、螺母；17-缓冲吸盘。
具体实施方式
31.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
32.如图所示，本实用新型提供了一种新型仿生章鱼水下探测机器人，包括：
33.外壳，包括相连接的第一壳体和第二壳体，第一壳体与第二壳体之间连接有连接板2，连接板2与第一壳体之间形成第一容纳腔室，连接板2与第二壳体之间形成第二容纳腔室；
34.潜水装置，安装在第二壳体上，置于第二容纳腔室中且位于连接板2下方，用于实现整个机器人的上浮和下沉；
35.转向装置，安装在第二壳体上，置于第二容纳腔室中且位于连接板2下方，用于实现整个机器人的转向；
36.尾部驱动装置，包括第一驱动机构、基座9、第二驱动机构、多个仿生爪11和吸附装置，第一驱动机构安装在第二壳体下部并位于第二容纳腔室中，基座9与第二壳体底部连接；多个仿生爪11与基座9转动连接，第二驱动机构安装在基座9下方，与仿生爪11相连，用于实现仿生爪11的张开和收缩，吸附装置连接在仿生爪11的底端，具有吸附功能。
37.作为优选的实施方式，所述转向装置包括第一支架、转向叶轮3和转向电动机5，第一支架固定在第二壳体上，转向电动机5安装在第一支架上，转向叶轮3安装在转向电动机5的输出轴上并位于第一支架上的圆筒内。
38.作为优选的实施方式，所述潜水装置包括外壳ⅰ、减速电机、活塞、潜水丝杆7和螺母ⅰ，外壳ⅰ安装在第二壳体上，内部具有通孔；减速电机安装在外壳ⅰ的一端，其电机轴与潜水丝杆7的一端相连，潜水丝杆7的另一端连接活塞；螺母ⅰ嵌入活塞中，与潜水丝杆7的另一端端部相连。
39.作为优选的实施方式，所述第一驱动机构包括第二支架、驱动电动机6和驱动叶轮8，第二支架安装在第二壳体的底部，驱动电动机6安装在第二支架上，驱动叶轮8与驱动电动机6的电机轴连接，并位于第二支架上的圆筒内。
40.作为优选的实施方式，所述第一驱动机构设置有两组，对称设置。
41.作为优选的实施方式，所述第二驱动机构包括电动机10、尾部丝杆13、连杆14和多向联接器，电动机10安装在基座9下方，其电机轴朝下且与尾部丝杆13连接，尾部丝杆13与多向联接器连接，尾部丝杆13下端穿出多向联接器的端部连接螺母16，多向联接器周向转动连接有多个连杆14，每个连杆14与一个仿生爪11转动连接。
42.作为优选的实施方式，所述吸附装置采用缓冲吸盘17，其中心处隆起。
43.作为优选的实施方式，所述仿生爪11呈向外凸起的弧形杆件结构，多个所述仿生爪11在圆周方向上呈均匀分布。
44.实施例1
45.如图1所示，本实用新型仿生章鱼水下探测机器人包括外壳、潜水装置、转向装置、尾部驱动装置和吸附装置，潜水装置和转向装置位于外壳内部，尾部驱动装置的一部分位于外壳内，另一部分均设置在外壳的下方，吸附装置设置在尾部驱动装置的仿生爪的最底部。具体地，整机由头部外壳1、连接板2、转向叶轮3、中部外壳4、转向电动机5、驱动电动机6、潜水丝杆7、驱动叶轮8、基座9、电动机10、仿生爪11、螺栓12、尾部丝杆13、连杆14、多向连接器15、螺母16、缓冲吸盘17等组成。
46.各个部分的连接关系如下：
47.外壳呈卵圆形，截面形状近似椭圆形，包括头部外壳1(即第一壳体)和中部外壳4(即第二壳体)。头部外壳1在最前面，通过螺栓与中部外壳4连接，连接板2位于外壳内部，处于头部外壳2与中部外壳4之间，把章鱼内腔分成两个部分；转向叶轮3安装在转向电动机5输出轴上，共同组成转向装置，转向装置安装在连接板2下方左侧；潜水丝杆7与配套螺母组成潜水装置，安装在连接板2正下方；驱动电动机6与驱动叶轮8组成第一驱动机构，第一驱动机构对称设置两套，均安装在中部外壳4正下方；基座9安装在中部外壳4与仿生爪11之间，电动机10安装在基座9正下方，通过螺母和尾部丝杆13与多向联接器15连接，多向联接器15通过螺栓12与多个连杆14连接，每个连杆14通过螺栓固定在对应仿生爪11的下方，缓冲吸盘17安装在仿生爪11下端。
48.工作时，感知系统根据现场环境规划工作状态，发出指令控制其它装置工作，驱动各个装置运行。整机采用八足铰接驱动结构与吸盘式触角减震结构，具有强劲运动能力与减震效果，潜水装置通过给排水实现上浮和下沉，在转向装置的配合下，可以实现整机的转向。尾部驱动装置把螺旋桨桨盘(或者旋翼、涵道)看成一个通道，通道排出水的时候会受到水的反作用力，即推力。吸附装置的吸盘中心有一处隆起，当吸盘在有液体的情况下被缓慢地按压到物体表面时，吸盘开始收缩，将内部的一些液体排出。而当吸盘再次扩展时，内部的压强要小于外部，从而导致更强的吸附。各装置在运动中完成相应工作。另外动力系统采用无刷电机作为控制电机；供能系统为锂电池组成，清洁环保且效率高。
49.(1)潜水装置的设计
50.潜水装置位于整机中部，是实现整机上浮和下沉的关键载体，由外壳ⅰ、精密减速电机、丝杆、螺母、活塞等组成，将螺母嵌入活塞中，通过电机带动丝杆实现活塞运动(活塞在外壳ⅰ内进行往复移动)，便达到了给排水的功能，实现整机的上浮下沉；虽然潜水装置使用材料较少，但其功能强大且全面，是本实用新型设计理念的重要一步，潜水装置效果图如图2所示。
51.(2)转向装置的设计
52.为了保证整机结构的紧凑性、通过性、稳固性、避震性、灵活性、经济性和轻便型，故采用转向装置设计；通过电机(转向电动机)带动转向叶轮实现改变水流方向来达到转向效果，如图3所示，其中，转向装置的第一支架由三部分组成，即中部的圆筒以及设置在圆筒两侧的细长筒，转向叶轮位于圆筒内，两侧细长筒内的空腔与圆筒的空腔相连通。
53.(3)尾部驱动装置的设计
54.尾部驱动装置位于整机下方，由电动机10、尾部丝杆13、多向联接器15、螺母16、8个仿生爪11、基座9、8个连杆14、驱动叶轮8、8个缓冲吸盘17等组成，基座9与中部外壳4连接，8个仿生爪11一端均安装在基座9上(8个仿生爪11在圆周方向上均匀分布)，另一端均安装有缓冲吸盘17，在重力和冲击力的作用下，压缩减震吸盘触角，在压缩的过程中减震吸盘触角给予一个反作用力，阻碍其压缩，在这种动平衡中，动能不断转换、不断补偿、可保证整机平衡稳定，该结构是一种创新减震结构；电动机10安装在基座9上，电动机10上安装有尾部丝杆13，尾部丝杆13的尾端与螺母16连接，连杆14一端安装在仿生爪11上，另一端安装在多向联接器15上。通过电动机10带动尾部丝杆13运动可实现仿生爪11结构张开和收缩，配合驱动叶轮8可实现为整机提供驱动力。该装置是就像人类的双脚，决定了整机的运动性能，决定其稳定性能。尾部驱动装置如图4所示。
55.本实用新型要保护的关键点：(1)采用了仿生章鱼的外形结构与工作原理；(2)采用了双螺旋桨设计以便有更大的动力；(3)加入吸排水装置，可以较好地解决上浮下沉的位置问题，避免了在仿生章鱼当中可能存在的动力不足的情况；(4)采用了端部吸盘式触角避震结构，吸盘式触角避震结构可以保证整机在适应复杂环境情况下减小冲击载荷，通过吸盘结构可以使得仿生章鱼机器人吸附在某个区域来保证位置的稳定性。
56.本实用新型机器人整机采用八足铰接驱动结构与吸盘式触角减震结构，具有强劲运动能力与减震效果，潜水装置通过给排水实现上浮和下沉，在转向装置的配合下，可以实现整机的转向，在运动中完成相应工作。另外动力系统采用无刷电机作为控制电机为整机提供了充足的动力保证；供能系统为锂电池组成，清洁环保且效率高。
57.为了整机能够适应复杂环境，具有较强通过性能，采取流线型、驱动型设计外壳，颠覆传统的驱动结构模型，设计全新仿生八足结构，采用铰接结构，通过一个动力源即可实现八足的开合，且八足结构运动灵活，效率高，具有较大机动性。
58.吸盘式触角避震结构位于整机最下方，吸盘式触角避震结构可以保证整机在适应复杂环境情况下减小冲击载荷，防止零部件受到冲击载荷后发生弯曲或者断裂现象，可以提高整机的零部件使用寿命；故采用仿生八足铰接吸盘式触角避震结构模块。
59.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种新型仿生章鱼水下探测机器人，其特征在于，包括：外壳，包括相连接的第一壳体和第二壳体，第一壳体与第二壳体之间连接有连接板(2)，连接板(2)与第一壳体之间形成第一容纳腔室，连接板(2)与第二壳体之间形成第二容纳腔室；潜水装置，安装在第二壳体上，置于第二容纳腔室中且位于连接板(2)下方，用于实现整个机器人的上浮和下沉；转向装置，安装在第二壳体上，置于第二容纳腔室中且位于连接板(2)下方，用于实现整个机器人的转向；尾部驱动装置，包括第一驱动机构、基座(9)、第二驱动机构、多个仿生爪(11)和吸附装置，第一驱动机构安装在第二壳体下部并位于第二容纳腔室中，基座(9)与第二壳体底部连接；多个仿生爪(11)与基座(9)转动连接，第二驱动机构安装在基座(9)下方，与仿生爪(11)相连，用于实现仿生爪(11)的张开和收缩，吸附装置连接在仿生爪(11)的底端，具有吸附功能。2.根据权利要求1所述的新型仿生章鱼水下探测机器人，其特征在于，所述转向装置包括第一支架、转向叶轮(3)和转向电动机(5)，第一支架固定在第二壳体上，转向电动机(5)安装在第一支架上，转向叶轮(3)安装在转向电动机(5)的输出轴上并位于第一支架上的圆筒内。3.根据权利要求1所述的新型仿生章鱼水下探测机器人，其特征在于，所述潜水装置包括外壳ⅰ、减速电机、活塞、潜水丝杆(7)和螺母ⅰ，外壳ⅰ安装在第二壳体上，内部具有通孔；减速电机安装在外壳ⅰ的一端，其电机轴与潜水丝杆(7)的一端相连，潜水丝杆(7)的另一端连接活塞；螺母ⅰ嵌入活塞中，与潜水丝杆(7)的另一端端部相连。4.根据权利要求1所述的新型仿生章鱼水下探测机器人，其特征在于，所述第一驱动机构包括第二支架、驱动电动机(6)和驱动叶轮(8)，第二支架安装在第二壳体的底部，驱动电动机(6)安装在第二支架上，驱动叶轮(8)与驱动电动机(6)的电机轴连接，并位于第二支架上的圆筒内。5.根据权利要求4所述的新型仿生章鱼水下探测机器人，其特征在于，所述第一驱动机构设置有两组，对称设置。6.根据权利要求1所述的新型仿生章鱼水下探测机器人，其特征在于，所述第二驱动机构包括电动机(10)、尾部丝杆(13)、连杆(14)和多向联接器，电动机(10)安装在基座(9)下方，其电机轴朝下且与尾部丝杆(13)连接，尾部丝杆(13)与多向联接器连接，尾部丝杆(13)下端穿出多向联接器的端部连接螺母(16)，多向联接器周向转动连接有多个连杆(14)，每个连杆(14)与一个仿生爪(11)转动连接。7.根据权利要求1所述的新型仿生章鱼水下探测机器人，其特征在于，所述吸附装置采用缓冲吸盘(17)，其中心处隆起。8.根据权利要求1或6所述的新型仿生章鱼水下探测机器人，其特征在于，所述仿生爪(11)呈向外凸起的弧形杆件结构，多个所述仿生爪(11)在圆周方向上呈均匀分布。

技术总结
本实用新型提供一种新型仿生章鱼水下探测机器人，包括：外壳，包括第一壳体和第二壳体，第一壳体与第二壳体之间连接连接板，连接板与第一壳体间形成第一容纳腔室，连接板与第二壳体间形成第二容纳腔室；潜水装置，安装在第二壳体上，置于第二容纳腔室中且位于连接板下方；转向装置，安装在第二壳体上，置于第二容纳腔室中且位于连接板下方；尾部驱动装置，包括第一驱动机构、基座、第二驱动机构、多个仿生爪和吸附装置，第一驱动机构安装在第二壳体下部并位于第二容纳腔室中，基座与第二壳体底部连接；多个仿生爪与基座转动连接，第二驱动机构安装在基座下方，与仿生爪相连，吸附装置连接在仿生爪的底端。本实用新型具有强劲运动能力与减震效果。力与减震效果。力与减震效果。


技术研发人员：刘笑全 吉翔宇 袁秣颇 刘海影
受保护的技术使用者：大连科技学院
技术研发日：2022.08.24
技术公布日：2023/5/16