一种波动鳍推进的仿生两栖机器人

1.本发明涉及仿生航行器技术领域，具体指一种波动鳍推进的仿生两栖机器人。


背景技术：

2.目前，在海洋资源勘测、军事等领域对高性能水下推进器需求高涨，然而传统的水下推进器多采用螺旋桨推进，该推进形式在效率、能耗、机动能力和噪音等方面存在不足。水生生物经过几亿年的进化，展现出多种高效率、高机动性能的推进形式。但是往往结构较为复杂，从而导致水下机器人整体重点不稳，因此在水下游动稳定性和适应性较差。即使是同一类型同一批次生产的机器人也会因为结构复杂导致重心不确定。
3.另外，传统的水下航行器多是回转体式外观，依靠螺旋桨推进。工作稳定，推进速度快，但航行姿态难以灵活改变，避障性能不佳。


技术实现要素：

4.本发明提出一种波动鳍推进的仿生两栖机器人，能有效发明解决现有水下机器人传动机构复杂、轮桨驱动噪声大、灵活性低和环境扰动大等问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
6.一种波动鳍推进的仿生两栖机器人，包括密封舱和推进机构和重心调节机构，所述密封舱的两端呈对称结构设置有前底板和后底板，所述重心调节机构设置在密封舱内，所述推进机构包括光轴、曲轴、防水舵机、仿生鳍和若干曲轴摆件，两根所述光轴呈对称机构设置在密封舱两侧，所述光轴的两端分别固定至前底板和后底板，两根所述曲轴呈对称机构设置在密封舱两侧，所述曲轴的一端通过旋转轴承座可转动连接至前底板的内壁，所述曲轴的另一端通过旋转轴承可转动连接至后底板，两个所述防水舵机固定设置在后底板的外壁，两个所述防水舵机的输出轴分别与两根曲轴的另一端固定连接，所述曲轴摆件的中间位置可滑动连接至光轴，所述曲轴摆件的一端可活动连接至曲轴，两片所述仿生鳍呈波浪状安装在密封舱两侧的曲轴摆件上。
7.作为优选，所述前底板和后底板的内壁分别设置有支架固定件，所述重心调节机构包括丝杆、步进电机、滑杆和配重块，两根所述滑杆的端部分别固定至两个支架固定件的内壁，所述配重块上设有供滑杆穿过的通孔，所述丝杆的一端通过旋转轴承可转动连接至其中一个支架固定件的内壁中心处，所述步进电机固定在另一个支架固定件内壁，所述丝杆的另一端与步进电机的动力输出端相连接，所述配重块上设有与丝杆螺纹连接的螺纹孔。
8.作为优选，所述配重块上设有用于安装电池的安装槽。
9.作为优选，所述前底板和后底板的外侧分别设置有密封舱盖。
10.作为优选，所述密封舱是由亚克力材料制成。
11.作为优选，所述曲轴包括曲轴本体，所述曲轴本体上设置由若干u型的摆动连接部，相邻的所述摆动连接部沿曲轴摆动方向呈90
°
差异，每个所述摆动连接部分别连接一个
曲轴摆件。
12.作为优选，所述曲轴摆件包括上夹板、下夹板和万向鳍条，所述上夹板上设有条形结构的连接口、通孔孔和矩形孔，所述下夹板结构与上夹板的结构相同，所述下夹板和上夹板连接口、通孔和矩形孔相互对应组合呈摆件连接口、滑动连接孔和旋转连接槽，所述摆动连接部的底边穿过摆件连接口且可活动连接，所述光轴穿过滑动连接孔，所述万向鳍条的一端可转动安装至旋转连接槽。
13.作为优选，所述万向鳍条包括万向连接盘和夹接部，所述万向连接盘的中心处与夹接部的一端通过连杆相连接，所述万向连接盘可转动设置在旋转连接槽内，所述夹接部上设有扁平的夹接口，所述仿生鳍的一侧边依次固定连接至同一侧所有曲轴摆件上的夹接口。
14.作为优选，所述仿生鳍是由柔性薄膜层材料制成。
15.作为优选，所述密封舱的径向外壁固定设置由抱箍，所述抱箍上向外延申设有限位部，所述限位部上设有供曲轴和光轴穿过的通孔。
16.本发明具有以下的特点和有益效果：
17.本发明以一种海扁虫为仿生对象，其采用中央鳍/对鳍鱼鳍波动推进模式，相比于以鳐鱼为代表的鱼鳍摆动推进和常见的以沙丁鱼为代表的身体/尾鳍推进，具有低速下效率高、机动性高和低流体扰动等优点。
18.基于胸鳍推进的仿生海扁虫水下航行器作为一种新型水下航行器，具有运动机动性良好，生物仿生性高，隐蔽性强等优点。另外，对于仿生海扁虫水下航行器直接采用亚克力管密封舱对电控系统进行密封，拆装方便，易于维护，且成本低。
19.另外，通过在密封舱内设置配重块，从而可以根据每个水下机器人自身情况对重心进行调整，从而使其就有更好的适应性和稳定性，另外，将机器人所需的电池块安装在配重块上，从而增加密封舱内的空间利用率。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
21.图1为本发明实施例的结构示意图；
22.图2为图1的内部结构示意图；
23.图3为图1的俯视图；
24.图4为图1中曲轴摆件的结构示意图。
25.图中，1-前底板；2-曲轴摆件；3-旋转轴承座；4-密封舱；5-光轴；6-抱箍；7-曲轴；8-后底板；9-密封舱盖；10-支架固定件；11-配重块；12-滑杆；13-丝杆；14-步进电机；15-防水舵机；16-上夹板；17-万向鳍条；18-下夹板。
具体实施方式
26.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相
互组合。
27.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
28.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.本发明提供了一种波动鳍推进的仿生两栖机器人，如图1-图3所示，包括密封舱4和推进机构和重心调节机构，所述密封舱4的两端呈对称结构设置有前底板1和后底板8。所述前底板1和后底板8的外侧分别设置有密封舱盖9。通过密封舱盖9的设置，从而确保密封舱内的密封效果。确保密封舱内假装其他设备的使用寿命。
30.其中，密封舱4是由亚克力材料制成，从而有效减小机器人的整体重量，从而可以增加机器人携带其他设备。可以理解的，密封舱为圆筒状结构，且是透明的，可在密封舱内容纳大量观测设备。
31.具体的，所述重心调节机构设置在密封舱4内，其中所述前底板1和后底板8的内壁分别设置有支架固定件10，所述重心调节机构包括丝杆13、步进电机14、滑杆和配重块11，两根所述滑杆的端部分别固定至两个支架固定件10的内壁，所述配重块11上设有供滑杆穿过的通孔，所述丝杆13的一端通过旋转轴承可转动连接至其中一个支架固定件10的内壁中心处，所述步进电机14固定在另一个支架固定件13内壁，所述丝杆13的另一端与步进电机14的动力输出端相连接，所述配重块11上设有与丝杆13螺纹连接的螺纹孔。
32.可以理解的，通过步进电机转动从而带动丝杆转动进而驱动配重块左右移动饥，最终实现机器人重心的调节。结构简单技术合理。从而使得本实施例的机器人具有更好的适应性和稳定性。
33.另外，可以想到的当需要机器人下沉时，也可通过调整配重块移动至一侧，进而配合仿生鳍实现快速的下沉。
34.进一步的，通过将为机器人供电的电池块安装在配重块上，即可为配重块增加重量，并且还能增加密封舱内的空间利用率。
35.本实施例的进一步设置，所述推进机构包括光轴5、曲轴7、防水舵机15、仿生鳍和若干曲轴摆件，两根所述光轴5呈对称机构设置在密封舱4两侧，所述光轴5的两端分别固定至前底板1和后底板8，两根所述曲轴呈对称机构设置在密封舱4两侧，所述曲轴7的一端通过旋转轴承座4可转动连接至前底板1的内壁，所述曲轴7的另一端通过旋转轴承可转动连接至后底板8，两个所述防水舵机15固定设置在后底板8的外壁，两个所述防水舵机15的输
出轴分别与两根曲轴7的另一端固定连接，所述曲轴摆件2的中间位置可滑动连接至光轴5，所述曲轴摆件2的一端可活动连接至曲轴7，两片所述仿生鳍呈波浪状安装在密封舱4两侧的曲轴摆件2上。其中，所述仿生鳍是由柔性薄膜层材料制成。
36.具体的。所述曲轴7包括曲轴本体，所述曲轴本体上设置由若干u型的摆动连接部，相邻的所述摆动连接部沿曲轴摆动方向呈90
°
差异，每个所述摆动连接部分别连接一个曲轴摆件2。
37.可以理解的，通过防水舵机的运动，从而使得两根曲轴进行同步摆动，进而带动曲轴摆件2摆动，由于曲轴摆件2各自连接至各自的摆动连接部，因此初始倾斜角度各不相同，因此仿生鳍安装在曲轴摆件4上呈波浪状，摆动过程中也进行波浪状摆动，进而产生动力。可以想到的，从而摆动方向不同，可产生不同方向的推进力。
38.进一步的，如图4所示，所述曲轴摆件2包括上夹板16、下夹板18和万向鳍条17，所述上夹板16上设有条形结构的连接口、通孔孔和矩形孔，所述下夹板18结构与上夹板16的结构相同，所述下夹板18和上夹板16连接口、通孔和矩形孔相互对应组合呈摆件连接口、滑动连接孔和旋转连接槽，所述摆动连接部的底边穿过摆件连接口且可活动连接，所述光轴5穿过滑动连接孔，所述万向鳍条17的一端可转动安装至旋转连接槽。所述万向鳍条17包括万向连接盘和夹接部，所述万向连接盘的中心处与夹接部的一端通过连杆相连接，所述万向连接盘可转动设置在旋转连接槽内，所述夹接部上设有扁平的夹接口，所述仿生鳍的一侧边依次固定连接至同一侧所有曲轴摆件2上的夹接口。
39.可以立即的，万向鳍条可转动安装在上下夹板上，从而仿生鳍在摆动过程中更加柔性，使得机器人推进更加柔和稳定，并且由于仿生鳍是由柔性材料制成，通过柔性连接，不易损害，使用寿命更长。
40.最后，所述密封舱的径向外壁固定设置由抱箍6，所述抱箍上向外延申设有限位部，所述限位部上设有供曲轴和光轴穿过的通孔。
41.可以理解的，通过抱箍的设置，使得光轴和曲轴的安装更加稳固。
42.以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式包括部件进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种波动鳍推进的仿生两栖机器人，其特征在于，包括密封舱(4)和推进机构和重心调节机构，所述密封舱(4)的两端呈对称结构设置有前底板(1)和后底板(8)，所述重心调节机构设置在密封舱(4)内，所述推进机构包括光轴(5)、曲轴(7)、防水舵机(15)、仿生鳍和若干曲轴摆件，两根所述光轴(5)呈对称机构设置在密封舱(4)两侧，所述光轴(5)的两端分别固定至前底板(1)和后底板(8)，两根所述曲轴呈对称机构设置在密封舱(4)两侧，所述曲轴(7)的一端通过旋转轴承座(4)可转动连接至前底板(1)的内壁，所述曲轴(7)的另一端通过旋转轴承可转动连接至后底板(8)，两个所述防水舵机(15)固定设置在后底板(8)的外壁，两个所述防水舵机(15)的输出轴分别与两根曲轴(7)的另一端固定连接，所述曲轴摆件(2)的中间位置可滑动连接至光轴(5)，所述曲轴摆件(2)的一端可活动连接至曲轴(7)，两片所述仿生鳍呈波浪状安装在密封舱(4)两侧的曲轴摆件(2)上。2.根据权利要求1所述的一种波动鳍推进的仿生两栖机器人，其特征在于，所述前底板(1)和后底板(8)的内壁分别设置有支架固定件(10)，所述重心调节机构包括丝杆(13)、步进电机(14)、滑杆(12)和配重块(11)，两根所述滑杆(12)的端部分别固定至两个支架固定件(10)的内壁，所述配重块(11)上设有供滑杆(12)穿过的通孔，所述丝杆(13)的一端通过旋转轴承可转动连接至其中一个支架固定件(10)的内壁中心处，所述步进电机(14)固定在另一个支架固定件(13)内壁，所述丝杆(13)的另一端与步进电机(14)的动力输出端相连接，所述配重块(11)上设有与丝杆(13)螺纹连接的螺纹孔。3.根据权利要求2所述的一种波动鳍推进的仿生两栖机器人，其特征在于，所述配重块(11)上设有用于安装电池的安装槽。4.根据权利要求1所述的一种波动鳍推进的仿生两栖机器人，其特征在于，所述前底板(1)和后底板(8)的外侧分别设置有密封舱盖(9)。5.根据权利要求1所述的一种波动鳍推进的仿生两栖机器人，其特征在于，所述密封舱(4)是由亚克力材料制成。6.根据权利要求1所述的一种波动鳍推进的仿生两栖机器人，其特征在于，所述曲轴(7)包括曲轴本体，所述曲轴本体上设置由若干u型的摆动连接部，相邻的所述摆动连接部沿曲轴摆动方向呈90
°
差异，每个所述摆动连接部分别连接一个曲轴摆件(2)。7.根据权利要求6所述的一种波动鳍推进的仿生两栖机器人，其特征在于，所述曲轴摆件(2)包括上夹板(16)、下夹板(18)和万向鳍条(17)，所述上夹板(16)上设有条形结构的连接口、通孔孔和矩形孔，所述下夹板(18)结构与上夹板(16)的结构相同，所述下夹板(18)和上夹板(16)连接口、通孔和矩形孔相互对应组合呈摆件连接口、滑动连接孔和旋转连接槽，所述摆动连接部的底边穿过摆件连接口且可活动连接，所述光轴(5)穿过滑动连接孔，所述万向鳍条(17)的一端可转动安装至旋转连接槽。8.根据权利要求7所述的一种波动鳍推进的仿生两栖机器人，其特征在于，所述万向鳍条(17)包括万向连接盘和夹接部，所述万向连接盘的中心处与夹接部的一端通过连杆相连接，所述万向连接盘可转动设置在旋转连接槽内，所述夹接部上设有扁平的夹接口，所述仿生鳍的一侧边依次固定连接至同一侧所有曲轴摆件(2)上的夹接口。9.根据权利要求8所述的一种波动鳍推进的仿生两栖机器人，其特征在于，所述仿生鳍是由柔性薄膜层材料制成。10.根据权利要求8所述的一种波动鳍推进的仿生两栖机器人，其特征在于，所述密封
舱(4)的径向外壁固定设置由抱箍(6)，所述抱箍(6)上向外延申设有限位部，所述限位部上设有供曲轴和光轴穿过的通孔。

技术总结
本发明公开了一种波动鳍推进的仿生两栖机器人，包括密封舱和推进机构和重心调节机构，所述密封舱的两端呈对称结构设置有前底板和后底板，所述重心调节机构设置在密封舱内，所述推进机构包括光轴、曲轴、防水舵机、仿生鳍和若干曲轴摆件，两根所述光轴呈对称机构设置在密封舱两侧，所述光轴的两端分别固定至前底板和后底板，两根所述曲轴呈对称机构设置在密封舱两侧，所述曲轴的一端通过旋转轴承座可转动连接至前底板的内壁，所述曲轴的另一端通过旋转轴承可转动连接至后底板。本结构简单、控制方便、能效高、噪音低、运动性，能有效发明解决现有水下机器人传动机构复杂、轮桨驱动噪声大、灵活性低和环境扰动大等问题。灵活性低和环境扰动大等问题。灵活性低和环境扰动大等问题。


技术研发人员：章雪挺 任天浩 乔茂川 张晓峰 邵裕文 马新宇 刘敬彪 彭时林 王东睿
受保护的技术使用者：杭州电子科技大学
技术研发日：2023.04.28
技术公布日：2023/7/6