專利名稱：一種水下仿生機器人的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電子設備，特別涉及一種水下仿生機器人。
背景技術：
從遠古時代起，人類就開始了對海洋的探索，從人類模仿魚類的形體造船，以木槳 仿鰭，掌握造船技術以來，就一直為如何提高艦船的航行速度、推進效率和機動性能而努 力。傳統(tǒng)的水下機器人一般采用螺旋槳產(chǎn)生推力，通過舵來進行機動運動，這種運動方式具 有推進效率低、機動性能差、對環(huán)境擾動大等缺點，而各種水生動物，如魚類、鯨豚類、龜類 等經(jīng)過億萬年的自然選擇和進化，獲得了非凡的水中運動能力，通過鰭的拍動可實現(xiàn)高效、 高機動和高隱蔽的水下運動，其運動的靈活性和多樣性是傳統(tǒng)水下機器人所無法比擬的。 通過仿生手段從形態(tài)、結構和功能等方面對水生動物進行模擬和學習，可建造出具有動物 運動能力和特點的水下機器人，為提高人類的航?？萍继峁┬碌乃悸泛屯緩?，所研制的仿 生推進水下機器人不僅具有重要的科學研究價值，還可在復雜環(huán)境中的水下作業(yè)、海底勘 察、軍事偵查等領域具有良好的實際應用前景。
發(fā)明內(nèi)容為解決以上技術上的不足，本實用新型提供了一種結構簡單、控制方便、運動靈 活、具有良好技術展示度的水下仿生機器人。本實用新型是通過以下措施實現(xiàn)的本實用新型的一種水下仿生機器人，包括密封的主艙體，所述主艙體側面成90° 間隔橫向設置有四個均可軸向轉動的拍動鰭，所述拍動鰭為矩形翼片，主艙體內(nèi)設置有電 源、與四個拍動鰭分別相連接的機械傳動機構、與機械傳動機構驅(qū)動連接的舵機、用于接收 無線控制信號的無線通信模塊和根據(jù)無線通信模塊接收到的無線控制信號控制舵機的控 制電路；另設置有向無線通信模塊發(fā)送控制信號的控制臺。為了能夠讓拍動鰭單獨的360°轉動，上述機械傳動機構包括四組，每組包括舵機 輸出軸、與舵機輸出軸驅(qū)動連接的齒輪I和與齒輪I相嚙合的齒輪II，齒輪II與拍動鰭通 過輸出軸相連接，齒輪I和齒輪II的減速比為2 1。上述主艙體內(nèi)設置有兩端均為軸承的動密封機構，所述輸出軸穿過動密封機構， 可以防止水進入主艙體。為了能將舵機和齒輪固定在主艙體內(nèi)，上述主艙體內(nèi)設置有舵機固定架和齒輪固 定架。上述主艙體內(nèi)為鋁制圓形，拍動鰭為聚氯乙烯材料，可以比較輕便靈活。為了能夠從外面觀察到主艙體內(nèi)的情況，上述主艙體的上下端分別通過密封膠粘 結有透明的頂蓋和底蓋。上述頂蓋上粘結有天線、電源充電接頭和防水電源開關，起到一些輔助功能。本實用新型的有益效果是克服傳統(tǒng)水下機器人機動性能差、仿生推進水下機器
3人水下三維空間運動能力受限的缺點，為狹窄、復雜和動態(tài)流體環(huán)境中的觀察、作業(yè)等任務 提供一種新的水下機器人解決方案。提出一種新的仿生拍動鰭布局方案，使機器人在三維 空間坐標系XYZ內(nèi)可沿各個坐標軸進行平移運動，并可繞各坐標軸進行旋轉運動，真正具 有了空間六自由度運動能力。具有結構簡單、控制方便、運動靈活多樣的優(yōu)點，具有良好的 技術展示度。不僅具有重要的科學研究價值，還可在復雜環(huán)境中的水下作業(yè)、海底勘察、軍 事偵查等領域具有良好的實際應用前景。

圖1為本實用新型的結構示意圖。圖2為本實用新型傳動部分結構示意圖。圖中1主艙體，2拍動鰭，3舵機，4齒輪固定架，5動密封機構，6輸出軸，7齒輪II， 8齒輪I，9舵機固定架。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型包括密封的主艙體1，主艙體1側面成90度間隔橫向設置 有四個均可軸向轉動的拍動鰭2，拍動鰭2為矩形翼片，主艙體1內(nèi)設置有電源、與四個拍動 鰭2分別相連接的機械傳動機構、與機械傳動機構驅(qū)動連接的舵機3、用于接收無線控制信 號的無線通信模塊和根據(jù)無線通信模塊接收到的無線控制信號控制舵機3的控制電路。另 設置有向無線通信模塊發(fā)送控制信號的控制臺。機械傳動機構包括四組，每組包括舵機輸 出軸、與舵機輸出軸驅(qū)動連接的齒輪I 8和與齒輪I 8相嚙合的齒輪II 7，齒輪II 7與拍 動鰭2通過輸出軸6相連接，齒輪I 8和齒輪II 7的減速比為2 1。主艙體1內(nèi)設置有 兩端均為軸承的動密封機構5，所述輸出軸6穿過動密封機構5。主艙體1內(nèi)設置有舵機固 定架9和齒輪固定架4。主艙體1內(nèi)為鋁制圓形，拍動鰭2為聚氯乙烯材料。主艙體1的上 下端分別通過密封膠粘結有透明的頂蓋和底蓋。頂蓋上粘結有天線、電源充電接頭和防水 電源開關。舵機采用Hitec S5645MG來進行驅(qū)動。其工作原理為其主艙體1周邊均勻布置四個仿生拍動鰭2，各個拍動鰭2被驅(qū)動可進行360度轉 動，各個拍動鰭2的運動可進行獨立控制。通過這樣的布局和拍動鰭2的配合運動，機器人 可產(chǎn)生在任意方向平移的推力和力矩。在控制上，水下機器人為遙控方式，水下機器人通過 無線數(shù)傳模塊與控制臺通信，接收控制臺的指令。機器人內(nèi)部具有一個ARM處理器，該處理 器可接收上層指令，根據(jù)通信協(xié)議對指令進行解釋后，產(chǎn)生相應的控制信號控制四個舵機3 的運動。由于舵機輸出軸的轉動范圍限制在士90度，無法在任意徑向方向上產(chǎn)生推力，因 此采用了一對減速比為2 1的齒輪將舵機輸出軸的的運動擴展到士 180度。其舵機輸出 軸連接齒輪I 8，齒輪I 8與齒輪II 7嚙合，再由齒輪II 7帶動輸出軸6運動。為了實現(xiàn) 防水密封，輸出軸6穿過一動密封機構5，動密封機構5的兩端為軸承，在其內(nèi)部填充了粘稠 的黃油，從而實現(xiàn)了運動的輸出。其中拍動鰭2可進行單自由度往復拍動，其位置由一個正弦信號來控制，如公式1 所示θ, (O = Φ,+ 4 sin(27r/> + φ,)(D其中，θ i (t)表示第i個拍動鰭2在t時刻的目標角度，Φ 表示偏移量，Ai表示 拍動幅值，fi表示拍動頻率，仍表示拍動鰭之間的相位差。拍動鰭所產(chǎn)生推進力的大小可通 過改變拍動幅值和頻率進行調(diào)節(jié)，而推力方向由偏移量決定，相位差可用來耦合各個拍動 鰭之間的時序關系，獲得多種游動模式。上述實施例所述是用以具體說明本專利，文中雖通過特定的術語進行說明，但不 能以此限定本專利的保護范圍，熟悉此技術領域的人士可在了解本專利的精神與原則后對 其進行變更或修改而達到等效目的，而此等效變更和修改，皆應涵蓋于權利要求范圍所界 定范疇內(nèi)。
權利要求1.一種水下仿生機器人，包括密封的主艙體，其特征在于所述主艙體側面成90°間 隔橫向設置有四個均可軸向轉動的拍動鰭，所述拍動鰭為矩形翼片，主艙體內(nèi)設置有電源、 與四個拍動鰭分別相連接的機械傳動機構、與機械傳動機構驅(qū)動連接的舵機、用于接收無 線控制信號的無線通信模塊和根據(jù)無線通信模塊接收到的無線控制信號控制舵機的控制 電路；另設置有向無線通信模塊發(fā)送控制信號的控制臺。
2.根據(jù)權利要求1所述的水下仿生機器人，其特征在于機械傳動機構包括四組，每組 包括舵機輸出軸、與舵機輸出軸驅(qū)動連接的齒輪I和與齒輪I相嚙合的齒輪II，齒輪II與 拍動鰭通過輸出軸相連接，齒輪I和齒輪II的減速比為2 :1。
3.根據(jù)權利要求1所述的水下仿生機器人，其特征在于所述主艙體內(nèi)設置有兩端均 為軸承的動密封機構，所述輸出軸穿過動密封機構。
4.根據(jù)權利要求1所述的水下仿生機器人，其特征在于所述主艙體內(nèi)設置有舵機固 定架和齒輪固定架。
5.根據(jù)權利要求1所述的水下仿生機器人，其特征在于所述主艙體內(nèi)為鋁制圓形，拍 動鰭為聚氯乙烯材料。
6.根據(jù)權利要求1所述的水下仿生機器人，其特征在于所述主艙體的上下端分別通 過密封膠粘結有透明的頂蓋和底蓋。
7.根據(jù)權利要求1所述的水下仿生機器人，其特征在于所述頂蓋上粘結有天線、電源 充電接頭和防水電源開關。
專利摘要本實用新型公開了一種水下仿生機器人，包括密封的主艙體，所述主艙體側面成90°間隔橫向設置有四個均可軸向轉動的拍動鰭，所述拍動鰭為矩形翼片，主艙體內(nèi)設置有電源、與四個拍動鰭分別相連接的機械傳動機構、與機械傳動機構驅(qū)動連接的舵機、用于接收無線控制信號的無線通信模塊和根據(jù)無線通信模塊接收到的無線控制信號控制舵機的控制電路；另設置有向無線通信模塊發(fā)送控制信號的控制臺。本實用新型的有益效果是真正具有了空間六自由度運動能力。具有結構簡單、控制方便、運動靈活多樣的優(yōu)點，具有良好的技術展示度。不僅具有重要的科學研究價值，還可在復雜環(huán)境中的水下作業(yè)、海底勘察、軍事偵查等領域具有良好的實際應用前景。
文檔編號B63C11/52GK201849653SQ20102060342
公開日2011年6月1日 申請日期2010年11月12日 優(yōu)先權日2010年11月12日
發(fā)明者高川 申請人:高川