基于印鱼仿生的海洋救援机器人

1.本实用新型涉及救援设备的技术领域，尤其是涉及一种基于印鱼仿生的海洋救援机器人。


背景技术：

2.在水下救捞领域，水下机器人开始发挥举足轻重的作用。水下机器人在保障潜水员不用下水的安全环境下，已经能完成大部分打捞救助辅助工作，如水下搜寻、视频观测、目标定位等。
3.现有水下机器人在使用时，虽然可以通过夹持结构将水下所需打捞物体进行夹持带出，但是现有水下机器人在实际的使用过程中还存在以下不足，如：现有水下机器人夹持结构由于设置在水下机器人底部，当夹持的物体需要带到水面船体上时，由于需要将水下机器人通过人力拉动至与船体内部上端面同一高度后才能拿取物体，进而大大增加了体力损耗，使用不方便。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型提供一种基于印鱼仿生的海洋救援机器人，其机身上设置有吸附装置，从而代替一般的夹持或机械臂的方式去营救。
5.本实用新型提供的一种基于印鱼仿生的海洋救援机器人采用如下的技术方案：
6.一种基于印鱼仿生的海洋救援机器人，包括
7.机身，作为承载平台；
8.驱动装置，设置于机身，所述驱动装置用于带动机身移动；
9.吸附装置，设置于机身，所述吸附装置具有吸附部，所述吸附部可被驱动的将机身吸附于船或与船分离。
10.可选的，所述吸附装置包括至少一个分布在机身的吸附单元，每个所述吸附单元包括密封空腔和驱动器，所述密封空腔设置于机身，所述密封空腔的体积可发生改变，所述驱动器用于驱使密封空腔的体积增大或缩小。
11.可选的，所述密封空腔沿其周向设置有密封圈，所述密封空腔位于密封圈内。
12.可选的，所述密封空腔采用弹性体材料制成，所述驱动器用于驱使弹性体发生弹性形变，从而改变密封空腔的体积。
13.可选的，所述密封圈沿其周向分布有多个碳纤维小刺，多个所述碳纤维小刺在密封圈的外围形成一层软唇圈。
14.可选的，还包括控制系统，所述控制系统包括中央处理器及其外围电路和无线传输模块，所述中央处理器与驱动装置和吸附装置电性连接，所述无线传输模块与终端设备通信连接。
15.可选的，还包括气囊装置，所述气囊装置包括设置于机身的气囊和气体发生器，所述气体发生器用于对气囊进行充气，所述气囊充气后从机身向外膨胀，所述气体发生器与
控制系统电性连接。
16.可选的，所述机身上设置有用于密封气囊的气囊盖板，所述气囊向外膨胀时先将气囊盖板击破后再向机身外伸出。
17.可选的，所述机身的外形为仿鲨鱼结构。
18.可选的，所述驱动器采用偏动式sma弹簧驱动器。
19.综上所述，本实用新型包括以下至少一种有益技术效果：在机身上设置吸附装置，可以吸附在船上，通过船的快速移动将机器人快速移动到救援位置后，再将机器人从船上取下，驱使机器人到达救援位置进行救援，该吸附装置在水下具有高性能粘附能力，并能可重复的粘附在水下各种表面上，使用方便。
附图说明
20.图1是本实用新型实施例的整体结构示意图；
21.图2是本实用新型实施例的俯视图；
22.图3是本实用新型实施例的驱动装置的局部剖视图；
23.图4是本实用新型实施例的气囊装置的简图。
24.附图标记说明：1、机身；11、胸鳍；12、背鳍；2、驱动装置；3、吸附装置；31、密封空腔；32、驱动器；4、密封圈；5、气囊装置；51、气囊；52、气体发生器；6、气囊盖板；7、碳纤维小刺。
具体实施方式
25.以下结合附图1-4对本实用新型作进一步详细说明。
26.本实用新型实施例公开一种基于印鱼仿生的海洋救援机器人。
27.参照图1、图2、图3、图4，一种基于印鱼仿生的海洋救援机器人包括机身1、驱动装置2和吸附装置3，机身1作为承载平台，用于装载设备；驱动装置2设置于机身1，驱动装置2用于带动机身1移动；吸附装置3设置于机身1，吸附装置3具有吸附部，吸附部可被驱动的将机身1吸附于船或与船分离。在机身1上设置吸附装置3，可以吸附在船上，通过船的快速移动将机器人快速移动到救援位置后，再将机器人从船上取下，驱使机器人到达救援位置进行救援，该吸附装置3在水下具有高性能粘附能力，并能可重复的粘附在水下各种表面上，使用方便。
28.机身1的外形为仿鲨鱼结构，机身1的前端两侧设置有一对胸鳍11，胸鳍11可被驱动的转动设置于机身1，机身1的顶部设置有背鳍12，机身1的尾部设置有鱼尾，整体近似于鲨鱼形状。
29.驱动装置2包括一对螺旋桨和尾部推进器，机身1位于胸鳍11的后侧且背鳍12的两侧分别设置有发动机组，发动机组用于带动螺旋桨转动，尾部推进器设置在鱼尾，尾部推进器采用鱼尾式推进器。通过尾部推进器和控制螺旋桨的转速协同胸鳍11，实现机身1的浮起、下降、左右移动。
30.吸附装置3包括至少一个分布在机身1的吸附单元，在本实施例中，吸附单元阵列分布在机身1的底部，机身1的底部设置有一个平面，吸附单元位于该平面内。每个吸附单元包括密封空腔31和驱动器32，密封空腔31设置于机身1的平面内，密封空腔31的体积可发生
改变，在本实施例中，密封空腔31采用弹性体材料制成，具体的，弹性体材料为牛皮薄膜。驱动器32用于驱使弹性体发生弹性形变，从而改变密封空腔31的体积。
31.驱动器32用于驱使密封空腔31的体积增大或缩小。在本实施例中，驱动器32采用偏动式sma弹簧驱动器32，偏动式sma弹簧驱动器32的导杆与密封空腔31连接，用于驱使密封空腔31的体积变化。当吸附时，偏动式sma弹簧驱动器32驱使密封空腔31的体积变大，当解除吸附时，偏动式sma弹簧驱动器32驱使密封空腔31的体积恢复至原位。
32.sma弹簧驱动器32的sma弹簧可以获得更大的位移，从而使得体积变化更大，得到的负压更大。
33.密封空腔31沿其周向设置有密封圈4，密封空腔31位于密封圈4内。在本实施例中，密封圈4采用弹性材料制成，具体的，密封圈4采用橡胶材质，密封圈4用于保证密封空腔31的密封性，从而保障机器人能够吸附在物体表面且更加稳固。在密封圈4的作用下，当密封空腔31与物体接触时，能够形成一个密封的腔室。
34.密封圈4沿其周向分布有多个碳纤维小刺7，多个碳纤维小刺7在密封圈4的外围形成一层软唇圈。在本实施例中，碳纤维小刺7选用北航软体机器人实验室与哈佛大学robertwood实验室共同研发的材料。它利用了高精度激光加工技术，实现了高精度的激光加工切割碳纤维。因为小刺是生物体机制，不会对吸附体表面造成破坏，从而对水下救援起了关键性的帮助作用。
35.当吸附装置3贴在物体表面时，驱动器32驱使密封空腔31的体积变大，使密封空腔31内形成负压，从而吸附在物体表面，而外部柔软的碳纤维小刺7形成的唇圈对整体的冗余吸附，形成与吸附表面互锁，增强了摩擦力，使得摩擦力和吸附时间显著提升。
36.还包括控制系统，控制系统包括中央处理器及其外围电路和无线传输模块，中央处理器与驱动装置2和吸附装置3电性连接，无线传输模块与终端设备通信连接。中央处理器采用stc15w4k48s4单片机，机身1安装有船用传感器，无线传输模块将前述的这些参数传输给终端设备，并接收来自终端设备的信号，当中央处理器接收并解析该信号后，执行相应的指令，比如接收到启动驱动装置2时，向驱动装置2发出电信号，启动驱动装置2。
37.在本实施例中，终端设备包括地面接收设备和辅助船只，采用水声通信实现机器人与地面接收设备进行救援信息的交流，同时在水面上设置辅助船只作为水上传输设备，船只配置水声通信装备发送水信号与机器人通信。水声通信模块包括辅船定向gps模块，辅船水声通信机、工控机、缆绳系统以及在机器人上的载体水下通信机。辅船定向gps模块设置在辅助船只上，且配有双天线，通过线缆与工控机连接，可以将辅船的位置等信息发送给工控机。而水声通信机通过缆绳悬挂在辅船底部，且通过串口与工控机相连。辅船上的水声通信机可以接收机器人发送的导航信息(如水平坐标、深度、速度、航向角)和传感器信息，并将其发送给工控机，同时将工控机传回的辅船位置信息以及操作员的救援指令发送至机器人水下通信机。而机器人上的水下通信机用于周期广播自身导航信息和传感器信息，并通过无线传输模块接收工控机发出的控制指令。工控机通过串行通信接口连接定向gps模块和辅船声通机，用于解析机器人返回的数据，获取机器人的导航信息和传感器数据，并将收到的数据信息整合分析，绘制机器人航行实时轨迹，解析机器人行进状态，利用其状态信息和观测数据发送控制指令给辅船水声通信机。当水下救援机器人下潜后，通过水下通信机向外周期性的广播自身的导航信息和传感器信息数据包。悬挂于辅船上的水声通信机按
照通信协议解析处理收到的信息包，然后上传给工控机进行下一步处理。操作人员利用数据处理结果在工控机上发布控制指令，辅船上的水声通信机将指令与相关信息发送给水下机器人。机器人接收到指令后，立即执行。
38.在本实施例中，机身1上安装有水下图像采集设备，此为现有技术，在此不一一赘述，水下图像采集设备用于将拍摄的图像传输给终端设备。
39.还包括气囊装置5，气囊装置5包括设置于机身1的气囊51和气体发生器52，气体发生器52用于对气囊51进行充气，气囊51充气后从机身1向外膨胀，气体发生器52与控制系统电性连接。
40.在本实施例中，气囊51采用凯夫拉。凯夫拉纤维特性具有永久的耐热阻燃性，极限氧指数loi大于28；永久的抗静电性；永久的耐酸碱和有机溶剂的侵蚀；高强度、高耐磨、高抗撕裂性；遇火无熔滴产生，不产生有毒气体；火烧布面时布面增厚，增强密封性，不破裂。
41.在本实施例中，气体发生器52采用烟火式气体发生器52，不仅产气速度快，成本低廉，且便于长时间储存，故选择烟火式气体发生器52对气囊51充气。
42.气囊51安装在机身1上且位于背鳍12内，在机身1且位于背鳍12上开设有用于容纳气囊51和气体发生器52的容纳槽，背鳍12铰接在机身1上，背鳍12可被驱动的转动使容纳槽打开，当气体发生器52接收到点火指令后，背鳍12同时转动将容纳槽打开。
43.机身1上设置有用于密封气囊51的气囊盖板6，气囊51向外膨胀时先将气囊盖板6击破后再向机身1外伸出。气囊盖板6采用椰壳纤维/pp复合材料，其主要成分为纤维素、木质素、半纤维素以及果胶物质、杂糖、矿物质。气囊51爆破时，冲击力大于椰壳纤维/pp复合材料的屈服应力时，气囊盖板6可以顺利断裂使气囊51弹出，气囊盖板6提高了水密性，有效避免未使用时水进入到气囊装置5内与气囊51接触。
44.当机器人移动到救援位置后，向气囊51的控制单元发送撞击信号，当气体发生器52接收到传感器的信号后，气体发生器52的点火装置点火，并产生爆炸，其中爆炸产生的气体快速充满气囊51。
45.当装置进入水下，移动到被救援人所在位置时，吸附装置3启动，吸附并固定住被救援人员后，在终端设备控制下点火装置点火，气体发生器52被启动，从而引发气体反应剂发生反应，产生大量气体，随后气体充入气囊51中，气囊51急剧发生膨胀，体积迅速增大，产生巨大浮力，完成救援。
46.以上均为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于印鱼仿生的海洋救援机器人，其特征在于：包括：机身(1)，作为承载平台；驱动装置(2)，设置于机身(1)，所述驱动装置(2)用于带动机身(1)移动；吸附装置(3)，设置于机身(1)，所述吸附装置(3)具有吸附部，所述吸附部可被驱动的将机身(1)吸附于船或与船分离。2.根据权利要求1所述的基于印鱼仿生的海洋救援机器人，其特征在于：所述吸附装置(3)包括至少一个分布在机身(1)的吸附单元，每个所述吸附单元包括密封空腔(31)和驱动器(32)，所述密封空腔(31)设置于机身(1)，所述密封空腔(31)的体积可发生改变，所述驱动器(32)用于驱使密封空腔(31)的体积增大或缩小。3.根据权利要求2所述的基于印鱼仿生的海洋救援机器人，其特征在于：所述密封空腔(31)沿其周向设置有密封圈(4)，所述密封空腔(31)位于密封圈(4)内。4.根据权利要求3所述的基于印鱼仿生的海洋救援机器人，其特征在于：所述密封空腔(31)采用弹性体材料制成，所述驱动器(32)用于驱使弹性体发生弹性形变，从而改变密封空腔(31)的体积。5.根据权利要求3所述的基于印鱼仿生的海洋救援机器人，其特征在于：所述密封圈(4)沿其周向分布有多个碳纤维小刺(7)，多个所述碳纤维小刺(7)在密封圈(4)的外围形成一层软唇圈。6.根据权利要求1所述的基于印鱼仿生的海洋救援机器人，其特征在于：还包括控制系统，所述控制系统包括中央处理器及其外围电路和无线传输模块，所述中央处理器与驱动装置(2)和吸附装置(3)电性连接，所述无线传输模块与终端设备通信连接。7.根据权利要求6所述的基于印鱼仿生的海洋救援机器人，其特征在于：还包括气囊装置(5)，所述气囊装置(5)包括设置于机身(1)的气囊(51)和气体发生器(52)，所述气体发生器(52)用于对气囊(51)进行充气，所述气囊(51)充气后从机身(1)向外膨胀，所述气体发生器(52)与控制系统电性连接。8.根据权利要求7所述的基于印鱼仿生的海洋救援机器人，其特征在于：所述机身(1)上设置有用于密封气囊(51)的气囊盖板(6)，所述气囊(51)向外膨胀时先将气囊盖板(6)击破后再向机身(1)外伸出。9.根据权利要求1所述的基于印鱼仿生的海洋救援机器人，其特征在于：所述机身(1)的外形为仿鲨鱼结构。10.根据权利要求2所述的基于印鱼仿生的海洋救援机器人，其特征在于：所述驱动器(32)采用偏动式sma弹簧驱动器(32)。

技术总结
本实用新型涉及一种基于印鱼仿生的海洋救援机器人，包括机身、驱动装置和吸附装置，机身作为承载平台，用于装载设备；驱动装置设置于机身，驱动装置用于带动机身移动；吸附装置设置于机身，吸附装置具有吸附部，吸附部可被驱动的将机身吸附于船或与船分离。在机身上设置吸附装置，可以吸附在船上，通过船的快速移动将机器人快速移动到救援位置后，再将机器人从船上取下，驱使机器人到达救援位置进行救援，该吸附装置在水下具有高性能粘附能力，并能可重复的粘附在水下各种表面上，使用方便。使用方便。使用方便。


技术研发人员：吴可 谢宛逸 刘纤纤 毛杨 吴梦瑶
受保护的技术使用者：重庆交通大学
技术研发日：2023.04.12
技术公布日：2023/7/6