一种仿生乌贼水下机器人

1.本发明涉及仿生设备技术领域，具体涉及一种仿生乌贼水下机器人。


背景技术：

2.目前水下机器人在执行特定任务时，往往需要在有扰流的水中低速运动或悬停，而传统的螺旋桨式水下作业机器人依赖于流体在操纵舵面上流动产生的机动控制力，这种推进方式难以满足实际工作需求。此外，水下作业机器人低速运动时，螺旋桨会处于非全程旋转的工作状态，由于非稳定流模式下螺旋桨的“颤搐”运动，其效率将显著降低，并且产生难以预测的流体脉冲。
3.因此有必要提供一种可在扰流水中低速运动或悬停、并且工作效率高的仿生乌贼水下机器人。


技术实现要素：

4.本发明主要目的在于提供一种仿生乌贼水下机器人，以解决现有技术存在的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案：
6.一种仿生乌贼水下机器人，包括透明腔，所述透明腔一端连接有摄像机构，所述透明腔内部设置有惯性转向机构；所述透明腔另一端连接有驱动腔和弹性驱动机构，所述弹性驱动机构连接于所述驱动腔内部，所述弹性驱动机构包括安装架、喷嘴、间歇驱动机构和弹性肋板，所述安装架连接于所述透明腔远离所述摄像机构的一端，所述喷嘴连接于所述驱动腔远离所述透明腔的一端，所述喷嘴通过连接杆与所述安装架连接，所述间歇驱动机构连接于所述安装架上，所述弹性肋板一端与所述喷嘴连接，另一端与所述透明腔连接，所述弹性肋板与所述驱动腔的内壁贴合连接，所述透明腔内部设置有蓄电池和控制器，所述蓄电池分别与所述控制器、所述弹性驱动机构和所述惯性转向机构电连接，所述控制器分别与所述弹性驱动机构和所述惯性转向机构电连接。
7.进一步的，所述摄像机构包括摄像头和盖体，所述盖体连接于所述透明腔一端，所述摄像头设置于所述盖体和所述透明腔之间，所述摄像头连接于所述透明腔的侧壁上。
8.进一步的，所述盖体为半圆形结构。
9.进一步的，所述惯性转向机构包括第一惯性飞轮和第二惯性飞轮，所述第一惯性飞轮连接于所述透明腔远离所述盖体的内壁上，所述透明腔与所述第一惯性飞轮相垂直的内壁上连接有所述第二惯性飞轮，所述第一惯性飞轮和所述第二惯性飞轮均动力连接有用于驱动旋转的驱动装置。
10.进一步的，所述间歇驱动机构包括第一驱动电机、连接圆盘、间歇齿轮和齿条，所述连接圆盘滑动连接于所述安装架上，所述第一驱动电机通过电机固定装置连接于所述连接圆盘上，所述第一驱动电机动力输出端贯穿所述连接圆盘并与所述间歇齿轮连接，所述安装架上连接有有所述齿条，所述间歇齿轮与所述齿条相适配，所述连接杆一端与所述连
接圆盘相连接，另一端与所述喷嘴相连接，且所述连接杆靠近所述连接圆盘的一端与所述固定架滑动连接。
11.进一步的，所述控制器采用stm32系列单片机。
12.进一步的，所述蓄电池采用锂电池。
13.进一步的，所述透明腔、所述盖体和所述驱动腔均采用柔性外壳，所述柔性外壳采用m3透明胶材料。
14.进一步的，还包括蓝牙模块，所述蓝牙模块安装于所述透明腔内部，所述蓝牙模块分别与所述蓄电池和所述控制器电连接。
15.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
16.1.采用了惯性飞轮系统实现水下机器的转向、沉浮功能，运动更加灵活。
17.2.通过间歇驱动机构的设置实现矢量喷推的方式前进，运动速度快，灵活性较高，改良了传统螺旋桨机构面对水中暗流的不足。
附图说明
18.图1为本发明一种仿生乌贼水下机器人的立体图。
19.图2为本发明一种仿生乌贼水下机器人的剖视图。
20.其中，1-透明腔；2-摄像机构；21-摄像头；22-盖体；3-惯性转向机构；31-第一惯性飞轮；32-第二惯性飞轮；33-驱动装置；4-弹性驱动机构；41-安装架；42-喷嘴；43-间歇驱动机构；431-第一驱动电机；432-连接圆盘；433-间歇齿轮；434-齿条；44-弹性肋板；45-连接杆；46-电机固定装置。
具体实施方式
21.以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
22.结合图1-2，本发明提供一种仿生乌贼水下机器人，包括透明腔1，所述透明腔1一端连接有摄像机构2，所述透明腔1内部设置有惯性转向机构3；所述透明腔1另一端连接有驱动腔和弹性驱动机构4，所述弹性驱动机构4连接于所述驱动腔内部，所述透明腔1内部设置有蓄电池(图中未示出)和控制器(图中未示出)，所述蓄电池分别与所述控制器、所述弹性驱动机构4和所述惯性转向机构3电连接，所述控制器分别与所述弹性驱动机构4和所述惯性转向机构3电连接。
23.作为优化，所述透明腔1内部设置有防水隔间，所述控制器、所述蓄电池等电子元件均可安装于所述防水隔间内。
24.所述弹性驱动机构4包括安装架41、喷嘴42、间歇驱动机构43和弹性肋板44，所述安装架41连接于所述透明腔1远离所述摄像机构2的一端，所述喷嘴42连接于所述驱动腔远离所述透明腔1的一端，所述喷嘴42通过连接杆45与所述安装架41连接，所述间歇驱动机构43连接于所述安装架41上，所述弹性肋板44一端与所述喷嘴42连接，另一端与所述透明腔1连接，所述弹性肋板44与所述驱动腔的内壁贴合连接，当弹性肋板44发生形变时，采用柔性外壳的的驱动腔可伴随产生形变，满足动力供应的形变需要。
25.本实施例中，所述弹性肋板44采用玻璃纤维材料，玻璃纤维的弹性系数高，刚性佳，能实现装置的弹性驱动。
26.进一步的，所述间歇驱动机构43包括第一驱动电机431、连接圆盘432、间歇齿轮433和齿条434，所述连接圆盘432滑动连接于所述安装架431上，所述第一驱动电机431通过电机固定装置46连接于所述连接圆盘432上，所述第一驱动电机431动力输出端贯穿所述连接圆盘432并与所述间歇齿轮433连接，所述安装架41上连接有有所述齿条434，所述间歇齿轮433与所述齿条434相适配，所述连接杆45一端与所述连接圆盘432相连接，另一端与所述喷嘴42相连接，且所述连接杆45靠近所述连接圆盘432的一端与所述固定架41滑动连接；本实施例中，所述安装架41上设置有供连接圆盘432和所述连接杆45滑动的滑槽，当间歇驱动装置43工作时，第一驱动电机431带动间歇齿轮433旋转，间歇齿轮433与齿条434啮合传动，由于齿条434固定，间歇齿轮433带动连接圆盘和连接杆滑动，通过连接杆45带动喷嘴42运动并外拉弹性肋板44，储存弹性势能，当间歇齿轮433运动到无齿部位时，弹性肋板44的弹性势能得以释放，压缩喷腔体积，使得喷腔内的液体从喷嘴42喷出，利用水流喷出的相互作用力使得仿生乌贼机器人获得前进的动力，喷嘴42兼具排水和进水的功能。
27.由于非稳定流模式下采用现有螺旋桨驱动会发生“颤搐”运动，其效率将显著降低，并且产生难以预测的流体脉冲，弹性驱动机构4的设置解决了这一问题。
28.所述摄像机构2包括摄像头21和盖体22，所述盖体22连接于所述透明腔1一端，所述摄像头21设置于所述盖体22和所述透明腔1之间，所述摄像头21连接于所述透明腔1的侧壁上，所述盖体用于保护摄像头，摄像头可对工作环境的换面进行拍摄；本实施例中所述盖体22为半圆形结构，减小装置运动过程中所收到的阻力。
29.本实施例中，所述透明腔1、所述盖体22和所述驱动腔均采用柔性外壳，所述透明腔1和所述盖体22的连接处、所述透明腔1和所述驱动腔的连接处、所述驱动腔和所述喷嘴42的连接处均采用m3透明胶材料连接，采用m3透明胶材料具有诸多优点：1)黏性高，避免因为黏性过低使得粘和处发生开胶，从而导致密封性差、内部漏水影响动力的情况；2)高强度，满足透明囊形变弹性要求；3)高透明，使机器人更好的融入自然环境中，便于隐蔽，同时也便于装置内部出现故障时的诊断。
30.所述惯性转向机构3包括第一惯性飞轮31和第二惯性飞轮32，所述第一惯性飞轮31连接于所述透明腔1远离所述盖体22的内壁上，所述透明腔1与所述第一惯性飞轮31相垂直的内壁上连接有所述第二惯性飞轮32，所述第一惯性飞轮31和所述第二惯性飞轮32均动力连接有用于驱动旋转的驱动装置33，本实施例中，所述驱动装置33设置有两个，两个所述驱动装置33分别连接于安装有所述第一惯性飞轮31和所述第二惯性飞轮32的透明腔1内壁上；所述第一惯性飞轮31和所述第二惯性飞轮32分别对应x0y平面和yoz平面，当一个空间平面的惯性飞轮顺时针旋转时，仿生乌贼机器人由于需要满足角动量守恒原理，因此机器人逆时针旋转，通过xoy平面,yoz平面的惯性飞轮相互配合，完成了机器人的转向和沉浮运动。
31.本实施中，所述控制器采用stm32系列单片机，响应速度更快；所述蓄电池采用锂电池，其能量密度较大，寿命更长，受环境温度影响小，使用效果更好；所述透明腔和盖体采用柔性外壳，避免伤害水中生物。
32.作为优化，装置还包括蓝牙模块(图中未示出)，所述蓝牙模块安装于所述透明腔1内部，所述蓝牙模块分别与所述蓄电池和所述控制器电连接，方便对装置进行蓝牙控制。
33.该机器人可以协助科研工作者对海域各项数据进行测量，且可以低速前行或定点
对某一区域进行相关样品数据的测量，代替潜水员进行操作，大大降低了海底科研活动的危险性。
34.作为优化，本实施例中的仿生乌贼水下机器人可配备多种传感器，以及仿生乌贼机器人所特别具备的仿生触手，在军事上可用于浅水水域的排雷行动，大大减少人员以及物资装备的损失。
35.本发明公开的一种仿生乌贼水下机器人正常工作时，第一驱动电机431带动间歇齿轮433旋转，间歇齿轮433与齿条434啮合传动，由于齿条434固定，间歇齿轮433带动连接圆盘和连接杆滑动，通过连接杆45带动喷嘴42运动并外拉弹性肋板44，储存弹性势能，当间歇齿轮433运动到无齿部位时，弹性肋板44的弹性势能得以释放，压缩喷腔体积，使得喷腔内的液体从喷嘴42喷出，利用水流喷出的相互作用力使得仿生乌贼机器人获得前进的动力；需要转向时，控制一个空间平面的惯性飞轮顺时针旋转时，仿生乌贼机器人由于需要满足角动量守恒原理，因此机器人逆时针旋转，通过xoy平面,yoz平面的惯性飞轮相互配合，完成了机器人的转向和沉浮运动。
36.以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围。

技术特征：
1.一种仿生乌贼水下机器人，其特征在于，包括透明腔，所述透明腔一端连接有摄像机构，所述透明腔内部设置有惯性转向机构；所述透明腔另一端连接有驱动腔和弹性驱动机构，所述弹性驱动机构连接于所述驱动腔内部，所述弹性驱动机构包括安装架、喷嘴、间歇驱动机构和弹性肋板，所述安装架连接于所述透明腔远离所述摄像机构的一端，所述喷嘴连接于所述驱动腔远离所述透明腔的一端，所述喷嘴通过连接杆与所述安装架连接，所述间歇驱动机构连接于所述安装架上，所述弹性肋板一端与所述喷嘴连接，另一端与所述透明腔连接，所述弹性肋板与所述驱动腔的内壁贴合连接，所述透明腔内部设置有蓄电池和控制器，所述蓄电池分别与所述控制器、所述弹性驱动机构和所述惯性转向机构电连接，所述控制器分别与所述弹性驱动机构和所述惯性转向机构电连接。2.如权利要求1所述的一种仿生乌贼水下机器人，其特征在于，所述摄像机构包括摄像头和盖体，所述盖体连接于所述透明腔一端，所述摄像头设置于所述盖体和所述透明腔之间，所述摄像头连接于所述透明腔的侧壁上。3.如权利要求2所述的一种仿生乌贼水下机器人，其特征在于，所述盖体为半圆形结构。4.如权利要求2所述的一种仿生乌贼水下机器人，其特征在于，所述惯性转向机构包括第一惯性飞轮和第二惯性飞轮，所述第一惯性飞轮连接于所述透明腔远离所述盖体的内壁上，所述透明腔与所述第一惯性飞轮相垂直的内壁上连接有所述第二惯性飞轮，所述第一惯性飞轮和所述第二惯性飞轮均动力连接有用于驱动旋转的驱动装置。5.如权利要求1所述的一种仿生乌贼水下机器人，其特征在于，所述间歇驱动机构包括第一驱动电机、连接圆盘、间歇齿轮和齿条，所述连接圆盘滑动连接于所述安装架上，所述第一驱动电机通过电机固定装置连接于所述连接圆盘上，所述第一驱动电机动力输出端贯穿所述连接圆盘并与所述间歇齿轮连接，所述安装架上连接有有所述齿条，所述间歇齿轮与所述齿条相适配，所述连接杆一端与所述连接圆盘相连接，另一端与所述喷嘴相连接，且所述连接杆靠近所述连接圆盘的一端与所述固定架滑动连接。6.如权利要求1所述的一种仿生乌贼水下机器人，其特征在于，所述控制器采用stm32系列单片机。7.如权利要求1所述的一种仿生乌贼水下机器人，其特征在于，所述蓄电池采用锂电池。8.如权利要求1所述的一种仿生乌贼水下机器人，其特征在于，所述透明腔、所述盖体和所述驱动腔均采用柔性外壳，所述柔性外壳采用m3透明胶材料。9.如权利要求1所述的一种仿生乌贼水下机器人，其特征在于，还包括蓝牙模块，所述蓝牙模块安装于所述透明腔内部，所述蓝牙模块分别与所述蓄电池和所述控制器电连接。

技术总结
本发明公开了一种仿生乌贼水下机器人，涉及仿生设备技术领域。包括透明腔，透明腔连接有摄像机构，透明腔内部有惯性转向机构；透明腔另一端连接有驱动腔和弹性驱动机构，弹性驱动机构包括安装架、喷嘴、间歇驱动机构和弹性肋板，安装架连接于透明腔远离摄像机构的一端，喷嘴连接于驱动腔远离透明腔的一端，喷嘴与安装架连接，间歇驱动机构连接于安装架上，弹性肋板一端与喷嘴连接，另一端与透明腔连接，弹性肋板与驱动腔内壁贴合，透明腔内部有蓄电池和控制器，蓄电池与控制器、弹性驱动机构和惯性转向机构电连接，控制器与弹性驱动机构和惯性转向机构电连接。本发明公开的装置可在扰流水中低速运动或悬停，工作效率高，具有很强的实用性。很强的实用性。很强的实用性。


技术研发人员：袁晓静 梁铭哲 邱贺方 赵飞 韩富锟
受保护的技术使用者：中国人民解放军火箭军工程大学
技术研发日：2022.12.27
技术公布日：2023/3/30