一种快速移动、转向的水母型水下机器人

1.本发明属于水下机器人技术领域，具体涉及一种快速移动、转向的水母型水下机器人。


背景技术：

2.水下机器人是海洋中水质检测、海洋救援探测、海洋生态农场中重要的应用工具，从仿生机构学与运动学角度而言，水母具有优良的形体结构与运行形态，水母型机器人作为水下机器人和仿生机器人的结合体，以水母为仿生蓝本的水下仿生机器人具有较高的研究价值。但现有技术中的水母型水下机器人为实现机器人的推进，大多采用伸缩杆反复的伸出/收缩动作或采用电机反复的正反转驱动“水母触须”做展开收回运动，从而实现整个机器人的推进。存在的缺点包括：
3.(1)现有技术中机器人在换向或移动过程中，需要多个电机不同转动速度、不同转动角度进行协同作业，控制较为复杂；
4.(2)现有技术中的机器人移动或转向速度较慢，无法满足需要水中移动或换向速度较快的场景。
5.(3)现有技术中采用伸缩杆或电机的正反转实现机器人的推进的方式，反复的伸缩、正反转交替工作，使得伸缩杆或电机的使用寿命明显降低，因水下机器人长期在海洋中使用，需要对驱动部件进行防水密封，拆卸、维护、更换部件较为麻烦、成本较高。


技术实现要素：

6.本发明的目的是克服现有技术中存在的驱动部件的移动或转向速度较慢、使用寿命较短、控制繁琐的缺陷，提供了一种能够快速移动、换向的水母型水下机器人。
7.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种快速移动、转向的水母型水下机器人，包括水母顶盖、控制装置、n个水母摆动臂、支持平台、n个摆动驱动机构以及用于加速换向/移动速度的加速推进装置；所述控制装置设置在所述水母顶盖与支撑平台之间；其中，n≥4；
8.所述摆动驱动机构安装在所述支撑平台上，所述水母摆动臂一端转动连接在所述水母顶盖上另一端与对应的所述驱动机构固定连接；
9.所述加速推进装置安装在所述支撑平台远离所述水母顶盖的一端面上且位于n组所述摆动驱动机构的中间位置；所述加速推进装置包括固定安装在所述支撑平台远离所述水母顶盖一端面的加速基管、开设在所述加速基管圆周面上的n个进水阀、开设在所述加速基管轴线方向的出水阀以及设置在所述加速基管内壁上的化学反应部；
10.所述进水阀与所述出水阀水路连通；所述进水阀与所述水母摆动臂对应设置。
11.进一步地，n＝4，4组所述水母摆动臂圆周阵列在所述水母顶盖的边缘上。
12.进一步地，所述化学反应部采用遇水放热放气材料；所述遇水放热放气材料为cao、li、na、ca、cac、na2ca3中的一种或多种的组合。
13.进一步地，所述驱动机构包括固定安装在所述支撑平台上的驱动电机和通过传动机构与所述驱动电机传动连接的连杆组件；所述连杆组件的输出端与所述水母摆动臂固定连接，所述驱动电机单方向旋转带动所述水母摆动臂做展开/收缩运动。
14.进一步地，所述连杆组件包括安装在所述支撑平台上的固定杆，所述固定杆的两端分别转动连接有第一连杆和第二连杆；所述第一连杆与所述固定杆的连接端与所述传动机构的输出轴同轴设置，所述第一连杆远离所述固定杆的一端与所述第二连杆远离所述固定杆的一端之间转动安装有第三连杆；
15.所述第二连杆的长度大于所述第三连杆的长度，所述第三连杆的长度大于所述第一连杆的长度。
16.进一步地，所述连杆组件还包括转动连接在所述第二连杆与所述第三连杆的连接处的推杆，所述推杆远离所述第二连杆与第三连杆的连接处的端部与所述水母摆动臂固定连接。
17.进一步地，所述传动机构包括与所述驱动电机的输出轴同轴设置有主动齿轮和与所述主动齿轮外啮合配合连接的从动齿轮。
18.进一步地，所述水母摆动臂对应的所述支撑平台上开设有多个容纳槽；
19.当所述水母摆动臂处于展开状态时，所述第一连杆、第三连杆以及水母摆动臂处于所述容纳槽内；
20.当所述水母摆动臂处于收缩状态时，所述第一连杆、第三连杆以及水母摆动臂处于所述容纳槽外。
21.更进一步地，所述水母摆动臂的外壁面为弧形面，所述水母摆动臂的两端厚度小于其中间厚度。
22.快速移动、转向的水母型水下机器人的控制方法，当需要移动时，启动n组所述驱动电机进行单一方向的转动带动所述水母摆动臂进行沿所述支撑平台径向方向开合运动；
23.当需要转向时，启动需要转向方向相对面对应的所述驱动电机转动，转换一定角度后，停止所述驱动电机，再次启动需要转向方向相对面对应的所述驱动电机转动，多次启停同一个所述驱动电机实现指定方向的转向。
24.本发明的一种快速移动、转向的水母型水下机器人的有益效果是：
25.1、本发明在多个水母摆动臂中间设置有加速推进装置，利用进水阀将水进入到反应腔内，与反应腔对应的加速基管内壁上的化学反应部反应产生热和气将反应腔内的压力升高，利用加速基管内反应腔内外的压力差，使反应腔内的水从出水阀排出，从而达到加速的目的，即实现该机器人能够快速移动或转向，能满足各种移动或转向速度要求的场景使用，解决了现有技术中普遍存在的水中机器人移动和转向较慢的问题。
26.2、采用本发明中的驱动机构中的连杆组件，驱动电机只需要做单一方向的旋转运动，连杆组件即可带动水母摆动臂的沿支撑平台径向方向做开合运动，避免了现有技术中需要电动推杆反复进行伸缩运动或驱动电机反复进行正反转交替运动的控制麻烦、使用寿命较短的问题。且只需要采用较低成本的驱动电机就可实现机器人的稳定、长期的运行，轻巧灵活、成本较低。
27.3、本发明采用圆周阵列在支撑平台上的n组驱动机构，同时每组驱动机构均可独立控制，在需要对机器人进行换向时，只需要多次启动与转向方向相反的驱动电机，现该机
器人在水下的多角度换向。
附图说明
28.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
29.图1是本实施例的水母型水下机器人的第一视角立体图；
30.图2是本实施例的水母型水下机器人的第二视角立体图；
31.图3是本实施例的加速推进装置的立体图；
32.图4是本实施例的加速推进装置的竖向剖视图；
33.图5是本实施例的加速推进装置的横向剖视图；
34.图6是本实施例的控制装置与支撑平台的安装结构示意图；
35.图7是本实施例的连杆组件与支撑平台的安装结构示意图；
36.图8是本实施例的连杆组件的结构示意图；
37.图9是本实施例的连杆组件的第一状态图；
38.图10是本实施例的连杆组件的第二状态图；
39.图11是本实施例的水母摆动叶片的结构图。
40.图中:1、水母顶盖，2、控制装置，3、水母摆动臂，4、支撑平台，5、驱动机构，51、驱动电机，52、连杆组件，521、固定杆，522、第一连杆，523、第二连杆，524、第三连杆，525、推杆，53、传动机构，531，主动齿轮，532、从动齿轮，54、容纳槽，6、加速推进装置，61、加速基管，62、进水阀，621、第一进水阀，622、第二进水阀，623、第三进水阀，624、第四进水阀，63、出水阀，64、化学反应部。
具体实施方式
41.现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
42.如图1-图11所示的本发明的一种快速移动、转向的水母型水下机器人的具体实施例，包括水母顶盖1、控制装置2、n个水母摆动臂3、支持平台、n个驱动机构5以及用于加速换向/移动速度的加速推进装置6；控制装置2设置在水母顶盖1与支撑平台4之间；其中，n≥4；驱动机构5安装在支撑平台4上，水母摆动臂3一端转动连接在水母顶盖1上另一端与对应的驱动机构5固定连接。
43.加速推进装置6安装在支撑平台4远离水母顶盖1的一端面上且位于n组驱动机构5的中间位置；加速推进装置6包括固定安装在支撑平台4远离水母顶盖1一端面的加速基管61、开设在加速基管61圆周面上的n个进水阀62、开设在加速基管61轴线方向的出水阀63以及设置在加速基管61内壁上且位于进水阀62和出水阀63之间的化学反应部64；进水阀62与出水阀63水路连通；进水阀62与水母摆动臂3对应设置。本实施例中n＝4，4组水母摆动臂3圆周阵列在水母顶盖1的边缘上。
44.本实施例中的化学反应部64采用遇水放热放气材料；遇水放热放气材料为cao、li、na、ca、cac、na2ca3中的一种或多种的组合本发明在多个水母摆动臂3中间设置有加速推进装置6，利用进水阀62将水进入到反应腔内，与反应腔对应的加速基管61内壁上的化学反应部64反应产生热和气将反应腔内的压力升高，利用加速基管61内反应腔内外的压力差，
使反应腔内的水从出水阀63排出，从而达到加速的目的，即实现该机器人能够快速移动或转向，能满足各种移动或转向速度要求的场景使用，解决了现有技术中普遍存在的水中机器人移动和转向较慢的问题。本实施例中进水阀62包括与四组水母摆动臂3对应的第一进水阀621、第二进水阀622、第三进水阀623以及第四进水阀624。
45.同时水母摆动臂3的外壁面为弧形面，水母摆动臂3的两端厚度小于其中间厚度。水母摆动臂3结合加速推进装置6共同保证机器人在水中的移动转向速度。
46.如图7-图10所示，驱动机构5包括固定安装在支撑平台4上的驱动电机51和通过传动机构53与驱动电机51传动连接的连杆组件52；连杆组件52的输出端与水母摆动臂3固定连接，驱动电机51单方向旋转带动水母摆动臂3做展开/收缩运动。其中连杆组件52包括安装在支撑平台4上的固定杆521，固定杆521的两端分别转动连接有第一连杆522和第二连杆523；第一连杆522与固定杆521的连接端与传动机构53的输出轴同轴设置，第一连杆522远离固定杆521的一端与第二连杆523远离固定杆521的一端之间转动安装有第三连杆524。
47.需要进一步地说明的是第二连杆523的长度大于第三连杆524的长度，第三连杆524的长度大于第一连杆522的长度。
48.在机器人使用的过程中启动驱动电机51，驱动电机51带动连杆组件52转动，推杆525转动安装在推杆525远离第二连杆523与第三连杆524的连接处，当连杆组件52转动到如图9所示的位置时，水母摆动臂3处于收缩状态；当连杆组件52转动到如图10所示的位置时，水母摆动臂34处于展开状态。
49.需要进一步说明的是本实施例中水母摆动臂3对应的支撑平台4上开设有容纳槽54；当水母摆动臂3处于展开状态时，第一连杆522、第三连杆524以及水母摆动臂3处于容纳槽54内；当水母摆动臂3处于收缩状态时，第一连杆522、第三连杆524以及水母摆动臂3处于容纳槽54外。第一连杆522和第二连杆523与固定杆521的连接处均位于容纳槽54对应的支撑平台4上。
50.参照图2，传动机构53包括与驱动电机51的输出轴同轴设置有主动齿轮531和与主动齿轮531外啮合配合连接的从动齿轮532。本发明的驱动传动机构53采用齿轮、连杆组件52传动，噪音较小，进一步地保证运行的稳定性。本实施例中的传动机构53采用齿轮传动，也可以是本领域技术人员能够想到的其他结构的传动机构53，在此不做绝对限定。采用本发明中的驱动机构5中的连杆组件52，驱动电机51只需要做单一方向的旋转运动，连杆组件52即可带动水母摆动臂3的沿支撑平台4径向方向做开合运动，避免了现有技术中需要电动推杆525反复进行伸缩运动或驱动电机51反复进行正反转交替运动的控制麻烦、使用寿命较短的问题。且只需要采用较低成本的驱动电机51就可实现机器人的稳定、长期的运行，轻巧灵活、成本较低。
51.本实施例中还包括用于装载电源、控制器的控制装置2，控制装置2与支撑平台4的上端面固定安装。本实施例中的快速移动、转向的水母型水下机器人还包括用于装载电源、控制器的控制装置2，控制装置2与支撑平台4的上端面固定安装，且控制装置2的上端面与水母盖板密封安装，保证电源、控制器的防水安装，满足于水下环境的使用。
52.本实施例的快速移动、转向的水母型水下机器人的控制方法，当需要移动时，启动n组驱动电机51进行单一方向的转动带动水母摆动臂3进行沿支撑平台4径向方向开合运动。当需要转向时，启动需要转向方向相对面对应的驱动电机51转动，转换一定角度后，停
止驱动电机51，再次启动需要转向方向相对面对应的驱动电机51转动，多次启停同一个驱动电机51实现指定方向的转向。
53.本发明采用圆周阵列在支撑平台4上的n组驱动机构5，同时每组驱动机构5均可独立控制，在需要对机器人进行换向时，只需要多次启动与转向方向相反的驱动电机51，现该机器人在水下的多角度换向。
54.应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

技术特征：
1.一种快速移动、转向的水母型水下机器人，其特征在于：包括水母顶盖(1)、控制装置(2)、n个水母摆动臂(3)、支持平台、n个驱动机构(5)以及用于加速换向/移动速度的加速推进装置(6)；其中，n≥4；所述驱动机构(5)安装在所述支撑平台(4)上，所述水母摆动臂(3)一端转动连接在所述水母顶盖(1)上另一端与对应的所述驱动机构(5)固定连接；所述加速推进装置(6)安装在所述支撑平台(4)远离所述水母顶盖(1)的一端面上且位于n组所述驱动机构(5)的中间位置；所述加速推进装置(6)包括固定安装在所述支撑平台(4)远离所述水母顶盖(1)一端面的加速基管(61)、开设在所述加速基管(61)圆周面上的n个进水阀(62)、开设在所述加速基管(61)轴线方向的出水阀(63)以及设置在所述加速基管(61)内壁上且位于所述进水阀(62)和出水阀(63)之间的化学反应部(64)；所述进水阀(62)与所述出水阀(63)水路连通；所述进水阀(62)与所述水母摆动臂(3)对应设置。2.根据权利要求1所述的一种快速移动、转向的水母型水下机器人，其特征在于：n＝4，4组所述水母摆动臂(3)圆周阵列在所述水母顶盖(1)的边缘上。3.根据权利要求1所述的一种快速移动、转向的水母型水下机器人，其特征在于：所述化学反应部(64)采用遇水放热放气材料；所述遇水放热放气材料为cao、li、na、ca、cac、na2ca3中的一种或多种的组合。4.根据权利要求2所述的一种快速移动、转向的水母型水下机器人，其特征在于：所述驱动机构(5)包括固定安装在所述支撑平台(4)上的驱动电机(51)和通过传动机构(53)与所述驱动电机(51)传动连接的连杆组件(52)；所述连杆组件(52)的输出端与所述水母摆动臂(3)固定连接，所述驱动电机(51)单方向旋转带动所述水母摆动臂(3)沿所述支撑平台(4)径向方向做开合运动。5.根据权利要求4所述的一种快速移动、转向的水母型水下机器人，其特征在于：所述连杆组件(52)包括安装在所述支撑平台(4)上的固定杆(521)，所述固定杆(521)的两端分别转动连接有第一连杆(522)和第二连杆(523)；所述第一连杆(522)与所述固定杆(521)的连接端与所述传动机构(53)的输出轴同轴设置，所述第一连杆(522)远离所述固定杆(521)的一端与所述第二连杆(523)远离所述固定杆(521)的一端之间转动安装有第三连杆(524)；所述第二连杆(523)的长度大于所述第三连杆(524)的长度，所述第三连杆(524)的长度大于所述第一连杆(522)的长度。6.根据权利要求5所述的一种快速移动、转向的水母型水下机器人，其特征在于：所述连杆组件(52)还包括转动连接在所述第二连杆(523)与所述第三连杆(524)的连接处的推杆(525)，所述推杆(525)远离所述第二连杆(523)与第三连杆(524)的连接处的端部与所述水母摆动臂(3)固定连接。7.根据权利要求1所述的一种快速移动、转向的水母型水下机器人，其特征在于：所述传动机构(53)包括与所述驱动电机(51)的输出轴同轴设置有主动齿轮(531)和与所述主动齿轮(531)外啮合配合连接的从动齿轮(532)。8.根据权利要求1所述的一种快速移动、转向的水母型水下机器人，其特征在于：所述水母摆动臂(3)对应的所述支撑平台(4)上开设有多个容纳槽(54)；当所述水母摆动臂(3)处于展开状态时，所述第一连杆(522)、第三连杆(524)以及水母
摆动臂(3)处于所述容纳槽(54)内；当所述水母摆动臂(3)处于收缩状态时，所述第一连杆(522)、第三连杆(524)以及水母摆动臂(3)处于所述容纳槽(54)外。9.根据权利要求1所述的一种快速移动、转向的水母型水下机器人，其特征在于：所述水母摆动臂(3)的外壁面为弧形面，所述水母摆动臂(3)的两端厚度小于其中间厚度。10.采用权利要求4所述的快速移动、转向的水母型水下机器人的控制方法，其特征在于：当需要移动时，启动n组所述驱动电机(51)进行单一方向的转动带动所述水母摆动臂(3)进行沿所述支撑平台(4)径向方向开合运动；当需要转向时，启动需要转向方向相对面对应的所述驱动电机(51)转动，转换一定角度后，停止所述驱动电机(51)，再次启动需要转向方向相对面对应的所述驱动电机(51)转动，多次启停同一个所述驱动电机(51)实现指定方向的转向。

技术总结
本发明属于水下机器人技术领域，具体涉及一种快速移动、转向的水母型水下机器人包括水母顶盖、控制装置、N个水母摆动臂、支持平台、N个驱动机构以及用于加速换向/移动速度的加速推进装置；加速推进装置包括固定安装在支撑平台远离水母顶盖一端面的加速基管、开设在加速基管圆周面上的N个进水阀、开设在加速基管轴线方向的出水阀以及设置在加速基管内壁上的化学反应部。利用进水阀将水进入到反应腔内，与反应腔对应的加速基管内壁上的化学反应部反应产生热和气将反应腔内的压力升高，利用加速基管内反应腔内外的压力差，使反应腔内的水从出水阀排出，从而达到加速的目的。从而达到加速的目的。从而达到加速的目的。


技术研发人员：李松 宋雲昊 曹建胜 卢正东 梅素人 马圣情 于孔祥 胡学友 付文俊 李铁群
受保护的技术使用者：吉林农业大学
技术研发日：2023.04.17
技术公布日：2023/7/21