一种水下爬游式投喂机器人

1.本发明涉及一种水下机器人，具体是水下爬游式投喂机器人。


背景技术：

2.cn115413615a公开了一种海洋网箱养殖水下多功能自动投喂装置；其包括储食机构，储食机构的底部固定安装有投食机构，储食机构包括储料仓，储料仓的内部设有操作杆，操作杆的底部设有用于控制其投食速度的调节机构，投食机构包括固定安装在储料仓底部的分料仓，分料仓的顶部固定安装有与储料仓底部相连通的挡板，分料仓的内腔固定安装有导流块，导流块的内腔固定安装有储气箱。本发明能够实现调节投喂鱼食的时间间隔的作用，以便于对不同鱼食需求量进行调节。然而，此装置不具备水中运动功能，因而补充饲料只能在养殖现场进行，工作效率不高；另一方面，对于底栖生物(如海参、海胆、生蚝、鲍鱼等)养殖业而言，由于存在水流的作用，往往会出现投料不准确、饲料浪费导致的成本提高和饲料环境污染的问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种水下爬游式投喂机器人，该机器人具有可进行水陆两栖运动、投喂效果好的特点。
4.本发明提供的技术方案是：
5.一种水下爬游式投喂机器人，包括前端带有头部饲喂机构的身体外壳；其特征在于：该机器人还包括安装在身体外壳前后两侧且带有四条腿的水底爬行机构以及安装在身体外壳后端的尾部游动机构；所述身体外壳内设置着带有气囊的水下升潜机构；每条腿均包括组合形成的大腿与小腿；
6.所述头部饲喂机构包括固定于身体外壳的底盘、与底盘密封连接形成容腔的塞罩、安装在容腔内的旋转塞以及驱动旋转塞的舵机；
7.所述舵机安装在底盘且通过十字法兰连接所述旋转塞。
8.所述旋转塞包括放射状布置于同一转动轴线且一侧相互连接的若干个弧形叶片、法线与所述转动轴线平行且与所述若干个弧形叶片连接的圆形底板；两两相邻弧形叶片、圆形底板以及塞罩之间形成容纳饲料的容腔；每个弧形叶片的圆弧形边沿与所述塞罩的内弧面相吻合。
9.所述塞罩的底部开设有输出饲料的饲料出口。
10.所述塞罩通过铰接实现与底盘的密封连接。
11.所述圆形底板上设置有沿着边缘布置的一圈挡边，该挡边还与所述塞罩的内弧面相吻合且在两两弧形叶片之间开设有与所述饲料出口相对应的豁口。
12.所述尾部游动机构包括与身体外壳连接的尾部连接件、固定在尾部连接件上下两侧的上舵机和下舵机以及由上舵机和下舵机共同驱动的尾巴。
13.所述上舵机的摆臂和下舵机的摆臂上共同固定一摆动片；所述尾巴部件的前侧固
定有与摆动片夹持固定的尾部夹翼。
14.所述水下升潜机构包括设置在身体外壳的气舱、连接气舱尾端的气囊、设置在气舱内的活塞以及由电机带动的丝杠驱动且从气舱前端伸入气舱内再与所述活塞连接的三根滑动轴。
15.气舱后端的挡板上开设有一充气口，所述气囊的开口沿着充气口边沿布置并且密封连接。
16.所述每条腿包括连接在身体外壳上且固定着上位舵机和下位舵机的舵机外壳、一端与上位舵机转轴固定而另一端与小腿铰接的大腿、可摆动地定位在上位舵机转轴部位且由下位舵机通过拉杆驱动的环形连杆、两端分别与环形连杆右侧突出部以及小腿的顶端铰接从而带动小腿的连杆。
17.环形连杆左端的突出部通过铰接方式依次连接拉杆与下位舵机摆臂的外端，下位舵机摆臂的内端则固定在下位舵机转轴上；环形连杆右端的突出部铰接连杆的左端，连杆的右端则与小腿的顶端铰接。
18.本发明的有益效果是：
19.1)该机器人能通过水底爬行机构与升潜机构贴近海底运行并且逐渐靠近养殖生物，进行精确投喂作业；不仅提高了养殖质量、减少了饲料浪费和环境污染，还降低了养殖成本。
20.2)尾部游动机构通过上舵机和下舵机共同驱动的尾巴部件获得游动的驱动力，其模仿水下生物游动动作亲近自然，且整体外形为流线型，可有效地降低游动阻力。
21.3)所设计的水下升潜机构，通过改变气囊内的体积来改变浮力的方法，机构简单、工作稳定且可以有效控制机器人的浮沉。
22.4)水底爬行机构的安装方式简单，腿部结构紧凑，转动惯量低；采用四连杆机构，有利于机器人腿部结构的控制，也能有效改善腿部结构在运动过程中的稳定性。
23.5)结构简单，适用水陆两栖运动；能面对更复杂的作业情况，达到单一运动系统达不到的效果。
附图说明
24.图1是本发明实施例的立体结构图。
25.图2是本发明实施例中腿的分解结构示意图之一。
26.图3是本发明实施例中腿的分解结构示意图之二。
27.图4是本发明实施例中头部饲喂机构的立体结构示意图之一。
28.图5是本发明实施例中头部饲喂机构的立体结构示意图之二。
29.图6是本发明实施例中尾部游动机构的立体结构示意图之一。
30.图7是本发明实施例中尾部游动机构的立体结构示意图之二。
31.图8是图6所示尾部游动机构中摆动片的安装结构示意图。
32.图9是本发明实施例中水下升潜机构的立体结构示意图之一。
33.图10是图9中电机带动的丝杠、三轴活塞以及气舱内的连接关系图。
34.附图标记：
35.上位舵机1、下位舵机2、连杆3、小腿4、大腿5、大腿外片5.1、大腿内片5.2、套筒6、
内套环6.1、外套环6.2、内环面6.3、下位舵机摆臂7、舵机外挡板8、凸台8.1、拉杆9、环形连杆10、舵机外壳11、弧形叶片12、圆形底板12.1、挡边12.2、豁口12.3、舵机13、十字法兰14、底盘15、铰接轴15.1、固定扣15.2、活动扣15.3、塞罩16、饲料出口16.1、上舵机17、上舵机摆臂18、尾巴19、尾部夹翼19.1、摆动片19.2、下舵机摆臂20、下舵机21、尾部连接件22、身体外壳23、电机24、拉板25、滑动轴26、气舱27、气囊28、活塞29、丝杠30。
具体实施方式
36.附图所示的水下爬游式投喂机器人，包括身体外壳23、设置在身体外壳内且带有气囊的水下升潜机构；这些均与现有的水下机器人类同。
37.本发明的改进，是在身体外壳的前端设置有头部饲喂机构、安装在身体外壳后端的尾部游动机构以及安装在身体外壳前后两侧且带有四条腿的水底爬行机构；每条腿均包括组合形成的大腿5与小腿4。
38.所述头部饲喂机构中，底盘15固定于身体外壳，塞罩16与底盘密封连接形成容腔用于容纳饲料，旋转塞安装在容腔内，舵机13驱动旋转塞。所述舵机安装在底盘中间并且通过十字法兰14连接(可通过螺栓连接)所述旋转塞。
39.所述旋转塞中，若干个弧形叶片12放射状布置在圆形底板12.1上(由图可知：每个弧形叶片贴近圆形底板的一侧直线边缘通过焊接固定在圆形底板上)，每个弧形叶片的一侧相互连接(由图可知：每个弧形叶片与前述直线边缘呈直角布置的另一条直线边缘与其余弧形叶片的另一条直线边缘相互连接)并且连接部位位于同一转动轴线(即弧形叶片的转动轴线)；圆形底板的法线与所述转动轴线平行。两两相邻弧形叶片、圆形底板以及塞罩之间形成容纳饲料的容腔；塞罩与底盘的密封连接时，每个弧形叶片的圆弧形边沿还与所述塞罩的内弧面相吻合，以实现两两相邻容腔相互隔离的状态。弧形叶片的数量优选八个，即腔室为八个。
40.所述塞罩的底部开设有输出饲料的饲料出口16.1；所述圆形底板上设置有沿着圆周边缘布置的一圈挡边12.2，该挡边与塞罩的内弧面相吻合并且与所述弧形叶片的弧线边缘连接，还在两两弧形叶片之间部位开设有与所述饲料出口相对应的豁口12.3。显然，塞罩转动至豁口与饲料出口错开时，饲料出口关闭；当豁口与饲料出口对准时，饲料出口开启。
41.作为优选，所述塞罩通过铰接实现与底盘的密封连接；由图可见：铰接轴15.1同时穿插在塞罩与底盘的铰接耳中，将二者可摆动地连接；而在塞罩与底盘合上时，底盘上的固定扣15.2的插销孔与塞罩上的活动扣15.3的插销孔正好对准，插入相适合的插销，即可将塞罩与底盘固定密封为一体。
42.在投入饲料前打开塞罩，将饲料装填后合上塞罩。装填饲料完毕并且下水后，通过安装在机器人上的摄像头获取当前水下信息，机器人先在水中游动靠近目标区域，到达目标区域后通过水底爬行机构与升潜机构贴近海底运行，逐渐靠近目标，最后驱动旋转塞；当旋转塞运转过一定角度，在重力作用下饲料通过塞罩下方的饲料出口实现精确投喂工作，而后寻找其他投喂目标。当八个腔室装载的饲料均投喂完毕一个饲喂周期结束，需重新返回装填饲料。
43.参见图6，所述尾部游动机构包括与身体外壳通过螺栓固定的尾部连接件22、固定在尾部连接件上下两侧的上舵机17和下舵机21以及由上舵机和下舵机共同驱动的尾巴19。
上舵机摆臂18和下舵机摆臂20上共同固定一摆动片19.2；所述尾巴的前侧固定有与摆动片夹持固定的两片尾部夹翼19.1(可通过螺钉依次穿插过两片夹翼和摆动片，从而将夹翼和摆动片固定为一体)。摆动片、尾部夹翼、尾巴均由硅胶材料制成(尾部夹翼与尾巴一体成型)，并且为柔性部件，可增大摆动时的推进动力。通过上下位舵机同步驱动舵机摆臂带动尾巴摆动，从而为机器人提供在水域游动的动力。
44.由图9、图10可知：所述水下升潜机构中，气舱27设置在身体外壳内，连接气舱尾端充气口的气囊28设置在身体外壳底部；活塞29设置在气舱内，三根滑动轴26从气舱前端伸入气舱内再与所述活塞连接；电机24被电机外壳包覆密封并且通过螺栓固定在身体外壳的前端挡板内壁上；电机轴通过联轴器与丝杠30的左端连接固定，丝杠的右端与连接三根滑动轴26的拉板25上的丝杠螺母螺纹配合。工作时，电机带动丝杠旋转，并通过丝杠螺母将旋转运动转化为直线位移，对三根滑动轴连接的活塞进行推拉运动，导致气舱内的气体通过充气口进出，使得连接气舱的气囊28体积增大或减小，进而导致气囊浮力增大或减小。
45.参见图2、图3；所述水底爬行机构包括安装在身体外壳前部两侧和后部两侧的四条腿。每条腿的结构是：带有舵机外挡板8的舵机外壳11固定在身体外壳上，舵机外壳的上部固定着上位舵机1而下部固定着下位舵机2，两个舵机的转轴均往外伸出并且相互平行。大腿5由大腿外片5.1和大腿内片5.2通过螺栓连接而成，其中大腿内片的一端(图3中可见是上端)先通过螺栓与固定在上位舵机转轴上的法兰盘连接，而后大腿外片再与大腿内片连接。舵机外挡板的内侧设置有往内突出并且位置对应于上位舵机转轴的凸台8.1，另有一套筒6可穿套在该凸台上进行转动配合。大腿内片的上端设置有一圈往外突出的外套环6.2；大腿外片的上端也开设有与所述套筒滑动配合的内环面6.3(套筒可滑动地穿插在内环面中)，还设置有与内环面同轴并且往大腿内片方向突出的一圈内套环6.1。舵机外挡板通过螺栓固定在舵机外壳上时，内套环插入外套环中并且与法兰盘保持活动间隙；外套环的外圆周面作为环形连杆10的滑动配合面，外套环的突出高度大于环形连杆的厚度，使得环形连杆能够可转动地套设在外套环的外圆周面上(环形连杆先套设在外套环上，而后大腿外片和大腿内片再相互连接)。环形连杆左端的突出部通过铰接方式依次连接拉杆9与下位舵机摆臂7的外端，下位舵机摆臂的内端则固定在下舵机转轴上；环形连杆右端的突出部铰接连杆3的左端，连杆的右端则与小腿4的顶端铰接；小腿中部靠近顶端部位则与大腿铰接(由图可知，小腿插入在大腿内片与大腿外片之间与大腿内片与大腿外片同时铰接)；如此，可形成大腿-小腿-连杆-环形连杆的一个四连杆机构，上下舵机同时动作，可使大腿与小腿配合实现整条腿的复合摆动。四条腿的配合协同则可实现机器人在水底的爬行。
46.此外，本发明还配设有通讯需要的信号收发装置、舵机所需的电池以及控制该机器人的控制器；这些均为现有技术，不再一一赘述。
47.本发明适用于多种底栖生物及传统鱼类的养殖投喂，如海胆、生蚝、鲍鱼等皆可使用本机器人投喂饲料；配备所需传感器后可用于对环境的检测，为复杂环境的生态检测提供一个新的平台和方法，更好地保障服务对象的生长。

技术特征：
1.一种水下爬游式投喂机器人，包括前端带有头部饲喂机构的身体外壳；其特征在于：该机器人还包括安装在身体外壳前后两侧且带有四条腿的水底爬行机构以及安装在身体外壳后端的尾部游动机构；所述身体外壳内设置着带有气囊的水下升潜机构；每条腿均包括组合形成的大腿(5)与小腿(4)；所述头部饲喂机构包括固定于身体外壳(23)的底盘(15)、与底盘密封连接形成容腔的塞罩(16)、安装在容腔内的旋转塞以及驱动旋转塞的舵机(13)；所述舵机安装在底盘上且通过十字法兰(14)连接所述旋转塞。2.根据权利要求1所述的水下爬游式投喂机器人，其特征在于：所述旋转塞包括放射状布置于同一转动轴线且一侧相互连接的若干个弧形叶片(12)；法线与所述转动轴线平行且与所述若干个弧形叶片连接的圆形底板(12.1)；两两相邻弧形叶片、圆形底板以及塞罩之间形成容纳饲料的容腔，每个弧形叶片的圆弧形边沿与所述塞罩的内弧面相吻合。3.根据权利要求2所述的水下爬游式投喂机器人，其特征在于：所述塞罩的底部开设有输出饲料的饲料出口(16.1)；所述塞罩通过铰接实现与底盘的密封连接。4.根据权利要求3所述的水下爬游式投喂机器人，其特征在于：所述圆形底板上设置有沿着边缘布置的一圈挡边(12.2)，该挡边还与所述塞罩的内弧面相吻合且在两两弧形叶片之间开设有与所述饲料出口相对应的豁口(12.3)。5.根据权利要求4所述的水下爬游式投喂机器人，其特征在于：所述尾部游动机构包括与身体外壳连接的尾部连接件(22)、固定在尾部连接件上下两侧的上舵机(17)和下舵机(21)以及由上舵机和下舵机共同驱动的尾巴(19)。6.根据权利要求5所述的水下爬游式投喂机器人，其特征在于：所述上舵机的摆臂和下舵机的摆臂上共同固定一摆动片(19.2)；所述尾巴部件的前侧固定有与摆动片夹持固定的尾部夹翼(19.1)。7.根据权利要求6所述的水下爬游式投喂机器人，其特征在于：所述水下升潜机构包括设置在身体外壳的气舱(27)、连接气舱尾端的气囊(28)、设置在气舱内的活塞(29)以及由电机(24)带动的丝杠(30)驱动且从气舱前端伸入气舱内再与所述活塞连接的三根滑动轴(26)。8.根据权利要求7所述的水下爬游式投喂机器人，其特征在于：气舱后端的挡板上开设有一充气口，所述气囊的开口沿着充气口边沿布置并且密封连接。9.根据权利要求8所述的水下爬游式投喂机器人，其特征在于：所述每条腿包括连接在身体外壳上且固定着上位舵机(1)和下位舵机(2)的舵机外壳(11)、一端与上位舵机转轴固定而另一端与小腿铰接的大腿、可摆动地定位在上位舵机转轴部位且由下位舵机通过拉杆(9)环形连杆(10)、两端分别与环形连杆右侧突出部分以及小腿的顶端铰接从而带动小腿的连杆(3)。10.根据权利要求9所述的水下爬游式投喂机器人，其特征在于：环形连杆左端的突出部通过铰接方式依次连接拉杆(9)与下位舵机摆臂(7)的外端，下位舵机摆臂的内端则固定在下位舵机转轴上；环形连杆右端的突出部则铰接连杆的左端，连杆的右端则与小腿的顶端铰接。

技术总结
本发明涉及一种水下机器人。目的是提供一种水下爬游式投喂机器人，该机器人具有可进行水陆两栖运动、投喂效果好的特点。技术方案是：一种水下爬游式投喂机器人，其特征在于：该机器人还包括安装在身体外壳前后两侧且带有四条腿的水底爬行机构以及安装在身体外壳后端的尾部游动机构；所述身体外壳内设置着带有气囊的水下升潜机构；每条腿均包括组合形成的大腿与小腿。腿与小腿。腿与小腿。


技术研发人员：陈刚 卢明 吴政睿 王晨瑶 郭宇
受保护的技术使用者：浙江理工大学
技术研发日：2023.04.07
技术公布日：2023/8/14