专利名称：一种仿生海龟水下机器人的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种仿生水下机器人，具体地说是一种仿海龟运动的自主式水下机 器人。
(二)
背景技术：
随着陆地不可再生资源的日渐枯竭，海洋因其蕴藏着丰富的生物及矿产资源，已成为人 类可持续发展的宝贵财富和最后空间。水下机器人是人类开发利用海洋资源的重要工具，其 大致可分为,(ROV: Remotely Operated Vehicle)、 AUV (AUV: Autonomous Underwater Vehicle)和仿生水下机器人三类，ROV和AUV在狭义概念上指采用传统推进(螺旋桨)方式 的水下机器人，仿生水下机器人是指基于仿生原理、采用非传统推进方式的水下机器人。
经历长时间优胜劣汰后的海洋生物在游动及姿态控制等方面的能力是目前基于传统推进 与操纵系统的水下机器人所无法比拟的，仿生水下机器人已成为水下机器人领域研究的重要 内容之一。生物水中推进方式主要有摆动法、划动法、水翼法和喷射法四种，当前水下仿生 推进技术研究热点，主要集中在仿鱼摆动法推进技术，已取得很好的研究成果，而对以海龟 前肢运动为代表的水翼法推进方式研究较少。所谓水翼法推进，就是某些水生动物，如海龟 等，它们在游动时，翼状的前肢在水中上下拍动，使水产生反作用力推动它们前进的游动方 法，犹如飞鸟在空中拍动翅膀飞行一样，因此它们的流线型运动器官也叫做水翼(引自钦俊 德院士主编《动物的运动》，清华大学出版社)。这种推进方式具有灵活性好和噪声低的突出 特点，姿态控制方式独特。上海交通大学曾申请过一个名为《水陆两栖仿生机器龟》的实用 新型专利，专利申请号为200310108109.9。他们的机器龟以两栖淡水龟为研究对象，其四 肢结构完全相同、对称分布、功能单一，以单电机通过间歇齿轮组及连杆机构实现单肢的机 械运动。此机器龟的运动为固定周期的机械式划动，具有不可调性，且无法实现升沉运动。 我们的实用新型是以海龟为研究对象，单肢的双电机的耦合驱动使前后肢功能分明、动作可 调。前肢以海龟水翼法游动为运动模型，可为机器人提供各个方向的主动力；后肢以海龟后 肢摆动为运动模型，具有平衡舵和辅助推进功能。每个电机自由可调，使前后肢可随时改变 运动方式，实现机器人水中的灵活三维运动和适应不同的水况环境。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种能够自主灵活航行、能耗低、低噪声、运动范围大的仿 海龟运动的仿生海龟水下机器人。
本实用新型的目的是这样实现的它包括海龟状流线型外壳、安装在海龟状流线型外壳头肩部的传感测试单元、胸部的控制驱动单元、腹部的电源储备单元、尾部的通信系统单元 以及前肢运动单元和后肢运动单元。头部流线型外壳以法兰方式与本体实现静密封连接，尾 部天线通过防水电连接器头式实现拆装方便的螺旋静密封连接，传感测试单元连接控制驱动 单元，控制驱动单元连接通信系统单元以及前肢运动单元和后肢运动单元，电源储备单元连 接传感测试单元、控制驱动单元、通信系统单元以及前肢运动单元和后肢运动单元，传感测 试单元由声吶探测器、水下摄像头、多束光源组成，控制驱动单元由执行级控制器和协调级 控制器组成，电源储备单元包括电机驱动供电模块和控制器供电模块，通信系统单元由通信 系统模块和外部天线组成。
本实用新型还有这样一些结构特征
1、 所述的前肢运动单元包括对称安装在机器人前部左右两侧的两套相同的前肢运动机 构，以左侧一套为例，它由前肢板l、连接件25、锥齿轮副2、小轴承3、小轴4、电机轴套 5、小轴承26、密封件6、密封件7、轴承8、电机套筒9、直齿轮10、直齿轮24、直齿轮轴 23、伺服电机12和伺服电机22组成，伺服电机12固定封闭在电机套筒9内，其输出轴套入 电机轴套5内；而电机轴套5的前端经过小轴承26的定位后从电机套筒9内伸出，密封件7 套在电机轴套5的伸出部分，镶嵌在电机套筒9上；锥齿轮副2中的一个锥齿轮安装在电机 轴套5的最前端，而另一个则安装在小轴4上；小轴4则通过两个小轴承3与电机套筒9活 动连接，前肢板1经过两个连接件25固定在小轴4上；伺服电机22固定在机器人内部，其 输出轴套入直齿轮轴23内；直齿轮24安装在直齿轮轴23上，直齿轮10安装在电机套筒9 上，两齿轮啮合；两个轴承8安装在电机套筒9上，密封件6套在电机套筒9上，镶嵌在外 壳21上；
2、 所述的后肢运动单元包括对称安装在机器人后部左右两侧的两套相同的后肢运动机 构，以右侧一套为例，它由后肢板15、连接件33、密封件34、电机筒29、电机筒前盖35、 小轴承36、电机轴套37、实转轴30、空心转轴38、轴承31、轴承39、密封件32、密封件 40、同步齿形轮16、同步齿形轮14、齿形带28、大电机轴套27、伺服电机17和伺服电机 41组成，伺服电机41固定封闭在电机筒29内，其输出轴套入电机轴套37内；电机轴套37 的前端经过小轴承36的定位后伸出电机筒前盖35;电机筒前盖35与电机筒29密封固定； 密封件34套在电机轴套37的伸出部分，镶嵌在电机筒前盖35上；连接件33安装在电机套 筒37的最前端，且与后肢板15固连；电机筒29的上下两端分别同轴装有实转轴30和空心 转轴38，且它们分别用轴承31和轴承39在外壳21上定位；密封件32和密封件40镶嵌在 外壳21上，再分别套在实转轴30和空心转轴38上；空心转轴38为空心轴，实转轴30的上 端装有同歩齿形轮16，且通过齿形带28与同步齿形轮14连接，同步齿形轮14安装在大电机轴套27上，大电机轴套27安装在伺服电机17上。
本实用新型海龟机器人的每个单肢均有两个电机耦合，有两个自由度。前肢既能作绕小 轴4轴线的拍水运动，又可作绕电机套筒9轴线的旋转运动。后肢既可作绕电机筒29轴线的 旋转运动，又可作绕实转轴30轴线的划水运动。这是我们从仿生角度出发，采用的最接近海 龟运动的机构方案，前肢的运动模仿海龟前肢的水翼法游动，后肢则模仿海龟后肢作为平衡 舵和辅助划水前进。前后肢形状均模仿海龟生物原型，采用流线型横截面，力求符合水动力 学原理。机器人在旋转输出部分均采用骨架油封动密封方式，防止水流从旋转缝隙中流入机 器人内部。
本实用新型各单元之间联系紧密、错落有致，充分利用了机器人内部空间，模拟了海龟 的体态特性。本实用新型的优点在于提供了一种基于仿生原理的新型自主式水下机器人， 此机器人结构紧凑、体小质轻、易于制造，完全模仿海龟的水翼法游动方式，可自主调节各 电机的运转方向、角度、速度，以完成在水下的前进、转向、升沉等基本动作；在其传感器 和控制计算机的协调下，还可进行水下自主航行和数据采集等作业；同时可实时接受上位机 的控制信号。另外，机器人外壳21既是内部模块的安装载体，又为整个机器人提供保护，外 形上还兼顾水动力学和仿生学原理。机器人的具体运动形式将在本文第五部分进行描述。
本实用新型以海龟为生物原型，研发了一种自主式的仿生海龟机器人，拟研究水下载体 的水翼法推进机理和操纵方式，对水下机器人推进方式进行新的尝试。对于研究新的水下机 器人驱动方式，研究微小型模块化结构，降低噪声，提高水下机器人的机动性和隐形性，实 现自主式航行，提高水下机器人与上位机通信稳定性，应用水下机器人完成探测作业等任务， 都具有重要的理论研究意义和探索价值。
实用新型人通过相关实验，对真实海龟进行了实地观测，积累了大量实体运动影像资料， 运用影像剖析和数学解析等方法对生物原型及其运动器官进行了系统研究，基本掌握了水翼 法推进方式的运动机理和海龟游动的动作要领，研制了这种仿生海龟机器人。通过研发此机 器人，有望对水翼法推进这种重要的水中推进方式的推进性能和操纵性能进行系统研究，这 对于水下航行体的降低能耗、提高推进效率、扩大运动范围、开拓水下探测方式等都有着重 要的探索价值。另外，研发此机器人，模拟海龟原型的运动特征，有助于促进海龟生物的研 究，在动物形态学和动物行为学研究方面也有着应用价值。
图1-图2是本实用新型仿生海龟机器人的总体外观图3是本实用新型仿生海龟机器人的内部结构图4是本实用新型仿生海龟机器人的前肢机构图；图5是本实用新型仿生海龟机器人的后肢机构图； 图6-图9是本实用新型仿生海龟机器人的电机控制器图； 图10-图12是本实用新型仿生海龟机器人的协调控制器图； 图13是本实用新型仿生海龟机器人的控制系统示意图。 具体实施方式
以下结合附图举例对本实用新型做更详细的描述
实施例h (附图中的一些虚线框可以作为一个元件进行标注并描述，并且交代一下这些 元件或单元是现有技术中可以有很多方法来解决的，否则可能被认为是公开不充分。)
结合图1-图5，本实施例包括海龟状流线型外壳、安装在海龟状流线型外壳前面头肩部 的传感测试单元、前面胸部的控制驱动单元、下面腹部的电源储备单元、后面尾部的通信系 统单元以及前肢运动单元和后肢运动单元，传感测试单元由声呐探测器、水下摄像头、多束 光源组成，控制驱动单元由执行级和协调级两部分控制器组成，电源储备单元包括电机驱动
供电模块和控制器供电模块，通信系统单元由通信系统模块和外部天线组成。流线型外壳21
即仿造海龟壳体形状而设计的机器人流线型外壳，既为减小机器人水阻力而考虑又为机器人 内部部件安装提供了载体。
结合图3中的图框11及机器人双肩的图框部分，所述头肩部的传感测试单元由声吶探测
器、水下摄像头、多束光源及其相关电路等组成。它安装在机器人头部和肩部，有广阔的作 用范围，为机器人获取外部信息，进行避障和水下拍摄等作业。
结合图3中的图框13部分，所述胸部的控制驱动单元由执行级和协调级两部分控制器组 成。执行级控制器包括电机驱动器和电机控制器，电机控制器采用成熟的AVR技术，其主要 构成图见图6-图9，用以完成本体运动单元(单肢)的驱动和控制，协调级控制器采用成熟 的DSP技术，其主要构成图见图10-图12，用以按照海龟生物原型各种游动姿态协调各肢运 动，以实现相应的本体运动。海龟机器人的电机需要运转，就必须有专用的电机驱动器以及 完成单肢运动控制的电机控制器。作为一个自主的水下机器人，海龟机器人也必须拥有协调 级控制器，将获取的外部信息融合后转换成指令，控制各电机运转，实现自主航行。本实用 新型控制系统示意图见图13，控制系统采用堆栈式安装。
结合图3中的图框20部分，所述腹部的电源储备单元，选用常用的锂电池，它为其他单 元提供电力支持，是整个机器人的能源仓库，它分成两个部分， 一部分为电机驱动供电，一 部分为控制器供电，分开供电保证了供电系统的稳定性和安全性。考虑到电源模块重量较大， 将它放置在机器人腹部，以调整整个机器人的重心，用以模拟真实海龟的体态特征。
结合图3中的框图19和外部天线18部分，所述尾部的通信系统单元，它由通信系统模块和外部天线18组成。不论是海龟机器人将采集的数据传回上位机，还是上位机向机器人发 布命令，都需要通信系统使机器人和上位机进行实时的信息交换，因此我们充分利用机器人 尾部的较小空间安装通信系统模块，并且在海龟尾巴位置安装了外部天线18，以保持机器人 在一定水深的通信顺畅。
结合图3和图4，所述前肢运动单元，即对称安装在机器人前部左右两侧的两套相同的 前肢运动机构，现取其中的左侧一套进行连接描述。它由前肢板l、连接件25、锥齿轮副2、 小轴承3、小轴4、电机轴套5、小轴承26、密封件6、密封件7、轴承8、电机套筒9、直齿 轮10、直齿轮24、直齿轮轴23、伺服电机12和伺服电机22等组成。伺服电机12固定封闭 在电机套筒9内，其输出轴则套入电机轴套5内，而电机轴套5的前端经过小轴承26的定位 后从电机套筒9内伸出。密封件7采用骨架油封动密封方式，套在电机轴套5的伸出部分， 镶嵌在电机套筒9上。锥齿轮副2中的一个锥齿轮安装在电机轴套5的最前端，而另一个则 安装在小轴4上。小轴4则通过两个小轴承3与电机套筒9活动连接。前肢板l经过两个连 接件25也固定在小轴4上，这样电机12输出的旋转运动最终传递到了前肢板1上。伺服电 机22固定在机器人内部，其输出轴则套入直齿轮轴23内。而直齿轮24安装在直齿轮轴23 上，直齿轮10安装在电机套筒9上，两齿轮正确啮合，又有两个轴承8安装在电机套筒9上， 因此电机22的旋转运动经过这对直齿轮副，将传递到电机套筒9上，最终带动前肢板l -同 旋转。密封件6也采用骨架油封动密封方式，套在电机套筒9上，镶嵌在外壳21上，防止水 流进入机器人内部。
结合图3和图5，所述后肢运动单元，即对称安装在机器人后部左右两侧的两套相同的
后肢运动机构，现取其中的右侧一套进行连接描述。它由后肢板15、连接件33、密封件34、
电机筒29、电机筒前盖35、小轴承36、电机轴套37、实转轴30、空心转轴38、轴承31、
轴承39、密封件32、密封件40、同步齿形轮16、同步齿形轮14、齿形带28、大电机轴套
27、伺服电机17和伺服电机41等组成。伺服电机41固定封闭在电机筒29内，其输出轴则
套入电机轴套37内，而电机轴套37的前端经过小轴承36的定位后伸出电机筒前盖35。电
机筒前盖35与电机筒29密封固定。密封件34采用骨架油封动密封方式，套在电机轴套37
的伸出部分，镶嵌在电机筒前盖35上。连接件33安装在电机套筒37的最前端，且与后肢板
15固连，这样就把电机41的旋转运动传递给了后肢板15。电机筒29的上下两端分别同轴装
有实转轴30和空心转轴38，且它们分别用轴承31和轴承39在外壳21上定位。密封件32
和密封件40也都采用骨架油封动密封方式，镶嵌在外壳21上，再分别套在实转轴30和空心
转轴38上，防止水流进入机器人内部。空心转轴38采用空心轴形式，既是为了让电机41的
线路通过，又可将电机筒29内可能渗入的积水及时排出，保护电机。实转轴30的上端装有同步齿形轮16，且通过齿形带28与同步齿形轮14形成一个完整的同步齿形带传动机构。同 步齿形轮14安装在大电机轴套27上，而大电机轴套27则安装在伺服电机17上。这样电机 17的旋转运动便通过同步齿形带传动机构传递给了电机筒29，也使得后肢板14跟随电机筒 29 —起做旋转运动。
实用新型人在进行了大量的生物观察试验后发现，海龟有三种基本的运动形式水平直 线运动、升沉运动和转向运动。因此，本实用新型海龟机器人根据生物原型的运动特点设计 了三种运动方案。结合图3、图4、图5，本水平直线运动实施方案是前肢进行水翼法游动； 而后肢在直线运动启动时进行辅助划水，启动结束后则保持水平滑翔。以左侧前肢为例，前 肢水翼法游动的执行方案是在图示位置时，电机22顺时针启动，通过直齿轮副的转动将旋 转传递到电机套筒9上。电机套筒9则带动前肢板1开始一起绕其轴线(图上己标)逆时针 旋转。电机22转动一定角度后停止，前肢板l从图示状态逆时针转动到与纸面成一定角度， 即犹如海龟前肢的前缘下沉。此时电机12顺时针启动，通过锥齿轮副2使得时前肢板1开始 做绕小轴4轴线(图上己标)的旋转运动，这样就形成了前肢板l向后下方的对水拍动。这 就相当于海龟的前肢在运动时，首先将前缘下沉，然后向后下方拍动，使水产生向前上方的 反作用力一样。当前肢板1拍动到后下端与壳体21近似平行时，电机12即停止，此时犹如 海龟前肢拍动到最下端时紧贴身体。紧接着电机22逆时针启动，转动它第一次转动时的双倍 角度后停止，使前肢板l从刚才的后下端转到前下端，即从前缘下沉状态转为前缘上翘状态， 电机12再逆时针启动。这个过程犹如海龟前肢拍动到最下端时，先改前缘下沉为前缘上翘， 再向后上方拍动，以获得向前下方的反作用力，来保持前进方向受力的连续性。当前肢板
拍动到后上端时与壳体21再次近似平行时，电机12停止，然后电机22再顺时针转动，将前 肢板l转到前上端，准备再次向后下方拍水。下面各电机又按上述顺序往复启、停，以实现 前肢板1往复地向后下方和后上方拍水，使海龟机器人获得几乎不间断的向前分力。整个运 动过程犹如海龟前肢拍动到末端时及时改变前缘上翘、下沉状态，再反向拍动，以获得连续 的向前分力一样。前肢运动单元有两套对称的前肢运动机构，上述左侧机构完成的动作，右 侧机构同样可以完成。左右机构的同时运行便完成了本机器人仿海龟前肢的水翼法游动。以 右侧后肢为例，后肢在机器人直线运动启动时的辅助划水方案是在图示位置时，伺服电机 17首先逆时针启动，通过同步齿形带使得实转轴30跟随做逆时针转动。因为实转轴30与电 机筒29固连，此时电机筒29及后肢板15开始绕实转轴30的轴线(图上己标)做逆时针旋 转，将后肢板15前送至划水起点，犹如海龟后肢准备划水前的后肢前伸。当后肢板15转到 最前端时，电机17停止，电机41顺时针启动，使后肢板15开始前缘下沉。电机41旋转90 °后停止，后肢板15从图2所示平行于纸面状态转为垂直于纸面状态，即如海龟的后肢从水平状态翻转为垂直状态，准备以最大迎水面积划水。接着电机17顺时针启动运行，运行速度 较逆时针时快，后肢板15则以最大迎水面积开始快速划水，使机器人得到一个向前的反作用 分力，如同海龟后肢的划水推进。当电机17转动90。后停止，后肢板15到达划水终点位置， 电机41再逆时针启动，使得后肢板14重新回到水平状态。此后电机17逆时针转动，将后肢 板15以最小的迎水面积慢速送回至划水起点，完成一个划水周期，仿佛海龟后肢划水完成后 再平行于水面前送至划水起点。下面各电机又按上述步骤周期运行，完成后肢板15的周期性 划水动作。因为后肢板15是以最大迎水面积向后划水，以最小迎水面积回程，且划水速度大 于回程速度，所以它在此阶段所受向前的反作用力大于向后的水阻力。左右两套后肢机构同 时运动，就像海龟两后肢向后划水一般，给机器人以向前推力。当机器人达到一定航速时， 控制器将改变后肢状态为水平滑翔状态，具体执行方案是电机41将后肢板15从当时状态 转回水平位置，电机17再将后肢板15送至其划水终点，即到达身体的最后端，然后保持不 变。左右两后肢板在机器人水平直线运动稳定后，即保持如此滑翔姿态，与海龟在水平游动 时将后肢保持在身体后端水平滑翔如出一辙。 实施例2:
结合图3、图4、图5，本实施例仿生海龟机器人的基本结构同实施例1，升沉运动在水 平直线运动的基础上进行转换，其实施方案是前肢进行不对称的水翼法游动；而后肢保持一
定偏角的滑翔状态。以机器人上升游动为例，前肢不对称水翼法游动的执行方案是根据上
段所述水翼法中各电机的运行顺序，当前肢板1前缘下沉拍动到后下端时，电机22继续顺时 针启动，转动180°将前肢板1转到其运动的前上端。然后电机12启动，仍旧进行向后下方 拍水，而省略了前肢的向后上方拍水，这相当于一个不对称的水翼法游动周期。下面各电机 又按上述步骤运行，使前肢板1只进行向后下方的拍动，而不进行向后上方的拍动，这样就 使得机器人只受到向前上方的反作用力，而不受向下的分力，推动机器人上升游动。而后肢
在机器人上升游动时的偏角滑翔状态的实施方案是当协调级控制器给出上升命令时，后肢
应处于水平滑翔状态。以右后肢为例，电机41首先逆时针转动，使得后肢板15的前缘上翘。 接着电机17逆时针，将后肢板15从身体最后端转回大约图2所示位置，此时后肢板15将与 机器人前进方向成一锐角，就会受到来流对后肢板15向斜后上方的作用力。因为左右后肢是 对称的，所以此作用力中只有向后和向上的分力对机器人起作用。此后各电机将保持不动， 使后肢板15保持此偏角滑翔状态。这样从整体上来看，机器人前后肢都只受向上的分力，而 没有向下分力，也就实现了机器人的上升游动。机器人的下沉游动与此道理相同，只是前后 肢的转动角度有所改变而己。 实施例3:结合图3、图4、图5，本实施例仿生海龟机器人的基本结构同实施例1，转向运动亦在 水平直线运动的基础上进行转换，其实施方案是在允许大转弯半径时，前肢继续进行水翼 法游动，后肢充当转向舵；而需要小转弯半径时，前肢则进行单肢水翼法游动，后肢充当转 向舵。前肢的水翼法游动见上所述；而后肢的转向舵作用，以右后肢为例，其具体实施方案 是以水平直线前进时的滑翔状态为初始位置，当需要右拐时，电机41顺时针旋转90°后 停止，使得后肢板15从水平状态转为垂直状态。接着电机17逆时针启动，使得后肢板15从 最后端向右转动，转动角度视情况而定。这和船舶的舵翼在船舶需要右拐时向右偏转一定角 度是同一道理。后肢板15将保持这种右偏状态，直至右转完成，再重新回到水平滑翔状态。
与此同时，左后肢将不再与右后肢作对称运动，而仅仅将后肢板从水平状态转为垂直状态， 仍旧保持在身体最后端。待右转过程完成后，左侧后肢板亦重新转回水平滑翔状态，整个机 器人则开始在新的航向上进行水平直线前进。而当机器人需要左转时，原理与上相同，此时 左后肢充当左偏舵，右后肢则保持在身体最后端。若机器人需要较小转弯半径右拐时，协调
级控制器可命令右前肢停止运动，保持图3所示的滑翔状态，让左前肢进行单肢水翼游动；
同时后肢仍起右拐转向舵的作用。如此，机器人不但有后肢作为右拐转向舵，还有前肢提供 差动转向，使机器人获得较小的右拐转弯半径。急速左拐运动，道理与此相同。
以上即是本海龟机器人从模仿生物原型角度出发而设定的几种基础运动方案，达到了运 动仿生的目的。其中各电机具体的运行速度、角度等都要视当时需求而定。当然，作为一个 自主的水下机器人，本海龟机器人并不限定在以上的既定动作内，它可根据控制器和上位机 的控制命令，调整四肢的运动形式，完成其他功能动作。这就是本机器人最大的优点，各电 机的自由运转、互不干涉，控制器的快速决策和与上位机的实时通信，使得机器人可根据具 体水况和任务而进行实时动作调整。
权利要求1、一种仿生海龟水下机器人，它包括海龟状流线型外壳，其特征在于它还包括安装在海龟状流线型外壳前面头肩部的传感测试单元、前面胸部的控制驱动单元、下面腹部的电源储备单元、后面尾部的通信系统单元以及前肢运动单元和后肢运动单元，头部以法兰方式与本体静密封连接，尾部天线通过防水电连接器头方式与本体的螺旋静密封连接，传感测试单元连接控制驱动单元，控制驱动单元连接通信系统单元以及前肢运动单元和后肢运动单元，电源储备单元连接传感测试单元、控制驱动单元、通信系统单元以及前肢运动单元和后肢运动单元，传感测试单元由声呐探测器、水下摄像头、多束光源组成，控制驱动单元由执行级控制器和协调级控制器组成，电源储备单元包括电机驱动供电模块和控制器供电模块，通信系统单元由通信系统模块和外部天线组成。
2、 根据权利要求1所述的一种仿生海龟水下机器人，其特征在于所述的前肢运动单元包括对 称安装在机器人前部左右两侧的两套相同的前肢运动机构，左前肢运动机构由前肢板(l)、 连接件(25)、锥齿轮副(2)、小轴承(3)、小轴(4)、电机轴套(5)、小轴承(26)、密封件(6)、 密封件(7)、轴承(8)、电机套筒(9)、直齿轮(IO)、直齿轮(24)、直齿轮轴(23)、伺服电 机(12)和伺服电机(22)组成，伺服电机(12)固定封闭在电机套筒(9)内，其输出轴套入电 机轴套(5)内；而电机轴套(5)的前端经过小轴承(26)的定位后从电机套筒(9)内伸出，密 封件( )套在电机轴套(5)的伸出部分，镶嵌在电机套筒(9)上；锥齿轮副(2)中的一个锥齿 轮安装在电机轴套(5)的最前端，而另一个则安装在小轴(4)上；小轴(4)则通过两个小轴 承(3)与电机套筒(9)活动连接，前肢板(1)经过两个连接件(25)固定在小轴(4)上；伺服电 机(22)固定在机器人内部，其输出轴套入直齿轮轴(23)内；直齿轮(24)安装在直齿轮轴(23) 上，直齿轮(10)安装在电机套筒(9)上，两齿轮啮合；两个轴承(8)安装在电机套筒(9)上， 密封件(6)套在电机套筒(9)上，镶嵌在外壳(21)上。
3、 根据权利要求1或2所述的一种仿生海龟水下机器人，其特征在于所述的后肢运动单元包 括对称安装在机器人后部左右两侧的两套相同的后肢运动机构，右一侧的后肢运动机构由 后肢板(15)、连接件(33)、密封件(34)、电机筒(29)、电机筒前盖(35)、小轴承(36)、电 机轴套(37)、实转轴(30)、空心转轴(38)、轴承(31)、轴承(39)、密封件(32)、密封件(40)、 同歩齿形轮(16)、同步齿形轮(14)、齿形带(28)、大电机轴套(27)、伺服电机(17)和伺服 电机(41)组成，伺服电机(41)固定封闭在电机筒(29)内，其输出轴套入电机轴套(37)内； 电机轴套(37)的前端经过小轴承(36)的定位后伸出电机筒前盖(35);电机筒前盖(35)与电 机筒(29)密封固定；密封件(34)套在电机轴套(37)的伸出部分，镶嵌在电机筒前盖(35) 上；连接件(33)安装在电机套筒(37)的最前端，且与后肢板(15)固连；电机筒(29)的上下两端分别同轴装有实转轴(30)和空心转轴(38)，且它们分别用轴承(31)和轴承(39)在外壳(21)上定位；密封件(32)和密封件(40)镶嵌在外壳(21)上，再分别套在实转轴(30)和空心 转轴(38)上；空心转轴(38)为空心轴，实转轴(30)的上端装有同步齿形轮(16)，且通过齿 形带(28)与同步齿形轮(14)连接，同步齿形轮(14)安装在大电机轴套(27)上，大电机轴套 (27)安装在伺服电机(17)上。
专利摘要本实用新型提供了一种仿生海龟水下机器人，它包括海龟状流线型外壳、安装在海龟状流线型外壳头肩部的传感测试单元、胸部的控制驱动单元、腹部的电源储备单元、尾部的通信系统单元以及前肢运动单元和后肢运动单元，传感测试单元由声呐探测器、水下摄像头、多束光源组成，控制驱动单元由执行级控制器和协调级控制器组成，电源储备单元包括电机驱动供电模块和控制器供电模块，通信系统单元由通信系统模块和外部天线组成。本实用新型具有自主灵活、能耗低、低噪声、运动范围大等优点。
文档编号B63H1/36GK201143991SQ20072011613
公开日2008年11月5日 申请日期2007年4月30日 优先权日2007年4月30日
发明者储定慧, 刘晓白, 张铭钧, 王玉甲, 范大勇, 赵文德 申请人:哈尔滨工程大学