磁耦合仿生推进装置及水下机器人的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，具体而言，涉及一种磁耦合仿生推进装置及水下机器人。

背景技术：

合理开发利用海洋资源是世界可持续发展的战略选择，作为海洋开发的重要载体，水下机器人在海洋资源及地质勘探、环境监测、水文勘测等方面有着不可替代的作用。

传统的水下机器人使用旋转动密封进行密封，长时间使用以后易发生磨损，密封效果不好。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种磁耦合仿生推进装置，能够实现尾仓与尾鳍之间的静密封，延长其使用寿命，避免长时间使用发生损坏。

本发明的另一目的在于提供一种水下机器人，采用模块化之间的螺杆进行安装，增减不同仓段只需更换相应长度的螺杆即可实现，可以快速响应多应用需求。

本发明是采用以下技术方案实现的：

一种磁耦合仿生推进装置，适用于水下机器人，包括尾仓壳体、尾仓连接件、舵机、磁耦合装置、尾鳍固定架和尾鳍，尾仓壳体具有第一端和第二端，第一端的横截面积大于第二端的横截面积，尾仓连接件设置于第一端，舵机的一端与尾仓连接件连接，第二端设置有用于安装磁耦合装置的凹陷槽，磁耦合装置包括第一锥形齿轮、第二锥形齿轮、转动轴、和从外至内依次设置的外部转子、外圈磁铁、内圈磁铁、内部转子和连接轴，外部转子与舵机的远离尾仓连接件的一端连接，外圈磁铁设置于外部转子内，凹陷槽设置于外圈磁铁内，内圈磁铁设置于凹陷槽内，内部转子设置于内圈磁铁内，连接轴的一端插接于内部转子内，另一端与第一锥形齿轮传动连接，第一锥形齿轮与第二锥形齿轮啮合，转动轴穿过第二锥形齿轮且转动轴的两端均与尾鳍固定架连接，尾鳍固定架与第二端连接，尾鳍穿过尾鳍固定架与转动轴连接。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述磁耦合装置还包括固定板，固定板与第二端连接，尾鳍固定架与第二端均连接，且尾鳍固定架和第二端分别位于固定板的两侧，连接轴穿过固定板与第一锥形齿轮传动连接。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述连接轴包括第一连接轴和套设于第一连接轴内的第二连接轴，第一连接轴设置有第一销孔，内部转子通过第一销孔与第一连接轴连接，第二连接轴的两端分别设置有第一轴套和第二轴套，第一轴套设置于凹陷槽内的第一轴套槽，第二轴套设置于固定板上的第二轴套槽，第二连接轴的远离第一轴套的一端穿过第二轴套并设置有第二销孔，第二连接轴通过第二销孔与第一锥形齿轮传动连接。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述第一连接轴的两端分别设置有用于安装卡簧的卡簧槽，内部转子位于两个卡簧槽的两端。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述尾仓固定架包括周壁和底壁，底壁盖装于周壁，周壁的远离底壁的一端与第二端连接，底壁朝向第二端的方向凹陷形成缺口，并将尾仓固定架分割成第一凹槽、缺口和第二凹槽，缺口的两侧均设置于通孔，转动轴穿过两个通孔并使转动轴的两端分别连接于第一凹槽和第二凹槽内的周壁上，尾鳍与转动轴的连接处位于缺口内。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述尾鳍上相对设置有两个尾鳍连接板，每个尾鳍连接板远离尾鳍的一端均与转动轴连接，且转动轴位于两个尾鳍连接板之间，每个尾鳍连接板的转动轴的连接处均位于缺口内。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述每个通孔的孔壁上设置有密封圈，转动轴穿过密封圈与周壁连接，周壁的远离底壁的一端设置有密封片，密封片位于周壁与第二端之间。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述周壁的位于第一凹槽的位置设置有第一轴承套，第一轴承套内设置有第一轴承，转动轴的一端安装于轴承。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述尾鳍固定架还包括轴承支架，轴承支架设置于周壁的位于第二凹槽的位置，轴承支架具有第二轴承套，第二轴承套内设置有第二轴承，转动轴的远离第一轴承的一端安装于第二轴承。

一种水下机器人，包括头仓、前浮力仓、前浮力材料仓、主控仓、后浮力材料仓、后浮力仓、上述磁耦合仿生推进装置、两个滑翔翼机构和多根螺杆，两个滑翔翼机构分别设置于主控仓的两端，头仓、前浮力仓、前浮力材料仓、主控仓、后浮力材料仓、后浮力仓和磁耦合仿生推进装置的尾仓连接件之间均通过多根螺杆依次连接。

本发明的较佳实施例提供的磁耦合仿生推进装置的有益效果是：舵机转动的时候，带动与舵机连接的外部转子转动，从而与外部转子连接的外圈磁铁发生转动，外圈磁铁和内圈磁铁通过凹陷槽隔开，由于磁效应，内圈磁铁发生转动，并带动内圈磁铁上的内部转子发生转动，从而使套设于内部转子内的连接轴转动，并带动连接轴上的第一锥形齿轮转动，由于第一锥形齿轮与第二锥形齿轮啮合，所以，第二锥形齿轮也发生转动，并且由于第一锥形齿轮和第二锥形齿轮的设置，改变了转动方向，与第二锥形齿轮传动连接的转动轴发生转动，连接于转动轴上的尾鳍也发生运动。由于舵机的正转和反转，从而控制尾鳍发生摆动，使磁耦合仿生推进装置促进水下机器人运动。此磁耦合仿生推进装置的设置使尾仓壳体与尾鳍之间形成静密封，使其密封效果更好，避免运动发生的磨损，延长其使用寿命。

本发明提供的水下机器人的有益效果是：水下机器人的头仓、前浮力仓、前浮力材料仓、主控仓、后浮力材料仓、后浮力仓和磁耦合仿生推进装置之间均通过多根螺杆依次连接，采用螺杆进行各仓段的安装，增减不同仓段只需更换相应长度的螺杆即可实现，可以快速响应多应用需求。各仓段的连接机械结构标准化，通过外周围的螺杆的连接，通过螺丝固定，方便拆装，并且可根据任务需求，增减不同的仓段实现不同的使命任务。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图也属于本发明的保护范围。

图1为本发明实施例1提供的水下机器人的结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的水下机器人的连接结构示意图；

图3为本发明实施例2提供的磁耦合仿生推进装置的剖视图；

图4为本发明实施例2提供的磁耦合仿生推进装置中尾仓壳体的剖视图；

图5为本发明实施例2提供的磁耦合仿生推进装置中尾仓连接件的结构示意图；

图6为本发明实施例2提供的磁耦合仿生推进装置中磁耦合装置的结构示意图；

图7为本发明实施例2提供的磁耦合仿生推进装置中磁耦合装置的第一剖视图；

图8为本发明实施例2提供的磁耦合仿生推进装置中磁耦合装置的第二剖视图；

图9为本发明实施例2提供的磁耦合仿生推进装置中连接轴的结构示意图；

图10为本发明实施例2提供的磁耦合仿生推进装置中尾鳍固定架的第一结构示意图；

图11为本发明实施例2提供的磁耦合仿生推进装置中尾鳍固定架的第二结构示意图；

图12为本发明实施例2提供的磁耦合仿生推进装置中尾鳍固定架的剖视图。

图标：100-水下机器人；110-头仓；120-前浮力仓；130-前浮力材料仓；140-主控仓；150-后浮力材料仓；160-后浮力仓；170-尾仓；180-尾鳍；190-滑翔翼机构；900-螺杆；200-磁耦合仿生推进装置；300-尾仓壳体；250-尾仓连接件；400-舵机；500-磁耦合装置；600-尾鳍固定架；310-圆台面；320-竖直舵面；311-第一端；312-第二端；260-隔板；240-连接件；241-o圈槽；242-卡口；243-螺纹孔；244-镂空部；313-凹陷槽；510-第一锥形齿轮；520-第二锥形齿轮；530-转动轴；540-外部转子；550-外圈磁铁；560-内圈磁铁；570-内部转子；580-连接轴；590-固定板；581-第一连接轴；582-第二连接轴；583-第一销孔；584-第二销孔；585-卡簧槽；610-周壁；620-底壁；611-安装孔；630-缺口；640-第一凹槽；650-第二凹槽；631-通孔；660-密封圈；181-尾鳍连接板；670-轴承支架。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

实施例1

图1为本实施例提供的水下机器人100的结构示意图；图2为本实施例提供的水下机器人100的连接结构示意图。请一并参阅图1和图2，本实施例中，水下机器人100包括头仓110、前浮力仓120、前浮力材料仓130、主控仓140、后浮力材料仓150、后浮力仓160、尾仓170、尾鳍180、两个滑翔翼机构190和多根螺杆900，两个滑翔翼机构190分别设置于主控仓140的两端，头仓110、前浮力仓120、前浮力材料仓130、主控仓140、后浮力材料仓150、后浮力仓160和尾仓170之间均通过多根螺杆900依次连接，尾鳍180连接于尾仓170的远离后浮力仓160的一端。

前浮力仓120、前浮力材料仓130、主控仓140、后浮力材料仓150、后浮力仓160的外表面均包裹一层浮力材料以增加净浮力，可以减小水下机器人100流体阻力。优选地，在前浮力仓120、前浮力材料仓130、主控仓140、后浮力材料仓150、后浮力仓160外表面附有一层0.5mm厚的蒙皮材料。

各仓段的连接机械结构标准化，通过外周围的螺杆900的连接，通过螺丝固定，方便拆装，并且可根据任务需求，增减不同的仓段实现不同的使命任务。得益于标准的多仓连接结构，增减不同仓段只需更换相应长度的螺杆900即可实现，可以快速响应多应用需求。各仓段的连接机械结构标准化，通过外周围的螺杆900的连接，通过螺丝固定，方便拆装，并且可根据任务需求，增减不同的仓段实现不同的使命任务。

实施例2

实施例1中水下机器人100使用本实施例中的磁耦合仿生推进装置200，即实施例1中的尾仓170和尾鳍180合为本实施例中的磁耦合仿生推进装置200，能够实现尾仓170与尾鳍180之间的静密封，延长其使用寿命，避免长时间使用发生损坏。

图3为本实施例提供的磁耦合仿生推进装置200的剖视图。请参阅图3，磁耦合仿生推进装置200包括尾仓壳体300、尾仓连接件250、舵机400、磁耦合装置500、尾鳍固定架600和尾鳍180。图4为本实施例提供的磁耦合仿生推进装置200中尾仓壳体300的剖视图。请一并参阅图2和图3，本实施例中，尾仓壳体300具有第一端311和第二端312，第一端311的横截面积大于第二端312的横截面积。尾仓壳体300包括圆台面310和竖直舵面320，竖直舵面320的一端设置于圆台面310，另一端朝向远离圆台面310的方向延伸。圆台面310具有第一端311和第二端312。

尾仓连接件250设置于第一端311，通过尾仓连接件250实现尾仓170与其他仓段的连接。图5为本实施例提供的磁耦合仿生推进装置200中尾仓连接件250的结构示意图。尾仓连接件250包括一体成型的隔板260和连接件240，隔板260可以将尾仓170与其他仓段隔开，连接件240使尾仓170与其他仓段进行连接。

隔板260为圆形，隔板260的外径与第一端311的内径一致，方便尾仓170的设置安装。连接件240上设置有多个用于连接螺杆900的螺纹孔243，螺纹孔243的轴线方向与圆台面310的轴线方向一致，螺杆900穿过螺纹孔243进行螺纹连接，从而进行仓段之间的连接。本实施例中，设置五个螺纹孔243，五个螺纹孔243均匀设置于连接件240上，即可以连接五根螺杆900，使各仓段之间的连接更加牢固。

优选地，连接件240上远离螺纹孔243的位置设置有多个镂空部244。本实施例中，设置有五个镂空部244，即，当连接件240上不需要的结构可以设置成镂空结构，可以使水下机器人100的重量减轻。

连接件240与隔板260的连接处设置有o圈槽241，o圈槽241内设置有o圈，即o圈位于尾仓壳体300与尾仓170连接件240之间，使尾仓壳体300和尾仓连接件250之间具有更好的密封效果。

舵机400的一端与尾仓连接件250连接，即舵机400的一端与隔板260连接。舵机400提供动力，使尾鳍180摆动，从而促进水下机器人100的运动。舵机400可以正转和反转，从而控制尾鳍180摆动。

第二端312设置有用于安装磁耦合装置500的凹陷槽313，图6为本实施例提供的磁耦合仿生推进装置200中磁耦合装置500的结构示意图；图7为本实施例提供的磁耦合仿生推进装置200中磁耦合装置500的第一剖视图；图8为本实施例提供的磁耦合仿生推进装置200中磁耦合装置500的第二剖视图。磁耦合装置500包括第一锥形齿轮510、第二锥形齿轮520、转动轴530、和从外至内依次设置的外部转子540、外圈磁铁550、内圈磁铁560、内部转子570和连接轴580，外部转子540与舵机400的远离尾仓连接件250的一端连接，外部转子540通过螺钉固定在舵机400的远离尾仓连接件250的一端，外圈磁铁550设置于外部转子540内，凹陷槽313设置于外圈磁铁550内，内圈磁铁560设置于凹陷槽313内，内部转子570设置于内圈磁铁560内，连接轴580的一端插接于内部转子570内，另一端与第一锥形齿轮510传动连接，第一锥形齿轮510与第二锥形齿轮520啮合，转动轴530穿过第二锥形齿轮520且转动轴530的两端均与尾鳍固定架600连接，尾鳍180固定架与第二端312连接，尾鳍180穿过尾鳍固定架600与转动轴530连接。

舵机400转动的时候，带动与舵机400连接的外部转子540转动，从而与外部转子540连接的外圈磁铁550发生转动，外圈磁铁550和内圈磁铁560通过凹陷槽313隔开，由于磁效应，内圈磁铁560发生转动，并带动内圈磁铁560上的内部转子570发生转动，从而使套设于内部转子570内的连接轴580转动，并带动连接轴580上的第一锥形齿轮510转动，由于第一锥形齿轮510与第二锥形齿轮520啮合，所以，第二锥形齿轮520也发生转动，并且由于第一锥形齿轮510和第二锥形齿轮520的设置，改变了转动方向，与第二锥形齿轮520传动连接的转动轴530发生转动，连接于转动轴530上的尾鳍180也发生运动。由于舵机400的正转和反转，从而控制尾鳍180发生摆动，使磁耦合仿生推进装置200促进水下机器人100运动。此磁耦合仿生推进装置200的设置使尾仓壳体300与尾鳍180之间形成静密封，使其密封效果更好，避免运动发生的磨损，延长其使用寿命。

第一锥形齿轮510与连接轴580的转动方向一致，第二锥形齿轮520与第一锥形齿轮510啮合，从而使与第二锥形齿轮520连接的转动轴530的转动方向与连接轴580的转动方向相比发生改变，即连接轴580的轴线与转动轴530的轴线垂直。

磁耦合装置500还包括固定板590，固定板590与第二端312连接，尾鳍180固定架与第二端312均连接，且尾鳍180固定架和第二端312分别位于固定板590的两侧，连接轴580穿过固定板590与第一锥形齿轮510传动连接。固定板590上还设置有多个卡件，卡件的一端与固定板590连接，另一端朝向第二端312的方向延伸并卡设在第二端312内。

详细地，连接轴580的固定方式如下：图9为本实施例提供的磁耦合仿生推进装置200中连接轴580的结构示意图。连接轴580包括第一连接轴581和套设于第一连接轴581内的第二连接轴582，第一连接轴581设置有第一销孔583，内部转子570通过第一销孔583与第一连接轴581连接，第二连接轴582的两端分别设置有第一轴套和第二轴套，第一轴套设置于凹陷槽313内的第一轴套槽，第二轴套设置于固定板590上的第二轴套槽，第二连接轴582的远离第一轴套的一端穿过第二轴套并设置有第二销孔584，第二连接轴582通过第二销孔584与第一锥形齿轮510传动连接。即第二连接轴582穿过固定板590并且第二连接轴582穿过固定板590的一端设置第二销孔584。

第一连接轴581的两端分别设置有用于安装卡簧的卡簧槽585，内部转子570位于两个卡簧槽585的两端。第一连接轴581的两端的卡簧槽585内安装卡簧，卡簧的设置可以限制内部转子570在轴线方向上的运动，避免内部转子570在第一连接轴581上滑动。

本实施例中，外部转子540、外圈磁铁550、内圈磁铁560、内部转子570、第一连接轴581、第一轴套槽、第一轴套、第二轴套槽、第二轴套、第二连接轴582与第一锥形齿轮510均同轴设置，保证外部转子540、外圈磁铁550、内圈磁铁560、内部转子570、第一连接轴581、第二连接轴582与第一锥形齿轮510之间的顺利传动。

图10为本实施例提供的磁耦合仿生推进装置200中尾鳍固定架600的第一结构示意图；图11为本实施例提供的磁耦合仿生推进装置200中尾鳍固定架600的第二结构示意图；图12为本实施例2提供的磁耦合仿生推进装置200中尾鳍固定架600的剖视图。尾鳍固定架600包括周壁610和底壁620，周壁610为类似的圆台状，底壁620为圆形，底壁620盖装于周壁610，周壁610的远离底壁620的一端与尾仓壳体300的第二端312连接，周壁610上设置有多个安装螺钉的安装孔611，将螺钉穿过周壁610的安装孔611安装在第二端312上，周壁610的远离底壁620的一端设置有密封片，密封片位于周壁610与第二端312之间，使尾鳍固定架600与尾仓壳体300之间进行密封连接。底壁620朝向第二端312的方向凹陷形成缺口630，并将尾鳍固定架600分割成第一凹槽640、缺口630和第二凹槽650，即第一凹槽640与第二凹槽650的凹陷方向相同，缺口630的凹陷方向与第一凹槽640的凹陷方向相反。

缺口630的两侧均设置于通孔631，转动轴530穿过两个通孔631并使转动轴530的两端分别连接于第一凹槽640和第二凹槽650内的周壁610上，每个通孔631的孔壁上设置有密封圈660，转动轴530穿过密封圈660与周壁610连接，使转动轴530与尾鳍180固定架之间密封设置。尾鳍180与转动轴530的连接处位于缺口630内，即当尾鳍固定架600盖装在尾仓壳体300的第二端312的时候，缺口630露出，能够看到与转动轴530与尾鳍180的连接处。

通过密封片和密封圈660的设置，可以使尾鳍180与尾仓170之间的安装密封效果更好。本实施例中，尾仓壳体300的凹陷槽313和尾鳍180固定架的第一凹槽640和第二凹槽650内均充满油，在水下机器人100进入深水区域时，可以抵抗外部压力，同时，密封片和密封圈660的设置可以防止发生漏水、漏油事件。还可以防止沙石等进入凹陷槽313和尾鳍固定架600内，避免发生卡槽现象、也避免齿轮之间的发卡，保证磁耦合仿生推进装置200顺利工作。

尾鳍180上相对设置有两个尾鳍连接板181，每个尾鳍连接板181远离尾鳍180的一端均与转动轴530连接，且转动轴530位于两个尾鳍连接板181之间，每个尾鳍连接板181与转动轴530的连接处均位于缺口630内。尾鳍连接板181的两端均通过螺钉分别与转动轴530和尾鳍180进行固定。

为了将转动轴530固定在尾鳍固定架600上，在尾鳍固定架600的周壁610上且位于缺口630的两端均设置固定装置，用于固定转动轴530。即，周壁610的位于第一凹槽640的位置设置有第一轴承套，第一轴承套内设置有第一轴承，转动轴530的一端安装于轴承。尾鳍固定架600还包括轴承支架670，轴承支架670设置于周壁610的位于第二凹槽650的位置，轴承支架670上设置有翻边，翻边通过螺钉固定在周壁610上，轴承支架670具有第二轴承套，第二轴承套内设置有第二轴承，转动轴530的远离第一轴承的一端安装于第二轴承。

即转动轴530的一端固定在第一轴承上，第二锥形齿轮520设置在第一凹槽640内，另一端依次穿过第二锥形齿轮520、缺口630的两侧通过后固定在第二轴承上，实现转动轴530的安装。转动轴530上设置有第三销孔，第二锥形齿轮520通过第三销孔传动连接在转动轴530上。第一轴承套、第一轴承、转动轴530、第二锥形齿轮520和第二轴承和第二轴承套均同轴设置，实现转动轴530的安装。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。