一种伺服电机驱动仿黄金水母海底探测采集机器人的制作方法

本发明涉及水下机器人领域，特别是一种伺服电机驱动仿黄金水母海底探测采集机器人。

背景技术：

仿生机器人是指模仿生物、从事生物特点工作的机器人，以此达到一定预期的目的。黄金水母在水中借助风或水流来移动，通过喷水推进的方法，由一些特殊的肌肉扩张然后迅速收回，把身体内的水排出体外，在水流反作用驱动下，达到向前游动、转弯等推进行为，黄金水母具有灵活性高、推进效率高、游动速度快等特点，能够可以适应很多复杂的海底环境的运动。

随着科学技术的不断发展，人们对新资源新能源的需求不断增加，蕴藏丰富资源的海底是人们探索的重点领域，由于海底下的环境复杂，故对其探测探险的手段和方法提出了更高的要求。

中国专利201720857589.6公开了一种水下实时监测及信息采集机器人，该机器人通过六条机械腿实现行走越障等功能，但不利于远距离的快速移动，活动范围较小；中国专利201120541791.0公开了一种多功能水下作业机器人装置，该机器人装置通过履带驱动装置和沉浮装置实现水下行走和沉浮作用，避障能力较差、所需驱动多和灵活度不高，不利用水下大范围和长时间运动。

目前尚未见一种具有越障能力强、灵活度高和运动速度与方向可控的特点的一种伺服电机驱动仿黄金水母海底探测采集机器人的创新发明设计。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种伺服电机驱动仿黄金水母海底探测采集机器人，它具有越障能力强、灵活度高和运动速度与方向可控的特点，能够实现海底矿物资源信息探测和标本采集等用途。

本发明的技术方案是：一种伺服电机驱动仿黄金水母海底探测采集机器人，包括探测装置、采集装置、伺服电机、处理器、行走装置和尾部装置，具体结构和连接关系为：

所述探测装置包括防水摄像头装置和实时定位仪，探测装置通过处理器与采集装置连接；

所述采集装置包括液压驱动机械抓取手和采集箱，所述液压驱动机械抓取手包括第一液压缸、第二液压缸、第三液压缸、第一支架杆、第二支架杆、滑块、连杆和夹取杆，所述第一液压缸一端通过铰链与保护壳连接，另一端通过铰链与第一支架杆连接，所述第二液压缸一端通过铰链与第一支架杆连接，另一端通过铰链与第二支架杆连接，所述第三液压缸一端通过铰链与第二支架杆连接，另一端通过铰链与滑块连接，所述连杆一端通过铰链与滑块连接，另一端通过铰链与夹取杆连接；

所述伺服电机包括第一伺服电机、第二伺服电机和第三伺服电机，所述第一伺服电机固定连接在机壳内与蜗杆连接，所述第二伺服电机固定连接在机座底部与u型铰链尾部连接，所述第三伺服电机固定连接在保护壳内与尾部机架上的销轴柱连接；

所述行走装置包括机壳、机座、支撑架、蜗轮蜗杆机构和曲柄摇杆机构，所述机壳为半圆弧透明壳体，所述机座为双层圆盘连接机座，上下层圆盘上分布有多组排列规则的铰链孔，所述支撑架连接两个大小相同且中心在同一水平线上的外啮合蜗轮，所述蜗轮蜗杆机构包括第一组蜗轮蜗杆机构、第二组蜗轮蜗杆机构、第三组蜗轮蜗杆机构、第四组蜗轮蜗杆机构、第五组蜗轮蜗杆机构和第六组蜗轮蜗杆机构，所述第一组蜗轮蜗杆机构包括两个外啮合蜗轮，每一组蜗轮蜗杆机构的两侧均连接一个曲柄摇杆机构，其他组蜗轮蜗杆机构的结构和连接关系与第一组蜗轮蜗杆机构完全相同，所述曲柄摇杆机构包括第一组曲柄摇杆机构、第二组曲柄摇杆机构、第三组曲柄摇杆机构、第四组曲柄摇杆机构、第五组曲柄摇杆机构、第六组曲柄摇杆机构、第七组曲柄摇杆机构、第八组曲柄摇杆机构、第九组曲柄摇杆机构、第十组曲柄摇杆机构、第十一组曲柄摇杆机构和第十二组曲柄摇杆机构，所述第一组曲柄摇杆机构包括曲柄、连杆、摇杆和长连杆，所述曲柄一端通过铰链与蜗轮连接，曲柄另一端通过铰链与连杆滑槽连接，同时曲柄一端通过铰链与长连杆一端连接，所述连杆包括连杆滑槽、连杆第一铰链座和连杆第二铰链座，连杆滑槽通过移动副与曲柄和长连杆连接，连杆第一铰链座通过铰链与支撑架连接，连杆第二铰链座通过铰链与摇杆连接，所述摇杆通过铰链与长连杆连接，所述长连杆一端通过铰链与曲柄连接，长连杆另一端通过铰链与摇杆连接，其他组曲柄摇杆机构的结构和连接关系与第一组曲柄摇杆机构完全相同；

所述尾部装置包括尾部机架和导流滑片，所述尾部机架上固定连接有一销轴柱，并通过销轴柱与u型铰链连接，所述导流滑片均匀分布在尾部机架上并与尾部机架固定连接。

所述防水摄像头装置包括第一防水摄像头装置和第二防水摄像头装置，第一防水摄像头装置固定连接在第二支架杆上，第二防水摄像头装置固定连接在机壳内部；防水摄像头装置均包括摄像头和照明灯。

所述滑块包括三个转动副和一个移动副，滑块通过移动副与第二支架杆连接。

所述液压驱动机械抓取手可旋转的角度是大于5°而小于170°。

本发明的突出优点在于：

1.该机器人通过三个伺服电机驱动，能够精准控制该机器人的前进速度和方向，在复杂的海底环境中灵活度高、越障能力强。

2.该机器人固定连接两个防水摄像头和照明灯，并通过控制系统对液压驱动机械抓取手进行远程控制，提高海底探测和采集的准确性和快速性。

3.该机器人通过六组阵列的蜗轮蜗杆机构，使机器人的结构具有较好的刚度和强度，能承受较强的振动和水流冲击载荷，能够实现海底矿物资源信息探测和标本采集等用途。

附图说明

图1为本发明所述的一种伺服电机驱动仿黄金水母海底探测采集机器人的结构示意图。

图2为本发明所述的一种伺服电机驱动仿黄金水母海底探测采集机器人的结构俯视图。

图3为本发明所述的一种伺服电机驱动仿黄金水母海底探测采集机器人的样本采集第一工作状态结构示意图。

图4为本发明所述的一种伺服电机驱动仿黄金水母海底探测采集机器人的样本采集第二工作状态结构示意图。

图5为本发明所述的一种伺服电机驱动仿黄金水母海底探测采集机器人的蜗轮蜗杆机构示意图。

图6为本发明所述的一种伺服电机驱动仿黄金水母海底探测采集机器人的曲柄摇杆机构示意图。

图7为本发明所述的一种混合驱动仿黄金水母海洋生物观测监控机器人的连杆结构示意图。

图8为本发明所述的一种伺服电机驱动仿黄金水母海底探测采集机器人的液压驱动机械抓取手结构示意图。

图9为本发明所述的一种伺服电机驱动仿黄金水母海底探测采集机器人的机座结构示意图。

图10为本发明所述的一种伺服电机驱动仿黄金水母海底探测采集机器人的支撑架结构示意图。

图11为本发明所述的一种伺服电机驱动仿黄金水母海底探测采集机器人的尾部机构结构示意图。

图12为本发明所述的一种伺服电机驱动仿黄金水母海底探测采集机器人的尾部机构结构俯视图。

图13为本发明所述的一种伺服电机驱动仿黄金水母海底探测采集机器人的滑块结构示意图。

图14为本发明所述的一种伺服电机驱动仿黄金水母海底探测采集机器人的效果图。

图中标记为：1.第一伺服电机、2.机壳、3.蜗杆、4.支撑架、5.蜗轮、6.机座、7.第二伺服电机、8.u型铰链、9.采集箱、10.导流滑片、11.尾部机架、11-1.销轴柱、12.第二防水摄像头装置、13.保护壳、14.第二液压缸、15.第一支架杆、16.第二支架杆、17.第三液压缸、18.第一液压缸、19.滑块、20.连杆、21.实时定位仪、22.第一防水摄像头装置、23.夹取杆、24.第三伺服电机、25.第一组曲柄摇杆机构、25-1、曲柄、25-2.连杆、25-3.摇杆、25-4.长连杆、25-2-1连杆滑槽、25-2-2连杆第一铰链座、25-2-3.连杆第二铰链座、26.第二组曲柄摇杆机构、27.第三组曲柄摇杆机构、28.第四组曲柄摇杆机构、29.第五组曲柄摇杆机构、30.第六组曲柄摇杆机构、31.第七组曲柄摇杆机构、32.第八组曲柄摇杆机构、33.第九组曲柄摇杆机构、34.第十组曲柄摇杆机构、35.第十一组曲柄摇杆机构、36.第十二组曲柄摇杆机构、37.第一组蜗轮蜗杆机构、38.第二组蜗轮蜗杆机构、39.第三组蜗轮蜗杆机构、40.第四组蜗轮蜗杆机构、41.第五组蜗轮蜗杆机构、42.第六组蜗轮蜗杆机构。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案进行进一步描述。

如图1至图14所示，一种伺服电机驱动仿黄金水母海底探测采集机器人，包括探测装置、采集装置、伺服电机、处理器、行走装置和尾部装置，具体结构和连接关系为：

所述探测装置包括防水摄像头装置和实时定位仪21，探测装置通过处理器与采集装置连接；

所述采集装置包括液压驱动机械抓取手和采集箱9，所述液压驱动机械抓取手包括第一液压缸18、第二液压缸14、第三液压缸17、第一支架杆15、第二支架杆16、滑块19、连杆20和夹取杆23，所述第一液压缸18一端通过铰链与保护壳13连接，另一端通过铰链与第一支架杆15连接，所述第二液压缸14一端通过铰链与第一支架杆15连接，另一端通过铰链与第二支架杆16连接，所述第三液压缸17一端通过铰链与第二支架杆16连接，另一端通过铰链与滑块19连接，所述连杆20一端通过铰链与滑块19连接，另一端通过铰链与夹取杆23连接；

所述伺服电机包括第一伺服电机1、第二伺服电机7和第三伺服电机24，所述第一伺服电机1固定连接在机壳2内与蜗杆3连接，所述第二伺服电机7固定连接在机座6底部与u型铰链8尾部连接，所述第三伺服电机24固定连接在保护壳13内与尾部机架11上的销轴柱11-1连接；

所述行走装置包括机壳2、机座6、支撑架4、蜗轮蜗杆机构和曲柄摇杆机构，所述机壳2为半圆弧透明壳体，所述机座6为双层圆盘连接机座，上下层圆盘上分布有多组排列规则的铰链孔，所述支撑架4连接两个大小相同且中心在同一水平线上的外啮合蜗轮5，所述蜗轮蜗杆机构包括第一组蜗轮蜗杆机构37、第二组蜗轮蜗杆机构38、第三组蜗轮蜗杆机构39、第四组蜗轮蜗杆机构40、第五组蜗轮蜗杆机构41和第六组蜗轮蜗杆机构42，所述第一组蜗轮蜗杆机构37包括两个外啮合蜗轮5，每一组蜗轮蜗杆机构的两侧均连接一个曲柄摇杆机构，其他组蜗轮蜗杆机构的结构和连接关系与第一组蜗轮蜗杆机构37完全相同，所述曲柄摇杆机构包括第一组曲柄摇杆机构25、第二组曲柄摇杆机构26、第三组曲柄摇杆机构27、第四组曲柄摇杆机构28、第五组曲柄摇杆机构29、第六组曲柄摇杆机构30、第七组曲柄摇杆机构31、第八组曲柄摇杆机构32、第九组曲柄摇杆机构33、第十组曲柄摇杆机构34、第十一组曲柄摇杆机构35和第十二组曲柄摇杆机构36，所述第一组曲柄摇杆机构25包括曲柄25-1、连杆25-2、摇杆25-3和长连杆25-4，所述曲柄25-1一端通过铰链与蜗轮5连接，曲柄25-1另一端通过铰链与连杆25-2滑槽连接，同时曲柄25-1一端通过铰链与长连杆25-4一端连接，所述连杆25-2包括连杆滑槽25-2-1、连杆第一铰链座25-2-2和连杆第二铰链座25-2-3，连杆滑槽25-2-1通过移动副与曲柄25-1和长连杆25-4连接，连杆第一铰链座25-2-2通过铰链与支撑架4连接，连杆第二铰链座25-2-3通过铰链与摇杆25-3连接，所述摇杆25-3通过铰链与长连杆25-4连接，所述长连杆25-4一端通过铰链与曲柄25-1连接，长连杆25-4另一端通过铰链与摇杆25-3连接，其他组曲柄摇杆机构的结构和连接关系与第一组曲柄摇杆机构25完全相同；

所述尾部装置包括尾部机架11和导流滑片10，所述尾部机架11上固定连接有一销轴柱11-1，并通过销轴柱11-1与u型铰链8连接，所述导流滑片10均匀分布在尾部机架11上并与尾部机架11固定连接。

所述防水摄像头装置包括第一防水摄像头装置22和第二防水摄像头装置12，第一防水摄像头装置11固定连接在第二支架杆16上，第二防水摄像头装置12固定连接在机壳2内部；防水摄像头装置均包括摄像头和照明灯。

所述滑块19包括三个转动副和一个移动副，滑块19通过移动副与第二支架杆16连接。

所述液压驱动机械抓取手可旋转的角度是大于5°而小于170°。

工作原理及过程：

如图1至图2所示,当第一伺服电机1驱动蜗杆3转动时，带动六组阵列的蜗轮机构转动，蜗轮5作圆周转动带动外连接的十二组曲柄摇杆机构做同步圆周转动，此时实现整个机器人做往复的舒展或收缩运动，达到该机器人的前进移动行为；第二伺服电机7和第三伺服电机24驱动带动尾部机架11转动，达到该机器人的转弯行为。

如图3至图4所示，当需要采集样本时，液压驱动机械抓取手的第一液压缸18驱动第一支架杆15运动，同时第二液压缸14驱动第二支架杆16到合适位置，第三液压缸17通过驱动滑块19来驱动机械手机构执行样本的采集任务，当采集到一定的样本时，液压驱动机械抓取手通过液压驱动收回，完成采集任务。