专利名称：一种水下仿生机器人的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电子设备，特别涉及一种水下仿生机器人。
背景技术：
从远古时代起，人类就开始了对海洋的探索，从人类模仿鱼类的形体造船，以木桨 仿鳍，掌握造船技术以来，就一直为如何提高舰船的航行速度、推进效率和机动性能而努 力。传统的水下机器人一般采用螺旋桨产生推力，通过舵来进行机动运动，这种运动方式具 有推进效率低、机动性能差、对环境扰动大等缺点，而各种水生动物，如鱼类、鲸豚类、龟类 等经过亿万年的自然选择和进化，获得了非凡的水中运动能力，通过鳍的拍动可实现高效、 高机动和高隐蔽的水下运动，其运动的灵活性和多样性是传统水下机器人所无法比拟的。 通过仿生手段从形态、结构和功能等方面对水生动物进行模拟和学习，可建造出具有动物 运动能力和特点的水下机器人，为提高人类的航海科技提供新的思路和途径，所研制的仿 生推进水下机器人不仅具有重要的科学研究价值，还可在复杂环境中的水下作业、海底勘 察、军事侦查等领域具有良好的实际应用前景。
发明内容为解决以上技术上的不足，本实用新型提供了一种结构简单、控制方便、运动灵 活、具有良好技术展示度的水下仿生机器人。本实用新型是通过以下措施实现的本实用新型的一种水下仿生机器人，包括密封的主舱体，所述主舱体侧面成90° 间隔横向设置有四个均可轴向转动的拍动鳍，所述拍动鳍为矩形翼片，主舱体内设置有电 源、与四个拍动鳍分别相连接的机械传动机构、与机械传动机构驱动连接的舵机、用于接收 无线控制信号的无线通信模块和根据无线通信模块接收到的无线控制信号控制舵机的控 制电路；另设置有向无线通信模块发送控制信号的控制台。为了能够让拍动鳍单独的360°转动，上述机械传动机构包括四组，每组包括舵机 输出轴、与舵机输出轴驱动连接的齿轮I和与齿轮I相啮合的齿轮II，齿轮II与拍动鳍通 过输出轴相连接，齿轮I和齿轮II的减速比为2 1。上述主舱体内设置有两端均为轴承的动密封机构，所述输出轴穿过动密封机构， 可以防止水进入主舱体。为了能将舵机和齿轮固定在主舱体内，上述主舱体内设置有舵机固定架和齿轮固 定架。上述主舱体内为铝制圆形，拍动鳍为聚氯乙烯材料，可以比较轻便灵活。为了能够从外面观察到主舱体内的情况，上述主舱体的上下端分别通过密封胶粘 结有透明的顶盖和底盖。上述顶盖上粘结有天线、电源充电接头和防水电源开关，起到一些辅助功能。本实用新型的有益效果是克服传统水下机器人机动性能差、仿生推进水下机器
3人水下三维空间运动能力受限的缺点，为狭窄、复杂和动态流体环境中的观察、作业等任务 提供一种新的水下机器人解决方案。提出一种新的仿生拍动鳍布局方案，使机器人在三维 空间坐标系XYZ内可沿各个坐标轴进行平移运动，并可绕各坐标轴进行旋转运动，真正具 有了空间六自由度运动能力。具有结构简单、控制方便、运动灵活多样的优点，具有良好的 技术展示度。不仅具有重要的科学研究价值，还可在复杂环境中的水下作业、海底勘察、军 事侦查等领域具有良好的实际应用前景。
图1为本实用新型的结构示意图。图2为本实用新型传动部分结构示意图。图中1主舱体，2拍动鳍，3舵机，4齿轮固定架，5动密封机构，6输出轴，7齿轮II， 8齿轮I，9舵机固定架。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型包括密封的主舱体1，主舱体1侧面成90度间隔横向设置 有四个均可轴向转动的拍动鳍2，拍动鳍2为矩形翼片，主舱体1内设置有电源、与四个拍动 鳍2分别相连接的机械传动机构、与机械传动机构驱动连接的舵机3、用于接收无线控制信 号的无线通信模块和根据无线通信模块接收到的无线控制信号控制舵机3的控制电路。另 设置有向无线通信模块发送控制信号的控制台。机械传动机构包括四组，每组包括舵机输 出轴、与舵机输出轴驱动连接的齿轮I 8和与齿轮I 8相啮合的齿轮II 7，齿轮II 7与拍 动鳍2通过输出轴6相连接，齿轮I 8和齿轮II 7的减速比为2 1。主舱体1内设置有 两端均为轴承的动密封机构5，所述输出轴6穿过动密封机构5。主舱体1内设置有舵机固 定架9和齿轮固定架4。主舱体1内为铝制圆形，拍动鳍2为聚氯乙烯材料。主舱体1的上 下端分别通过密封胶粘结有透明的顶盖和底盖。顶盖上粘结有天线、电源充电接头和防水 电源开关。舵机采用Hitec S5645MG来进行驱动。其工作原理为其主舱体1周边均勻布置四个仿生拍动鳍2，各个拍动鳍2被驱动可进行360度转 动，各个拍动鳍2的运动可进行独立控制。通过这样的布局和拍动鳍2的配合运动，机器人 可产生在任意方向平移的推力和力矩。在控制上，水下机器人为遥控方式，水下机器人通过 无线数传模块与控制台通信，接收控制台的指令。机器人内部具有一个ARM处理器，该处理 器可接收上层指令，根据通信协议对指令进行解释后，产生相应的控制信号控制四个舵机3 的运动。由于舵机输出轴的转动范围限制在士90度，无法在任意径向方向上产生推力，因 此采用了一对减速比为2 1的齿轮将舵机输出轴的的运动扩展到士 180度。其舵机输出 轴连接齿轮I 8，齿轮I 8与齿轮II 7啮合，再由齿轮II 7带动输出轴6运动。为了实现 防水密封，输出轴6穿过一动密封机构5，动密封机构5的两端为轴承，在其内部填充了粘稠 的黄油，从而实现了运动的输出。其中拍动鳍2可进行单自由度往复拍动，其位置由一个正弦信号来控制，如公式1 所示θ, (O = Φ,+ 4 sin(27r/> + φ,)(D其中，θ i (t)表示第i个拍动鳍2在t时刻的目标角度，Φ 表示偏移量，Ai表示 拍动幅值，fi表示拍动频率，仍表示拍动鳍之间的相位差。拍动鳍所产生推进力的大小可通 过改变拍动幅值和频率进行调节，而推力方向由偏移量决定，相位差可用来耦合各个拍动 鳍之间的时序关系，获得多种游动模式。上述实施例所述是用以具体说明本专利，文中虽通过特定的术语进行说明，但不 能以此限定本专利的保护范围，熟悉此技术领域的人士可在了解本专利的精神与原则后对 其进行变更或修改而达到等效目的，而此等效变更和修改，皆应涵盖于权利要求范围所界 定范畴内。
权利要求1.一种水下仿生机器人，包括密封的主舱体，其特征在于所述主舱体侧面成90°间 隔横向设置有四个均可轴向转动的拍动鳍，所述拍动鳍为矩形翼片，主舱体内设置有电源、 与四个拍动鳍分别相连接的机械传动机构、与机械传动机构驱动连接的舵机、用于接收无 线控制信号的无线通信模块和根据无线通信模块接收到的无线控制信号控制舵机的控制 电路；另设置有向无线通信模块发送控制信号的控制台。
2.根据权利要求1所述的水下仿生机器人，其特征在于机械传动机构包括四组，每组 包括舵机输出轴、与舵机输出轴驱动连接的齿轮I和与齿轮I相啮合的齿轮II，齿轮II与 拍动鳍通过输出轴相连接，齿轮I和齿轮II的减速比为2 :1。
3.根据权利要求1所述的水下仿生机器人，其特征在于所述主舱体内设置有两端均 为轴承的动密封机构，所述输出轴穿过动密封机构。
4.根据权利要求1所述的水下仿生机器人，其特征在于所述主舱体内设置有舵机固 定架和齿轮固定架。
5.根据权利要求1所述的水下仿生机器人，其特征在于所述主舱体内为铝制圆形，拍 动鳍为聚氯乙烯材料。
6.根据权利要求1所述的水下仿生机器人，其特征在于所述主舱体的上下端分别通 过密封胶粘结有透明的顶盖和底盖。
7.根据权利要求1所述的水下仿生机器人，其特征在于所述顶盖上粘结有天线、电源 充电接头和防水电源开关。
专利摘要本实用新型公开了一种水下仿生机器人，包括密封的主舱体，所述主舱体侧面成90°间隔横向设置有四个均可轴向转动的拍动鳍，所述拍动鳍为矩形翼片，主舱体内设置有电源、与四个拍动鳍分别相连接的机械传动机构、与机械传动机构驱动连接的舵机、用于接收无线控制信号的无线通信模块和根据无线通信模块接收到的无线控制信号控制舵机的控制电路；另设置有向无线通信模块发送控制信号的控制台。本实用新型的有益效果是真正具有了空间六自由度运动能力。具有结构简单、控制方便、运动灵活多样的优点，具有良好的技术展示度。不仅具有重要的科学研究价值，还可在复杂环境中的水下作业、海底勘察、军事侦查等领域具有良好的实际应用前景。
文档编号B63C11/52GK201849653SQ20102060342
公开日2011年6月1日 申请日期2010年11月12日 优先权日2010年11月12日
发明者高川 申请人:高川