一种仿生扇贝机器人的制作方法

本实用新型涉及一种水下机器人，具体是涉及一种仿生扇贝机器人。

背景技术：

移动机器人在当前的应用日益广泛，随着5g时代的到来，机器人的应用热潮再次被掀起。数字通过各种各样的终端渗透进我们生活，一些机器人被广泛地应用于航空航天研究与工程探索中，特别是军事侦察与能源探索，更是当前机器人研究的前沿热门。在各种科学军事任务中，机器人往往发挥着不可替代的作用，它常常在复杂的环境中工作，这就要求机器人具有很强的自主工作能力与灵活的运动性能。

目前我国正积极开发海洋，探索诸如可燃冰、锰结核等大洋资源，因此需要一种更够在海洋中长时间执行探索任务以及在海床附近探索并移动的机器人。但是，国内外的海洋机器人虽然多种多样，可大多是面向潜行与平衡方面进行研发，如模仿鱼的运动而做成的水下巡航仿生鱼，可实现水下的自由移动与探索，并不适用于水底的复杂地形使用，也就不能在水底准确的探索，存在着水底探索的盲区。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种仿生扇贝机器人，该机器人应能适用于执行水底复杂地形的探索任务，并具有工作可靠、运动灵活的特点。

本实用新型的技术方案是：

一种仿生扇贝机器人，其特征在于：该机器人包括由两个半壳组成的扇贝形外壳、用于带动半壳开合来推动外壳前进的开合机构、用于配合开合机构控制外壳转向的转向机构以及连接开合机构与转向机构的控制器；

所述两个半壳通过转轴结构可转动地铰接为一体，半壳前部边沿与两侧边沿设有相连接的密封条，半壳后部设有往左右两侧延伸的两个侧板，两个半壳的侧板围合成两条分别连通外壳内腔的射流通道；

所述开合机构包括固定在其中一个半壳内侧的电机以及传递电机动力带动另一个半壳摆动的第一传动结构；所述转向机构包括固定在其中一个半壳内侧的舵机、可转动地铰接在该半壳内侧并且分别伸入两条射流通道中的两个控流挡板以及传递舵机动力带动控流挡板摆动的第二传动结构；所述控制器分别连接电机与舵机。

所述第一传动结构包括由电机驱动的第一曲柄以及两端可转动地铰接在第一曲柄与另一半壳上的第一连杆。

所述第二传动结构包括由舵机驱动的第二曲柄、两端可转动地铰接在两个控流挡板上的第二连杆、固定在第二连杆上并且设有滑槽的连接块、固定在第二曲柄上并且可沿着滑槽滑动的滑轴。

所述两条射流通道对称布置在转轴结构的两侧。

所述转轴结构包括固定在其中一个半壳底部的阶梯轴以及固定在另一个半壳底部并且分别装套在阶梯轴两端的套筒。

所述密封条为往外壳内腔弯曲的弧片。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型采用模仿扇贝喷水运动的方式，通过半壳的开合产生前进与转向的动力，具有结构简单、传动性能好、整体可靠性高的特点，不仅实现了机器人在水下的快速移动，也能在仿生鱼类机器人无法达到的水底复杂地形(如海床、河床底部)进行探索任务。

附图说明

图1是本实用新型的立体结构示意图。

图2是本实用新型的下半壳的立体结构示意图。

图3是本实用新型的上半壳的立体结构示意图。

图4是本实用新型的第一传动机构的立体结构示意图。

图5是本实用新型的第二传动机构的立体结构示意图。

图6是本实用新型的第二连杆的立体结构示意图。

图7是本实用新型的工作步骤示意图之一。

图8是本实用新型的工作步骤示意图之二。

图9是本实用新型的工作步骤示意图之三。

具体实施方式

以下结合说明书附图，对本实用新型作进一步说明，但本实用新型并不局限于以下实施例。

如图1所示，一种仿生扇贝机器人，包括外壳、开合机构、转向机构以及控制器。

所述外壳为仿扇贝形，由两个半壳组成，每个半壳为前宽后窄的壳盖(如图2与图3中所示，半壳的上方为前部并且下方为后部)，壳盖外表面鼓出并且内表面凹陷，以利于布置开合机构与转向机构。

所述半壳前部的边沿为波浪形的唇边1.9，外壳闭合时两个半壳的唇边相咬合。所述半壳前部边沿(图2中半壳的上部)与半壳两侧边沿(图2中半壳的左侧与右侧)均固定有密封条2，密封条的相邻部位连为一体，每个密封条为往外壳内腔弯曲的弧片，有利于在外壳闭合时两个半壳对应的密封条之间互相压紧，阻止水从外壳的前部与两侧排出。

所述半壳后部设有转轴结构与两个侧板，两个半壳通过转轴结构可转动地铰接为一体，半壳后部的两个侧板对称于半壳的中轴线设置且往左右两侧分别延伸；两个半壳的对应侧板分别围合成两条射流通道a，两条射流通道对称布置，射流通道的前端连通外壳内腔，射流通道的后端设置在外壳的后部。

当两个半壳运动时能够在射流通道中产生推力推动外壳前进，当外壳张开时从前部以及两侧吸水，当外壳闭合时，能够将内腔的水从射流通道中压出(密封条能够避免水从外壳的前部与侧面排出)，从而产生向后喷射的水流推动外壳向前运动。

所述两个半壳分别为下半壳1.1以及上半壳1.2。所述半壳的侧板分别为下半壳的两个下侧板1.3以及上半壳的两个上侧板1.4，下侧板呈弧形弯曲，上侧板为平板，对应的上侧板与下侧板闭合后分别组成所述的两条射流通道。

所述转轴结构包括设置在下半壳后部的两个套筒13以及设置在上半壳后部的阶梯轴12，阶梯轴设置在两个上侧板之间，套筒设置在两个下侧板之间并且分别装套在阶梯轴两端的细轴12.1上。

所述开合机构与转向机构设置在上半壳与下半壳之间，开合机构能够带动上半壳与下半壳不断摆动开合，从而在射流通道中产生向后喷射的水流推动外壳前进。所述转向机构用于配合开合机构，转向机构通过控制经过两条射流通道中的水流大小，造成外壳两边的推力出现变化而实现转向。

所述开合机构包括固定在下半壳中的电机3以及传递电机动力来带动上半壳摆动的第一传动结构。所述第一传动结构中，第一曲柄6固定在电机的输出轴上，第一连杆7的两端分别可转动地铰接在上半壳与第一曲柄上，第一曲柄上设有第一曲柄转轴7.1，第一连杆的一端可转动地定位在第一曲柄转轴上，第一连杆的另一端设有第一连杆转轴7.1,上半壳中设有与第一连杆转轴配合的轴套1.5。所述第一传动结构与转轴结构的各转动轴线互相平行。

所述转向机构包括固定在下半壳中的舵机4、可转动地铰接在下半壳中的两个控流挡板5以及传递舵机动力带动控流挡板摆动的第二传动结构。所述两个控流挡板对称布置在下半壳的中轴线两侧，控流挡板与下半壳之间的转动轴线位于两个下侧板之间，控流挡板的摆动端分别伸入两个射流通道中(下半壳与下侧板之间还设有缺口1.6以供控流挡板摆动。所述第二传动结构中，第二曲柄8固定在舵机的输出轴上，第二连杆9的两端分别可转动地铰接在两个控流挡板上，连接块10固定在第二连杆上并且连接块上设有滑槽10.1，滑轴11固定在第二曲柄上并且可滑动地定位在滑槽中。

所述控流挡板与下半壳之间的转动轴线以及控流挡板与第二连杆之间的转动轴线同时垂直于下半壳所在平面以及转轴结构的转动轴线，第二曲柄的转动轴线垂直于转轴结构的转动轴线并且平行于下半壳所在平面，滑槽的长度方向垂直于第二曲柄的转动轴线。

所述舵机带动第二曲柄转动时，第二曲柄通过滑轴与滑槽的配合推动第二连杆左右移动，第二连杆再带动两个控流挡板同时摆动(两个控流挡板的摆动方向相反)，从而调整控流挡板在射流通道中的打开角度(改变射流通道的截面大小)，使得射流通道中的水流大小发生变化，当两个射流通道产生的推力不一致时就能实现转向。

所述控制器分别连接电机与舵机。所述控制器可采用plc控制器。所述电机采用防水电机，舵机采用防水舵机。所述外壳中还配有连接电机与舵机的电源(图中省略)。

下面对仿生扇贝机器人的工作过程进行详细说明：

1、初始状态：外壳闭合，机器人水平悬浮于水中；

2、前进：控制器控制电机工作，电机通过第一传动结构带动两个半壳不断地开合摆动；当外壳开始闭合时(图8所示)，两个半壳的密封条先互相压紧，封闭住外壳的前部与侧面，同时外壳内部的水由于受到不断地挤压将通过射流通道向后高速喷出产生推力，机器人借此推力快速向前运动，两个外壳完全闭合时(图9所示)推力消失；当外壳张开时(图7所示)，能够产生吸力从外壳的前方与两侧将水吸入；

3、转向：控制器同时控制电机与舵机工作，机器人在前进过程中，舵机通过第二传动结构调整两个控流挡板的打开角度；当两个控流挡板的打开角度保持一致时，射流通道的推力保持一致，机器人向前运动；当舵机驱动第二连杆向左移动时(图2的左侧)，左侧控流挡板的打开角度增大，右侧控流挡板的打开角度减小，右侧射流通道产生的水流较大，机器人向左转向；当舵机驱动第二连杆向右移动时(图2的右侧)，左侧控流挡板的打开角度减小，右侧控流挡板的打开角度增大，左侧射流通道产生的水流较大，机器人向右转向；可以根据控流挡板角度的大小控制机器人的转弯半径。