一种基于电机驱动的仿生皮皮虾水下划行装置的制作方法

本实用新型涉及机器人领域，具体涉及一种仿生皮皮虾的水下划行装置。

背景技术：

近年来机器人领域发展迅猛，在航空和陆地都有十分显著的发展。而仿生机器人由于借助了大自然生物本身的特性，在研究和应用上有着不可比拟的优越性，因此，仿生机器人得到了许多学者和科研人士的深入研究。随着人们对于水域的探索欲不断增大，致使水下机器人的研究不断深入。

为了使水下机器人在水中实现运动从而探测海底，人们基于海底的生物在水中的划水方式设计了各种水下仿生机器人。目前，国内外对水下仿生机器人的研究，大多是对鱼的鱼鳍摆动进行仿生的机械装置，而对生物利用腹肢或游泳足进行的仿生机器人研究十分稀少。因此，水下仿生机器人的研究有待拓展和延伸。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种基于电机驱动的仿生皮皮虾水下划行装置，该装置对皮皮虾在水中的划水动作进行了仿生，将电机驱动与皮皮虾仿生结构相结合，能够大大提高装置在水下划行的灵敏性，具有结构简单、运动灵活的特点。

本实用新型提供的技术方案是：

一种基于电机驱动的仿生皮皮虾水下划行装置，其特征在于：该装置包括主体框架、传动组件、划行组件和驱动组件；

所述主体框架包括相互平行且沿前后方向呈一字型排列的若干外壳以及用于固定连接相邻外壳的若干连接柱；每节外壳内壁的左右两侧对称设置有一组所述传动组件；

所述传动组件包括由驱动组件驱动的大齿轮以及可转动地定位在外壳内壁并分别设置在大齿轮前后两侧与大齿轮啮合传动的两个小齿轮；所有外壳中，位于外壳内壁同侧的大齿轮均铰接连接同一长连杆，以保证同侧的大齿轮同步转动；每个小齿轮均连接一组所述划行组件；

所述划行组件包括短连杆、摆杆和仿生腹肢；所述短连杆的一端铰接在小齿轮的偏心位置处；所述摆杆设置成v型且摆杆中部的折角处可转动地定位在外壳内壁上；所述摆杆一端铰接短连杆的另一端，摆杆的另一端铰接仿生腹肢；所述摆杆上设置有单向抵顶仿生腹肢的凸块，从而对仿生腹肢的摆动角度进行限位；

所述驱动组件包括安装在其中一节外壳的左右两侧并分别驱动该外壳上的两个大齿轮转动的两个电机、安装在该外壳上并与两个电机电连接以控制两个电机转速的控制器以及与控制器电连接以提供工作电源的锂电池。

所述外壳设置成圆拱形。

外壳和连接柱均采用硬质材料。

所述外壳和连接柱均采用铝材。

所述仿生腹肢设置成v型。

本实用新型的有益效果是：

1)本实用新型中，位于外壳内壁同侧的大齿轮固定连接同一长连杆，可保证同一侧每节的大齿轮转速相同，进而实现同一侧仿生腹肢摆动速度的一致性。

2)本实用新型可通过控制器对两个电机的转速进行控制，当两个电机转速相同时，该装置向前运动；当两个电机的转速不同时，该装置进行转向运动，控制简单，运动灵活。

3)本实用新型中的摆杆上设置有与仿生腹肢单向抵顶的凸块，当仿生腹肢正向划水时，凸块抵顶仿生腹肢使得仿生腹肢产生较大的划水动力；当仿生腹肢反向划水时，凸块与仿生腹肢脱开以减小仿生腹肢与水的作用力；从而实现仿生腹肢在连续的往复运动过程中带动装置向前运动，保证装置的设计合理化。

4)本实用新型中外壳和连接柱均采用铝材制成，可大大减小装置在水中的阻力，提高装置运动的灵活性。

5)本实用新型整体结构简单，构思合理，能够保证装置整体的灵活性和敏捷性，实现装置在水下平稳快捷地游动。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图。

图2为本实用新型的部分剖面结构示意图(主视方向)。

图3为本实用新型所述电机的安装位置示意图。

图4为本实用新型的右视结构示意图。

图5为图4的a部放大结构示意图。

图6为本实用新型所述仿生腹肢正向划水时的状态示意图。

图7为本实用新型所述仿生腹肢反向划水时的状态示意图。

附图标记说明：

1、外壳；2、连接柱；3、大齿轮；4、小齿轮；5、长连杆；6、短连杆；7、摆杆；8、仿生腹肢；9、电机；10、控制器；11、通槽；12、凸块；13、摆杆铰接轴。

具体实施方式

以下结合附图所示的实施例进一步说明。

为描述方便，以图2的右侧为前，图2的左侧为后，图2垂直纸面向内的方向为左，图2垂直纸面向外的方向为右。

如图1所示的基于电机驱动的仿生皮皮虾水下划行装置，包括主体框架、传动组件、划行组件和驱动组件。

所述主体框架包括若干(图中为五节)外壳1和若干连接柱2。所述外壳设置成圆拱形，若干外壳相互平行并沿前后方向呈一字型排列；两节相邻外壳之间采用所述连接柱固定连接。外壳和连接柱均采用硬质材料，优选铝材，以减小整体装置在水下运动的阻力，使装置的柔性和灵敏性更加优化，实现装置在水中的灵活运动。

每节外壳内壁的左右两侧对称设置有一组所述传动组件。如图2所示，每组传动组件均包括一个大齿轮3和两个小齿轮4。所述大齿轮由驱动组件进行驱动；两个小齿轮可转动地定位在外壳内壁且分别设置在大齿轮的前后两侧，以便与大齿轮啮合传动。所有外壳中，位于外壳内壁同侧的大齿轮固定连接同一长连杆5，从而保证同侧的大齿轮同步转动。

每个小齿轮均连接一组所述划行组件。每组划行组件包括短连杆6、摆杆7和仿生腹肢8；所述短连杆的一端铰接在小齿轮的偏心位置处；所述摆杆设置成v型且摆杆中部的折角处通过摆杆铰接轴13可转动地定位在外壳内壁上(见图5)；所述摆杆一端铰接短连杆的另一端，摆杆的另一端铰接仿生腹肢；所述摆杆上设置有与仿生腹肢单向抵顶连接的凸块12(见图6、图7)，使得仿生腹肢在往复运动过程中，当仿生腹肢正向划水(即沿图2的逆时针方向运动)时，仿生腹肢在水的反作用力下与凸块抵顶，迫使仿生腹肢与摆杆一起逆时针摆动，以保证仿生腹肢产生足够的带动装置向前运动的动力；当仿生腹肢反向划水(即沿图2的顺时针方向运动)时，仿生腹肢在水的反作用力下与凸块脱开，从而减小仿生腹肢与水的作用力，从而减少装置向前运动所受到的运动阻力，保证装置设计的合理化。所述仿生腹肢设置成v型，仿生腹肢的v型角开口角度略大于100°，以通过模仿皮皮虾身体的腹肢结构进行摆动，来实现更快更敏捷的划水动作。

所述驱动组件安装在其中一节外壳上(优选最前方的一节外壳)，包括两个电机9、控制器10和锂电池(图中未显示)。两个电机设置在外壳的左右两侧并分别驱动该外壳上的两个大齿轮转动。所述控制器与两个电机电连接，以控制两个电机的转速；控制器优选stm32单片机。所述锂电池与控制器电连接，以便为控制器提供工作电源。外壳上设置有用于放置电机、控制器和锂电池的放置平台。如图3所示，本实施例中的外壳内壁上开有通槽11，电机安装在通槽中并且电机的电机轴与大齿轮固定连接，以驱动大齿轮转动；如图1所示，控制器和锂电池安装在外壳的外壁，以避免干涉仿生腹肢的运动。

上述所有部件均进行防水处理(现有技术，如在装置外部填充防水材料)，以提高装置的工作寿命。

本实用新型中仿生腹肢的运动原理如下：

工作时，控制器控制电机进行转动，电机驱动对应的大齿轮转动，在长连杆的带动下，同侧的所有大齿轮同步转动，进而带动同侧的所有小齿轮同步转动，小齿轮又通过短连杆和摆杆带动同侧的所有仿生腹肢实现同步划水动作，带动装置整体在水中进行运动。

本实用新型的工作方式如下：

初始状态时，装置在水中静止，其中外壳顶端微微露出水面，其余部分位于水面以下；然后控制器控制两个电机转动，当两个电机转速相同时，装置向前运动；当两个电机的转速不同时，装置进行转向运动(本实施例中，左侧电机转速大于右侧电机转速时，装置右转；左侧电机转速小于右侧电机转速时，装置左转)。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。