[实用新型]一种仿生海龟水下机器人

说明书

(一)技术领域

本实用新型涉及的是一种仿生水下机器人，具体地说是一种仿海龟运动的自主式水下机器人。

(二)背景技术

随着陆地不可再生资源的日渐枯竭，海洋因其蕴藏着丰富的生物及矿产资源，已成为人类可持续发展的宝贵财富和最后空间。水下机器人是人类开发利用海洋资源的重要工具，其大致可分为ROV(ROV：Remotely Operated Vehicle)、AUV(AUV：Autonomous UnderwaterVehicle)和仿生水下机器人三类，ROV和AUV在狭义概念上指采用传统推进(螺旋桨)方式的水下机器人，仿生水下机器人是指基于仿生原理、采用非传统推进方式的水下机器人。

经历长时间优胜劣汰后的海洋生物在游动及姿态控制等方面的能力是目前基于传统推进与操纵系统的水下机器人所无法比拟的，仿生水下机器人已成为水下机器人领域研究的重要内容之一。生物水中推进方式主要有摆动法、划动法、水翼法和喷射法四种，当前水下仿生推进技术研究热点，主要集中在仿鱼摆动法推进技术，已取得很好的研究成果，而对以海龟前肢运动为代表的水翼法推进方式研究较少。所谓水翼法推进，就是某些水生动物，如海龟等，它们在游动时，翼状的前肢在水中上下拍动，使水产生反作用力推动它们前进的游动方法，犹如飞鸟在空中拍动翅膀飞行一样，因此它们的流线型运动器官也叫做水翼(引自钦俊德院士主编《动物的运动》，清华大学出版社)。这种推进方式具有灵活性好和噪声低的突出特点，姿态控制方式独特。上海交通大学曾申请过一个名为《水陆两栖仿生机器龟》的实用新型专利，专利申请号为：200310108109.9。他们的机器龟以两栖淡水龟为研究对象，其四肢结构完全相同、对称分布、功能单一，以单电机通过间歇齿轮组及连杆机构实现单肢的机械运动。此机器龟的运动为固定周期的机械式划动，具有不可调性，且无法实现升沉运动。我们的实用新型是以海龟为研究对象，单肢的双电机的耦合驱动使前后肢功能分明、动作可调。前肢以海龟水翼法游动为运动模型，可为机器人提供各个方向的主动力；后肢以海龟后肢摆动为运动模型，具有平衡舵和辅助推进功能。每个电机自由可调，使前后肢可随时改变运动方式，实现机器人水中的灵活三维运动和适应不同的水况环境。

(三)实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够自主灵活航行、能耗低、低噪声、运动范围大的仿海龟运动的仿生海龟水下机器人。

本实用新型的目的是这样实现的：它包括海龟状流线型外壳、安装在海龟状流线型外壳头肩部的传感测试单元、胸部的控制驱动单元、腹部的电源储备单元、尾部的通信系统单元以及前肢运动单元和后肢运动单元。头部流线型外壳以法兰方式与本体实现静密封连接，尾部天线通过防水电连接器头式实现拆装方便的螺旋静密封连接，传感测试单元连接控制驱动单元，控制驱动单元连接通信系统单元以及前肢运动单元和后肢运动单元，电源储备单元连接传感测试单元、控制驱动单元、通信系统单元以及前肢运动单元和后肢运动单元，传感测试单元由声呐探测器、水下摄像头、多束光源组成，控制驱动单元由执行级控制器和协调级控制器组成，电源储备单元包括电机驱动供电模块和控制器供电模块，通信系统单元由通信系统模块和外部天线组成。

本实用新型还有这样一些结构特征：

1、所述的前肢运动单元包括对称安装在机器人前部左右两侧的两套相同的前肢运动机构，以左侧一套为例，它由前肢板1、连接件25、锥齿轮副2、小轴承3、小轴4、电机轴套5、小轴承26、密封件6、密封件7、轴承8、电机套筒9、直齿轮10、直齿轮24、直齿轮轴23、伺服电机12和伺服电机22组成，伺服电机12固定封闭在电机套筒9内，其输出轴套入电机轴套5内；而电机轴套5的前端经过小轴承26的定位后从电机套筒9内伸出，密封件7套在电机轴套5的伸出部分，镶嵌在电机套筒9上；锥齿轮副2中的一个锥齿轮安装在电机轴套5的最前端，而另一个则安装在小轴4上；小轴4则通过两个小轴承3与电机套筒9活动连接，前肢板1经过两个连接件25固定在小轴4上；伺服电机22固定在机器人内部，其输出轴套入直齿轮轴23内；直齿轮24安装在直齿轮轴23上，直齿轮10安装在电机套筒9上，两齿轮啮合；两个轴承8安装在电机套筒9上，密封件6套在电机套筒9上，镶嵌在外壳21上；