[发明专利]一种六自由度球形水下机器人仿生眼

说明书

技术领域

本发明涉及一种水下机器人仿生眼装置，特别地涉及一种六自由度的球形水下机 器人仿生眼。

技术背景

水下机器人作为一种特殊用途的机器人，可以对各类水域中（湖泊、海洋、下水道、 小沟等）的基础设备进行维护与检修以及在对未知水域的探索中起着很大的作用，它的应 用前景相当广泛。目前所研究的水下球形机器人按姿态控制方式分主要有两种：一种是以 飞轮改变姿态为主，利用多个飞轮的扭矩平衡，以及飞轮扭矩的差动使球壳旋转，从而改变 球壳的姿态，通过单一喷水来实现机器人的运动转换；另一种是利用外置螺旋桨推进器的 组合来改变机器人的姿态。前者运动复杂，精度不高且不灵活、不稳定；后者是机器人表面 不光滑从而容易导致在与复杂的水下环境的交互过程中受到干扰。在小管道、水下狭小区 域等情况下，由于普通水下机器人较大以致无法通行，工作受限，所以迫切需要一种能在小 管道内或者狭小区域进行工作的水下机器人，来更好地完成某些特定的任务。

发明内容

本发明的目的在于解决在小管道、水下狭小区域等情况下，普通水下机器人由于 较大以致无法正常通行，工作受限等问题，提供一种体形狭小、紧凑、并能利用双向离心泵 和阀的组合来改变姿态的六自由度的球形水下机器人仿生眼。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种六自由度球形水下机器人仿生眼，包括球形水下机器人仿生眼的上半球壳、分流 阀、Y形塑料导管、下半球壳、双向离心泵、控制电机、摄像头和喷水口，其特征在于：所述四 个相同的分流阀采用康达效应阀，四个相同的控制电机采用小型直流电机；所述四个相同 的分流阀与三个相同的双向离心泵、两个相同的Y型塑料导管组合成具有12个喷水口的多 轴喷水系统，两两喷水口之间的配合实现6个自由度运动；

所述多轴喷水系统的具体结构为：第一双向离心泵（5-A）输出口分别与第一第二分流 阀（2-A、2-B）连接，第二双向离心泵（5-B）输出口分别与第三第四分流阀（2-C、2-D）连接，第 三双向离心泵（5-C）与第一第二两个Y形塑料导管（3-A、3-B）连接；第一控制电机（6-A）通过 小塑料挡板控制第一分流阀（2-A)的两个喷水口,第二控制电机（6-B）通过小塑料挡板控制 第二分流阀（2-B)的两个喷水口,第二控制电机（6-C）通过小塑料挡板第三控制分流阀（2- C)的两个喷水口,第四控制电机（6-D）通过小塑料挡板控制第四分流阀（2-D)的两个喷水 口；第三双向离心泵（5-C）的一个输出口与第一Y形塑料导管（3-A）连接实现两个喷水口喷 水，第三双向离心泵（5-C）的另外一个输出口与第二Y形塑料导管（3-B）连接实现两个喷水 口喷水；每个双向离心泵工作时，两个口中一个为进水口，一个为喷水口。

所述上半球壳上设计有4个喷水口，下半球壳上设计有有8个喷水口，球壳内部对 称分布，从而使机器人质心处于体积中心偏下方，上半球壳布置控制和感应装置；

所述Y形塑料导管通过分流产生力矩，从而使六自由度的球形水下机器人仿生眼转动；

所述六自由度的球形水下机器人仿生眼利用分流阀和独特的双向离心式泵相组合，组 合后可在四种切换的射流喷不同的方向，既实现了六自由度又使机动能力所需要的泵的数 目的减少，从而缩小六自由度球形水下机器人仿生眼装置的体积，分流阀允许喷水流方向 快速切换，对形水下机器人仿生眼装置产生准确的高带宽推力；

所述双向泵，同时只能有两个端口喷射，切换泵的方向大约需要100ms，这和康达效应 阀的转换时间相近，因此，由于切换四个方向导致的时间延迟不会导致控制性能明显恶化；

所述六自由度球形水下机器人仿生眼的控制水平方向的喷水口与机器人前进方向的 夹角为正30度或负30度。

本发明与现有技术相比较，具有以下明显优点及突出性进步：