[发明专利]一种双摆尾式微型水下机器人及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于机器人技术领域，更具体地说，涉及一种双摆尾式微型水下机器人及其控制方法。

背景技术

伴随着人类文明的发展，可开采和利用的陆地资源正日益减少和枯竭。海洋面积占地球面积的71％，海洋中蕴藏着丰富的生物资源和矿产资源，人类开发和利用海洋的脚步随着科技的发展逐渐加快。同时，发展海洋环境监测技术对于保护海洋环境、开发海洋资源、维护国家海洋权益和主权利益、增强国家海洋科学研究实力和发展国民经济等诸多方面具有重大的意义。随着海洋开发活动越来越频繁和深入，对海洋探测技术和设备的需求也越来越高。水下机器人作为一个水下高技术仪器设备的集成体，在军事、民用、科研等领域体现出广阔的应用前景和巨大的潜在价值。

目前，用传统螺旋桨驱动的大中型水下机器人的发展已经达到了实用化的程度，微小型水下机器人的研究，仍然处于试验摸索阶段。随着对于水下机器人的需求越来越多，特别是对能够适应于海底复杂狭小空间环境的微型水下机器人的需求就日益迫切，如海底火山的监测、海底管道内的检测及维护、珊瑚礁内生物的监测、海底岩缝中矿物采样等。水下机器人用于完成不同的任务时，其形状、大小、运动方式等就有着不同的要求，同时考虑到对周围环境的影响，对水下机器人的驱动方式提出了一定的挑战。

经检索，可以根据推进装置将水下机器人分成几类：1)机械推进装置，如中国专利CN200520020571.8公开了一种仿鱼尾推进系统的机械传动装置，该装置的电机驱动蜗轮蜗杆副，并通过蜗轮带动偏心轮转动，进而带动滑动框架作直线往复运动，再经拉杆使L型摆杆绕其拐角处的铰链摆动，并在L型摆杆摆动的同时，固定半齿轮又迫使传动齿轮组转动，进而带动摆杆、弹簧片、尾鳍一起同向摆动；如中国专利CN201610489896.3公开了一种鲹科类仿生机器鱼，鱼尾通过尾部传动机构与尾部舵机连接，鱼身内设有密封筒和浮力调节缸，密封筒内设有电池、控制器和胸鳍舵机，浮力调节缸的后端设有浮力电机，鱼身头部设有开关和摄像头，上述两件专利均采用齿轮作为传动部件，在力的传递过程中，扭矩大，能量损耗大，对于微型的水下机器人来说，动力小，无法满足其动力使用需要该推进装置；2)电磁推进装置，如中国专利CN201610851210.0公开了一种刚度可控的水下仿生推进装置，该装置包括仿生推进装置主体、变刚度关节、关节连接框架、仿生鱼尾鳍，其中：仿生推进装置主体是有两个或以上的变刚度系统组成，每个变刚度系统由变刚度关节和关节连接框架组成；一个系统内的关节连接框架与前一个系统的变刚度关节中部活动零件转动连接，用于仿生水下推进装置的摆动；如中国专利CN201510383391.4公开了一种新型水下仿生机器人推进装置，该装置包括受力单元、施力单元、基座、上支撑板和下支撑板；受力单元包括尾鳍、尾鳍连杆、旋转轴、永磁体和永磁体紧固框架；施力单元包括磁性线圈、铁芯和水密接插头；如中国专利CN201410167326.3公开了一种轻小型磁致摆动的仿生机器鱼，鱼身与磁动力鱼尾通过U型块连接，磁动力鱼尾包括磁感应线圈、转动轴、PVC筒管、圆形永磁体和柔性鱼尾；如美国专利US20130017754A1公开了一种仿生鱼，在身体组件包括左侧壳体和右侧壳体，其中各装有一粒磁石，两粒磁石相对面的极性相同；尾部组件包括密封圈和支持架；左侧壳体和右侧壳体通过尾部组件的密封圈和支持架而将尾部组件浮动支持；尾部轴穿过密封圈中心的孔而固定，尾部轴的外侧端套设有鱼尾，内侧一端插入一个线圈支架的侧向小孔中，线圈支架的中间大孔中固定有一个线圈，上述的几件专利均是通过电磁线圈来吸引铁环或磁石来实现尾部的摆动，但是由于电磁线圈结构的限制，使得尾部摆动幅度小，此外，上述的结构均为单个鱼尾，提供的动力小，在较深的水域，水阻力大则无法满足使用需求；与此同时无法完成微小环境下的驱动，在使用过程中产生较大噪音对周围环境的影响大。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有微型水下机器人动力部件提供的动力小，无法满足较深水域的使用需要，以及完成微小环境下的驱动，同时在使用过程中对周围环境的影响大的问题，本发明提供一种双摆尾式微型水下机器人及其控制方法，利用单一的动力源实现了对双尾翼的驱动，尾翼在摆动后能够利用弹簧的回复力自动回复到原有位置，并在转动盘的带动下进行下一周期的摆动，利用双尾翼驱动，工作效率高，体积小，动力足，满足了较深水域的使用需要，且不会产生大噪音，对周围环境友好。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：