[发明专利]基于电磁人工肌肉的仿鳗鱼机器人及其工作方法

说明书

本发明提供了一种基于电磁人工肌肉的仿鳗鱼机器人及其工作方法，仿鳗鱼机器人包括机器人头部、机器人尾部和由若干个关节串联构成的机器人骨架，机器人头部和机器人尾部结构相同，对称安装在机器人骨架的两端；机器人骨架的每个关节包括后肋骨、第一右电磁肌肉、前肋骨、前脊椎、销轴、第一左电磁肌肉和后脊椎；机器人骨架的相邻两关节之间通过共用同一肋骨实现串联；机器人头部包括第二右电磁肌肉、辅助电磁肌肉、第二左电磁肌肉和头部肋骨；所有的电磁肌肉结构均相同，均包括两个电磁铁、导磁橡胶和磁性液体；通过多个关节与机器人头部、尾部的各电磁肌肉的协调动作实现仿鳗鱼机器人的游动。本发明机动性高，可用在空间狭窄和结构复杂的地方。

技术领域

本发明属于仿生机械领域，尤其是涉及一种基于电磁人工肌肉的仿鳗鱼机器人及其工作方法。

背景技术

仿鳗鱼推进模式的水下机器人行进单位距离能量消耗是最少的，而且其柔性化躯体有利于在狭窄的空间运动和作业。仿鳗鱼机器人从头到尾都参与了大振幅的波动运动，鱼体波的传播方向与机器鱼的游动方向相反，波速大于机器鱼的前游速度，鳗鲡模式是所有模式中行进单位距离所需能量最少的。除此之外，鳗鲡模式还具备更加稳定倒游能力，由于鳗鲡模式机器鱼柔软的身体，机器鱼在倒游过程中更加稳定，在细小管道以及一些特殊环境中的身体调整也更加自如。

现有的仿鳗鱼机器人存在传统的螺旋桨噪音大，对环境有很大的干扰，使得水下设备难以靠近海洋生物体；能耗大，不灵活，不易进入复杂的海洋环境，例如沉船，珊瑚礁等。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种基于电磁人工肌肉的仿鳗鱼机器人及其工作方法，机动性高，可以用在空间狭窄和结构复杂的地方；几乎无噪音，能够很好地与海洋生物体共处而不惊扰海洋生物。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于电磁人工肌肉的仿鳗鱼机器人，包括机器人头部、机器人尾部和由若干个关节串联构成的机器人骨架，所述的机器人头部和机器人尾部的结构相同，对称安装在机器人骨架的两端；

所述的机器人骨架的每个关节包括后肋骨、第一右电磁肌肉、前肋骨、前脊椎、销轴、第一左电磁肌肉和后脊椎，所述的前肋骨和后肋骨正对布置，所述的第一右电磁肌肉、前脊椎、第一左电磁肌肉和后脊椎均设置在前肋骨和后肋骨之间，所述的第一左电磁肌肉和第一右电磁肌肉固设在前肋骨和后肋骨左右两侧，所述的前脊椎与前肋骨中部固定连接，所述的后脊椎与后肋骨中部固定连接，所述的前脊椎和后脊椎端部通过销轴连接；

所述的机器人骨架的相邻两关节之间通过共用同一肋骨实现串联，机器人头部与机器人骨架之间及机器人尾部与机器人骨架之间通过共用机器人骨架相应端部的肋骨实现连接；

所述的机器人头部包括第二右电磁肌肉、辅助电磁肌肉、第二左电磁肌肉和头部肋骨，所述的第二右电磁肌肉、辅助电磁肌肉和第二左电磁肌肉均固定设置在两个头部肋骨之间，且辅助电磁肌肉设置在第二右电磁肌肉和第二左电磁肌肉之间；

所有的电磁肌肉结构均相同，均包括两个电磁铁、导磁橡胶和磁性液体，所述的导磁橡胶为中空圆柱结构，两个电磁铁设置在导磁橡胶内，所述的磁性液体注入两个电磁铁和导磁橡胶围成的空腔内，所述的电磁铁包括线圈和磁芯，所述线圈缠绕在磁芯上；

通过机器人骨架的多个关节与机器人头部和机器人尾部的各电磁肌肉的协调动作实现仿鳗鱼机器人的游动。

进一步的，向磁芯上的线圈通电，电磁铁极化，磁性液体和导磁橡胶极化，每个电磁肌肉的两个电磁铁端部磁极相同或相反，实现电磁肌肉伸长或收缩。

进一步的，在机器人头部和机器人尾部增加调节机器人重心的配重。

进一步的，所述配重设置在机器人头部和机器人尾部靠外侧的肋骨上。

进一步的，所述机器人骨架的各关节、机器人头部和机器人尾部采用3D打印、注塑、铸造或机械加工方法制作。