[发明专利]生物启发式水下机器人

说明书

公开了用于实现各种动作的仿生水下机器人。该仿生水下机器人包括头部和一个或多个尾部结构。一个或多个尾部结构中的每一个都包括一个或多个关节结构。一个或多个关节结构中的每一个都包括连接板和模块化组件，该模块化组件包括上伺服马达、下伺服马达和锥齿轮机构，模块化组件被电动化以执行关节结构的各种运动。锥齿轮机构由中间锥齿轮、第一锥齿轮和第二锥齿轮相互啮合构成。上伺服马达从模块化组件的第一侧驱动第一锥齿轮，而下伺服马达从第二侧驱动第二锥齿轮。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年3月29日提交的美国临时专利申请第62/825,918号的权益，其全部内容通过引用合并于本文中。

发明领域

本公开总体上涉及仿生水下机器人领域，并且特别地涉及一种在各种水流环境中以更好的稳定性、移动性、敏捷性和负载能力实现各种运动的生物启发式水下机器人。

背景技术

在水下航行器领域，生物启发式水下机器人是持续的研究趋势和发展。水下设备可用于诸如水下检查、监视、维护、修理和海洋生物观察之类的应用中。然而，常规的水下设备通常笨重且嘈杂。旋转螺旋桨的声响可能会干扰海洋环境，并不利地影响检查和观察活动的有效性。

当前，提出了一些仿生水下机器人或无人机。这种水下机器人可以模仿各种海洋生物的自然运动，海洋生物例如为墨鱼、金枪鱼、海豚、蛇、乌龟、鲨鱼、蝠鲼等。但是，鉴于其大小和结构，当水流可变时，现有的生物启发式水下机器人无法在水上或水下保持稳定、平稳的运动。携带监控设备或其他大型设备的能力也受到质疑。此外，水下机器人只能由简单结构的鳍或尾翼来推动。通常只有一种运动模式，并且运动方向被限制在小角度内或被限制为根据特定方式。

因此，本领域中需要一种改进的生物启发式水下机器人，以在可变的水流环境中以稳定的运动实现海底全方位运动。此外，结合附图和本公开的背景，根据随后的详细描述和所附权利要求，其他期望的特征和特性将变得显而易见。

发明内容

本文提供了仿生水下机器人。本公开的目的是提供一种仿生水下机器人，该仿生水下机器人能够在各种水流环境中以更好的稳定性、移动性、敏捷性和负载能力来实现各种运动。

根据本公开的某些实施例，提供了一种水下使用的仿生机器人。该仿生机器人包括头部和一个或多个尾部结构。一个或多个尾部结构中的每一个都包括一个或多个关节结构。一个或多个关节结构中的每一个均包括连接板，以及被电动化以执行关节结构的各种运动的模块化组件。模块化组件包括上伺服马达、下伺服马达和锥齿轮机构。

根据本公开的另一方面，锥齿轮机构由中间锥齿轮、第一锥齿轮和第二锥齿轮相互啮合构成。上伺服马达从模块化组件的第一侧驱动第一锥齿轮。下伺服马达从模块化组件的第二侧驱动第二锥齿轮。

根据本公开的另一方面，连接板固定地附接到或螺接到中间锥齿轮，以实现关节结构的偏航运动或俯仰运动。

根据本公开的另一方面，上伺服马达驱动经由第一中间齿轮联接至第一减速齿轮的上马达齿轮，并且下伺服马达驱动经由第二中间齿轮联接至第二减速齿轮的下马达齿轮。第一减速齿轮和第一锥齿轮被固定，并且第二减速齿轮和第二锥齿轮被固定。

优选地，第一减速齿轮的齿数大于第一中间齿轮的齿数，第二减速齿轮的齿数大于第二中间齿轮的齿数。

根据本公开的另一方面，每个尾部结构均包括鳍结构，鳍结构固定到密封在尾部结构的纵向远端的端板上。鳍结构是具有尾鳍形状的仿生鱼尾。

根据本公开的另一方面，所述关节结构被机械密封在硅胶管和骨架内，从而所述模块组件被密封在所述关节结构内部。用夹具和硅胶将硅胶管紧紧地固定在骨架上以防止渗水。