[发明专利]一种复合推进仿生水母机器人

说明书

本发明属于仿生水下机器人技术领域，具体涉及一种复合推进仿生水母机器人。本发明采用螺旋桨和拍动的复合推进模式，机械臂通过心脏瓣膜式的单向阀门实现低噪声辅助推进作用，复合推进模式相比于单螺旋桨推进操作更灵活，传动效率更高，噪音更小。本发明通过万向舵调整前进方向，万向舵安装在最尾端，在舵机的带动下同时实现周向旋转与轴向的摇摆运动。本发明具有体积小、重量轻、能够有效地利用水流被动游动等特点，对于条件复杂的水下，可以长时间的游动作业，同时由于仿生机器水母具有内部空间大的特点，可以携带很多传感装置和侦查设备，运用到海洋生物考察、海底勘探和海洋救生等许多场合。

技术领域

本发明属于仿生水下机器人技术领域，具体涉及一种复合推进仿生水母机器人。

背景技术

随着人类对于海洋等复杂水域的探索愈加深入,开发和应用能够在各种复杂水域环境执行危险或者人工难以完成的任务的水下机器人迫在眉睫。而水生生物具有多样化的身体结构以及出色的水下运动能力,这使得他们能够在复杂的水下环境中生存。通过研究多种水生生物的形态学和运动形式,从而获得灵感以模仿水生生物的推进方式来设计水下仿生机器人成为当前机器人领域的重要研究方向。而相比于传统的波状游动鱼类，水母具备较高的运动灵活性、环境适应性和目标隐蔽性，同时还具有高效的流场能量利用机制，适合作为海洋深潜、洋流观测、目标侦查以及武器运载等水下机器人的仿生原型。

水下生物常见的运动方式主要有：身体波动式(又称鳗行式)、BCF推进式(又称尾鳍摆动式)、MPF推进式、喷射推进模式。

综合分析可以得到，现有的推进方式均存在显著的不足之处，为了解决推进时噪声大和效率低的问题，可以采取以下措施：

1)采用螺旋桨和拍动的复合推进模式。相比于螺旋桨推进操作更灵活，传动效率更高，噪音更小。

2)通过万向舵调整前进方向。结构简单，效果明显。且外观更接近水母。

3)机械臂上设置心脏瓣膜式的单向阀门。在拍水过程中驱动效率更高。

4)水母腔体内装置的模块化设计。可根据实际情况的需要安装不同装置，用途更广泛。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合推进仿生水母机器人。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括水母主壳体和复合推进系统；所述的复合推进系统包括螺旋桨、机械臂和万向舵；所述的水母主壳体包括前舱室和后舱室；所述的前舱室为模仿水母伞体形状的非水密舱室，在前舱室表面开设有引流槽；所述的后舱室为圆柱形的水密舱室，后舱室上端通过环状支架与前舱室的下端连接，后舱室内部布置有控制及电力系统，后舱室的下端安装有固定支架；所述的固定支架整体为圆台形镂空支架，固定支架上端半径较大；所述的螺旋桨安装在固定支架内部，螺旋桨通过联轴器与后舱室内部的控制及电力系统连接；所述的万向舵通过万向舵固定圆环安装在固定支架下端，万向舵固定圆环与旋转舵机连接，万向舵与摆动舵机连接；所述的旋转舵机与摆动舵机均与后舱室内部的控制及电力系统连接，通过万向舵固定圆环旋转和摆动舵机驱动万向舵摆动的组合方式实现方向控制；所述的机械臂围绕环状支架均匀布置在水母主壳体四周，由控制及电力系统控制机械臂实现拍水动作。

本发明还可以包括：

所述的机械臂包括第一防水舵机、第二防水舵机和拍水板；所述的第一防水舵机一端安装在环状支架上，第一防水舵机的另一端通过连接板与第二防水舵机连接；所述的拍水板通过平板固定器与第二防水舵机连接，在拍水板上布置有瓣膜结构，在瓣膜上开设有透水孔；所述的第一防水舵机和第二防水舵机均与后舱室内部的控制及电力系统连接。

所述的瓣膜结构为心脏瓣膜式柔性材料；在机械臂上抬时瓣膜凹面受力，瓣膜呈张开状态，水流可从瓣膜上的透水孔穿过；在机械臂下拍时瓣膜凸面受力，瓣膜结构实现自锁密闭，水流无法从透水孔穿过。