仿乌贼型软体动物大潜深水下仿生机器人制造技术

仿乌贼型软体动物大潜深水下仿生机器人，它涉及一种水下仿生机器人。本发明专利技术解决了现有水下机器人存在体积大、重量大、灵活性差、制造难度大问题及水下仿生机器人依靠电机驱动推进器，存在结构复杂、传动装置易出现故障，难以实现大潜深问题。它包括电池１、控制计算机２、沉浮控制装置３、运动控制电路４、通讯装置５、基体６；它还包括单脉冲推进器９和鳍控制器７；基体６内分别固定装有电池１、控制计算机２、运动控制电路４、通讯装置５，基体６上固定有沉浮控制装置３，基体６的上端面固定有单脉冲推进器９，单脉冲推进器９右端的基体１上固定有鳍控制器７。本发明专利技术具有结构简单、体积小、重量轻、运动灵活、能实现大潜深的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种水下仿生机器人，具体涉及一种仿乌贼型软体动物大潜深水下仿生机器人。
技术介绍
到目前为止，人类已经可以对外太空领域进行观察与研究，但对近在咫尺的深海资源的开发与利用却知之甚少。由于深海环境条件极为恶劣，如高压、无光、暗流、地貌复杂等，使用常规潜器可达性极差，再加上数据传输的困难，导致目前人类对海洋资源的利用还只停留在浅海层。在深海海洋探测与综合利用以及海防建设方面，水下机器人将发挥至关重要的作用。水下机器人是水下无人潜水器(UUV，Unmanned Underwater Vehicle)的另一种说法，第一台水下机器人“Poodle”诞生于1953年。现有的少数水下机器人依靠高性能的耐压壳能够潜到地球上任何海域的海底。由于现有的水下机器人是通过螺旋桨和舵来实现水下运动的，不仅灵活性差，制造难度也极大，并且动力装置在水下机器人内占据了较大的空间，而且质量较大，使水下机器人的体积和质量均较大，这就要求水下机器人的耐压壳做得比较大，以安放较多的仪器、能源、执行机构等等，或者干脆采用开放的框架式结构，其上的各个模块采用各自较小的耐压壳来实现抗压，而各个模块之间的通信和互联又是问题，并且严重降低了水下机器人的运动性能，动力执行装置的密封也比较困难。在水下机器人蓬勃发展的同时，人们对水下仿生机器人也开始了研究。水下仿生机器人是模仿水中生物的形态、动作和功能等的机器人，如模仿鱼游动的仿鱼机器人；模仿龙虾爬行的龙虾机器人，这种机器人运动灵活，能量利用率高，但是由于现有的水下仿生机器人采用电机作为动力源，依靠机械传动装置驱动推进器运动，因而存在整体结构复杂、传动装置易出现机械故障，难以实现大潜深问题。如果能将现有的水下机器人的大潜深和水下仿生机器人的高灵活性结合起来优势互补，便能创造出一种新型的、更加实用的大潜深水下仿生机器人。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决现有水下机器人存在体积大、重量大、灵活性差、制造难度大问题及水下仿生机器人采用电机作为动力源，依靠机械传动装置驱动推进器运动存在整体结构复杂、传动装置易出现机械故障，难以实现大潜深问题而提供的一种仿乌贼型软体动物大潜深水下仿生机器人。它包括电池1、控制计算机2、沉浮控制装置3、运动控制电路4、通讯装置5、基体6；它还包括单脉冲推进器9和鳍控制器7；基体6的空腔6-3内分别固定有电池1、控制计算机2、运动控制电路4、通讯装置5，基体6上固定装有沉浮控制装置3，基体6的上端面固定有单脉冲推进器9，单脉冲推进器9右端的基体1上固定有鳍控制器7。本专利技术具有以下有益效果一、乌贼等软体动物的大潜深是依靠其静水骨骼来实现的，静水骨骼是骨骼的一种，常见于无脊椎动物，如蚯蚓、水蛭、章鱼、水母等等，是一种液体充满一定压力的小隔间组织，作用如同哺乳动物的骨骼，其特点是(1)、具有小隔间，其中的不可压缩的液体能够将压力变化传至各个方向；(2)、这些小隔间被外部的膜所包围，能实现各个方向的变形；(3)、小隔间内液体体积保持不变，通过围绕在静水骨骼周围的肌肉，这些动物能够极大限度地改变身体形状，从而进入狭小的窄缝，如章鱼能够穿过只有自己身体几分之一直径的孔，就是得益于静水骨骼；同时静水骨骼也使它们体内、体外承受相同的压力，从而能够潜入较深的水下而不至于被压垮。本专利技术根据乌贼等软体动物骨骼和大潜深的特点，模仿章鱼、乌贼等静水骨骼来实现耐压，并且模仿这些动物头足的喷水推进原理，通过形状记忆合金(SMA，Shape Memory Alloy)等智能材料(Smart Material Structure)来改变单脉冲推进器型腔的容积，通过型腔周期性的吸水和喷水，驱动该水下仿生机器人向前推进。本专利技术的单脉冲推进器的型腔工作原理是(1)、型腔在原始状态时，单脉冲推进器的进水装置开启，型腔处于扩张储水状态；(2)、单脉冲推进器的进水装置闭合，为型腔喷射做准备；(3)、型腔整体收缩高速喷水，推动该水下仿生机器人向前运动；(4)、型腔扩张，进水装置打开吸水，为下次喷射做准备。二、本专利技术的单脉冲推进器具有体积小、重量轻、无噪音、瞬时推力大、动作时能量密度高，可利用的空间大、运动灵活性高的优点。三、根据用途的不同，可在该机器人上加装各种用途的模块，如运输模块、机械手、武器模块等等，使该机器人具有较宽的使用范围。四、本专利技术结合了现有水下机器人的大潜深和现有水下仿生机器人的高灵活性，同时模仿章鱼、乌贼等静水骨骼实现耐压，模仿它们的喷水推进原理实现推进，其单脉冲推进器的运动机理简单，驱动电压较低，采用电池作为动力源，这就使得水下机器人能以较高的速度运动，甚至可以以较快的速度跃出水面。五、本专利技术不需电机作动力源，也不需齿轮等变速装置，而是采用与基体固定连接的、可改变型腔体积的单脉冲推进器作为驱动装置，因而大大减小了基体和单脉冲推进器的抗压体积，采用较小的基体(耐压壳)即可保护住电池、控制计算机、运动控制电路及通讯装置。六、单脉冲推进器的内外都充满了水，并且单脉冲推进器的内外压力一致，只要单脉冲推进器和体积较小的基体能够抵抗高压，该水下仿生机器人就能潜到较深的水下。由此可知，采用相同的制造工艺，本专利技术的水下仿生机器人就能比同等制造工艺条件的水下仿生机器人潜得深。七、本专利技术将电池、控制计算机、运动控制电路、通讯装置安装在基体的空腔内，沉浮控制装置安装在基体上，单脉冲推进器放置在基体的上端面上并与基体固定连接，选用电池作为动力源，将运动控制程序、沉浮控制程序、通讯信号编程到控制计算机中，并由控制计算机发出指令信号控制运动控制电路、沉浮控制装置和通讯装置工作。八、本专利技术具有结构简单、操作方便，体积小、重量轻、运动灵活、可承受高压、推进力大、能实现大潜深的优点。附图说明附图1是本专利技术采用单脉冲推进器9和尾部进水装置13的整体结构主视图，图2是图1的俯视图，图3是图1的左视图，图4是本专利技术采用单脉冲推进器9和尾部进水装置13的主视图，图5是图4的A-A剖面图，图6是图4的俯视图，图7是尾部进水装置13的结构示意图，图8是喷嘴总成12的主视图，图9是图8的B-B剖面图，图10是图8的左视图，图11是鳍控制器7的结构示意图，图12本专利技术采用单脉冲推进器9和滑动式进水装置14的主视图，图13是图12的C-C剖面图，图14是图12的俯视图，图15是图12的左视图，图16是滑动式进水装置14的结构示意图，图17是本专利技术采用单脉冲推进器9和转动式进水装置15的主视图，图18是图17的俯视图，图19是图17的左视图，图20是转动式进水装置15的结构示意图，图21是本专利技术采用双脉冲推进器10和尾部进水装置1 3的主视图，图22是图21的俯视图，图23是图21的左视图。具体实施例方式具体实施方式一结合图1、图2、图3说明本实施方式，本实施方式由电池1、控制计算机2、沉浮控制装置3、运动控制电路4、通讯装置5、基体6、单脉冲推进器9和鳍控制器7组成；基体6的空腔6-3内分别固定有电池1、控制计算机2、运动控制电路4、通讯装置5，基体6上固定装有沉浮控制装置3，基体6的上端面固定有单脉冲推进器9，单脉冲推进器9右端的基体1上固定有鳍控制器7。具体实施方式二结合图4、图5、图6说明本实施方式，本实施方式的单脉冲推进器9由型腔11本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种仿乌贼型软体动物大潜深水下仿生机器人，它包括电池（１）、控制计算机（２）、沉浮控制装置（３）、运动控制电路（４）、通讯装置（５）、基体（６）；其特征在于它还包括单脉冲推进器（９）和鳍控制器（７）；基体（６）的空腔（６－３）内分别固定有电池（１）、控制计算机（２）、运动控制电路（４）、通讯装置（５），基体（６）上固定装有沉浮控制装置（３），基体（６）的上端面固定有单脉冲推进器（９），单脉冲推进器（９）右端的基体（１）上固定有鳍控制器（７）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王振龙，曹国辉，杭观荣，赵杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]