【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水下仿生机器人领域，尤其涉及一种尾部带齿轮配合的水下仿生机器人及控制方法。
技术介绍
1、仿生机器学(biomimetics)作为机械学科的新生长点，近十余年来备受普遍关注。近十余年来，模范不同仿生原型的仿生鱼机器人在国内外相继面世，这些样机的研制给水下推进技术、水下作业技术带来的巨大的技术变革。
2、现有的仿生鱼机器人可分为传统摆动机构驱动的单摆尾机构、线驱动的柔性摆尾机构、多个舵机组合的多自由度机构、人造肌肉驱动和记忆金属构成的驱动机构。本专利技术属于在传统的摆尾机构上进行优化，通过机械结构实现尾部的多自由度，可通过改变齿轮啮合的参数实现多种的游动方式和步态。
3、北京海洋大学喻俊志团队研发了一种高频率单摆尾的水下仿生机器人，采用传统的往复摆动机构，实现在水下的高速游动。但是摆动方式单一，很难拟合生物鱼的游动姿态。
4、本专利技术对往复摆动机构进行优化，通过机械结构实现尾部的多自由度。结合了单摆尾机构的优点，对机构上进行突破创新，通过不同的齿轮啮合参数可模仿许多鱼类的游动姿态。
技术实现思路
1、本专利技术目的在于提供一种尾部带齿轮配合的水下仿生机器人及控制方法，以解决上述的技术问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术的一种尾部带齿轮配合的水下仿生机器人及控制方法的具体技术方案如下：
3、一种尾部带齿轮配合的水下仿生机器人，包括壳体部分、胸鳍模块、尾部模块、传动模块和控制系统，所述尾部模块通过传动模块与
4、进一步的，所述壳体部分包括上壳体、下壳体、电池壳和尾部波纹套，所述上壳体和下壳体通过螺栓连接，所述上壳体和下壳体外形接近飞鱼的外形，所述上壳体上方设置电池槽，所述电池壳安装在电池槽内，所述电池壳内安放锂电池，所述尾部波纹套前端与上壳体、下壳体和电池壳密封连接，所述尾部波纹套后端与尾部模块密封连接。
5、进一步的，所述胸鳍模块包括正齿轮二、正齿轮一、光轴、减速马达和胸鳍，所述上壳体、下壳体前端两侧具有密封圈圆槽，密封圈圆槽内安装密封圈和轴孔，使壳体部分与轴孔之间形成密封结构，所述光轴通过轴孔安装在上壳体、下壳体前之间，所述正齿轮一上具有安装顶丝的顶丝孔，所述光轴上具有顶丝槽，用于安装正齿轮一，顶丝穿过顶丝孔和通孔将正齿轮一安装在光轴上，所述正齿轮二与正齿轮一啮合，所述正齿轮二与减速马达的输出轴采用过盈配合，所述光轴两端各有两个通孔，所述通孔用于安装胸鳍，两片胸鳍通过安装在光轴两端。
6、进一步的，所述传动模块包括滑槽连接臂一、滑槽连接臂二、环形固定板、滚珠带固定架一、滚珠带固定架二、滚珠带、滑块、输出轴、梅花联轴器和直流电机，所述滑槽连接臂一和滑槽连接臂二固定在环形固定板的两对侧，所述滚珠带固定架一和滚珠带固定架二通过螺栓连接并与环形固定板内侧轴连接，所述滚珠带固定架一和滚珠带固定架二之间形成一个滑槽，所述滑槽内安装滚珠带和滑块，所述滑块可沿着滑槽内的滚珠带上下滑动，所述滑块中心具有圆孔，所述直流电机固定安装在下壳体内，所述下壳体尾部具有轴承孔，所述直流电机输出端连接梅花联轴器，所述梅花联轴器输出端连接输出轴，所述输出轴穿出下壳体的轴承孔与滑块的圆孔间隙配合，所述输出轴是输出端为弯曲结构的摆臂，所述直流电机带动输出轴转动，在摆臂的作用下，使滑块在在滑槽内滑动，从而带动整个环形固定板环形摆动。
7、进一步的，所述上壳体末端具有轴承槽一，所述轴承槽一内具有轴承限位槽一，所述下壳体末端具有轴承槽二，所述轴承槽二内具有轴承限位槽二，所述滑槽连接臂一和滑槽连接臂二结构相同，分别包括连接柱一和轴承盖，所述滑槽连接臂一和滑槽连接臂二前端具有连接柱一，连接柱一上安装有轴承，采用过盈配合，所述连接柱一用于与上壳体上的轴承槽一和轴承槽二配合连接，轴承安装在上壳体和下壳体的轴承槽一和轴承槽二里，采用轴承盖紧压，所述轴承限位槽一和轴承限位槽二装有卡簧用于限制轴承的位置，通过连接柱一将传动模块与壳体部分连接。
8、进一步的，所述滚珠带固定架一上端和滚珠带固定架二下端具有连接柱二，所述滑槽连接臂一和滑槽连接臂二内侧具有轴承槽，所述滚珠带固定架一上端和滚珠带固定架二两端的连接柱二与轴承配合后安装在轴承槽内。
9、进一步的，所述尾部模块包括尾部第一关节、尾部第二关节、关节臂和尾部波纹套支撑架，所述尾部第一关节包括不完全正齿轮一、不完全正齿轮二、不完全正齿轮三、不完全正齿轮四和关节连接臂，所述不完全正齿轮一和不完全正齿轮三分别固定安装在滑槽连接臂一和滑槽连接臂二尾端，所述不完全正齿轮二和不完全正齿轮四固定安装在关节臂前端，所述不完全正齿轮一和不完全正齿轮二啮合，所述不完全正齿轮三和不完全正齿轮四啮合，并通过关节连接臂连接，所述关节连接臂两端带有圆环，圆环中心距为相互啮合的不完全正齿轮一、不完全正齿轮二的中心距，通过子母铆钉与不完全正齿轮一、不完全正齿轮二、不完全正齿轮三和不完全正齿轮四链接；所述滚珠带固定架一和滚珠带固定架二后端连接弧形槽，所述关节臂前端为两个矩形柱体，中间通过半圆形柱体连接，矩形柱体表面带有圆槽和通孔用于安装尾部波纹套支撑架，后端为椭圆柱体，椭圆柱体中间带有凹槽，用于尾部波纹套的固定，半圆形柱体上安装有带圆孔的突出柱体，所述突出柱体通过子母铆钉安装在弧形槽里，所述关节臂后端连接尾部第二关节，所述尾部第二关节包括不完全正齿轮五、不完全正齿轮六、鱼尾和鱼尾连接臂，所述不完全正齿轮五与不完全正齿轮六啮合，子母铆钉穿过不完全正齿轮五中间的通孔安装在不完全正齿轮六两面所带的弧槽里，所述鱼尾连接臂与不完全正齿轮六固定连接，所述鱼尾通过螺栓安装在鱼尾连接臂上。
10、进一步的，弹性绳通过滑槽连接臂一、滑槽连接臂二和鱼尾连接臂上的圆环与关节臂上的圆环连接固定，所述弹性绳处于拉伸状态。
11、进一步的，所述控制系统固定安装在壳体部分前端内部，与胸鳍模块、尾部模块和传动模块电连接，用于控制整个机器人工作。
12、本专利技术还公开了一种尾部带齿轮配合的水下仿生机器人的控制方法，包括如下步骤：
13、步骤1：将机器人入水，处于负浮力状态；
14、步骤2：通过控制系统控制尾部第一关节使其处于中位，手动调节尾部第二关节其处于中位，通过控制系统控制胸鳍模块使胸鳍处于水平位置，当胸鳍处于水平位置时，控制系统控制直流电机启动，此时为直线巡游状态，当控制系统控制胸鳍模块使胸鳍逆时针偏转度时为上浮状态，当控制系统控制胸鳍模块使胸鳍顺针偏转度时为上下状态；
15、步骤3：通过控制系统控制直流电机使输出轴在水平位置停机，实现左右惯性低速转弯，当控制系统控制直流电机停止，控制胸鳍模块使胸鳍处于水平位置，机器人处于待机状态。
16、本专利技术的一种尾部带齿轮配合的水下仿生机器人及控制方法具有以下优点：
17、本专利技术的水下仿生机器人进入水中本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种尾部带齿轮配合的水下仿生机器人，包括壳体部分（1）、胸鳍模块（2）、尾部模块（3）、传动模块（4）和控制系统（5），其特征在于，所述尾部模块（3）通过传动模块（4）与壳体部分（1）连接，所述胸鳍模块（2）对称安装在壳体部分（1）两端，所述控制系统（5）安装在壳体部分（1）内，控制传动模块（4），从而带动尾部模块（3）运动。
2.根据权利要求1所述的尾部带齿轮配合的水下仿生机器人，其特征在于，所述壳体部分（1）包括上壳体（11）、下壳体（12）、电池壳（13）和尾部波纹套（14），所述上壳体（11）和下壳体（12）通过螺栓连接，所述上壳体（11）和下壳体（12）外形接近飞鱼的外形，所述上壳体（11）上方设置电池槽（111，所述电池壳（13）安装在电池槽（111）内，所述电池壳（13）内安放锂电池，所述尾部波纹套（14）前端与上壳体（11）、下壳体（12）和电池壳（13）密封连接，所述尾部波纹套（14）后端与尾部模块（3）密封连接。
3.根据权利要求2所述的尾部带齿轮配合的水下仿生机器人，其特征在于，所述胸鳍模块（2）包括正齿轮二（22）、正齿轮一（2
4.根据权利要求3所述的尾部带齿轮配合的水下仿生机器人，其特征在于，所述传动模块（4）包括滑槽连接臂一（41）、滑槽连接臂二（42）、环形固定板（411）、滚珠带固定架一（43）、滚珠带固定架二（44）、滚珠带（45）、滑块（46）、输出轴（47）、梅花联轴器（48）和直流电机（49），所述滑槽连接臂一（41）和滑槽连接臂二（42）固定在环形固定板（411）的两对侧，所述滚珠带固定架一（43）和滚珠带固定架二（44）通过螺栓连接并与环形固定板（411）内侧轴连接，所述滚珠带固定架一（43）和滚珠带固定架二（44）之间形成一个滑槽，所述滑槽内安装滚珠带（45）和滑块（46），所述滑块（46）可沿着滑槽内的滚珠带（45）上下滑动，所述滑块（46）中心具有圆孔，所述直流电机（49）固定安装在下壳体（12）内，所述下壳体（12）尾部具有轴承孔（125），所述直流电机（49）输出端连接梅花联轴器（48），所述梅花联轴器（48）输出端连接输出轴（47），所述输出轴（47）穿出下壳体（12）的轴承孔（125）与滑块（46）的圆孔间隙配合，所述输出轴（47）是输出端为弯曲结构的摆臂，所述直流电机（49）带动输出轴（47）转动，在摆臂的作用下，使滑块（46）在在滑槽内滑动，从而带动整个环形固定板（411）环形摆动。
5.根据权利要求4所述的尾部带齿轮配合的水下仿生机器人，其特征在于，所述上壳体（11）末端具有轴承槽一（112），所述轴承槽一（112）内具有轴承限位槽一（113），所述下壳体（12）末端具有轴承槽二（122），所述轴承槽二（122）内具有轴承限位槽二（123），所述滑槽连接臂一（41）和滑槽连接臂二（42结构相同，分别包括连接柱一（412）和轴承盖（413），所述滑槽连接臂一（41）和滑槽连接臂二（42）前端具有连接柱一（412），连接柱一（412上安装有轴承，采用过盈配合，所述连接柱一（412）用于与上壳体（11）上的轴承槽一（112）和轴承槽二（122）配合连接，轴承安装在上壳体（11）和下壳体（12）的轴承槽一（112）和轴承槽二（122）里，采用轴承盖（413）紧压，所述轴承限位槽一（113）和轴承限位槽二（123）装有卡簧用于限制轴承的位置，通过连接柱一（412）将传动模块（4）与壳体部分（1）连接。
6.根据权利要求5所述的尾部带齿轮配合的水下仿生机器人，其特征在于，所述滚珠带固定架一（43）上端和滚珠带固定架二（44）下端具有连接柱二（431），所述滑槽连接臂一（41）和滑槽连接臂二（42）内侧具有轴承槽三（414），所述滚珠带固定架一（43）上端和滚珠带固定架二（44）两端的连接柱...
【技术特征摘要】
1.一种尾部带齿轮配合的水下仿生机器人，包括壳体部分（1）、胸鳍模块（2）、尾部模块（3）、传动模块（4）和控制系统（5），其特征在于，所述尾部模块（3）通过传动模块（4）与壳体部分（1）连接，所述胸鳍模块（2）对称安装在壳体部分（1）两端，所述控制系统（5）安装在壳体部分（1）内，控制传动模块（4），从而带动尾部模块（3）运动。
2.根据权利要求1所述的尾部带齿轮配合的水下仿生机器人，其特征在于，所述壳体部分（1）包括上壳体（11）、下壳体（12）、电池壳（13）和尾部波纹套（14），所述上壳体（11）和下壳体（12）通过螺栓连接，所述上壳体（11）和下壳体（12）外形接近飞鱼的外形，所述上壳体（11）上方设置电池槽（111，所述电池壳（13）安装在电池槽（111）内，所述电池壳（13）内安放锂电池，所述尾部波纹套（14）前端与上壳体（11）、下壳体（12）和电池壳（13）密封连接，所述尾部波纹套（14）后端与尾部模块（3）密封连接。
3.根据权利要求2所述的尾部带齿轮配合的水下仿生机器人，其特征在于，所述胸鳍模块（2）包括正齿轮二（22）、正齿轮一（23）、光轴（21）、减速马达（24）和胸鳍（25），所述上壳体（11）、下壳体（12）前端两侧具有密封圈圆槽（124），密封圈圆槽（124）内安装密封圈和轴孔（121），使壳体部分（1）与轴孔（121）之间形成密封结构，所述光轴（21）通过轴孔（121）安装在上壳体（11）、下壳体（12）前之间，所述正齿轮一（23）上具有安装顶丝的顶丝孔（223），所述光轴（21）上具有顶丝槽（212），用于安装正齿轮一（23），顶丝穿过顶丝孔（223）和通孔（211）将正齿轮一（23）安装在光轴（21）上，所述正齿轮二（22）与正齿轮一（23）啮合，所述正齿轮二（22）与减速马达（24）的输出轴采用过盈配合，所述光轴（21）两端各有两个通孔（211），所述通孔（211）用于安装胸鳍（25），两片胸鳍（25）通过安装在光轴（21）两端。
4.根据权利要求3所述的尾部带齿轮配合的水下仿生机器人，其特征在于，所述传动模块（4）包括滑槽连接臂一（41）、滑槽连接臂二（42）、环形固定板（411）、滚珠带固定架一（43）、滚珠带固定架二（44）、滚珠带（45）、滑块（46）、输出轴（47）、梅花联轴器（48）和直流电机（49），所述滑槽连接臂一（41）和滑槽连接臂二（42）固定在环形固定板（411）的两对侧，所述滚珠带固定架一（43）和滚珠带固定架二（44）通过螺栓连接并与环形固定板（411）内侧轴连接，所述滚珠带固定架一（43）和滚珠带固定架二（44）之间形成一个滑槽，所述滑槽内安装滚珠带（45）和滑块（46），所述滑块（46）可沿着滑槽内的滚珠带（45）上下滑动，所述滑块（46）中心具有圆孔，所述直流电机（49）固定安装在下壳体（12）内，所述下壳体（12）尾部具有轴承孔（125），所述直流电机（49）输出端连接梅花联轴器（48），所述梅花联轴器（48）输出端连接输出轴（47），所述输出轴（47）穿出下壳体（12）的轴承孔（125）与滑块（46）的圆孔间隙配合，所述输出轴（47）是输出端为弯曲结构的摆臂，所述直流电机（49）带动输出轴（47）转动，在摆臂的作用下，使滑块（46）在在滑槽内滑动，从而带动整个环形固定板（411）环形摆动。
5.根据权利要求4所述的尾部带齿轮配合的水下仿生机器人，其特征在于，所述上壳体（11）末端具有轴承槽一（112），所述轴承槽一（112）内具有轴承限位槽一（113），所述下壳体（12）末端具有轴承槽二（122），所述轴承槽二（122）内具有轴承限位槽二（123），所述滑槽连接臂一（41）和滑槽连接臂二（42...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄忠，陈浩志，陈江江，黄梦醒，张俊锋，冉世豪，王杨，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：
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