[發(fā)明專利]一種基于軟體驅(qū)動器的仿水母水下機器人

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710326297.4
• 申請日: 2017-05-10
• 公開（公告）號: CN107031807A
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭鐘華;王江華;李小寧
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: B63H1/30
• 分類號: B63H1/30;B63C11/52
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心32203
• 代理人: 唐代盛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于仿生水下機器人領(lǐng)域，特別是一種基于軟體驅(qū)動器的仿水母水下機器人。

背景技術(shù)

水下推進(jìn)技術(shù)在海上運輸方面占據(jù)很重要的地位，而目前最主要的水下推進(jìn)技術(shù)仍以螺旋槳推進(jìn)為主。傳統(tǒng)的螺旋槳推進(jìn)技術(shù)具有推進(jìn)效率低，噪音大，能源利用率低等明顯的缺點。為了克服螺旋槳式水下推進(jìn)的缺點，仿生水下推進(jìn)技術(shù)正在成為近年來人們研究的熱點。水下生物經(jīng)過數(shù)億年的進(jìn)化，已具備了低耗能，高效率等能力。水下生物的驅(qū)動模式大致可分為三類：身體/尾鰭驅(qū)動模式(BCA)，中間/對鰭驅(qū)動模式(MPA)，噴射推進(jìn)模式(JET)。尾鰭驅(qū)動模式推進(jìn)效率高，但其機動性差。對鰭驅(qū)動模式機動性好但推進(jìn)效率較低。而噴射推進(jìn)模式機動性與推進(jìn)效率都比較高。水母是運用噴射推進(jìn)裝置的典型代表，所以國內(nèi)外針對水母的游動特點研制出多款仿生機器水母。

申請?zhí)枮?01410403989.0發(fā)明名稱為“一種并聯(lián)機械手臂驅(qū)動的仿生水母機器人”的專利，他提出了一種采用電機作為驅(qū)動本體，通過帶動并聯(lián)機械手臂來模擬水母的收縮與舒張的過程，由于采用連桿機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且并無換向功能，其機動性較差。

申請?zhí)枮?01410583170.7發(fā)明名稱為“內(nèi)嵌式柔性關(guān)節(jié)驅(qū)動的仿水母水下推進(jìn)裝置”的專利，它提出了一種以柔性壓電纖維復(fù)合材料作為驅(qū)動，通過給壓電材料供斷電，來實現(xiàn)觸手的收縮與舒張。由于其采用壓電材料，其變形量有限，且智能材料的機理研究有待完善，驅(qū)動力無法達(dá)到實用級別。

目前，仿生水下推進(jìn)裝置主要有采用電機驅(qū)動剛性機械結(jié)構(gòu)和電控柔性智能材料兩種。采用電機驅(qū)動特定的機械結(jié)構(gòu)的仿生水下推進(jìn)裝置，其特點主要有高驅(qū)動力，但由于其剛性結(jié)構(gòu)的限制，運動副的位置受到剛性結(jié)構(gòu)件的制約，載荷突變易造成構(gòu)件損壞，整個裝置的尺寸也受到電機及剛性結(jié)構(gòu)件的尺寸和重量的限制。采用智能材料驅(qū)動的仿生水下推進(jìn)裝置，可控參數(shù)多，但驅(qū)動力不足，且需要復(fù)雜的驅(qū)動電路，當(dāng)驅(qū)動力需求較大時，智能材料的形變無法達(dá)到要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種基于軟體驅(qū)動器的仿水母水下機器人，解決了現(xiàn)有仿生水母機器人存在負(fù)載能力較弱、控制系統(tǒng)復(fù)雜、運動效率低、轉(zhuǎn)向不靈活等問題。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：

一種基于軟體驅(qū)動器的仿水母水下機器人，包括上端的密封艙、下端的固定裝置，以及控制單元、軟體推進(jìn)單元；所述密封艙與固定裝置固接；所述軟體推進(jìn)單元包括軟體觸手和與軟體觸手相連的管道；所述軟體觸手的數(shù)量為N(N≥3)，均勻固定安裝在固定裝置上端的一周，作為整個機器人的柔性驅(qū)動器；所述控制單元，用于控制經(jīng)管道對軟體觸手提供或切斷有壓力的流體，以使單個或多個軟體觸手產(chǎn)生變形以使整個機器人產(chǎn)生變向或運動。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點：

(1)本發(fā)明通過軟體觸手模擬水母的觸手舒展與收縮，軟體觸手變形幅度大，驅(qū)動力強，效率高，仿生效果明顯。

(2)本發(fā)明的轉(zhuǎn)向靈活度極高，可控制任意單個或多個觸手彎曲直至達(dá)到目標(biāo)角度。

(3)本發(fā)明的密封艙處為中空結(jié)構(gòu)，可為整個機器人提供較大浮力。

(4)本機器人可在底部載物板處搭載小型機械手爪等，集成夾持采樣功能等各種水下作業(yè)模塊；在密封艙內(nèi)安裝攝像頭用于水下拍照取樣等，用途廣泛，兼容性好。

(5)本發(fā)明的機器人相比于采用電機驅(qū)動驅(qū)動的水下推進(jìn)裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單，柔性大的優(yōu)點；且相比于采用智能材料驅(qū)動的水下裝置，具有電路簡單，控制系統(tǒng)方便等優(yōu)點。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的整體外觀俯視圖。

圖3為本發(fā)明軟體推進(jìn)單元收攏(軟體觸手伸張)狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為軟體觸手自然狀態(tài)剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為軟體觸手伸張狀態(tài)剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為了說明本發(fā)明的技術(shù)方案及技術(shù)目的，下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的介紹。