[發明專利]一種依靠改變重力轉向的水下機器人及其控制方法

在審

• 申請號: 201910319666.6
• 申請日: 2019-04-19
• 公開（公告）號: CN110001897A
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 陳煥若
• 申請（專利權）人: 南京涵銘置智能科技有限公司
• 主分類號: B63G8/14
• 分類號: B63G8/14
• 代理公司: 南京泰普專利代理事務所(普通合伙) 32360
• 代理人: 竇賢宇

1.一種依靠改變重力轉向的水下機器人，其特征是包括：

機器人本體，包括殼體，連接在所述殼體一側的仿生肌肉，以及安裝在所述殼體一端的浮力驅動單元；

轉向控制單元，包括內置在所述殼體內部預定位置處的重心調節組件；

視覺單元，安裝在所述機器人本體的首尾兩端的預定位置上；

終端設備，包括密封安裝在所述殼體內的信號處理單元，以及與所述信號處理單元遠程連接的用戶端，所述用戶端包括智能手機、VR頭盔。

2.根據權利要求1所述的一種依靠改變重力轉向的水下機器人，其特征在于：所述仿生肌肉包括若干舵機，連接在所述舵機的輸出端上的彈性貼片，以及與所述彈性貼片的表面貼合的水母翼片；所述彈性貼片呈預定曲率半徑的弧形，所述彈性貼片與所述舵機的輸出端通過一對相互嚙合的齒輪和齒槽連接，并通過緊固帽鎖緊；所述水母翼片呈碗狀、且表面設有疏水層。

3.根據權利要求2所述的一種依靠改變重力轉向的水下機器人，其特征在于：所述舵機包括無刷電機，以及連接所述無刷電機的齒輪組；所述齒輪組設置在動力盒內，包括固定在所述無刷電機的輸出端的第一齒輪，通過軸承和軸承座轉動設置在所述動力盒內的第一轉軸和第二轉軸，依次固定在所述第一轉軸上的第二齒輪、第三齒輪、第四齒輪、第五齒輪，以及依次固定在所述第二轉軸上的第六齒輪、第七齒輪、第八齒輪、第九齒輪；所述彈性貼片的一端設有齒槽，所述齒槽與所述第九齒輪咬合，即所述齒槽的齒數與所述第九齒輪的齒數相同。

4.根據權利要求3所述的一種依靠改變重力轉向的水下機器人，其特征在于：所述第一齒輪與所述第二齒輪嚙合，所述第三齒輪與所述第六齒輪嚙合，所述第四齒輪與所述第七齒輪嚙合，所述第五齒輪與所述第八齒輪嚙合；所述第一齒輪、第二齒輪、第三齒輪、第四齒輪、第五齒輪、第六齒輪、第七齒輪、第八齒輪、第九齒輪同為直齒輪；所述第二齒輪、第三齒輪、第四齒輪、第五齒輪的內徑與所述第一轉軸的外徑過盈配合；所述第六齒輪、第七齒輪、第八齒輪、第九齒輪的內徑與所述第二轉軸的外徑過盈配合。

5.根據權利要求1所述的一種依靠改變重力轉向的水下機器人，其特征在于：所述重心調節組件包括減速電機，與所述減速電機的輸出端通過聯軸器連接的第二螺桿，與所述第二螺桿嚙合傳動的轉接斜齒輪，通過平鍵與所述轉接斜齒輪連接的第三轉軸，以及固定在所述第三轉軸上的偏心塊；所述偏心塊包括多個相互疊加的半圓形配重板，所述配重板的疊加數量根據所述一種依靠改變重力轉向的水下機器人的整體重心計算得出。

6.根據權利要求1所述的一種依靠改變重力轉向的水下機器人，其特征在于：所述重心調節組件還可以為偏心電動機，包括伺服電機，以及鎖緊在所述伺服電機的輸出端的偏心塊，所述偏心塊包括多個相互疊加的半圓形配重板，所述配重板的疊加數量根據所述一種依靠改變重力轉向的水下機器人的整體重心計算得出；所述偏心塊和伺服電機之間同軸安裝有光電編碼器；所述光電編碼器包括底盤、碼盤、以及以固定位置安裝在所述底盤和碼盤之間的光電傳感器，所述碼盤上圓周陣列有預定數量的扇形穿孔；所述底盤與所述偏心塊之間通過深溝球軸承配合連接；所述偏心塊的一側設有夾緊塊，所述夾緊塊之間設有預定距離的縫隙，所述偏心塊套設在所述伺服電機的輸出端、并通過一對螺母和內六角螺栓將所述縫隙夾緊。

7.一種依靠改變重力轉向的水下機器人的控制方法，其特征在于包括以下步驟：

S1、仿生肌肉啟動，舵機工作，無刷電機的動力輸出至齒輪組，最終輸出至彈性貼片，帶動彈性貼片擺動，每個舵機可根據前進方向和前進速率單獨驅動，彈性貼片擺動后帶動貼合在其上的水母翼片收縮或舒張，水母翼片舒張和收縮一次即為一個周期，每個周期都會排出預定的排水量，利用排出水流產生的反作用力帶動該水母機器人前進，彈性貼片在收到外界壓力后發生形變，當壓力撤去后迅速恢復原狀；

S2、重心調節組件控制該水母機器人轉向，減速電機啟動，帶動第二螺桿轉動，第二螺桿帶動轉接斜齒輪轉動，轉接齒輪帶動半圓形配重板轉動，根據轉彎半徑計算出半圓形配重板轉動角度，根據半圓形配重板轉過角度實時改變該水母機器人的重心，該水母機器人會自動向重心所在方位傾斜，完成轉向動作；

S3、重心調節組件控制該水母機器人轉向還可以通過偏心電動機完成，伺服電機帶動偏心塊轉過預定角度，從而改變該水母機器人的重心位置，同時，光電編碼器實時感應伺服電機輸出端的角位移以及角速度，并將角位移以及角速度這些機械量轉變為數字脈沖信號；

S4、視覺單元工作，用戶端與視覺單元之間建立無線通信連接，信號處理單元將視覺單元產生的信號進行處理并發送至用戶端，將水下畫面發送至智能手機或VR頭盔放映。