[發明專利]一種葉足動物仿生水下機器人

在審

• 申請號: 202010968097.0
• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN111993443A
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 吳逸帆
• 申請（專利權）人: 吳逸帆
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00;B25J19/00;B25J9/16;B63C11/52;B63H25/26
• 代理公司: 寧夏合天律師事務所 64103
• 代理人: 郭立寧

一種葉足動物仿生水下機器人，它包括基體、動力模塊、平衡模塊、云臺、外殼、防水薄膜、電池、控制與通信系統。動力模塊、平衡模塊、云臺、外殼、防水薄膜、電池、控制與通信系統均固定在基體上；基體由基體主體和基體尾部構成，基體主體設置有兩個對稱的支撐結構，基體尾部帶有支撐固定結構；動力模塊包括在基體主體兩側對稱分布安裝的7對動力單元；平衡模塊包括在基體尾部后部對稱安裝的3對平衡單元；云臺由兩個舵機、云臺連接件一、云臺連接件二、云臺連接件三和攝像頭組成。本發明運用葉足動物特點，通過有規律的拍動兩側的葉狀附肢，利用波動使自己在水中平穩運動或實現特定的動作，且效果穩定。

技術領域

本發明屬于機器人技術領域，尤其涉及一種一種仿生葉足動物（Lobopodia，早寒武紀–下石炭紀）運動形式和策略的水下機器人。

背景技術

通常意義上，水下機器人是指在水下完成各種工作的特種機器人，例如，可用于海洋數據監測、海洋生物觀察、海底管線鋪設與施工、水下救援、水下設備維護與維修、潛水娛樂、海洋資源與水產養殖等民用鄰域，也可以用于偵察、水下布雷與掃雷等軍用領域。按照目前市場需求，水下機器人可大致分為觀察探測型和作業型兩種。

經過十幾年的發展，當今水下機器人的研究已經取得了長足的進步，正在逐步形成產業，應用范圍已日趨廣泛。由于水下機器人是一種技術密集性高且系統性強的交叉學科型工程，它涉及到的專業學科多達幾十種，技術門檻相對較高。目前市場上的傳統水下機器人大多是通過螺旋槳和舵的經典組合來實現水下運動的，因為動力學的分布需求，其動力裝置常常會占用機器人很大的空間，致使機器人的外觀呈現規則的立方體或者圓柱體，而這種形狀的水下機器人在水中的靈活性往往較低，顯得十分笨拙。相對于傳統水下機器人的發展，近年來人們對仿生水下機器人的關注度也在增加。水下仿生機器人就是模仿水生生物的形態、動作和策略等的機器人，其中模仿魚類游動的仿魚機器人種類最多，有仿生金槍魚機器人、仿生鰩魚機器人和仿生鰻魚機器人等；有模仿龍蝦爬行的龍蝦機器人，這種機器人使用足來運動，其動作靈活，能量利用率高；也有模仿水下軟體動物的仿生烏賊機器人和仿生海星機器人等等，但是按照動物的運動策略和生活習性不同，相應的仿生機器人各有不同的優點和優勢。目前的仿生水下機器人普遍缺少冗余性設計，在一些情況下，若機器人的某個動力源失效，則整個水下機器人都會面臨失控的問題。此外，現有的水下機器人控制單元還存在一定缺陷，機器人行動在一些情況下無法滿足更靈活、可靠性更高和更特殊的運動要求。

發明內容

本發明的目的是針對現有動物仿生水下機器人存在的問題，提供一種更加靈活的、更加實用的、依靠冗余設計更加可靠的水下仿生機器人。

本發明的構思是：本發明設計參照的水生動物來源于寒武紀時代的著名優勢物種—葉足動物門類群。葉足動物具有體節、身側長有葉狀附肢，外觀上與節肢動物和有爪動物接近。葉足動物門下分有恐蝦（Dinocarida）和異蟲（Xenusia）兩綱，其中恐蝦綱葉足動物依靠其特殊的身體構造，具備了高速度和高靈活性運動的優點，成為寒武紀海洋中食物鏈頂端的掠食者。如果能將古生物優勢物種的身體形狀構造和水下機器人技術起來，便能創造出一種新型的、更加靈活的、更加實用的、依靠冗余設計更加可靠的水下仿生機器人。

本發明的的技術方案是這樣的：一種葉足動物仿生水下機器人，它包括基體、動力模塊、平衡模塊、云臺、外殼、防水薄膜、電池、控制與通信系統。動力模塊、平衡模塊、云臺、外殼、防水薄膜、電池、控制與通信系統均固定在基體上；基體由基體主體和基體尾部構成，基體主體設置有兩個對稱的支撐結構，基體尾部帶有支撐固定結構，且基體主體的支撐結構上均留有安裝孔，可以安裝除機器人本身自有設備外的其他設備，如機械手等；動力模塊包括在基體主體兩側對稱分布安裝的7對14個動力單元，每一個動力單元包含三個舵機、動力單元連接件一、動力單元連接件二、動力單元連接件三和對應的動力槳葉；平衡模塊包括在基體尾部后部對稱安裝的3對6個平衡單元，每一個平衡單元，包含1個舵機、平衡單元連接件和對應的平衡尾葉；云臺由兩個舵機、云臺連接件一、云臺連接件二、云臺連接件三和攝像頭組成。