一种基于长竹蛏运动机理的锚泊机器人的制作方法

本实用新型涉及水下机器人技术领域，尤其涉及的是一种基于长竹蛏运动机理的锚泊机器人。

背景技术：

随着对海洋资源的开发和空间的利用规模不断扩大，对海洋深处进行探索和开发的水下作业装备应用越来越广泛。现今在复杂的环境下对各种新型的水下作业装备提出了新的要求，如水下探测设备需要在海床中定位来定位以采集海底生物和矿产资源的样本，同时探测功能完成后能够自主脱离等，开发一款具有高效定位技术和集成各种智能化功能的水下机器人越来越被人们重视。

目前的水下机器人主要有以下两种：

一种是采用动力定位的机器人，其是依靠计算机系统控制自身的推力器来维持其位置和艏向的定位方式，多用于大型海洋工程或设备；此种采用动力定位的机器人，系统过于复杂，耗能太高，故障影响大，而且尺寸较大，不适于小型的水下机器人。

另一种是采用锚泊定位的机器人，其是用固定物将自身系留于指定海域，限制外力改变自身的状态，使其保持在预定位置上的定位方式，但无法实现自主锚定和自主脱附等功能，无法满足机器人在任意位置进行作业的要求，具有很大的局限性。且现有的水下机器人

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种基于长竹蛏运动机理的锚泊机器人，以期实现机器人的自主锚定和自主脱附功能。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种基于长竹蛏运动机理的锚泊机器人,包括连轴架，其特征在于：所述连轴架前侧滑动设置有连接块，连接块在第一驱动机构的驱动下能沿着连轴架的竖直方向来回滑动，连接块底部通过一个过渡件连接有斧足部；

斧足部包括斧足支架、套筒、斧足，斧足支架顶部通过第二驱动机构与过渡件相连接，通过第二驱动机构带动斧足支架在水平面内转动；套筒固定在斧足支架底部，且套筒上下贯通，斧足设置在套筒底部，斧足包括沿套筒周向均布的若干块独立的叶片，每块叶片顶端通过各自的主铰接轴铰接在套筒底部，并通过安装在斧足支架底部的第三驱动机构驱动各块叶片绕着各自的主铰接轴同步转动，从而实现各块叶片的张开或闭合，当各块叶片均闭合时，各块叶片共同形成一个外形为倒锥形的倒锥形斧足。

进一步的，所述第二驱动机构包括主舵机，主舵机的壳体固定安装在过渡件底部，主舵机的输出轴竖直向下延伸且与斧足支架固定连接。

进一步的，所述第三驱动机构位于套筒内部，所述第三驱动机构包括从舵机、丝杠、螺母、推拉块，从舵机的壳体固定安装在斧足支架底部，从舵机的输出轴竖直向下延伸且与丝杠固定连接，螺母与丝杠螺纹配合形成丝杠螺母副，推拉块固定在螺母上，推拉块外圆周上沿周向均布有若干推拉连杆，推拉连杆的数量与叶片的数量相等且一一对应，推拉连杆的上下两端分别与推拉块和叶片内侧铰接。

进一步的，所述连轴架后侧设有左右并排的两根齿轮轴，每根齿轮轴沿竖向延伸，且每根齿轮轴分别转动安装在连轴架上，两根齿轮轴上的齿轮相互啮合，左、右两根齿轮轴上分别固定安装有左外壳、右外壳，左外壳、右外壳将连轴架、连接块、两根齿轮轴及其上的齿轮均包裹在内，左外壳、右外壳后端分别固定在左、右两根齿轮轴上，其中一个外壳内侧设有一个倾斜的撑杆，撑杆从下往上朝靠近连轴架的方向倾斜，连接块上固定有一个连接环，连接环滑动套装在撑杆上，连接环随着连接块上下移动而同步运动，通过移动的连接环与倾斜的撑杆的配合，实现左外壳、右外壳的同步撑开或同步闭合。

进一步的，所述第一驱动机构包括扭矩电机、主动锥齿轮、从动锥齿轮、传动杆，所述连轴架顶端设有一个水平的连轴板，所述扭矩电机固定安装在连轴板上，所述扭矩电机的输出端与主动锥齿轮固连，所述传动杆顶端转动安装在连轴板上并向上伸出连轴板与从动锥齿轮固连，所述主动锥齿轮与从动锥齿轮相啮合形成锥齿轮副，所述传动杆外侧壁上设有梯形螺纹，所述连接块上开有梯形螺纹孔，所述传动杆上的梯形螺纹与连接块上的梯形螺纹孔之间呈螺纹配合连接，通过扭矩电机带动锥齿轮副动作，从而带动传动杆旋转，由旋转的传动杆带动连接块沿竖直方向来回滑动。

进一步的，所述连轴架上设有竖向导轨，所述竖向导轨上滑动设置有滑块，所述连接块与滑块固定连接。

进一步的，所述齿轮轴与对应的外壳之间通过上下两个外壳连接件实现连接，每个外壳连接件一端固定在外壳后端，每个外壳连接件另一端固定套装在齿轮轴上。

进一步的，所述套筒底部沿周向均布有若干叶片固定件，叶片固定件的数量与叶片的数量相等且一一对应，叶片固定件固定在套的底部，叶片顶端铰接在对应的叶片固定件上。

本实用新型相比现有技术具有以下优点：

1、本实用新型提供的一种基于长竹蛏运动机理的锚泊机器人，其斧足部通过设置套筒和由多个叶片组成的斧足，通过多个叶片的张合重复动作，配合斧足部整体的旋转和下行运动，实现了机器人的高效挖掘、自主牢固锚定以及自主脱附功能，从而满足了机器人在任意位置均可进行作业的要求。且本机器人结构简单、高效节能，满足了小型水下装备的需求。

2、本实用新型提供的一种基于长竹蛏运动机理的锚泊机器人，其通过第三驱动机构驱动多个叶片的张合重复动作，模拟长竹蛏挖掘过程中吃土的原理，将沙土带入斧足内的空腔中，同时从套筒上方排出，这一过程大大减小了斧足部向下运动时沙土周围的阻力，从而实现了机器人的高效挖掘。且第三驱动机构整体设置在套筒内部，节省了安装空间。

3、本实用新型提供的一种基于长竹蛏运动机理的锚泊机器人，其通过第一驱动机构驱动连接块沿着竖直方向来回滑动，并通过固定在连接块上的连接环与外壳内侧倾斜的撑杆滑动配合，实现了在外壳上移远离斧足部的过程中外壳自动闭合；在外壳下行靠近斧足部的过程中外壳自动张开，外壳的张开使得周围的沙土发生局部流化现象，使得外壳向下时的阻力减小，整体挖掘效率更高。

附图说明

图1是本实用新型的外壳闭合时的立体图。

图2是本实用新型的外壳打开时的立体图。

图3是本实用新型的连轴架部分其中一个视角的立体图。

图4是本实用新型的连轴架部分另一个视角的立体图。

图5是本实用新型的齿轮轴与外壳之间的连接关系立体图。

图6是本实用新型的齿轮轴与外壳之间的连接关系另一视角的立体图。

图7是本实用新型的斧足部闭合状态立体图。

图8是本实用新型的斧足部张开状态立体图。

图9是本实用新型的斧足部拿掉套筒后的立体图。

图中标号：1连轴架；2连接块；3扭矩电机；4主动锥齿轮；5从动锥齿轮；6传动杆；7连轴板；8竖向导轨；9滑块；10齿轮轴；11上铰接轴；12齿轮；13左外壳；14右外壳；15外壳连接件；16撑杆；17连接环；18过渡件；19斧足支架；20套筒；21叶片；22主铰接轴；23叶片固定件；24主舵机；25从舵机；26丝杠；27螺母；28推拉块；29推拉连杆。

具体实施方式

下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

参见图1至9，本实施例公开了一种基于长竹蛏运动机理的锚泊机器人,包括连轴架1，连轴架1前侧滑动设置有连接块2，连接块2在第一驱动机构的驱动下能沿着连轴架1的竖直方向来回滑动。

其中，第一驱动机构包括扭矩电机3、主动锥齿轮4、从动锥齿轮5、传动杆6，连轴架1顶端设有一个水平的连轴板7，扭矩电机3固定安装在连轴板7上，扭矩电机3的输出端与主动锥齿轮4固连，传动杆6顶端通过轴承转动安装在连轴板7上并向上伸出连轴板7与从动锥齿轮5固连，传动杆6顶端与从动锥齿轮5之间通过螺钉固定连接。主动锥齿轮4与从动锥齿轮5相啮合形成锥齿轮12副，传动杆6外侧壁上设有梯形螺纹，连接块2上开有梯形螺纹孔，传动杆6上的梯形螺纹与连接块2上的梯形螺纹孔之间呈螺纹配合连接，通过扭矩电机3带动锥齿轮12副动作，从而带动传动杆6旋转，由旋转的传动杆6带动连接块2沿竖直方向来回滑动。连轴架1上设有竖向导轨8，竖向导轨8上滑动设置有滑块9，连接块2与滑块9固定连接，通过竖向导轨8对连接块2进行竖向导向。

连轴架1后侧设有左右并排的两根齿轮轴10，每根齿轮轴10沿竖向延伸，且每根齿轮轴10上下两端分别通过第二轴承转动安装在连轴架1上，两根齿轮轴10上的齿轮12相互啮合，左、右两根齿轮轴10上分别固定安装有左外壳13、右外壳14，左外壳13、右外壳14将连轴架1、连接块2、两根齿轮轴10及其上的齿轮12均包裹在内，左外壳13、右外壳14后端分别固定在左、右两根齿轮轴10上，齿轮轴10与对应的外壳之间通过上下两个外壳连接件15实现连接，每个外壳连接件15一端固定在外壳后端，每个外壳连接件15另一端固定套装在齿轮轴10上。其中一个外壳内侧设有一个倾斜的撑杆16，撑杆16从下往上朝靠近连轴架1的方向倾斜，连接块2上固定有一个连接环17，连接环17滑动套装在撑杆16上，连接环17随着连接块2上下移动而同步运动，通过移动的连接环17与倾斜的撑杆16的配合，实现左外壳13、右外壳14的同步撑开或同步闭合。

连接块2底部通过一个过渡件18连接有斧足部。斧足部包括斧足支架19、套筒20、斧足，斧足支架19顶部通过第二驱动机构与过渡件18相连接，通过第二驱动机构带动斧足支架19在水平面内转动；套筒20固定在斧足支架19底部，且套筒20上下贯通，斧足设置在套筒20底部，斧足包括沿套筒20周向均布的若干块独立的叶片21，每块叶片21顶端通过各自的主铰接轴22铰接在套筒20底部，套筒20底部沿周向均布有若干叶片固定件23，叶片固定件23的数量与叶片21的数量相等且一一对应，叶片固定件23固定在套的底部，叶片21顶端铰接在对应的叶片固定件23上。并通过安装在斧足支架19底部的第三驱动机构驱动各块叶片21绕着各自的主铰接轴22同步转动，从而实现各块叶片21的张开或闭合，当各块叶片21均闭合时，各块叶片21共同形成一个外形为倒锥形的倒锥形斧足。

其中，第二驱动机构包括主舵机24，主舵机24的壳体固定安装在过渡件18底部，主舵机24的输出轴竖直向下延伸且与斧足支架19固定连接。

第三驱动机构位于套筒20内部，第三驱动机构包括从舵机25、丝杠26、螺母27、推拉块28，从舵机25的壳体固定安装在斧足支架19底部，从舵机25的输出轴竖直向下延伸且与丝杠26固定连接，螺母27与丝杠26螺纹配合形成丝杠螺母副，推拉块28固定在螺母27上，推拉块28外圆周上沿周向均布有若干推拉连杆29，推拉连杆29的数量与叶片21的数量相等且一一对应，推拉连杆29的上下两端分别与推拉块28和叶片21内侧铰接，推拉连杆29的上端通过上铰接轴11与推拉块28铰接，推拉杆的下端通过下铰接轴与叶片21内侧铰接。

本机器人依靠扭矩电机3来驱动连接块2沿着竖直方向来回滑动，在连接块2向上移动的过程中，连接块2带动连接环17一起向上移动，在连接环17与撑杆16的配合作用下，通过连接环17将安装有撑杆16的外壳撑开，并在两个相啮合的齿轮12的作用下，左外壳13、右外壳14被同步撑开，外壳的张开使得周围的沙土发生局部流化现象，使得外壳向下时的阻力减小，整体挖掘效率更高，实现了在外壳下行靠近斧足部的过程中外壳自动张开。在连接块2向下移动的过程中，连接块2带动连接环17一起向下移动，在连接环17与撑杆16的配合作用下，通过连接环17将安装有撑杆16的外壳拉回，并在两个相啮合的齿轮12的作用下，左外壳13、右外壳14被同步拉回，实现了在外壳上行远离斧足部的过程中外壳自动闭合。

本实施例提供的锚泊机器人的工作原理为：

a、高效挖掘

当机器人开始向下挖掘时，斧足部先开始运动，具体过程为：由从舵机25带动丝杠26旋转，丝杠26上的螺母27和推拉块28沿竖直方向移动，斧足部的各个叶片21开始重复闭合—张开的过程，参照长竹蛏挖掘过程中吃土的原理，将沙土从下往上带入斧足内的空腔中，同时从套筒20上方排出，这一过程大大减小了斧足部向下时沙土周围的阻力；与此同时主舵机24带动整个斧足部开始旋转，斧足部逐渐向下进入沙土中。

待到斧足部已经完全进入到沙土中时，斧足部停止动作，各个叶片21呈闭合状态，套筒20内的沙土将斧足部锚定住；此时再启动扭矩电机3，扭矩电机3驱动连接块2向上移动的过程中，因为斧足部被完全锚定，使得左右外壳14相对斧足部向下运动，在连接环17与撑杆16的配合作用下，通过连接环17将安装有撑杆16的外壳撑开，并在两个相啮合的齿轮12的作用下，左外壳13、右外壳14被同步撑开，外壳的张开使得周围的沙土发生局部流化现象，使得外壳向下时的阻力减小，整体挖掘效率更高，实现了在外壳下行靠近斧足部的过程中外壳自动张开，直至斧足部完全缩回至外壳内部时，扭矩电机3停转。

再重复上述的运动过程即可继续向下挖掘。

b、牢固锚定

当斧足部完全进入沙土中之后，各个叶片21呈闭合状态，此时斧足部的空腔里充满了沙土，依靠沙土的重力实现锚固，锚定力非常强。此时斧足部相对固定，才使得外壳部分能相对于斧足部向下移动。

c、自主脱附

当机器人想要脱离沙土时，动作过程则与挖掘的过程相反。斧足部锚定在沙土里，外壳里的扭矩电机3反转，使得外壳相对于斧足部向上运动，当斧足部完全伸出于外壳时，外壳里的扭矩电机3再换向开始正转，再将斧足部拉上来，这样重复以上步骤后即可完成自主脱附的过程。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。