一种鱼形机器人的仿生驱动装置的制作方法

本发明属于仿生鱼领域，具体涉及一种鱼形机器人的仿生驱动装置，适用于水下攻击、探测和潜航器等装备的动力驱动。

背景技术：

目前从网络及社会公开的资料显示，针对鱼型机器人的驱动装置的结构有如下几种：由多个舵机串联实现鱼身及尾鳍的摆动；由单个舵机仅带动尾鳍摆动；由多个齿轮传动实现鱼身及尾鳍的摆动，由拖拽钢丝的方式实现鱼身及尾鳍的摆动。

上述结构的优点在于能够实现以仿生的形式驱动鱼型机器人，缺点在于功耗大、续航能力有限、噪音高、不便于提高防水性能。

技术实现要素：

本发明提供一种鱼形机器人的仿生驱动装置，具有功耗低、续航能力强、噪音低和应用范围广的优势。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种鱼形机器人的仿生驱动装置，包括驱动机构和数段关节5，所述的驱动机构包括电动机1和一端与电动机1连接的转动轴6，所述的转动轴6为弯曲的且具有弯曲回弹性，转动轴6动配合的依次穿置在每段关节5中，转动轴6的另一端为自由端。

作为本发明更优的技术方案，所述的关节5上安装有止动装置4，所述的止动装置4包括外壳11，所述的外壳11的一端有凹槽10；外壳11的内部有顶杆9，顶杆9的一端可旋转连接在外壳11的凹槽10所在一侧的内壁上，中段的上部通过复位拉簧12连接在外壳11的顶部内壁上，中段的下部连接有缓冲拉簧13，缓冲拉簧13下端对应的外壳11的内壁上固定有电磁铁14，顶杆9的另一端伸出外壳11。

作为本发明更优的技术方案，所述的止动装置4的外壳11为棱台，棱台的两侧面为相同的等腰梯形，所述的凹槽10和顶杆9分别位于两个等腰梯形面上，所述的顶杆9伸出的一侧面上开设有长条形通孔，顶杆9位于通孔内，通孔的长度大于凹槽的高度。

作为本发明更优的技术方案，所述的相邻的两个关节5可转动连接。

作为本发明更优的技术方案，所述的相邻的两个关节5可转动连接为销轴3连接。

作为本发明更优的技术方案，所述的顶杆9在电电磁铁14工作时的轴线穿过凹槽的中心点。

作为本发明更优的技术方案，所述的转动轴6的材质为金属，所述的金属为钛合金。

作为本发明更优的技术方案，所述的关节5外包裹有橡胶外壳。

本发明还有一个目的是提供一种应用所述的仿生驱动装置的鱼形机器人。

本发明还有一个目的是提供一种应用所述的仿生驱动装置的蛇形机器人。

本发明还有一个目的是提供一种应用所述的仿生驱动装置的水下探测器。

本发明还有一个目的是提供一种应用所述的仿生驱动装置的潜航器。

有益效果如下：

本发明提供的仿生驱动装置设计合理实现了低功耗，续航能力强，外皮可采用柔性橡胶整体铸造、防水及仿生程度极高，应用范围广，适用于水下攻击、探测和潜航器等装备的动力驱动，提高了水下作业时间和作业范围。

本发明提供的仿生驱动装置噪音低，隐蔽性能高，在民用上，可以用于海洋生物观察，也具有重大的军事应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例1中仿生鱼形机器人的立体图；

图2是本发明实施例1中仿生鱼形机器人的俯视图；

图3是本发明实施例1中仿生鱼形机器人的主视图

图4是本发明实施例1中仿生鱼形机器人的电动机及转动轴连接示意图；

图5是本发明实施例1中仿生鱼形机器人的其中两个活动关节拆分后的结构示意图；

图6是本发明实施例1中仿生鱼形机器人的其中两个活动关节连接后的结构示意图；

图7是本发明实施例1中仿生鱼形机器人的关节止动装置的外部结构示意图；

图8是本发明实施例1中仿生鱼形机器人的关节止动装置的内部结构示意图；

图9是相邻两个关节止动装置在未工作时的空间位置状态解析图；

图10是相邻两个关节止动装置在工作时的空间位置状态解析图；

图11是由活动关节组成的骨架随转动轴的转动而形成的左右摆动效果图；

图12是关节止动装置均未工作时，转动轴旋转至水平180°时的整体姿态俯视图；

图13是前两个关节止动装置工作时，转动轴旋转至水平180°时的整体姿态俯视图；

图14是电动机带动转动轴在空间内旋转时的效果图；

图15是转动轴在旋转一个圆周内，鱼形机器人的仿生驱动装置的摆动过程平面图；

图16是电池、主控电路、电动机、止动装置的电气连接关系图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步详细说明。

如图1至4所示，本发明提供一种鱼形机器人的仿生驱动装置，包括驱动机构和数段关节5，所述的驱动机构包括电动机1和弯曲的且具有弯曲回弹性的转动轴6，所述的转动轴6的一端与电动机1连接，再依次穿置在每段关节5中并动配合，另一端为自由端。

在一些实施例中，所述的关节5上安装有止动装置4，所述的止动装置4包括外壳11，所述的外壳11的一端有凹槽10；外壳11的内部有顶杆9，顶杆9的一端可旋转连接在外壳11的凹槽10所在一侧的内壁上，中段的上部通过复位拉簧12连接在外壳11的顶部内壁上，中段的下部连接有缓冲拉簧13，缓冲拉簧13下端对应的外壳11的内壁上固定有电磁铁14，顶杆9的另一端伸出外壳11。

在一些实施例中，所述的止动装置4的外壳11为棱台，棱台的两侧面为相同的等腰梯形，所述的凹槽10和顶杆9分别位于两个等腰梯形面上，所述的顶杆9伸出的一侧面上开设有长条形通孔，顶杆9位于通孔内，通孔的长度大于凹槽的高度。

在一些实施例中，所述的相邻的两个关节5可转动连接。

在一些实施例中，所述的相邻的两个关节5可转动连接为销轴3连接。

在一些实施例中，所述的顶杆9在电电磁铁14工作时的轴线穿过凹槽的中心点。

在一些实施例中，所述的转动轴6的材质为金属，所述的金属为钛合金。

在一些实施例中，所述的关节5外包裹有橡胶外壳。

实施例1、一种应用所述的仿生驱动装置的鱼形机器人

一种鱼形机器人包括具有一定弹性和一定弧度的柔韧金属轴作为转动轴，马达带动转动轴旋转，带有轴孔的若干个活动关节串联构成鱼型机器人的仿生驱动装置的骨架，所述的轴孔为圆形通孔即可实现，止动装置安装在活动关节两侧；转动轴贯通穿过鱼型机器人的仿生驱动装置的骨架，电池为主控电路供电；主控电路驱动马达旋转并按照特定的逻辑控制止动装置。

参照图1，一种鱼形机器人包括多个活动关节串联组成驱动装置的骨架；骨架被制作成鱼身的形状；骨架可左右摆动；关节约束装置被安装在每个活动关节的两侧；关节约束装置起到约束活动关节自由活动的作用；参照图2、图3，转动轴贯通穿过由多个活动关节串联组成的驱动装置的骨架；参照图4，马达与转动轴连接为一体，并随马达的转动而转动；参照图5、图6，活动关节被串联在一起，相邻两个活动关节可相对摆动，每个活动关节都有轴孔；参照图7、图8，关节止动装置主要由自锁式电电磁铁、止动顶杆、拉簧、凹槽组成，自锁式电电磁铁的优点在于无需长时间给电，给其一个正电压脉冲时，电电磁铁吸合，给其一个负电压脉冲时，电电磁铁释放。当电电磁铁吸合时带动止动顶杆向下摆动，当电电磁铁释放时，止动顶杆被拉簧复位；参照图9，关节止动装置中，电电磁铁未工作时，止动顶杆顶在相邻的关节止动装置的凹槽的上方，限制了该止动装置及其所在的活动关节的自由摆动；参照图10，当电电磁铁工作时，止动杆向下摆动，因止动装置凹槽的存在，止动杆失去了对相邻的关节止动装置的限制作用，使得该止动装置及其所在的活动关节可自由摆动。参照图11、图12，当转动轴旋转至 180°时，由活动关节串联组成的驱动装置的骨架随着转动轴的固有弧度向该方向摆动；参照图13，当前两节活动关节被限制活动时，其余由活动关节串联组成的驱动装置的骨架随着转动轴的固有弧度向该方向摆动；由此可知，控制某个或多个止动装置，可实现对由活动关节串联组成的驱动装置的摆动幅度及摆动的形式进行控制；参照图14、图15，因由活动关节串联组成的驱动装置的骨架的结构的特性，使得其只能朝两个方向摆动，当转动轴旋转至±90°时，因受活动关节轴孔的约束，使转动轴变为直线型，因转动轴具有弹性及韧性，所以不会对马达造成过载或堵转。当转动轴旋转至±180°时，由活动关节串联组成的驱动装置的骨架完成一个摆动周期。调整马达的转速，即可实现对由活动关节串联组成的驱动装置的骨架摆动速度的控制。参照图16，由主控电路按照特定逻辑控制每个止动装置的动作、从而实现整个骨架的各种摆动动作。

本发明所述的鱼形机器人的仿生驱动装置，有一定弯曲回弹性和一定弧度的柔韧金属轴作为转动轴，转动轴在由带有轴孔的若干个活动关节串联构成的鱼型机器人的仿生驱动装置的骨架中旋转。外壳用柔性橡胶整体铸造成鱼身形状，即可防水、抗水压又完美实现了仿生的理念。

本发明所述的转动轴还可以是由拉簧连接的棱台形成的弯轴，拉簧位于两个相邻棱台的侧面。

本发明还可以制成一种应用所述的仿生驱动装置的蛇形机器人。

本发明还可以制成一种应用所述的仿生驱动装置的水下探测器。

本发明还可以制成一种应用所述的仿生驱动装置的和潜航器。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。