一种微型仿生水下机器人的制作方法

1.本实用新型涉及自主水下机器人领域，具体涉及一种由电磁驱动的微型仿生水下机器人。


背景技术：

2.自主水下机器人(autonomousunderwater vehicle，auv)已经成为了人类进行水下研究和探索的重要平台。auv大多具有类似鱼雷的水动力学外形，采用螺旋桨推进器来产生推进力，利用多个控制面进行机动运动。采用这种设计机构的auv存在着推进效率低，机动性能差，对环境扰动大等缺点，因此极大地限制了auv在狭窄，复杂和动态环境中的应用。与人造水下潜器相比，鱼类和鲸豚类等海洋生物经过亿万年的自然选择和环境适应，进化出了集推进和机动运动于一体的推进机制，获得了非凡的水中运动能力，其游动的高效率，高机动性以及良好的隐蔽性都是auv所无法企及的。随着人类对鱼类游动机理认识的不断深入和相关技术的发展，近年来一种采用仿生推进机制的水下潜器应运而生。
3.机器鱼是一种利用鱼类游动机理实现推进的水下潜器，大多采用柔软的身体和摆动的尾鳍来产生推进力，如美国麻省理工学院的第一条机器鱼“robotuna”和后来的“robopike”，美国draper实验室的采用涡控制实现推进的自主水下机器人“vcuuv”，日本运输省船舶技术研究所的系列机器鱼，日本名古屋大学采用形状记忆合金推进的微型波动式水下机器人以及英国essex大学开发的各种机器鱼。为了实现防水密封，机器鱼大多采用整体密封方式，即以防水蒙皮包裹柔性尾部，并用密封胶粘接在刚性头部上的方式。整体密封方式可在一定程度上实现机器鱼的防水密封，但是具有密封性能差，游动效率低，上升下潜困难等缺点，严重地限制了机器鱼推进性能的提高。另外，以往的机器鱼都采用单一的尾鳍实现推进和转弯，然而自然界中的鱼类除了尾鳍，还具有胸鳍，背鳍，臀鳍，腹鳍等，它们在鱼类的推进，转弯，维持平衡，上升下潜，减速制动等方面起着重要的作用，研究各类鱼鳍的结构和功能，并采用人工的手段模拟复现鱼鳍的运动将大幅提高机器鱼的游动性能。以上两个方面是机器鱼投入实际应用的关键技术难题，灵活可靠的防水密封方式以及运动自如的仿鱼鳍机构在仿生机器鱼领域仍是空白，有待开发。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于，提供用于水中的电磁仿生摆动驱动装置，并简化制造难度与制造成本、操作灵活、运行方便。
5.本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案为：
6.一种微型仿生水下机器人，其特征在于，包括机身，以及至少一个与所述机身配合驱动的摆动件，所述机身包括外壳，所述外壳具备防水结构，所述外壳内部包括电磁驱动装置，所述摆动件在所述防水结构的外部与所述壳体活动连接，所述摆动件能够响应于所述电磁驱动装置实现摆动。
7.可选地，所述外壳上具有至少一个容纳所述摆动件的空腔结构，所述摆动件包括
摆动件本体和致动部，所述致动部活动连接于所述空腔结构内，所述空腔结构内具有磁场，空腔结构的外形与所述磁场共同限制所述致动部的活动范围。
8.可选地，所述摆动件的所述致动部的永磁体为圆柱形径向磁铁。
9.可选地，所述空腔结构具备将圆柱形结构横向插入的开口，并在空腔内形成供圆柱形结构由横向转动至竖直的空间。
10.可选地，所述机身底部包括多个电子触点，所述电子触点可以实现入水检测，并在所述微型仿生水下机器人入水后自动打开电源。
11.可选地，所述电磁驱动装置包括电池、电路板、固定支架以及至少一个电磁感应线圈和至少两个永磁体。
12.可选地，所述固定支架包括电磁感应线圈安装部、永磁体安装部、电路板安装部、充电模块安装部、电池安装部。
13.可选地，所述电磁感应线圈、永磁体、电路板、充电模块、电池采用卡接的方式安装于所述固定支架对应的位置。
14.可选地，所述电磁驱动装置永磁体为两个轴向充磁圆柱形磁铁，采用平行并列排布，其南北磁性的关系相反。
15.可选地，所述径向圆柱形磁铁采用一侧具有缺口的中空圆柱形结构，其中缺口的中心线与径向磁铁的磁极分割线重合，所述摆动件的摆动本体通过相匹配的形状固定于所述具有缺口的中空圆柱形结构内。
16.可选地，所述微型仿生水下机器人还包括充电模块，所述充电模块通过有线触点或者无线充电模块进行充电。
17.可选地，所述微型仿生水下机器人还包括收纳盒，所述收纳盒内部具有外形与所述微型仿生水下机器人外形相匹配的收纳空间，所述收纳盒包括蓄电池、充电接口、充电触点，所述收纳盒能够在所述微型仿生水下机器人收纳时通过内置的蓄电池对所述微型仿生水下机器人进行充电。
18.可选地，所述收纳盒还包括遥控模块，收纳盒外壳上具有遥控操作区。
19.有益效果：本实用新型的驱动结构具有以下有益效果：
20.1、本实用新型将微型仿生仿生水下机器人的收纳盒与遥控器合二为一，增强了可操控性，收纳盒具备蓄电池，增加了机器人的续航；
21.2、相对于电机驱动，本实用新型采用电磁驱动具有驱动结构可小型化、重量轻、功耗低，加工制造难度低，成本低廉等优点；
22.3、相对于接触式的电磁驱动结构，本实用新型创新性地将摆动件与电磁驱动结构在机械连接关系上实现了隔离，摆动件无需穿设于电磁驱动装置内部，这样整个电磁驱动部件的可以安置于一个整体的防水结构内，无需针对摆动件的驱动部分进行防水处理，进一步降低了生产加工的难度，降低了成本，更容易制造推广。由于本实用新型的电磁驱动结构仅需要一个整体的防水结构将电磁驱动部纳入其中，摆动件的连接不会穿设防水结构，防水的可靠性高，不用管担心活动部件导致防水结构失效的问题；
23.4、通过多合一固定支架的设计，将主要部件采用卡接的方式进行装配，降低了生产加工的难度。
附图说明
24.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本实用新型实施例提供的一种微型仿生水下机器人与收纳盒的三维结构示意图。
26.图2为本实用新型实施例提供的一种微型仿生水下机器人三维示意图。
27.图3为本实用新型实施例提供的一种微型仿生水下机器人电磁驱动结构三维示意图。
28.图4为本实用新型实施例提供的一种微型仿生水下机器人的固定支架三维示意图。
29.图5为本实用新型实施例提供的一种微型仿生水下机器人的剖面二维结构示意图。
30.图6为本实用新型实施例提供的一种微型仿生水下机器人的空腔结构以及可替换尾鳍示意图。
31.附图标记：1
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收纳盒，2
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微型仿生水下机器人，3
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机身，4
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摆动件，5
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电子触点，6
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电磁感应线圈，7
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防水结构，8
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固定支架，9
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致动部，10
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摆动件接头，11
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摆动件本体，12
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第一永磁体，13
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第二永磁体，14
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电磁感应线圈安装部，15
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永磁体安装部，16
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电路板安装部，17
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电池安装部，18
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充电模块安装部，19
‑
空腔结构。
具体实施方式
32.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
33.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
34.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
35.此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本实用新型的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出
另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
36.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
37.应当理解的是，本实用新型能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本实用新型的范围完全地传递给本领域技术人员。
38.为了彻底理解本实用新型，将在下列的描述中提出详细的结构，以便阐释本实用新型提出的技术方案。本实用新型的可选实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式。
39.图1为本实用新型实施例提供的一种微型仿生水下机器人与收纳盒的三维结构示意图，如图1所示，该微型仿生水下机器人2包括收纳壳体1，在一些实施例中，所述收纳盒内部具有外形与所述微型仿生水下机器人外形相匹配的收纳空间，所述收纳盒包括蓄电池，所述收纳盒能够在所述微型仿生水下机器人收纳时通过内置的蓄电池对所述微型仿生水下机器人进行充电。在一些实施例中，所述收纳盒还包括遥控模块，收纳盒外壳上具有遥控操作区。通过收纳壳体上的遥控操作趣，用户可以控制所述微型仿生水下机器人进行前进、左右转弯、加减速等操作。
40.图2为本实用新型实施例提供的一种微型仿生水下机器人三维示意图；微型仿生水下机器人包括机身3、摆动件4，所述机身3底部包括多个电子触点5，所述电子触点5可以实现入水检测，并在所述微型仿生水下机器人入水后自动打开电源。
41.图3为本实用新型实施例提供的一种微型仿生水下机器人的剖面二维结构示意图；如图3所示，机身3包括外壳，所述外壳具备防水结构7，所述外壳内部包括电磁驱动装置，所述摆动件4在所述防水结构的外部与所述壳体活动连接，所述摆动件4能够响应于所述电磁驱动装置实现摆动。所述外壳上具有至少一个容纳所述摆动件的空腔结构19，所述摆动件4包括摆动件本体11和致动部9，所述致动部9活动连接于所述空腔结构19内，所述空腔结构19内具有磁场，空腔结构19的外形与所述磁场共同限制所述致动部的9活动范围。在一些实施例中，摆动件相当于仿生鱼的尾鳍结构，所述摆动件4的所述致动部9为圆柱形径向磁铁，所述径向圆柱形磁铁采用一侧具有缺口的中空圆柱形结构，其中缺口的中心线与径向磁铁的磁极分割线重合，所述摆动件的摆动本体通过相匹配的形状的摆动件接头10固定于所述具有缺口的中空圆柱形结构内。如图3所示，所述空腔结构19位于所述防水结构7的外侧，整个摆动件4包括致动部9在内均在所述防水结构7外部，不再需要对摆动件4做防水密封处理。
42.图4为本实用新型实施例提供的一种微型仿生水下机器人电磁驱动结构三维示意图；所述电磁驱动装置包括电池、电路板、固定支架以及至少一个电磁感应线圈和至少两个永磁体。在一些实施例中，所述电磁线圈6内部包括第一永磁体12以及第二永磁体13，第一
永磁体12以及第二永磁体13可以采用厚度充磁，径向充磁铁、轴向充磁、轴向多级充磁或周向充磁的方式加工制造；作为优选，所述第一永磁体12以及第二永磁体13采用轴向圆柱形磁铁。作为优选，所述第一永磁体12以及第二永磁体13采用平行并列排布，其南北磁性的关系相反。这样当致动部9径向充磁的永磁体靠近所述第一永磁体12以及第二永磁体13时，磁场相互作用会将致动部9吸附与所述第一永磁体12以及第二永磁体13，进而实现摆动件4的连接。
43.图5为本实用新型实施例提供的一种微型仿生水下机器人的固定支架三维示意图；为了简化本实用新型提供的微型仿生水下机器人的装配难度，壳体内的零部件采用多合一固定支架装配连接，所述固定支架8包括电磁感应线圈安装部14、永磁体安装部15、电路板安装部16、充电模块安装部18、电池安装部17。所述电磁感应线圈、永磁体、电路板、充电模块、电池采用卡接的方式安装于所述固定支架对应的位置。
44.图6为本实用新型实施例提供的一种微型仿生水下机器人的空腔结构以及可替换尾鳍示意图。为了方便摆动件与机身的连接，所述空腔结构具备将圆柱形结构横向插入的开口，并在空腔内形成供圆柱形结构由横向转动至竖直的空间。摆动件的形状可以根据不同类的仿生结构进行模仿。通过上述磁性连接结构实现快速的更换不同的摆动件。
45.尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本实用新型的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本实用新型的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本实用新型的范围之内。
46.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。
47.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个设备，或一些特征可以忽略。
48.在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
49.类似地，应当理解，为了精简本实用新型并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本实用新型的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其实用新型点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。
50.本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的替代特征来代替。
51.此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
52.应该注意的是上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。