專利名稱：一種具有兩級(jí)自由度鰭肢機(jī)構(gòu)的仿生機(jī)器海龜?shù)闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水下仿生機(jī)器海龜，特別是關(guān)于一種具有兩級(jí)自由度鰭肢機(jī)構(gòu)的仿生機(jī)器海龜。
背景技術(shù)：
經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年的自然選擇，特別是遺傳和變異，自然界孕育了各種各樣的生物。在漫長(zhǎng)的進(jìn)化過(guò)程中，生物種群為適應(yīng)環(huán)境已經(jīng)形成了從感知方式、執(zhí)行方式、控制方式到信息處理、行為決策、組織協(xié)調(diào)等多方面的優(yōu)勢(shì)和長(zhǎng)處。長(zhǎng)久以來(lái)，自然界中動(dòng)物游泳的運(yùn)動(dòng)學(xué)和水動(dòng)力學(xué)的研究表明人造水下航行器的性能在效率和機(jī)動(dòng)性上都比較落后。在水下航行器的研究領(lǐng)域中，最具代表性的是由螺旋槳推進(jìn)的高度流線型的身體。采用這種設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的自主水下機(jī)器人(AutonomousUnderwater Vehicle，AUV)存在著推進(jìn)效率低，機(jī)動(dòng)性能差，對(duì)環(huán)境擾動(dòng)大等缺點(diǎn)，因此極大地限制了AUV在狹窄、復(fù)雜和動(dòng)態(tài)環(huán)境中的應(yīng)用。在研究仿水下動(dòng)物游動(dòng)的水動(dòng)力學(xué)特性方面，如何使水下航行器在不犧牲效率的情況下，具有在動(dòng)態(tài)復(fù)雜環(huán)境中靈活機(jī)動(dòng)的能力，是航行器能夠廣泛應(yīng)用于新的科學(xué)研究、商業(yè)和軍事等用途上的關(guān)鍵問(wèn)題。
仿生技術(shù)在水下機(jī)器人上的應(yīng)用已成為水下機(jī)器人領(lǐng)域的重要研究方向，將模擬水生魚類和鯨豚類的仿生擺尾推進(jìn)方式，應(yīng)用于水下無(wú)人探測(cè)器的可行性已得到了初步的驗(yàn)證，隨著水下仿生領(lǐng)域的不斷深入研究，其它水生或水陸兩生動(dòng)物如海龜，企鵝等引起了人們的關(guān)注。海龜作為常見的水陸兩生動(dòng)物，具有高超的游動(dòng)技能，通過(guò)兩對(duì)鰭狀肢的協(xié)調(diào)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)水中推進(jìn)和機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。其寬大并富有彈性的前鰭肢具有兩個(gè)關(guān)節(jié)，主要實(shí)現(xiàn)劃水運(yùn)動(dòng)，而窄小的后鰭肢則在轉(zhuǎn)彎中起到舵的作用。近年來(lái)，各式各樣的基于鰭肢仿生推進(jìn)的水下機(jī)器人被研制出來(lái)，如麻省理工大學(xué)(MIT)的Stephen Licht等人設(shè)計(jì)并研制了基于四拍動(dòng)翼的仿生推進(jìn)機(jī)器，實(shí)現(xiàn)單一胸鰭推進(jìn)模式的運(yùn)動(dòng)學(xué)與水動(dòng)力學(xué)以及推進(jìn)效率的分析；加拿大的Vassar College研制的四鰭機(jī)器人Madeleine，每個(gè)鰭肢僅有一個(gè)自由度，可以實(shí)現(xiàn)上升、下潛、側(cè)滾等復(fù)雜運(yùn)動(dòng)；西班牙的Girona大學(xué)研制的水下機(jī)器智能系統(tǒng)URIS，采用均勻分布的四螺旋槳推進(jìn)方式，可以實(shí)現(xiàn)上升、下潛運(yùn)動(dòng)。
受海龜游動(dòng)模式的啟發(fā)，借鑒海龜前鰭肢的運(yùn)動(dòng)方式，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)在水中可自由進(jìn)行前后左右轉(zhuǎn)彎、上升下潛以及側(cè)滾等任意方向上的推進(jìn)和機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的仿生機(jī)器海龜仍然有待開發(fā)。目前這種具有兩級(jí)自由度鰭肢并可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜三維運(yùn)動(dòng)的基于仿生推進(jìn)的機(jī)器海龜在水下機(jī)器人領(lǐng)域還是一片空白。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種穩(wěn)定可靠，運(yùn)動(dòng)靈活，機(jī)動(dòng)性好的具有兩級(jí)自由度鰭肢機(jī)構(gòu)的仿生機(jī)器海龜。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種具有兩級(jí)自由度鰭肢機(jī)構(gòu)的仿生機(jī)器海龜，其特征在于它包括主艙體模塊，擺動(dòng)連接在所述主艙體模塊周向的四個(gè)鰭肢驅(qū)動(dòng)模塊，每個(gè)所述鰭肢驅(qū)動(dòng)模塊上轉(zhuǎn)動(dòng)連接一翼形鰭肢片，所述擺動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)連接部位采用動(dòng)密封機(jī)構(gòu)；所述主艙體模塊包括一整體密封的外殼，所述外殼的上、下對(duì)應(yīng)設(shè)置有四對(duì)軸承座，每一上面的所述軸承座通過(guò)一軸承連接一上支撐軸，每一下面的所述軸承座通過(guò)一軸承連接一下支撐軸；每一所述上支撐軸的底部留有連接端，頂部密封一壓蓋，每一所述下支撐軸上下均留有連接端；所述殼體內(nèi)設(shè)置有無(wú)線通信模塊、天線、控制電路板、電源和四臺(tái)伺服電機(jī)，每臺(tái)所述伺服電機(jī)的輸出軸均連接一主動(dòng)齒輪，所述主動(dòng)齒輪嚙合一從動(dòng)齒輪，所述從動(dòng)齒輪的中心固定連接所述下支撐軸的下連接端；每一所述鰭肢驅(qū)動(dòng)模塊包括一密封連接在一起的上、下兩殼體，所述殼體的兩側(cè)分別固定連接在所述上、下兩支撐軸的下、上連接端；所述殼體內(nèi)設(shè)置有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸連接一大齒輪，所述大齒輪嚙合一小齒輪，所述小齒輪中心固定連接一鰭肢驅(qū)動(dòng)軸，所述鰭肢驅(qū)動(dòng)軸固定連接所述翼形鰭肢片。
所述整體密封的外殼包括依次連接的球冠狀的頂蓋，密封粘接在所述頂蓋底部的套圈，通過(guò)O型密封圈和螺釘與所述套圈靜密封連接的上環(huán)蓋，密封粘接在所述上環(huán)蓋底部的圓柱形的殼體，密封粘接在所述殼體底部的底蓋，在所述上環(huán)蓋和底蓋的四周對(duì)應(yīng)設(shè)置有四對(duì)半圓環(huán)，每個(gè)所述半圓環(huán)的末端設(shè)置一上下同軸心的用于安裝軸承的通孔。
所述頂蓋、殼體均采用透明有機(jī)玻璃材料制成；所述套圈、上環(huán)蓋和底蓋均采用輕質(zhì)鋁合金材料制成；所述鰭肢驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)的大、小齒輪的傳動(dòng)比為1∶2。
所述動(dòng)密封機(jī)構(gòu)包括軸承壓蓋、黃油區(qū)、軸承槽；所述軸承壓蓋與軸承槽中分別設(shè)置有一軸承，所述兩軸承之間的黃油區(qū)設(shè)置有黃油層，所述黃油層的軸向長(zhǎng)度至少為8mm。
所述控制電路板采用ARM7TDMI核的微控制器AT91SAM7A3為核心，通過(guò)串口接收來(lái)自所述無(wú)線通信模塊的上位機(jī)命令，對(duì)命令進(jìn)行解釋并產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，對(duì)各所述伺服電機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制；所述無(wú)線通信模塊通過(guò)露出并密封連接在所述頂蓋上的所述天線懸掛在所述頂蓋上部中央，負(fù)責(zé)與上位機(jī)的無(wú)線射頻通信。
采用四節(jié)1.2V/2500mAh鎳氫電池作為控制電源，采用五節(jié)1.2V/2500mAh鎳氫電池作為動(dòng)力電源。
每一所述鰭肢驅(qū)動(dòng)模塊的上殼體表面設(shè)置有一透明有機(jī)玻璃制成的透視窗。
所述主艙體模塊內(nèi)的四臺(tái)伺服電機(jī)選用高速大扭矩電機(jī)FUTABA S9451，所述鰭肢驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)的四臺(tái)伺服電機(jī)采用Hitec公司的型號(hào)為HSR-5995TG的高速大扭矩動(dòng)力電機(jī)。
本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、主艙體模塊采用由多個(gè)部件密封連接的外殼，且將鰭肢驅(qū)動(dòng)模塊安放于殼體四周呈90度間隔對(duì)稱分布，因此通過(guò)八個(gè)電機(jī)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，在機(jī)器海龜主艙體模塊不轉(zhuǎn)動(dòng)任何角度的情況下，可實(shí)現(xiàn)在任意方向上的推進(jìn)和機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。2、由于鰭肢驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)采用了大小齒輪的嚙合機(jī)構(gòu)，提高了輸出軸的角速度和轉(zhuǎn)動(dòng)范圍，通過(guò)控制四個(gè)翼形鰭肢片驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)的不同相位關(guān)系，可使機(jī)器海龜完成前后左右轉(zhuǎn)彎、上升下潛以及側(cè)滾等任意方向上的推進(jìn)和機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。3、本發(fā)明采用第二級(jí)自由度模塊化驅(qū)動(dòng)思想設(shè)計(jì)機(jī)器海龜，將機(jī)器海龜鰭肢驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)為四個(gè)獨(dú)立密封防水的模塊，單個(gè)模塊的泄漏不會(huì)影響其它的模塊，可從單個(gè)獨(dú)立的模塊著手進(jìn)行維修，使機(jī)器海龜?shù)木S護(hù)方便快捷，提高了機(jī)器海龜?shù)目煽啃浴?、主艙體模塊的套圈與上環(huán)蓋之間的連接處使用了O型密封圈和多個(gè)螺釘壓O型密封圈的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)靜密封，不但便于拆卸，而且防水效果較好。5、本發(fā)明中將主艙體模塊的頂蓋、殼體和鰭肢驅(qū)動(dòng)模塊的透視窗均使用透明有機(jī)玻璃材料，因此可以方便觀察漏水情況。6、本發(fā)明將鰭肢驅(qū)動(dòng)模塊的上、下殼體外表面連接處設(shè)置成完整半圓弧面和同心連接的不完整半圓弧面的結(jié)合，因此使驅(qū)動(dòng)模塊之間的配合緊密，最大限度地降低了結(jié)構(gòu)對(duì)水產(chǎn)生的阻力。7、本發(fā)明提供的動(dòng)密封裝置，通過(guò)黃油層密封，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，阻力小。本發(fā)明提供的仿生機(jī)器海龜穩(wěn)定可靠，運(yùn)動(dòng)靈活，機(jī)動(dòng)性很好，可以廣泛用于水下探測(cè)，海洋資源開發(fā)等各領(lǐng)域中。


圖1是本發(fā)明立體結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明主艙體模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意3是本發(fā)明下部立體結(jié)構(gòu)示意4是本發(fā)明主艙體模塊與鰭肢驅(qū)動(dòng)模塊連接處半剖立體結(jié)構(gòu)示意5是本發(fā)明鰭肢驅(qū)動(dòng)模塊半剖立體結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
如圖1所示，本發(fā)明包括一機(jī)器海龜主艙體模塊1，擺動(dòng)連接在主艙體模塊1周向、結(jié)構(gòu)兩兩對(duì)稱的四個(gè)鰭肢驅(qū)動(dòng)模塊2，每個(gè)鰭肢驅(qū)動(dòng)模塊2上轉(zhuǎn)動(dòng)連接一翼形鰭肢片3，在各擺動(dòng)連接和轉(zhuǎn)動(dòng)連接的動(dòng)力輸出部位分別設(shè)置有動(dòng)密封機(jī)構(gòu)。
如圖1、圖2所示，本發(fā)明的主艙體模塊1包括由透明有機(jī)玻璃制成的球冠狀頂蓋101和圓柱型殼體102，輕質(zhì)鋁合金制成的套圈103、上環(huán)蓋104和底蓋105。頂蓋101與套圈103通過(guò)防水密封膠粘結(jié)在一起，殼體102通過(guò)防水密封膠分別與上環(huán)蓋104和底蓋105粘結(jié)在一起，套圈103通過(guò)螺釘107和O型密封圈106與上環(huán)蓋104靜密封連接在一起，從而形成一整體密封的外殼。上環(huán)蓋104和底蓋105的四周分別設(shè)置有四個(gè)半圓環(huán)108，在每個(gè)半圓環(huán)108的末端形成一軸承座109，上、下軸承座109保持同軸心。
在主艙體模塊1的殼體102內(nèi)部裝有無(wú)線通信模塊110，天線111，控制電路板112，分別帶動(dòng)四個(gè)鰭肢驅(qū)動(dòng)模塊2實(shí)現(xiàn)前后向劃水運(yùn)動(dòng)的四個(gè)伺服電機(jī)113，提供動(dòng)力電源的電池組114和提供控制電源的電池組115，兩組電池114、115相互獨(dú)立。伺服電機(jī)113通過(guò)螺釘固定在電機(jī)架116上，電機(jī)架116通過(guò)螺釘固定在底蓋105上。電池組114、115也設(shè)置在電機(jī)架116上，電路板112固定在四個(gè)支撐柱117頂部。上述控制電路板112是機(jī)器海龜?shù)目刂坪诵?，可以采用流行的ARM7TDMI核的微控制器AT91SAM7A3為核心，通過(guò)串口接收來(lái)自無(wú)線通信模塊110的上位機(jī)命令，對(duì)命令進(jìn)行解釋并產(chǎn)生PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)，完成電機(jī)的伺服運(yùn)動(dòng)控制。無(wú)線通信模塊110通過(guò)露出并密封在頂蓋101的天線111懸掛在主艙體模塊1的頂蓋101上部中央，負(fù)責(zé)完成機(jī)器海龜與上位機(jī)的無(wú)線射頻通信。
如圖3、圖4所示，在主艙體模塊1的底蓋105上設(shè)置有四個(gè)鰭肢驅(qū)動(dòng)模塊2電源信號(hào)線進(jìn)線孔118，在底蓋105的中央設(shè)置一通過(guò)O型密封圈和螺釘實(shí)現(xiàn)靜密封的底壓蓋119，底壓蓋119上通過(guò)防水密封膠安裝有防水電源開關(guān)120和充電插頭121、122，兩充電插頭121、122一個(gè)連接動(dòng)力電源的電池114，另一個(gè)連接控制電源的電池115。殼體102內(nèi)的每個(gè)伺服電機(jī)113的輸出軸123分別通過(guò)動(dòng)密封機(jī)構(gòu)帶動(dòng)一個(gè)主動(dòng)齒輪124，每一個(gè)主動(dòng)齒輪124通過(guò)一個(gè)與之嚙合的從動(dòng)齒輪125帶動(dòng)一個(gè)鰭肢驅(qū)動(dòng)模塊2，以實(shí)現(xiàn)鰭肢前后向劃水運(yùn)動(dòng)的第一級(jí)自由度。動(dòng)密封機(jī)構(gòu)包括軸承壓蓋126、黃油區(qū)127、軸承槽128，軸承壓蓋126與軸承槽128中分別安放一個(gè)軸承，兩軸承之間為黃油層127，為了保證可靠的密封，要求黃油層的軸向長(zhǎng)度至少為8mm。
如圖5所示，每一鰭肢驅(qū)動(dòng)模塊2包括一上、下殼體201、202，下殼體202的外表面呈完整半圓弧面，上殼體201外圓周與下殼體202同心，但呈不完整半圓弧面。在上、下殼體201、202之間的連接處設(shè)有O圈密封圈203，并通過(guò)螺釘壓緊實(shí)現(xiàn)靜密封。上殼體201表面嵌有透明有機(jī)玻璃制成的透視窗204，可以觀察內(nèi)部漏水情況。在下殼體202內(nèi)通過(guò)支架205設(shè)置一驅(qū)動(dòng)電機(jī)206，驅(qū)動(dòng)電機(jī)206通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)一大齒輪207轉(zhuǎn)動(dòng)，大齒輪207與小齒輪208嚙合，小齒輪208通過(guò)鍵連接帶動(dòng)一鰭肢驅(qū)動(dòng)軸209，鰭肢驅(qū)動(dòng)軸209通過(guò)位于上殼體的動(dòng)密封機(jī)構(gòu)后，與翼形鰭肢片3連接并驅(qū)動(dòng)鰭肢作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了鰭肢的第二級(jí)自由度。本發(fā)明為了使機(jī)器海龜?shù)囊硇析捴?在任意中心位置的周圍都可以擺動(dòng)，采取大、小齒輪207、208的傳動(dòng)比選為1∶2，使大齒輪207在驅(qū)動(dòng)電機(jī)206帶動(dòng)下在180°(普通電機(jī)一般都有限位，只能在180°(±90°)的范圍內(nèi)擺動(dòng)輸出)范圍內(nèi)擺動(dòng)時(shí)，翼形鰭肢片3卻可以在小齒輪208驅(qū)動(dòng)的鰭肢驅(qū)動(dòng)軸209的帶動(dòng)下繞軸360°旋轉(zhuǎn)。
輸出軸209的動(dòng)密封機(jī)構(gòu)由軸承壓蓋210、黃油區(qū)211、軸承槽212構(gòu)成，軸承壓蓋210與軸承槽212中分別安放有軸承，其間為黃油層211，為保證可靠的密封，要求黃油層的軸向長(zhǎng)度至少為8mm。在下殼體202的一端設(shè)置有出線孔213，驅(qū)動(dòng)電機(jī)206的電源信號(hào)線由此引出，并穿過(guò)主艙體模塊底蓋105上的進(jìn)線孔118與主艙體模塊1的控制電路板112連接。進(jìn)線孔118和出線孔213分別通過(guò)防水密封膠與電源信號(hào)線粘在一起。鰭肢驅(qū)動(dòng)模塊2的鰭肢驅(qū)動(dòng)軸209下端通過(guò)軸承在軸承座214中轉(zhuǎn)動(dòng)，軸承座214通過(guò)螺釘固定在上殼體201內(nèi)。
如圖4、圖5所示，設(shè)置在主艙體模塊1的殼體102內(nèi)的四臺(tái)伺服電機(jī)113，每一臺(tái)伺服電機(jī)113的輸出端連接一主動(dòng)齒輪124，主動(dòng)齒輪124帶動(dòng)一從動(dòng)齒輪125轉(zhuǎn)動(dòng)，將一下支撐軸129通過(guò)頂絲130固定連接在從動(dòng)齒輪125的中心，下支撐軸129穿過(guò)設(shè)置在底蓋105上的軸承座109內(nèi)的軸承，固定連接在鰭肢驅(qū)動(dòng)模塊2的下殼體202的支撐軸孔216內(nèi)。將一上支撐軸131通過(guò)一軸承轉(zhuǎn)動(dòng)連接在上環(huán)蓋104上的軸承座109內(nèi)，將上支撐軸131的下端固定連接在與支撐軸孔216相對(duì)的另一側(cè)支撐軸孔215中，在上支撐軸131頂部固定一壓蓋132。
上述實(shí)施例中，主艙體模塊內(nèi)的四個(gè)伺服電機(jī)113可以選用了高速大扭矩電機(jī)FUTABA S9451，鰭肢驅(qū)動(dòng)模塊2內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)206可以采用Hitec公司的型號(hào)為HSR-5995TG的高速大扭矩動(dòng)力電機(jī)。
上述實(shí)施例中，各部件的結(jié)構(gòu)、形狀和連接都是可以變化的，某些部件的采用和位置的設(shè)置也是可以變化的，本發(fā)明不應(yīng)受到上述各實(shí)施例的限制，凡根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案不用創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以得出部件的更換和改進(jìn)，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有兩級(jí)自由度鰭肢機(jī)構(gòu)的仿生機(jī)器海龜，其特征在于它包括主艙體模塊，擺動(dòng)連接在所述主艙體模塊周向的四個(gè)鰭肢驅(qū)動(dòng)模塊，每個(gè)所述鰭肢驅(qū)動(dòng)模塊上轉(zhuǎn)動(dòng)連接一翼形鰭肢片，所述擺動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)連接部位采用動(dòng)密封機(jī)構(gòu)；所述主艙體模塊包括一整體密封的外殼，所述外殼的上、下對(duì)應(yīng)設(shè)置有四對(duì)軸承座，每一上面的所述軸承座通過(guò)一軸承連接一上支撐軸，每一下面的所述軸承座通過(guò)一軸承連接一下支撐軸；每一所述上支撐軸的底部留有連接端，頂部密封一壓蓋，每一所述下支撐軸上下均留有連接端；所述殼體內(nèi)設(shè)置有無(wú)線通信模塊、天線、控制電路板、電源和四臺(tái)伺服電機(jī)，每臺(tái)所述伺服電機(jī)的輸出軸均連接一主動(dòng)齒輪，所述主動(dòng)齒輪嚙合一從動(dòng)齒輪，所述從動(dòng)齒輪的中心固定連接所述下支撐軸的下連接端；每一所述鰭肢驅(qū)動(dòng)模塊包括一密封連接在一起的上、下兩殼體，所述殼體的兩側(cè)分別固定連接在所述上、下兩支撐軸的下、上連接端；所述殼體內(nèi)設(shè)置有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸連接一大齒輪，所述大齒輪嚙合一小齒輪，所述小齒輪中心固定連接一鰭肢驅(qū)動(dòng)軸，所述鰭肢驅(qū)動(dòng)軸固定連接所述翼形鰭肢片。
2.如權(quán)利要求1所述的一種具有兩級(jí)自由度鰭肢機(jī)構(gòu)的仿生機(jī)器海龜，其特征在于所述整體密封的外殼包括依次連接的球冠狀的頂蓋，密封粘接在所述頂蓋底部的套圈，通過(guò)O型密封圈和螺釘與所述套圈靜密封連接的上環(huán)蓋，密封粘接在所述上環(huán)蓋底部的圓柱形的殼體，密封粘接在所述殼體底部的底蓋，在所述上環(huán)蓋和底蓋的四周對(duì)應(yīng)設(shè)置有四對(duì)半圓環(huán)，每個(gè)所述半圓環(huán)的末端設(shè)置一上下同軸心的用于安裝軸承的通孔。
3.如權(quán)利要求2所述的一種具有兩級(jí)自由度鰭肢機(jī)構(gòu)的仿生機(jī)器海龜，其特征在于所述頂蓋、殼體均采用透明有機(jī)玻璃材料制成；所述套圈、上環(huán)蓋和底蓋均采用輕質(zhì)鋁合金材料制成；
4.如權(quán)利要求1所述的一種具有兩級(jí)自由度鰭肢機(jī)構(gòu)的仿生機(jī)器海龜，其特征在于所述鰭肢驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)的大、小齒輪的傳動(dòng)比為1∶2。
5.如權(quán)利要求2所述的一種具有兩級(jí)自由度鰭肢機(jī)構(gòu)的仿生機(jī)器海龜，其特征在于所述鰭肢驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)的大、小齒輪的傳動(dòng)比為1∶2。
6.如權(quán)利要求3所述的一種具有兩級(jí)自由度鰭肢機(jī)構(gòu)的仿生機(jī)器海龜，其特征在于所述鰭肢驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)的大、小齒輪的傳動(dòng)比為1∶2。
7.如權(quán)利要求1或2或3或4或5或6所述的一種具有兩級(jí)自由度鰭肢機(jī)構(gòu)的仿生機(jī)器海龜，其特征在于所述動(dòng)密封機(jī)構(gòu)包括軸承壓蓋、黃油區(qū)、軸承槽；所述軸承壓蓋與軸承槽中分別設(shè)置有一軸承，所述兩軸承之間的黃油區(qū)設(shè)置有黃油層，所述黃油層的軸向長(zhǎng)度至少為8mm。
8.如權(quán)利要求1或2或3或4或5或6所述的一種具有兩級(jí)自由度鰭肢機(jī)構(gòu)的仿生機(jī)器海龜，其特征在于所述控制電路板采用ARM7TDMI核的微控制器AT91SAM7A3為核心，通過(guò)串口接收來(lái)自所述無(wú)線通信模塊的上位機(jī)命令，對(duì)命令進(jìn)行解釋并產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，對(duì)各所述伺服電機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制；所述無(wú)線通信模塊通過(guò)露出并密封連接在所述頂蓋上的所述天線懸掛在所述頂蓋上部中央，負(fù)責(zé)與上位機(jī)的無(wú)線射頻通信。
9.如權(quán)利要求7所述的一種具有兩級(jí)自由度鰭肢機(jī)構(gòu)的仿生機(jī)器海龜，其特征在于所述控制電路板采用ARM7TDMI核的微控制器AT91SAM7A3為核心，通過(guò)串口接收來(lái)自所述無(wú)線通信模塊的上位機(jī)命令，對(duì)命令進(jìn)行解釋并產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，對(duì)各所述伺服電機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制；所述無(wú)線通信模塊通過(guò)露出并密封連接在所述頂蓋上的所述天線懸掛在所述頂蓋上部中央，負(fù)責(zé)與上位機(jī)的無(wú)線射頻通信。
10.如權(quán)利要求1或2或3或4或5或6所述的一種具有兩級(jí)自由度鰭肢機(jī)構(gòu)的仿生機(jī)器海龜，其特征在于采用四節(jié)1.2V/2500mAh鎳氫電池作為控制電源，采用五節(jié)1.2V/2500mAh鎳氫電池作為動(dòng)力電源。
11.如權(quán)利要求7所述的一種具有兩級(jí)自由度鰭肢機(jī)構(gòu)的仿生機(jī)器海龜，其特征在于采用四節(jié)1.2V/2500mAh鎳氫電池作為控制電源，采用五節(jié)1.2V/2500mAh鎳氫電池作為動(dòng)力電源。
12.如權(quán)利要求8所述的一種具有兩級(jí)自由度鰭肢機(jī)構(gòu)的仿生機(jī)器海龜，其特征在于采用四節(jié)1.2V/2500mAh鎳氫電池作為控制電源，采用五節(jié)1.2V/2500mAh鎳氫電池作為動(dòng)力電源。
13如權(quán)利要求1～12所述的一種具有兩級(jí)自由度鰭肢機(jī)構(gòu)的仿生機(jī)器海龜，其特征在于每一所述鰭肢驅(qū)動(dòng)模塊的上殼體表面設(shè)置有一透明有機(jī)玻璃制成的透視窗。
14.如權(quán)利要求1～13所述的一種具有兩級(jí)自由度鰭肢機(jī)構(gòu)的仿生機(jī)器海龜，其特征在于所述主艙體模塊內(nèi)的四臺(tái)伺服電機(jī)選用高速大扭矩電機(jī)FUTABAS9451，所述鰭肢驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)的四臺(tái)伺服電機(jī)采用Hitec公司的型號(hào)為HSR-5995TG的高速大扭矩動(dòng)力電機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有兩級(jí)自由度鰭肢機(jī)構(gòu)的仿生機(jī)器海龜，其特征在于它包括主艙體模塊，擺動(dòng)連接在所述主艙體模塊周向的四個(gè)鰭肢驅(qū)動(dòng)模塊，每個(gè)所述鰭肢驅(qū)動(dòng)模塊上轉(zhuǎn)動(dòng)連接一翼形鰭肢片，所述擺動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)連接部位采用動(dòng)密封機(jī)構(gòu)。本發(fā)明在主艙體模塊采用由多個(gè)部件密封連接的外殼，且將鰭肢驅(qū)動(dòng)模塊兩兩對(duì)稱分布于殼體四周，通過(guò)設(shè)置在主艙體模塊內(nèi)的伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)海龜鰭肢前后向劃水運(yùn)動(dòng)的第一級(jí)自由度，通過(guò)設(shè)置在鰭肢驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)鰭肢片實(shí)現(xiàn)了海龜鰭肢的第二級(jí)自由度，本發(fā)明的仿生機(jī)器海龜穩(wěn)定可靠，運(yùn)動(dòng)靈活，機(jī)動(dòng)性好，可以實(shí)現(xiàn)在任意方向上的推進(jìn)和機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)B63H1/36GK101016081SQ20071006413
公開日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2007年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月1日
發(fā)明者趙惟, 王龍, 胡永輝, 張樂(lè), 王 琦, 謝廣明 申請(qǐng)人:北京大學(xué)