[发明专利]变胞可膨胀平衡潜器装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于超小型水下机器人的变胞可膨胀平衡潜器装置。 

技术背景

由于机器人在水下运动时，处于三维空间，在其姿态调整，遇到不稳定环境，如湍急水流，风浪，而对于有机械手的水下机器人，当机械手抓取负载时，由于反作用力的影响，机器人很容易失去平衡而影响其水下操作，以往的研究是通过推进器或舵翼来实现机器人的姿态调整和平衡，但其控制系统十分复杂，调整时间长，而且通常需要人工干预，无法做到实时可调。 

传统的机构学理论是基于固定数目的构件和运动副，机构只有固定的自由度。变胞机构是基于机构的自我组合和自我重构，与只有固定数目构件和固定自由度的传统机构相比，变胞机构具有可变自由度和可变构件数目。变胞机构是近年来学者提出的重要概念，其定义为，在机构连续运行中，由有效杆件数目或运动副类型和几何关系变化引起机构的拓扑变化，并导致机构活动度变化；在机构连续运行中，至少有一次活动度变化，并在活动度变化后，机构仍保持运行。 

变胞机构是一种在不同阶段呈现不同自由度和构件数目的新型机构，柔性的变胞机构更具有灵活，可变形的良好性能，因而将变胞机构应用于水下机器人，实现机器人的自主平衡，将具有很好的研究价值和现实意义。 

发明内容

本发明的目的是提出一种变胞可膨胀平衡潜器装置，它能根据水下机器人受到的外界干扰情况向弹性气囊中充气和抽气，实现弹性气囊的膨胀和收缩，转移气体的位置，从而改变水下机器人局部受浮力大小，产生不同力矩，抵抗外界环境的冲击干扰，实现水下机器人的自主平衡。 

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现： 

一种变胞可膨胀平衡潜器装置，包括气筒机构、四根伸缩杆、变胞滑块机构、伞形机构、弹性气囊，气筒机构由气筒，活塞，活塞推杆、上下气筒盖构成，上下气筒盖分别固定在气筒的两端，活塞安装在气筒内，可在气筒内上下滑动，活塞推杆一端固定于活塞上，另一端穿过下气筒盖与驱动装置-曲柄滑块机构连接；四根可伸缩杆分别由一根支管和一根细长杆构成，类似“钓鱼杆”结构，支管一端开有四个均匀分布的小槽，便于气体流通，细长杆可在支管内相对运动，当伸缩杆伸长到最大长度时，细长杆和支管之间能传递拉力；变胞滑块机构由上下滑块、主轴、弹簧和四根弧形杆构成，四根弧形杆两两铰链连接形成两对弧形连杆，两对弧形连杆两端分别与上下滑块形成铰链连接，呈180度对称分布，上下滑块安装在主轴上，均可沿主轴上下滑动，弹簧套在主轴上，自由放置于上下滑块之间；伞形机构由限位块、四根弧形撑杆和四根连杆构成，四根弧形撑杆一端与限位块铰链连接，呈90度均匀布置，四根连杆各自与一根弧形杆铰链连接，构成伞骨架形结构；弹性气囊覆盖于四根弧形撑杆上，与限位块和下滑块固定连接，构成一个封闭的球体结构。

四根伸缩杆的四根细长杆一端与活塞固定连接，呈90度均匀分布，四根支管穿过上气筒盖与下滑块固定连接，呈90度均匀分布；变胞滑块机构的主轴一端固定在上气筒盖上，其轴线与气筒轴线重合；伞形机构的限位块与主轴的另一端螺纹连接固定，四根连与上滑块（铰链连接，呈90度均匀分布；细长杆的长度小于支管的长度，细长杆直径小于支管内径，便于气体通过支管流通。 

工作时，驱动装置驱动活塞推杆推动活塞向上运动，活塞通过四根伸缩杆推动上下滑块向上运动，同时开始向弹性气囊充气，伞形结构展开，当上滑块接触到限位块时，上滑块停止向上滑动，变胞滑块机构变胞，由之前的两个自由度变为一个自由度，有效运动构件由两个变为三个，当活塞继续向上运动，通过伸缩杆推动上滑块向上滑动，上下滑块间的弹簧被压缩，弧形连杆向外展开，直到弹性气囊充气膨胀，活塞停止运动。在运动过程中，气体从气筒内转移到弹性气囊内，弹性气囊从收缩到充分膨胀，浮力力矩增大。伸缩杆可使活塞的行程大于下滑块的行程，从而使气筒内的气体充分转移到弹性气囊内，使弹性气囊充分膨胀。 

本发明与现在技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步： 

1、和传统的水下机器人平衡技术相比，该结构采用机械机构，结构简单，无繁琐复杂的控制系统，更易控制，稳定性高。

2、将变胞机构运用到水下机器人，由于水下机器人工作于水下，受到水压作用，变胞机构可使机构在行程和回程时呈现不同的运动过程顺序，从而满足平衡潜器装置在水下的实际需求。 

附图说明

图1-3为变胞可膨胀平衡潜器装置的整体结构示意图。 

图4为气筒机构示意图。 

图5为伸缩杆结构示意图。