[发明专利]一种新型仿生水下双足游走机器人及其运动方法

说明书

本发明提供一种新型仿生水下双足游走机器人及其运动方法。本发明包括：舵机、收线盘、左软体仿生触手、右软体仿生触手、支撑平台、气球、浮力罩、细线、支撑柱、电源组件和控制模块。通过舵机与收线盘控制软体仿生触手进行机器人的运动，通过气球和浮力罩为机器人在水下行走时用来提供额外的浮力。仿生章鱼可以同时具备移动能力和操作能力。在章鱼的多种运动方式中，本发明的双足行走是相较于其它与地面接触的移动方式中最快的方式，既可以让水下机器人在材料和结构上更贴近生物体，提高安全系数，又可以利用足式运动克服海底非结构的环境，具有很多应用的前景。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种新型仿生水下双足游走机器人及其运动方法。

背景技术

轮式移动机器人由于其良好的稳定性、较快的移动能力等优点，得到了广泛的应用。而陆上双足行走是最接近滚动的一种方式，模仿人类行走及其它双足类动物的研究已经很多，产生了很多双足行走的运动模式及方法。但对于水下移动机器人来说，模仿海洋生物的游动模式和推进方式可以提高水下机器人的运动性能和效率。根据鱼类推进机理、游动模式和身体形状，推进模式分为身体/尾鳍(BCF)推进模式和中间鳍/对鳍(MPF)推进模式，BCF游动主要通过身体和尾鳍的拍动产生向前的推进力，而MPF游动借助除身体和尾鳍以外的鳍的拍动或波动产生推进力。头足类软体生物乌贼(墨鱼)、水母、樽海鞘等通过改变身体腔体的容积来完成喷水和吸水动作以实现推进，这种喷水推进与鱼类的推进相比，既可以达到极高的游动速度(如乌贼逃逸时的高速推进)，又能实现缓慢游动中的精确定位(如水母的浮游动作)，且推进效率较高，因此以模仿软体生物的喷水推进机理开发了水下机器人如仿生乌贼、仿生水母、仿生章鱼、仿生海星等。乌贼不仅有喷水运动，还具有鳍的游泳方式，据此开发的采用喷水和鳍复合推进的仿生乌贼机器人。近年最受关注的章鱼不仅具有和乌贼一样的喷水推进方式，还具有游泳、爬行运动模式。机器人PoseiDRONE模仿章鱼的运动能力和操作能力，进行了水下抓取物体的成功实验，同时对该机器人相对于其它软体机器人的运动速度进行了对比分析，运动速度低于陆地腿型机器人，但明显高于其它软体机器人。可以看出，仿生章鱼在水下机器人的运动能力和操作能力方面都具有明显的优势，也是目前唯一带有操作能力的水下仿生机器人。多足步型运动作为能够与海底进行交互的运动受到重视，对仿生章鱼设计了划水运动方式和多足步行运动的混合游走模式，建立混合运动学模型，通过进化算法优化运动学参数，混合游走模式速度得到提高。

现有的水下移动机器人，腿式机器人主要有4足、6足、8足等，但水下双足机器人还没有，相对于多足行走，双足行走具有更快的速度，也代表更高的智能，2004年发现一种章鱼能够进行双足行走的运动模式，该模式不同于上述中的运动模式的分析简化，更不同于陆地上刚体关节结构的双足行走模式，这种章鱼的双足行走是一个双足轮换滚动前进的过程，对于这种无脊椎的软体生物，用腕臂的肌肉实现双足行走，一方面行走速度比爬行速度快，另一方面运动过程中可以节省能量。因此通过模仿拟态章鱼的双足运动模式设计新型的水下双足运动仿生机器人可以有效的提高水下机器人的运动能力。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种新型仿生水下双足游走机器人及其运动方法，通过软体仿生触手模拟章鱼双足来实现水下行走，软体仿生触手与章鱼足相似，结构可靠，体积小，重量轻，仅需要较低的控制系统要求。

一种新型仿生水下双足游走机器人包括：舵机、收线盘、左软体仿生触手、右软体仿生触手、支撑平台、气球、浮力罩、细线、支撑柱、电源组件和控制模块。