[发明专利]一种叶足动物仿生水下机器人

说明书

一种叶足动物仿生水下机器人，它包括基体、动力模块、平衡模块、云台、外壳、防水薄膜、电池、控制与通信系统。动力模块、平衡模块、云台、外壳、防水薄膜、电池、控制与通信系统均固定在基体上；基体由基体主体和基体尾部构成，基体主体设置有两个对称的支撑结构，基体尾部带有支撑固定结构；动力模块包括在基体主体两侧对称分布安装的7对动力单元；平衡模块包括在基体尾部后部对称安装的3对平衡单元；云台由两个舵机、云台连接件一、云台连接件二、云台连接件三和摄像头组成。本发明运用叶足动物特点，通过有规律的拍动两侧的叶状附肢，利用波动使自己在水中平稳运动或实现特定的动作，且效果稳定。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种一种仿生叶足动物（Lobopodia，早寒武纪–下石炭纪）运动形式和策略的水下机器人。

背景技术

通常意义上，水下机器人是指在水下完成各种工作的特种机器人，例如，可用于海洋数据监测、海洋生物观察、海底管线铺设与施工、水下救援、水下设备维护与维修、潜水娱乐、海洋资源与水产养殖等民用邻域，也可以用于侦察、水下布雷与扫雷等军用领域。按照目前市场需求，水下机器人可大致分为观察探测型和作业型两种。

经过十几年的发展，当今水下机器人的研究已经取得了长足的进步，正在逐步形成产业，应用范围已日趋广泛。由于水下机器人是一种技术密集性高且系统性强的交叉学科型工程，它涉及到的专业学科多达几十种，技术门槛相对较高。目前市场上的传统水下机器人大多是通过螺旋桨和舵的经典组合来实现水下运动的，因为动力学的分布需求，其动力装置常常会占用机器人很大的空间，致使机器人的外观呈现规则的立方体或者圆柱体，而这种形状的水下机器人在水中的灵活性往往较低，显得十分笨拙。相对于传统水下机器人的发展，近年来人们对仿生水下机器人的关注度也在增加。水下仿生机器人就是模仿水生生物的形态、动作和策略等的机器人，其中模仿鱼类游动的仿鱼机器人种类最多，有仿生金枪鱼机器人、仿生鳐鱼机器人和仿生鳗鱼机器人等；有模仿龙虾爬行的龙虾机器人，这种机器人使用足来运动，其动作灵活，能量利用率高；也有模仿水下软体动物的仿生乌贼机器人和仿生海星机器人等等，但是按照动物的运动策略和生活习性不同，相应的仿生机器人各有不同的优点和优势。目前的仿生水下机器人普遍缺少冗余性设计，在一些情况下，若机器人的某个动力源失效，则整个水下机器人都会面临失控的问题。此外，现有的水下机器人控制单元还存在一定缺陷，机器人行动在一些情况下无法满足更灵活、可靠性更高和更特殊的运动要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有动物仿生水下机器人存在的问题，提供一种更加灵活的、更加实用的、依靠冗余设计更加可靠的水下仿生机器人。

本发明的构思是：本发明设计参照的水生动物来源于寒武纪时代的著名优势物种—叶足动物门类群。叶足动物具有体节、身侧长有叶状附肢，外观上与节肢动物和有爪动物接近。叶足动物门下分有恐虾（Dinocarida）和异虫（Xenusia）两纲，其中恐虾纲叶足动物依靠其特殊的身体构造，具备了高速度和高灵活性运动的优点，成为寒武纪海洋中食物链顶端的掠食者。如果能将古生物优势物种的身体形状构造和水下机器人技术起来，便能创造出一种新型的、更加灵活的、更加实用的、依靠冗余设计更加可靠的水下仿生机器人。

本发明的的技术方案是这样的：一种叶足动物仿生水下机器人，它包括基体、动力模块、平衡模块、云台、外壳、防水薄膜、电池、控制与通信系统。动力模块、平衡模块、云台、外壳、防水薄膜、电池、控制与通信系统均固定在基体上；基体由基体主体和基体尾部构成，基体主体设置有两个对称的支撑结构，基体尾部带有支撑固定结构，且基体主体的支撑结构上均留有安装孔，可以安装除机器人本身自有设备外的其他设备，如机械手等；动力模块包括在基体主体两侧对称分布安装的7对14个动力单元，每一个动力单元包含三个舵机、动力单元连接件一、动力单元连接件二、动力单元连接件三和对应的动力桨叶；平衡模块包括在基体尾部后部对称安装的3对6个平衡单元，每一个平衡单元，包含1个舵机、平衡单元连接件和对应的平衡尾叶；云台由两个舵机、云台连接件一、云台连接件二、云台连接件三和摄像头组成。