一种仿海龟四鳍拍动式自主水下机器人

摘要

本发明公开了一种仿海龟四鳍拍动式自主水下机器人，包括身部、头部与尾部；其中，身部前后两侧通过鳍肢连接有动鳍；每个拍动鳍独立驱动和控制；身部前后分别安装头部与尾部；头部内以及身部上分别安装有前方与上方图像获取用全景鱼眼镜头，头部内还安装有高度获取用测高声纳以及深度获取用压力传感器；尾部内部设置有定位用GPS天线，由此可实时监测前方和上方的水域状况，实时测量自身距离海底的高度数据，以及前方障碍物情况等。本发明水下机器人还具有AHRS姿态航向参考系统，可实时感知自身姿态并实现姿态和航向的主动控制；本发明的优点为：采用仿海龟四鳍拍动推进的驱动方式，机动性好，噪声低，结构简单，实现容易。

主权项

一种仿海龟四鳍拍动式自主水下机器人，其特征在于：包括机身、机头、机尾、配重机构、鳍肢、拍动鳍、挂载设备与控制系统；机身为筒状结构，前端与后端分别通过头部连接件与尾部连接件密封；头部连接件前端连接有机头；尾部连接件后端安装有机尾；挂载设备包括全景鱼眼镜头A、全景鱼眼镜头B、测高声纳、光源与压力传感器；控制系统包括主控部分、导航部分以及电源，安装在机身内部；所述机头具有四个腔体，由前之后依次为第一腔、第二腔、第三腔与第四腔；第一腔、第二腔和第四腔均为密闭腔；而第三腔侧壁上开口；其中，第一腔前端面上安装有全景鱼眼镜头A，镜头朝向水下机器人前方；第二腔内安装有测高声纳，测高声纳的探测端伸出第二腔，朝向水下机器人下方；第四腔安装有压力传感器，压力传感器的探测端伸出第四腔，位于第三腔内；机械身部前方还安装有一个全景鱼眼镜头B，镜头方向向上；所述机尾内部设置GPS天线；上述机身两侧各安装有一套配重机构；所述配重机构由配重筒、配重块、丝杠轴承、丝杠、伺服电机A与电机罩构成；其中，配重筒前后两端分别通过电机罩与端盖密封；配重筒内部前端与后端均通过轴承座安装有丝杠轴承；配重筒内同轴设置有丝杠，丝杠上螺纹安装有配重块；丝杠的两端分别与配重筒内部两端的丝杠轴承轴接；丝杠前端与伺服电机A的输出轴固连，伺服电机A固定在电机罩内部，伺服电机A上具有一体化的配重驱动器；所述机身前端的头部连接件两侧，以及机身后端的尾部连接件两侧还分别安装有一个鳍肢，共四个；四个鳍肢结构相同，包括第一密封法兰段、第二密封法兰段、第三密封法兰段、伺服电机B、行星减速器与传动轴；第一密封法兰段、第二密封法兰段、第三密封法兰段同轴设置；第一密封法兰段内部用来安装伺服电机B，第一密封法兰段的固定端用于鳍肢与机身间的固定，连接端与第二密封法兰段的固定端相连；第二密封法兰段用来安装行星减速器，第二密封法兰段的连接端与第三密封法兰段的固定端相连；第三密封法兰段内部用于设置传动轴；上述伺服电机B的输出轴与行星减速器固连，行星减速器的输出轴与传动轴连接端相连，传动轴的自由端位于第三密封法兰段的自由端外部；上述各个鳍肢内部密封，各个鳍肢的传动轴的自由端上均安装有一个拍动鳍；所述控制系统均安装在机身内部，其中，主控部分包括控制板与四个鳍肢驱动器；控制板用来实现下述功能：控制板通过接受地面站发送的控制指令，控制挂载设备中全景鱼眼镜头A、全景鱼眼镜头B工作，实现水下图像信息的获取，并由控制板对图像信息进行采集；控制板控制两个配重驱动器调节配重块在丝杠上位置，实现水下机器人的重心调节；控制板控制四个鳍肢驱动器分别驱动各个鳍肢内部伺服电机B工作，实现水下机器人拍动鳍的运动控制；控制板还对挂载设备中的测高声纳获取的水下机器人距离海底的高度数据进行采集；所述导航部分用来测量水下机器人在x、y、z三轴上的角速率、运动加速度与水下机器人在相对于地理坐标系中的运动航向；同时获取压力传感器测得的水压数据以及GPS天线接收到的GPS卫星信号，从而获取水下机器人的姿态、速度和位置信息，发送到控制板；所述控制板将接收到的图像信以及水下机器人的姿态、加速度、速度和位置信息连同测高声纳测得的高度信息、伺服电机A与伺服电机B的状态信息以及电源的电量信息，发送到地面控制站；所述电源用来为水下机器人的工作供电；电源的电量信息由控制板采集。