一种仿鳕鱼机器人

摘要

本发明公开了一种仿鳕鱼机器人，属于仿生机器人研究领域；其包括有仿生鱼体、电机驱动组件、基座、连接板和防水套筒；仿生鱼体由仿生鱼头、尾鳍、泡沫填充物和硅胶外壳构成，泡沫填充物填充在仿生鱼体的躯干上后，再用硅胶包裹在仿生鱼头、尾鳍和泡沫填充物的外部形成具有仿鳕鱼流线外形及防水功能的硅胶外壳。电机驱动组件与带-轮传动组件的同步带串联周转轮系传动方式，作为机器鳕鱼的机械传动方式，使仿生机器鳕鱼在形态学和运动学上最大程度复现自然界鱼类游动方式。该机器人具有运动功耗可测量，游动拟合度高。

主权项

一种仿鳕鱼机器人，其特征在于包括有：仿生鱼体(1)、电机驱动组件(2)、基座(3)、连接板(4)和防水套筒(5)；其中，仿生鱼体(1)由仿生鱼头(6)、尾鳍(7)、泡沫填充物和硅胶外壳(1A)构成，泡沫填充物填充在仿生鱼体(1)的躯干(1B)上，然后用硅胶包裹躯干(1B)和仿生鱼头(6)形成仿鳕鱼外形的硅胶外壳(1A)；仿生鱼体(1)的躯干(1B)包括有第一关节支架(11)、第二关节支架(12)、第三关节支架(13)、第四关节支架(14)、传动轴支架(15)和带‑轮传动组件；所述带‑轮传动组件是由同步带与带轮配合形成；第一关节支架(11)、第二关节支架(12)、第三关节支架(13)、第四关节支架(14)和所述传动轴支架(15)构成仿生鱼体(1)的躯干(1B)的骨架；所述带‑轮传动组件中的同步带与带轮之间的套接关系为：I带轮(101)与M带轮(105)之间套接有E同步带(151)；J带轮(102)与N带轮(106)的上端之间套接有F同步带(152)；N带轮(106)的下端与Q带轮(109)的下端之间套接有I同步带(155)；Q带轮(109)的上端与T带轮(112)的下端之间套接有L同步带(158)；T带轮(112)的上端与V带轮(114)之间套接有N同步带(160)；K带轮(103)与O带轮(107)的上端之间套接有G同步带(153)；O带轮(107)的下端与R带轮(110)的下端之间套接有J同步带(156)；R带轮(110)的上端与U带轮(113)之间套接有M同步带(159)；L带轮(104)与P带轮(108)的上端之间套接有H同步带(154)；P带轮(108)的下端与S带轮(111)之间套接有K同步带(157)；第一关节支架(11)包括有A支撑肋(11‑1)、B支撑肋(11‑2)、A躯干板(11‑3)、第一关节轴架(11‑4)、第一关节轴(11‑5)，以及安装在第一关节轴(11‑5)上的轴承；所述轴承在第一关节轴(11‑5)上从上至下分布为I轴承(11‑51)、J轴承(11‑52)、K轴承(11‑53)、L轴承(11‑54)和M轴承(11‑55)；A角度传感器(121)安装在第一关节轴(11‑5)的顶部；A支撑肋(11‑1)的收敛端上设有I通孔(11‑11)，该I通孔(11‑11)内安装有N轴承(12‑51)；B支撑肋(11‑2)的收敛端上设有J通孔(11‑21)，该J通孔(11‑21)内安装有Q轴承(12‑54)；A躯干板(11‑3)的中部开有空腔(11‑31)，该空腔(11‑31)用于放置第一关节轴架(11‑4)；第一关节轴架(11‑4)的上框梁(11‑41)的中心设有K通孔(11‑43)，第一关节轴架(11‑4)的下框梁(11‑42)的中心设有L通孔(11‑44)；第一关节轴(11‑5)的一端安装上A角度传感器(121)后，第一关节轴(11‑5)的另一端顺次穿过I轴承(11‑51)、J轴承(11‑52)、K轴承(11‑53)、L轴承(11‑54)、M带轮(105)和M轴承(11‑55)；J轴承(11‑52)的外圈与P带轮(108)套接，K轴承(11‑53)的外圈与O带轮(107)套接，L轴承(11‑54)的外圈与N带轮(106)套接；在A伺服电机(2A)的驱动下，由A带轮(24A)、A同步带(22A)、E带轮(24E)、A传动轴(21A)、I带轮(101)、E同步带(151)和M带轮(105)的运动传递关系，使得第一关节轴(11‑5)转动；进而使A躯干 板(11‑3)在脊椎线上摆动；第二关节支架(12)包括有C支撑肋(12‑1)、D支撑肋(12‑2)、B躯干板(12‑3)、第二关节轴架(12‑4)、第二关节轴(12‑5)，以及安装在第二关节轴(12‑50)上的轴承；所述轴承在第二关节轴(12‑5)上从上至下分布为N轴承(12‑51)、O轴承(12‑52)、P轴承(12‑53)和Q轴承(12‑54)；B角度传感器(122)安装在第二关节轴(12‑5)的顶部；C支撑肋(12‑1)的收敛端上设有M通孔(12‑11)，该M通孔(12‑11)内安装有R轴承(13‑51)；D支撑肋(12‑2)的收敛端上设有N通孔(12‑21)，该N通孔(12‑21)内安装有T轴承(13‑53)；B躯干板(12‑3)的中部开有空腔(12‑31)，该空腔(12‑31)用于放置第二关节轴架(12‑4)；第二关节轴架(12‑4)的上框梁(12‑41)的中心设有O通孔(12‑43)，第二关节轴架(12‑4)的下框梁(12‑42)的中心设有P通孔(12‑44)；第二关节轴(12‑5)的一端安装上B角度传感器(122)后，第二关节轴(12‑5)的另一端顺次穿过N轴承(12‑51)、S带轮(111)、O轴承(12‑52)、P轴承(12‑53)和Q轴承(12‑54)；O轴承(12‑52)的外圈与R带轮(110套接)，P轴承(12‑53)的外圈与Q带轮(109)套接；在D伺服电机(2D)的驱动下，由D带轮(24D)、D同步带(22D)、H带轮(24H)、D传动轴(21D)、L带轮(104)、H同步带(154)、P带轮(108)、K同步带(157)和S带轮(111)的运动传递关系，使得第二关节轴(12‑5)转动；进而使B躯干板(12‑3)在脊椎线上摆动；第三关节支架(13)包括有E支撑肋(13‑1)、F支撑肋(13‑2)、C躯干板(13‑3)、第三关节轴架(13‑4)、第三关节轴(13‑5)，以及安装在第三关节轴(13‑5)上的轴承；所述轴承在第三关节轴(13‑5)上从上至下分布为R轴承(13‑51)、S轴承(13‑52)和T轴承(13‑53)；C角度传感器(123)安装在第三关节轴(13‑5)的顶部；E支撑肋(13‑1)的收敛端上设有Q通孔(13‑11)，该Q通孔(13‑11)内安装有U轴承(14‑51)；F支撑肋(13‑2)的收敛端上设有R通孔(13‑21)，该R通孔(13‑21)内安装有V轴承(14‑52)；C躯干板(13‑3)的中部开有空腔(13‑31)，该空腔(13‑31)用于放置第三关节轴架(13‑4)；第三关节轴架(13‑4)的上框梁(13‑41)的中心设有S通孔(13‑43)，第三关节轴架(13‑4)的下框梁(13‑42)的中心设有T通孔(13‑44)；第三关节轴(13‑5)的一端安装上C角度传感器(123)后，第三关节轴(13‑5)的另一端顺次穿过R轴承(13‑51)、S轴承(13‑52)、T带轮(112)和T轴承(13‑53)；S轴承(13‑52)的外圈与U带轮(113)套接；在B伺服电机(2B)的驱动下，由B带轮(24B)、B同步带(22B)、F带轮(24F)、B传动轴(21B)、J带轮(102)、F同步带(152)、N带轮(106)、I同步带(155)、Q带轮(109)、L同步带(158)、T带轮(112)、N同步带(160)和V带轮(114)的运动传递关系，使得第三关节轴(13‑5)转动；进而使C躯干板(13‑3)在脊椎线上摆动；第四关节支架(14)包括有尾鳍接头(14‑4)、第四关节轴(14‑5)，以及安装在第四关节轴(14‑5)上的轴承；所述轴承在第四关节轴(14‑5)上从上至下分布为U轴承(14‑51)和V轴承(14‑52)；D角度传感器(124)安装在第四关节轴(14‑5)的顶部；尾鳍接头(14‑4)的后端开有卡槽(14‑45)，该卡槽(14‑45)内安装有尾鳍(7)的前端(71)；尾鳍(7)与尾鳍接 头(14‑4)安装是通过螺钉穿过尾鳍接头(14‑4)上的螺纹孔(14‑46)和尾鳍(7)上的螺纹孔(72)后实现；尾鳍接头(14‑4)的前端设有G支撑肋(14‑41)、H支撑肋(14‑42)；G支撑肋(14‑41)的端部设有U通孔(14‑43)，U通孔(14‑43)内安装有U轴承(14‑51)；H支撑肋(14‑42)的端部设有V通孔(14‑44)，V通孔(14‑44)内安装有V轴承(14‑52)；第四关节轴(14‑5)的一端安装上D角度传感器(124)后，第四关节轴(14‑5)的另一端顺次穿过U轴承(14‑51)、V带轮(114)和V轴承(14‑52)；在C伺服电机(2C)的驱动下，由C带轮(24C)、C同步带(22C)、G带轮(24G)、C传动轴(21C)、K带轮(103)、G同步带(153)、O带轮(107)、J同步带(156)、R带轮(110)、M同步带(159)和U带轮(113)的运动传递关系，使得第四关节轴(14‑5)转动；进而使尾鳍接头(14‑4)随动；尾鳍接头(14‑4)的随动最终使得仿生鱼体(1)的尾鳍(7)在脊椎线上摆动；所述传动轴支架(15)包括有鱼头架(15‑9)、I支撑肋(15‑5)、J支撑肋(15‑7)；I支撑肋(15‑5)的一端和J支撑肋(15‑7)的一端安装在鱼头架(15‑9)的后端的侧板面上；I支撑肋(15‑5)与J支撑肋(15‑7)的结构相同；I支撑肋(15‑5)通过I轴承(11‑51)连接在第一关节轴(11‑5)的上端，J支撑肋(15‑7)通过M轴承(11‑55)连接在第一关节轴(11‑5)的下端；I支撑肋(15‑5)上设有W通孔(15‑6)，该W通孔(15‑6)内安装有I轴承(11‑51)；J支撑肋(15‑7)上设有X通孔(15‑8)，该X通孔(15‑8)内安装有M轴承(11‑55)；鱼头架(15‑9)的底板(15‑95)上设有E轴承孔(15‑91)、F轴承孔(15‑92)、G轴承孔(15‑93)和H轴承孔(15‑94)，E轴承孔(15‑91)内安装有E轴承(15‑1)，F轴承孔(15‑92)内安装有F轴承(15‑2)，G轴承孔(15‑93)内安装有G轴承(15‑3)，H轴承孔(15‑94)内安装有H轴承(15‑4)，E轴承(15‑1)套接在A传动轴(2A)的另一端上，F轴承(15‑2)套接在B传动轴(2B)的另一端上，G轴承(15‑3)套接在C传动轴(2C)的另一端上，H轴承(15‑4)套接在D传动轴(2D)的另一端上；电机驱动组件(2)包括有四个伺服电机、四根传动轴、四根同步带、八个压力调节件和八个带轮；所述四个伺服电机是指A伺服电机(2A)、B伺服电机(2B)、C伺服电机(2C)和D伺服电机(2D)；所述四根传动轴是指A传动轴(21A)、B传动轴(21B)、C传动轴(21C)和D传动轴(21D)；所述四根同步带是指A同步带(22A)、B同步带(22B)、C同步带(22C)和D同步带(22D)；所述八个压力调节件是指A压力调节件(23A)、B压力调节件、C压力调节件(23C)、D压力调节件(23D)、E压力调节件(23E)、F压力调节件(23F)、G压力调节件(23G)和H压力调节件(23H)；所述八个带轮是指A带轮(24A)、B带轮(24B)、C带轮(24C)、D带轮(24D)、E带轮(24E)、F带轮(24F)、G带轮(24G)和H带轮(24H)；A伺服电机(2A)的机壳安装在基座(3)的上板面(3A)上，且A伺服电机(2A)的输出轴穿过基座(3)上的A通孔、A支架上的E通孔(314)后套接有A带轮(24A)；A带轮(24A)上套接有A同步带(22A)，A同步带(22A)的另一端上套接有E带轮(24E)，E带轮(24E)安装在A传动轴(21A)一端上；A同步带(22A)的两个外侧分别与A压力调节件(23A)、B压力调节件(23B)接触；B伺服电机(2B)的机壳安装在基座(3)的上板面(3A) 上，且B伺服电机(2B)的输出轴穿过基座(3)上的B通孔、B支架上的F通孔(324)后套接有B带轮(24B)；B带轮(24B)上套接有B同步带(22B)，B同步带(22B)的另一端上套接有F带轮(24F)，F带轮(24F)安装在B传动轴(21B)一端上；B同步带(22B)的两个外侧分别与C压力调节件(23C)、D压力调节件(23D)接触；C伺服电机(2C)的机壳安装在基座(3)的上板面(3A)上，且C伺服电机(2C)的输出轴穿过基座(3)上的C通孔、C支架上的G通孔(334)后套接有C带轮(24C)；C带轮(24C)上套接有C同步带(22C)，C同步带(22C)的另一端上套接有G带轮(24G)，G带轮(24G)安装在C传动轴(21C)一端上；C同步带(22C)的两个外侧分别与E压力调节件(23E)、F压力调节件(23F)接触；D伺服电机(2D)的机壳安装在基座(3)的上板面(3A)上，且D伺服电机(2D)的输出轴穿过基座(3)上的D通孔、D支架上的H通孔(344)后套接有D带轮(24D)；D带轮(24D)上套接有D同步带(22D)，D同步带(22D)的另一端上套接有H带轮(24H)，H带轮(24H)安装在D传动轴(21D)一端上；D同步带(22D)的两个外侧分别与G压力调节件(23G)、H压力调节件(23H)接触；基座(3)上设有用于供伺服电机输出轴通过的A通孔、B通孔、C通孔和D通孔，A通孔用于A伺服电机(2A)的输出轴通过，B通孔用于B伺服电机(2B)的输出轴通过，C通孔用于C伺服电机(2C)的输出轴通过，D通孔用于D伺服电机(2D)的输出轴通过；基座(3)的下板面(3B)上安装有四个结构相同的用于安装压力调节件的A支架(31)、B支架(32)、C支架(33)、D支架(34)和E支架(35)；A支架(31)的A电机座(311)上设有E通孔(314)，该E通孔(314)用于A伺服电机(2A)的输出轴穿过；所述A电机座(311)的A支臂(315)上安装有A传感器座(312)，A传感器座(312)用于安装A压力调节件(23A)；所述A电机座(311)的B支臂(316)上安装有B传感器座(313)，B传感器座(313)用于安装B压力调节件；B支架(32)的B电机座(321)上设有F通孔(324)，该F通孔(324)用于B伺服电机(2B)的输出轴穿过；所述B电机座(321)的C支臂(325)上安装有C传感器座(322)，B传感器座(322)用于安装C压力调节件(23C)；所述B电机座(321)的D支臂(326)上安装有D传感器座(323)，D传感器座(323)用于安装D压力调节件(23D)；C支架(33)的C电机座(331)上设有G通孔(334)，该G通孔(334)用于C伺服电机(2C)的输出轴穿过；所述C电机座(331)的E支臂(335)上安装有E传感器座(332)，E传感器座(332)用于安装E压力调节件(23E)；所述C电机座(331)的F支臂(336)上安装有F传感器座(333)，F传感器座(333)用于安装F压力调节件(23F)；D支架(34)的D电机座(331)上设有H通孔(344)，该H通孔(344)用于D伺服电机(2D)的输出轴穿过；所述D电机座(341)的G支臂(345)上安装有G传感器座(342)，G传感器座(342)用于安装G压力调节件(23G)；所述D电机座(341)的H支臂(346)上安装有H传感器座(343)，H传感器座(343)用于安装H压力调节件(23H)；E支架(35)的底板(355)上设有供安装轴承的A轴承孔(355A)、B轴承孔(355B)、C轴承孔(355C)和D轴承孔(355D)，A轴承孔(355A)内安装有A轴承(351)，B轴承孔(355B)内安装有B轴承(352)， C轴承孔(355C)内安装有C轴承(353)，D轴承孔(355D)内安装有D轴承(354)；A轴承(351A)套接在传动轴(21A)的上端；B轴承(352)套接在B传动轴(21B)的上端；C轴承(353)套接在C传动轴(21C)的上端；D轴承(354)套接在D传动轴(21D)的上端；防水套筒(5)是由A半套管(51)与B半套管(52)经对接后形成；仿生鱼头(6)是由A半鱼头(62)与B半鱼头(62)经对接后形成，且对接后的鱼头尾部形成一个空腔(6A)，该空腔(6A)用于放置所述传动轴支架(15)；电机驱动组件与带‑轮传动组件的同步带串联周转轮系传动方式为：A伺服电机(2A)输出的运动顺次经A带轮(24A)、A同步带(22A)、E带轮(24E)、A传动轴(21A)、I带轮(101)、E同步带(151)和M带轮(105)后传递至第一关节轴(11‑5)上；所述第一关节轴(11‑5)在A伺服电机(2A)的驱动下，进而实现了A躯干板(11‑3)在仿鱼机器人的脊椎线上的摆动；B伺服电机(2B)输出的运动顺次经B带轮(24B)、B同步带(22B)、F带轮(24F)、B传动轴(21B)、J带轮(102)、F同步带(152)、N带轮(106)、I同步带(155)、Q带轮(109)、L同步带(158)和T带轮(112)后传递至第三关节轴(13‑5)上；所述第三关节轴(13‑5)在B伺服电机(2B)的驱动下，进而实现了C躯干板(13‑3)在仿鱼机器人的脊椎线上的摆动；C伺服电机(2C)输出的运动顺次经C带轮(24C)、C同步带(22C)、G带轮(24G)、C传动轴(21C)、K带轮(103)、G同步带(153)、O带轮(107)、J同步带(156)、R带轮(110)、M同步带(159)、U带轮(113)、N同步带(160)和V带轮(114)后传递至第四关节轴(14‑5)上；所述第四关节轴(14‑5)在C伺服电机(2C)的驱动下，进而实现了第四关节支架(14)在仿鱼机器人的脊椎线上的摆动；D伺服电机(2D)输出的运动顺次经D带轮(24D)、D同步带(22D)、H带轮(24H)、D传动轴(21D)、L带轮(104)、H同步带(154)、P带轮(108)、K同步带(157)和S带轮(111)后传递至第二关节轴(12‑5)上；所述第二关节轴(12‑5)在D伺服电机(2D)的驱动下，进而实现了B躯干板(12‑3)在仿鱼机器人的脊椎线上的摆动。