一种基于波推进的新型水下机器人的制作方法

1.本实用新型属于水下机器人技术领域，具体涉及一种基于波推进的新型水下机器人。


背景技术：

2.人类对海洋的开发利用已逐渐成为当前科学研究的热点，适应海洋环境的水下推进器是人类开发和勘探海洋资源所必需的工具。目前绝大多数的水下推进器采用了螺旋桨推进系统。
3.以螺旋桨作为推进系统的水下推进器，存在效率低、推进噪音大、产生较大尾涡影响周围生态环境、机动性能差、系统体积大、瞬时响应的严重滞后、可靠性难以保证等缺点，所以以螺旋桨为推进系统的水下航行器不能满足高机动性、运动灵活等要求。
4.而随着人类对海洋的不断了解，以蓝点魟、蝠鲼、大西洋牛鼻鲼等为典型代表的鳐形目鱼类，具有良好的运动性能，游动机动性强，鱼鳍受载面积大，游动扰动小，其超凡的游动机动性能、低扰动性和高效率是传统的螺旋桨推进系统所望尘莫及的。鳐鱼的游动推进模式具有高机动性、低扰动性以及高效率等传统推进系统所不具备的优点，为人类研究和开发能够更好地适应海洋水下环境的推进系统提供了模仿对象。
5.螺旋桨产生推力面产生机动控制力，这种机械设计对于推进器巡航速度行驶于空旷的海域的应用领域是经济有效的，但是由于机动控制力依赖于流体在操控舵面上流动产生的升力，在低速下难以实现机动，此外这类推进器在尾迹产生大量大带宽的噪声，导致一些水下生态系统遭到破坏。
6.鱼类经过自然演化，所形成的身体结构十分适应海洋环境，尤其其游动能力。鱼类推进方式分为摆动式和波动式，大幅度摆动对于机械结构来说能量损失大，摆动带来的惯性作用强使得内部设备易损坏，因此采用波动式推进不仅效率高而且易于设备布置。


技术实现要素：

7.为了实现上述目的，本实用新型提供了一种基于波推进的新型水下机器人，该基于波推进的新型水下机器人推进效率高、环境友好性强。
8.本实用新型的一种基于波推进的新型水下机器人的技术方案是：
9.一种基于波推进的新型水下机器人，包括机体以及两个呈波浪形的鳍板，所述机体的外形为模仿魔鬼鱼的仿生结构；
10.所述机体内部两侧设有若干个成排布置的舵机，所述舵机的输出轴端部固定连接有连接臂，位于所述机体同一侧的若干个连接臂呈波浪形布置；
11.两个所述鳍板分别铰接在所述机体的两侧，位于所述机体同侧的若干个所述连接臂分别与所述机体同侧的鳍板固定连接。
12.作为对上述技术方案的进一步改进，所述机体呈对称式结构，位于所述机体两侧的连接臂一一对称布置。
13.作为对上述技术方案的进一步改进，所述机体的两侧分别设有与所述连接臂一一对应的安装槽，所述舵机的输出轴伸入至所述安装槽内。
14.作为对上述技术方案的进一步改进，所述连接臂包括固定板以及连接在所述固定板大头端的臂体，所述臂体的端部具有与所述鳍板相匹配的卡槽，所述固定板的一侧与所述舵机的输出轴固定连接。
15.作为对上述技术方案的进一步改进，所述固定板包括板体，所述板体上设有一端大、一端小的变径槽，所述变径槽内设有与所述变径槽相匹配的变径板，所述变径板的大端与所述舵机的输出轴固定连接。
16.作为对上述技术方案的进一步改进，所述机体包括对扣的上机体以及下机体，所述机体内设有沿所述机体前后延伸、用于安装控制元器件的柱形安装筒，所述柱形安装筒的前端伸出所述机体外侧，所述柱形安装筒的前端呈子弹头结构。
17.本实用新型提供了一种基于波推进的新型水下机器人，相比于现有技术，其有益效果在于：
18.本实用新型的基于波推进的新型水下机器人使用时，若干个舵机启动，驱动布置在机体两侧的鳍板上下摆动，驱动本实用新型的基于波推进的新型水下机器人平稳行进。本实用新型的基于波推进的新型水下机器人区别于传统的螺旋桨推进器，能够避免产生不必要的紊流与空泡，同时大大降低了运动过程中能耗的输出，并且对海洋环境存在相当大的友好性。本实用新型的基于波推进的新型水下机器人可以应用于水下资源勘探、水下搜救、水下垃圾清理等领域，将给研究海洋生态多样性、收集水文地理相关数据等诸多方面带来便捷。相比于现有技术中的水下机器人，本实用新型的基于波推进的新型水下机器人推进效率高、环境友好性强。
附图说明
19.图1是本实用新型的基于波推进的新型水下机器人的结构示意图；
20.图2是本实用新型的基于波推进的新型水下机器人的内部结构示意图；
21.图3是本实用新型的基于波推进的新型水下机器人中的上机体的外侧面结构示意图；
22.图4是本实用新型的基于波推进的新型水下机器人中的下机体的内部结构示意图；
23.图5是本实用新型的基于波推进的新型水下机器人中连接臂的结构示意图；
24.图中：1、机体；2、上机体；21、上凹槽；3、下机体；31、下凹槽；32、铰接槽；4、排水孔；5、鳍板；6、舵机；7、连接臂；71、固定板；72、臂体； 73、卡槽；74、变径板；8、铰接轴；9、铰接套；10、柱形安装筒。
具体实施方式
25.下面结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：
26.本实用新型的基于波推进的新型水下机器人的具体实施例，如图1至图5 所示，包括机体1，机体1的外形呈模仿魔鬼鱼的仿生结构。机体1包括上机体 2以及下机体3，上机体2与下机体3上下对扣固定连接，且上机体2与下机体 3为对称式结构。
27.本实施例中，机体1运用3d打印技术，使用环保材料pla打印拼装而成，机器整体框架结构紧凑，通过受力分析改善结构，有利于压力的分散。机体1 采取上下包覆式结构，拆装便捷；内部结构一体式设计，简单实用；机体1上开有规则的排水孔4，既不影响材料强度，又增添了几份美观性。
28.本实施例中，机体1内安装有轴线沿机体1前后方向延伸的柱形安装筒10，柱形安装筒10内部形成用于安装电子元器件的控制舱。柱形安装筒10的使用了造价低强度高的pmma材料，有助于压力分散的同时方便了电子元器件的容纳。柱形安装筒10的前端具有呈子弹头状的前罩，前罩伸出至机体1外侧。前罩与柱形安装筒10采用橡胶圈结合防水酯压紧密封，接头处通树脂灌封，并通过抽真空的方式测试柱形安装筒10内部气密性。
29.本实施例中，上机体2的两侧面分别开设有若干个上凹槽21，位于上机体 2同一侧的若干个上凹槽21成排布置。优选的，上凹槽21具有十二个，其中六个布置在上机体2的一侧，另外六个布置在上机体2的另一侧。上机体2两侧的上凹槽21关于上机体2的中心线对称布置，上凹槽21呈四分之一圆状结构。下机体3的两侧面分别开设有若干个凹槽，下凹槽31与上凹槽21在上下方向上一一对应布置。优选的，下凹槽31具有十二个，其中六个布置在下机体3的一侧，另外六个布置在下机体3的另一侧。位于下机体3同一侧的若干个下凹槽31成排布置，下机体3两侧的下凹槽31关于下机体3的中心线对称布置，下凹槽31也呈四分之一圆状结构。上机体2与下机体3对扣固定后，上机体2 上的上凹槽21与下机体3上的下凹槽31形成半圆形的安装槽。
30.本实施例中，下机体3内在每个下凹槽31的一侧分别安装有舵机6，舵机 6的输出轴伸入至对应下凹槽31内。下机体3的两侧分别铰接有鳍板5，鳍板5 呈波浪形结构。下机体3的前后两端分别具有铰接槽32，铰接槽32内转动安装有铰接轴8，铰接轴8的轴线沿下机体3前后方向延伸。鳍板5的两端分别具有与铰接轴8相匹配的铰接套9，鳍板5通过两端的铰接套9铰接在下机体3两端的铰接轴8上，实现鳍板5与下机体3铰接。
31.本实施例中，对扣固定的上机体2与下机体3形成的每个安装槽内分别具有连接臂7，连接臂7包括苹果形的固定板71以及连接在所述固定板71大头端的臂体72，位于机体1同一侧的若干个连接臂7的臂体72呈波浪形布置。臂体 72的端部具有与机体1对应侧鳍板5相匹配的卡槽73，臂体72与鳍板5通过螺栓固定连接，固定板71的一侧与舵机6的输出轴固定连接。固定板71包括板体，板体上设有一端大、一端小的变径槽，变径槽内具有与变径槽相匹配的变径板74，变径板74的大端与舵机6的输出轴固定连接。
32.本实施例中，柱形安装筒10内安装有系统板，系统板采用正点原子的 stm32f103zet6最小系统板，它具有体积小，容量大的优点，能够在满足我们需要的前提下，减少材料的使用，降低成本。控制器使用与stm32配套的mpu6050加速度传感器模块，使用invensense公司提供的运动处理资料库，实现姿态解算，通过编程与舵机6协同实现飞控与姿态稳定，有效降低了运动处理运算对操作系统的负荷，同时大大降低了开发难度。舵机6控制方面，因为我们要同时控制12个舵机6，因此这里使用了pca9685舵机6驱动板。pca9685 舵机6驱动板采用32位进口性能处理器，有着强大的数据处理能力，能够高强度的控制设备运转，最多能够同时驱使16路舵机6准确平稳运行。使用pca9685 舵机6驱动板能够减少对单片机引脚的占用，同时不需要不断发送信号占用单片机。
33.本实用新型的基于波推进的新型水下机器人使用时，若干个舵机6启动，驱动布置
在机体1两侧的鳍板5上下摆动，驱动本实用新型的基于波推进的新型水下机器人平稳行进。本实用新型的基于波推进的新型水下机器人区别于传统的螺旋桨推进器，能够避免产生不必要的紊流与空泡，同时大大降低了运动过程中能耗的输出，并且对海洋环境存在相当大的友好性。本实用新型的基于波推进的新型水下机器人可以应用于水下资源勘探、水下搜救、水下垃圾清理等领域，将给研究海洋生态多样性、收集水文地理相关数据等诸多方面带来便捷。相比于现有技术中的水下机器人，本实用新型的基于波推进的新型水下机器人推进效率高、环境友好性强。
34.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。