基于动量轮姿态控制的仿生机器水母

本发明涉及仿生，更具体地，涉及一种基于动量轮姿态控制的仿生机器水母。

背景技术：

1、水中生物种类丰富，水中生物的推进方式大体可分为三类：纤毛推进、射流反冲推进、波状摆动推进，其中射流反冲推进方式对于喷水推进式水下航行器研究具有重要意义，进而对下潜机动性等特性要求高的探测任务具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种基于动量轮姿态控制的仿生机器水母，所述仿生机器水母能够进行多种游动姿态的灵活转换，转向较为灵活，转向机动性较强，利于满足下潜机动性等特性要求高的探测任务需求，提供了一种高质量水下仿生机器人。

2、根据本发明实施例的基于动量轮姿态控制的仿生机器水母，包括：体部壳体，所述体部壳体设定方向的两端部分别为头端和尾端；推进机构，所述推进机构包括腿部和推进驱动件，所述腿部与所述尾端连接，且所述推进驱动件驱动所述腿部运动以推动所述仿生机器水母沿从所述尾端向所述头端的方向前进；第一转向机构和第二转向机构，所述第一转向机构和所述第二转向机构均设于所述体部壳体内，所述第一转向机构包括第一驱动件和第一动量轮，所述第一驱动件与所述第一动量轮连接且用于驱动所述第一动量轮绕沿第一方向延伸的轴线转动，所述第二转向机构包括第二驱动件和第二动量轮，所述第二驱动件与所述第二动量轮连接且用于驱动所述第二动量轮绕沿第二方向延伸的轴线转动，所述第一方向与所述第二方向垂直，以使所述第一动量轮和所述第二动量轮配合实现所述头端的朝向调节。

3、根据本发明实施例的基于动量轮姿态控制的仿生机器水母，通过推进机构、第一转向机构和第二转向机构，能够实现仿生机器水母沿设定方向的移动和360°全方位的转向，利于实现仿生机器水母的直行、转弯、直行与转弯的组合等游动姿态，转向较为灵活，转向机动性较强，应用较广。

4、另外，根据本发明上述实施例的基于动量轮姿态控制的仿生机器水母还可以具有如下附加的技术特征：

5、根据本发明的一些实施例，所述第一方向与所述设定方向垂直，所述第二方向与所述设定方向平行，且所述第二动量轮的轴线与所述体部壳体的中轴线重合。

6、根据本发明的一些实施例，所述体部壳体内设有位姿传感器和控制模块，所述位姿传感器用于检测所述体部壳体的当前位姿参数；所述控制模块分别连接所述位姿传感器、所述第一驱动件、所述第二驱动件和所述推进驱动件，所述控制模块用于根据所述当前位姿参数和目标位姿控制所述第一驱动件、所述第二驱动件和所述推进驱动件的工作状态。

7、根据本发明的一些实施例，所述腿部为多个且沿所述体部壳体的周向间隔开布置，所述腿部的一端与所述尾端铰接，所述腿部的另一端相对于一端可转动，使多个所述腿部向远离所述体部壳体的方向排水以推动所述体部壳体前进。

8、根据本发明的一些实施例，所述推进驱动件设于所述体部壳体内且所述推进驱动件的驱动轴穿设于所述尾端的端壁，所述仿生机器水母还包括：主动轮，所述主动轮设于所述驱动轴且在所述驱动轴的驱动下绕平行于所述设定方向的轴线转动；多个从动轮，多个所述从动轮沿所述主动轮的周向间隔开布置且分别与所述主动轮啮合，所述从动轮的转动轴线垂直于所述设定方向；多个连杆，所述连杆的一端与所述腿部铰接，且另一端与所述从动轮偏心铰接；其中，所述主动轮转动带动多个所述从动轮转动，所述从动轮转动带动所述连杆摆动以带动所述腿部相对于所述体部壳体摆动。

9、根据本发明的一些实施例，所述尾端的外周面设有凸耳，所述腿部可转动地安装于所述凸耳；所述尾端的端壁设有远离所述头端延伸的安装杆，所述从动轮可转动地安装于所述安装杆。

10、根据本发明的一些实施例，所述仿生机器水母还包括罩膜，所述罩膜包括第一部分，所述第一部分环绕所述腿部延伸呈锥面型，所述腿部相对于所述体部壳体转动以带动所述第一部分沿径向扩张和收缩。

11、根据本发明的一些实施例，所述罩膜还包括与所述第一部分相连的第二部分，所述第二部分与所述体部壳体的外表面贴合。

12、根据本发明的一些实施例，所述体部壳体包括头部壳体和腹部壳体，所述腹部壳体设于所述头部壳体和所述腿部之间，所述第一转向机构和所述第二转向机构至少部分设于所述腹部壳体内，所述头部壳体内设有配重件，以使所述仿生机器水母的重心与浮心重合。

13、根据本发明的一些实施例，所述头部壳体与所述腹部可以通过紧固件连接，且所述头部壳体与所述腹部壳体之间通过密封圈密封。

14、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种基于动量轮姿态控制的仿生机器水母，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于动量轮姿态控制的仿生机器水母，其特征在于，所述第一方向与所述设定方向垂直，所述第二方向与所述设定方向平行，且所述第二动量轮的轴线与所述体部壳体的中轴线重合。

3.根据权利要求1所述的基于动量轮姿态控制的仿生机器水母，其特征在于，所述体部壳体内设有位姿传感器和控制模块，所述位姿传感器用于检测所述体部壳体的当前位姿参数；

4.根据权利要求1所述的基于动量轮姿态控制的仿生机器水母，其特征在于，所述腿部为多个且沿所述体部壳体的周向间隔开布置，所述腿部的一端与所述尾端铰接，所述腿部的另一端相对于一端可转动，使多个所述腿部向远离所述体部壳体的方向排水以推动所述体部壳体前进。

5.根据权利要求4所述的基于动量轮姿态控制的仿生机器水母，其特征在于，所述推进驱动件设于所述体部壳体内且所述推进驱动件的驱动轴穿设于所述尾端的端壁，所述仿生机器水母还包括：

6.根据权利要求5所述的基于动量轮姿态控制的仿生机器水母，其特征在于，所述尾端的外周面设有凸耳，所述腿部可转动地安装于所述凸耳；所述尾端的端壁设有远离所述头端延伸的安装杆，所述从动轮可转动地安装于所述安装杆。

7.根据权利要求4所述的基于动量轮姿态控制的仿生机器水母，其特征在于，还包括罩膜，所述罩膜包括第一部分，所述第一部分环绕所述腿部延伸呈锥面型，所述腿部相对于所述体部壳体转动以带动所述第一部分沿径向扩张和收缩。

8.根据权利要求7所述的基于动量轮姿态控制的仿生机器水母，其特征在于，所述罩膜还包括与所述第一部分相连的第二部分，所述第二部分与所述体部壳体的外表面贴合。

9.根据权利要求1所述的基于动量轮姿态控制的仿生机器水母，其特征在于，所述体部壳体包括头部壳体和腹部壳体，所述腹部壳体设于所述头部壳体和所述腿部之间，所述第一转向机构和所述第二转向机构至少部分设于所述腹部壳体内，所述头部壳体内设有配重件，以使所述仿生机器水母的重心与浮心重合。

10.根据权利要求9所述的基于动量轮姿态控制的仿生机器水母，其特征在于，所述头部壳体与所述腹部可以通过紧固件连接，且所述头部壳体与所述腹部壳体之间通过密封圈密封。

技术总结本发明公开了一种基于动量轮姿态控制的仿生机器水母，仿生机器水母包括：体部壳体，沿设定方向的两端部分别为头端和尾端；推进机构，包括腿部和推进驱动件，腿部与尾端连接，且推进驱动件驱动腿部运动以推动仿生机器水母沿从尾端向头端的方向前进；第一转向机构和第二转向机构，均设于体部壳体内，第一转向机构包括第一动量轮和用于驱动第一动量轮绕沿第一方向延伸的轴线转动的第一驱动件，第二转向机构包括第二动量轮和用于驱动第二动量轮绕沿第二方向延伸的轴线转动的第二驱动件，第一方向与第二方向垂直，以使第一动量轮和第二动量轮配合实现头端的朝向调节。根据本发明实施例的仿生机器水母，转向较为灵活，转向机动性较强。技术研发人员：贾永霞,刘子晗,赵政源,王文睿,黄伟希受保护的技术使用者：清华大学技术研发日：技术公布日：2024/5/19