仿生水底机器人和仿生水底机器人系统的制作方法

本申请涉及海洋测量领域，具体而言，涉及一种仿生水底机器人和仿生水底机器人系统。

背景技术：

目前，由于马达推动器比较小巧，大部分水底机器人项目都是采用马达推动器推动螺旋桨来做移动，然而现有的水底机器人存在以下问题：

第一，由于种种降低功率的因素，例如水中气穴化(cavitation)，震动、噪音等导致流失能源较多。

第二，马达发出的噪音污染，还有螺旋桨对鱼类的危险性，都会对海洋生态环境产生危害。

技术实现要素：

本申请实施例的目的在于提供一种仿生水底机器人和仿生水底机器人系统，用以缓解现有技术中的水底机器人存在的能源浪费和生态破坏的问题，能够减少对生态的破坏，且能量转换效率更高，能够更好的完成海洋测量。

第一方面，本实用新型实施例提供一种仿生水底机器人，所述仿生水底机器人的外轮廓呈鱼形，所述仿生水底机器人包括：主体结构以及设置在所述主体结构两侧的运动单元；所述主体结构内部设置有ipmc(ion-exchangepolymermetalcomposite，离子交换聚合金属材料)信号发送驱动器，所述运动单元包括至少一个ipmc驱动部，所述ipmc驱动部与所述ipmc信号发送驱动器电连接，所述ipmc信号发送驱动器配置为驱动所述ipmc驱动部带动所述仿生水底机器人进行运动。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述ipmc信号发送驱动器包括驱动电源以及与所述驱动电源相连接的控制器，所述ipmc驱动部通过所述驱动电源与所述控制器电连接；所述驱动电源配置为所述ipmc驱动部施加驱动电压，所述控制器配置为对所述驱动电压进行调节，以改变所述ipmc驱动部的形态，从而带动所述仿生水底机器人运动。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述ipmc驱动部为多个。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，多个所述ipmc驱动部沿所述主体结构的长度方向等间隔阵列排布。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述ipmc驱动部呈条状结构。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述ipmc驱动部包括离子聚合物基材以及设置于所述离子聚合物基材表面的导体，所述导体采用贵金属。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述ipmc驱动部贯穿所述运动单元的上下表面，所述ipmc驱动部贯穿能够相对于所述运动单元上下运动。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述运动单元采用乳胶布料。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述主体结构采用防水材料，所述主体结构外部还覆盖有防水膜。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种仿生水底机器人系统，包括壳体和如前述实施方式任一项所述的仿生水底机器人，所述壳体采用防水透明材料，所述壳体用于对所述仿生水底机器人进行保护。

本实用新型实施例带来了以下有益效果：本实用新型实施例提供的一种仿生水底机器人和仿生水底机器人系统中，其中，该仿生水底机器人的外轮廓呈鱼形，该仿生水底机器人包括：主体结构以及设置在所述主体结构两侧的运动单元；所述主体结构内部设置有ipmc信号发送驱动器，所述运动单元包括至少一个ipmc驱动部，所述ipmc驱动部与所述ipmc信号发送驱动器电连接，所述ipmc信号发送驱动器配置为驱动所述ipmc驱动部带动所述仿生水底机器人进行运动。因此，本实施例提供的技术方案，通过采用仿生学理念设计水底机器人，相比于现有技术中的水底机器人，无需依靠马达和螺旋桨推动，缓解了现有技术中的水底机器人存在的能源浪费和生态破坏的问题，能够减少对生态的破坏，且能量转换效率更高，能够更好的完成海洋测量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的ipmc的原理图；

图2为本申请实施例提供的一种仿生水底机器人的外观示意图；

图3为本申请实施例提供的一种仿生水底机器人的驱动结构图；

图4为本申请实施例提供的一种仿生水底机器人的在运动时ipmc驱动部的状态图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

为了便于理解，下面首先对本申请提及的术语进行简要说明：

ipmc(离子聚合物-金属复合材料)是一种合成的复合纳米材料，在施加的电压或电场下会表现出人造肌肉的行为。

如图1所示，ipmc由离子聚合物100(如nafion或flemion)组成，其表面化学镀或物理涂覆有导体200(如铂或金)。在施加的电压(对于典型的10mm*40mm*0.2mm小样品，为1v-5v)下，由于跨过ipmc的施加电压而引起的离子迁移和重新分布会导致弯曲变形。如果电镀电极300以非对称结构布置，则施加的电压会引起各种变形，例如扭曲，滚动，扭转，转动，旋转，旋转和不对称弯曲变形。可选地，如果将这种变形物理地施加到ipmc试条上，它们将生成输出电压信号(对于典型的小样品为几毫伏)作为传感器和能量收集器。ipmc是一种电活性聚合物。它们在液体环境和空气中都能很好地工作。在悬臂结构中，它们的力密度约为40，意味著在悬臂模式下，可以产生自身重量近40倍的尖端力。

目前，由于马达推动器比较小巧，大部分水底机器人项目都是采用马达推动器推动螺旋桨来做移动，然而现有的水底机器人存在以下缺点：一，由于种种降低功率的因素，例如水中气穴化(cavitation)，震动、噪音等导致流失能源较多；二，马达发出的噪音污染，还有螺旋桨对鱼类的危险性，都会对海洋生态环境产生危害。

基于此，本实用新型实施例提供了一种仿生水底机器人和仿生水底机器人系统，以缓解现有技术中的水底机器人存在的能源浪费和生态破坏的问题，能够减少对生态的破坏，且能量转换效率更高，能够更好的完成海洋测量。

参见图2和图3所示，本实用新型实施例提供一种仿生水底机器人，所述仿生水底机器人的外轮廓呈鱼形，所述仿生水底机器人包括：主体结构1以及设置在所述主体结构两侧的运动单元2；所述主体结构1内部设置有ipmc信号发送驱动器，所述运动单元2包括至少一个ipmc驱动部3，所述ipmc驱动部与所述ipmc信号发送驱动器电连接，所述ipmc信号发送驱动器配置为驱动所述ipmc驱动部带动所述仿生水底机器人进行运动。

在可选的实施方式中，所述ipmc信号发送驱动器包括驱动电源4以及与所述驱动电源相连接的控制器5，所述ipmc驱动部通过所述驱动电源与所述控制器电连接；所述驱动电源配置为所述ipmc驱动部施加驱动电压，所述控制器配置为对所述驱动电压进行调节，以改变所述ipmc驱动部的形态，从而带动所述仿生水底机器人运动。

在可选的实施方式中，所述主体结构的控制器包括多个接口，所述ipmc驱动部通过所述接口与主体结构的控制器电连接。

在可选的实施方式中，ipmc信号发送驱动器还包括供电电源6，所述供电电源用于为所述控制器供电。

在可选的实施方式中，所述ipmc驱动部为多个。

在可选的实施方式中，所述ipmc驱动部为6个。

在可选的实施方式中，多个所述ipmc驱动部沿所述主体结构的长度方向阵列排布。

在可选的实施方式中，多个所述ipmc驱动部沿所述主体结构的长度方向等间隔阵列排布。

在可选的实施方式中，所述ipmc驱动部呈条状结构。

在可选的实施方式中，所述ipmc驱动部呈带状结构。

在可选的实施方式中，所述ipmc驱动部与所述主体结构之间形成预设夹角；

在可选的实施方式中，所述ipmc驱动部包括离子聚合物基材以及设置于所述离子聚合物基材表面的导体，所述导体采用贵金属。

在可选的实施方式中，所述导体采用贵金属，例如铂或金。

在可选的实施方式中，所述ipmc驱动部贯穿所述运动单元的上下表面，所述ipmc驱动部贯穿能够相对于所述运动单元上下运动。

在可选的实施方式中，所述运动单元采用柔性材料；

在可选的实施方式中，所述运动单元采用乳胶布料。

在可选的实施方式中，所述主体结构呈“一”字形；

在可选的实施方式中，所述主体结构采用防水材料，所述主体结构外部还覆盖有防水膜。

具体的，该仿生水底机器人是基于ipmc人工肌肉的水下仿生机器，模拟魔鬼鱼的形态来运动。其中，该仿生水底机器人的推动硬件方面包括三部分：ipmc信号发送驱动器，ipmc驱动部和主体两边的乳胶布料。主体两边的乳胶布料均设置有ipmc驱动部，每边12个，6个ipmc驱动部在乳胶布料的上面(第一面)，6个ipmc驱动部在乳胶布料的下面(第二面)。推动时以图4所示的方式将水推走，类似魔鬼鱼游泳一般。

本实用新型实施例提供的仿生水底机器人外轮廓呈鱼形，包括：主体结构以及设置在所述主体结构两侧的运动单元；所述主体结构内部设置有ipmc信号发送驱动器，所述运动单元包括至少一个ipmc驱动部，所述ipmc驱动部与所述ipmc信号发送驱动器电连接，所述ipmc信号发送驱动器配置为驱动所述ipmc驱动部带动所述仿生水底机器人进行运动。因此，该仿生水底机器人通过采用ipmc(一种人工肌肉)的水下的仿生机器人，仿生的魔鬼鱼的游泳自然形态，该技术方案通过采用人工肌肉的新型机器结构来代替传统马达推动器和螺旋桨，能够减少能源浪费和对生态环境的影响。

本实用新型实施例还提供一种仿生水底机器人系统，包括壳体和如前述实施方式任一项所述的仿生水底机器人，所述壳体采用防水透明材料，所述壳体用于对所述仿生水底机器人进行保护。

具体的，所述壳体用于对所述仿生水底机器人主体结构和运动部进行保护。

在可选的实施方式中，所述壳体可以呈圆球形，将仿生水底机器人包裹在内部进行保护。

本实用新型实施例提供的仿生水底机器人系统，与上述实施例提供的仿生水底机器人具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

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