一种仿生水黾科研船

1.本发明涉及一种仿生水黾科研船，属于仿生机械领域。


背景技术：

2.随着现代科技的不断进步，人们对于生物特性的模仿能力越来越强。由于水黾对波浪的抗干扰能力很强，在水面上有着极强的稳定性并且行动迅速，所以人们不断对其特征进行模仿和制造，以便于进行采集水样或是进行水上救援等实用型工作。但是现有技术下已有的水黾机器人，效率不高，在水面前进速度较慢，且抗风浪抗干扰能力低于预期。


技术实现要素：

3.针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种仿生水黾科研船，从而提高水黾机器人的抗干扰能力和运动速度。
4.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种仿生水黾科研船，包括中心船架；所述中心船架包括连接前后位置的中心杆以及位于中心杆两侧的中心架；所述中心架包括上下两个平行布置的u型架以及位于上下两个u型架之间的竖直支撑杆；所述中心船架的四个端脚处设置有调位装置；所述调位装置下方靠近水面的位置连接有浮体；所述调位装置包括主动调位腿和被动调位腿；所述被动调位腿与中心船架连接；所述主动调位腿与浮体连接；所述被动调位腿包括上连接板、空气减震阻尼器、主动调位腿连接架、以及下连接板；所述上连接板的一端连接在中心架靠上端的u型架上，另一端连接在主动调位腿连接架一侧；所述下连接板的一端连接在中心架靠下端的u型架上，另一端连接在主动调位腿连接架一侧；所述空气减震阻尼器设置在上连接板和下连接板之间，其两端分别连接在中心架靠上端的u型架以及主动调位腿连接架上；所述主动调位腿包括箱座、箱盖、位于箱座内的传动机构以及底座；所述传动机构包括传动结构一以及传动结构二；所述传动结构一包括上驱动电机、带传动结构一、外驱动腿、驱动腿外轴承以及从动腿一；所述上驱动电机布置在箱座内，其与带传动一连接；所述带传动结构一一侧连接外驱动腿；所述外驱动腿通过腿部连接轴与从动腿一；所述从动腿一通过底座连接轴与底座连接；所述传动结构二包括下驱动电机、带传动结构二、内驱动腿、驱动腿内轴承以及从动腿二；所述带传动结构二布置在箱座内，其与带传动二连接；所述带传动结构二一侧连接内驱动腿；所述内驱动腿通过腿部连接轴与从动腿二；所述从动腿二通过底座连接轴与底座；所述底座固定在浮体上。
5.进一步的，所述上连接板、减震阻尼器以及下连接板分别开有连接孔或一体连接轴，与中心架相应位置配合连接；所述主动调位腿连接架在背板开有相应的连接孔以及一体连接轴，其分别与上连接板、减震阻尼器以及下连接板开有的连接孔或一体连接轴配合
连接。
6.进一步的，所述上连接板和下连接板两者内外两端连线长度相等；所述主动调位腿连接架、中心架与两连接板配合的相应位置在竖直方向长度相等。
7.进一步的，所述箱座与被动调位腿的主动调位腿连接架焊接固定。
8.进一步的，所述外驱动腿与内驱动腿嵌套并联，其分别由上驱动电机以及下驱动电机提供转矩；所述上驱动电机和下驱动电机转幅对称相等。
9.进一步的，所述中心架的四角及主动调位腿连接架设有单轴加速度传感器、线位移传感器，在中心架中心下杆设有速度传感器。
10.进一步的，所述中心船架的中心杆设置由三根，其对称分布在两个中心架之间。
11.本发明的有益效果是：本发明通过仿照水黾的生理结构，通过置于中心船架四角的主动调位腿、被动调位腿，保证中心船架在不均衡载重及风浪环境行驶过程中的稳定。
附图说明
12.图1为本发明的整体装置结构示意图；图2为本发明的仿生水黾科研船被动调位腿结构示意爆炸图；图3为本发明的仿生水黾科研船主动调位腿结构示意爆炸图；图4为本发明的仿生水黾科研船外驱动腿和内驱动腿与箱座连接结构示意图；图5为本发明的仿生水黾科研船箱座内部结构示意剖视图。
13.图中：1、主动调位腿，2、被动调位腿，3、中心船架，31、中心杆，4、浮体，5、上连接板 ，6、空气减震阻尼器，7、主动调位腿连接架，8、下连接板，9、中心架，91、u型架，92、竖直支撑杆，10、箱座，11、箱盖，12、上驱动电机，13、下驱动电机，14、带传动结构一，15、带传动结构二，16、外驱动腿，17、内驱动腿，18、驱动腿外轴承，19、驱动腿内轴承，20、从动腿一，21、从动腿二，22、腿部连接轴，23、底座，24、底座连接轴。
具体实施方式
14.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。
15.除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
16.如图1、图2和图3所示，一种仿生水黾科研船，包括中心船架3；中心船架3包括连接前后位置的中心杆31以及位于中心杆31两侧的中心架9；中心架9包括上下两个平行布置的u型架91以及位于上下两个u型架91之间的竖直支撑杆92；中心船架3的四个端脚处设置有调位装置；调位装置下方靠近水面的位置连接有浮体4；调位装置包括主动调位腿1和被动调位腿2；被动调位腿2与中心船架3连接；主动调位腿1与浮体4连接；被动调位腿2包括上连接板5、空气减震阻尼器6、主动调位腿连接架7、以及下连接板8；上连接板5的一端连接在中心架9靠上端的u型架91上，另一端连接在主动调位腿连接架7一侧；下连接板8的一端连接在中心架9靠下端的u型架91上，另一端连接在主动调位腿
连接架7一侧；空气减震阻尼器6设置在上连接板5和下连接板8之间，其两端分别连接在中心架9靠上端的u型架91以及主动调位腿连接架7上；主动调位腿1包括箱座10、箱盖11、位于箱座10内的传动机构以及底座23；传动机构包括传动结构一以及传动结构二；传动结构一包括上驱动电机12、带传动结构一14、外驱动腿16、驱动腿外轴承18以及从动腿一20；上驱动电机12布置在箱座10内，其与带传动一14连接；带传动结构一14一侧连接外驱动腿16；外驱动腿16通过腿部连接轴22与从动腿一20；从动腿一20通过底座连接轴24与底座23连接；传动结构二包括下驱动电机13、带传动结构二15、内驱动腿17、驱动腿内轴承19以及从动腿二21；带传动结构二15布置在箱座10内，其与带传动二15连接；带传动结构二15一侧连接内驱动腿17；内驱动腿17通过腿部连接轴22与从动腿二21；从动腿二21通过底座连接轴24与底座23；底座23固定在浮体4上。
17.参照图4，箱盖11上设置由用于嵌置传动结构一以及传动结构二轴结构的圆形孔，传动结构一的外驱动腿16上开有圆形孔，传动结构二的内驱动腿17连接在外驱动腿16上开有的圆形孔上，并通过各自的轴承固定住，轴承采用过盈配合连接的方式。
18.本结构优选的，上连接板5、减震阻尼器6以及下连接板8分别开有连接孔或一体连接轴，与中心架9相应位置配合连接；主动调位腿连接架7在背板开有相应的连接孔以及一体连接轴，其分别与上连接板5、减震阻尼器6以及下连接板8开有的连接孔或一体连接轴配合连接。
19.本结构优选的，上连接板5和下连接板8两者内外两端连线长度相等；主动调位腿连接架7、中心架9与两连接板配合的相应位置在竖直方向长度相等。
20.本结构优选的，箱座1与被动调位腿2的主动调位腿连接架7焊接固定。
21.本结构优选的，外驱动腿16与内驱动腿17嵌套并联，其分别由上驱动电机12以及下驱动电机13提供转矩；上驱动电机12和下驱动电机13转幅对称相等。
22.本结构优选的，中心架9的四角及主动调位腿连接架7设有单轴加速度传感器、线位移传感器，在中心架9中心下杆设有速度传感器。
23.本结构优选的，中心船架3的中心杆31设置由三根，其对称分布在两个中心架9之间。
24.运行方式包括低速和高速两种方式，当速度传感器所测得的船速小于等于6m/s时，系统默认为低速运行模式，此运行模式适应浪波动冲击较小、行驶速度较低的海岸区域；根据设计构思，在低速运行模式下，船体平衡所受影响主要为施加载重导致的重心偏移及波幅较小的海浪冲击，因此系统分配较大许用转幅给各个主动调味腿1的驱动电机，即分配较大的许用竖直方向为位移给主动调位腿1，将线位移传感器作为主要的负反馈，通过主动调位腿1调节船身姿态，通过减震阻尼器6减小震荡；当速度传感器所测得的穿速大于6m/s时，系统默认为高速运行模式，此模式适应浪波动冲击较大、行驶速度较高的远海区域；根据设计构思，在高速运行模式下，船体平衡所受影响主要为远海区域波幅较大且相对冲击速度较快的海浪冲击，在相对冲击速度较大的情况下，减震阻尼器6有更好的响应灵敏度，因此系统存储低速运行模式时能够保持中心平衡的各主动调位腿1的竖直高度，分配较小许用转幅给各个主动调位腿1的驱动电机，提
高许用转矩及复位响应速度，使各主动调位腿1保持稳定姿态，从而将冲击传递至被动调位腿2外端，由减震阻尼器6吸收冲击，保持中心船架3稳定。
25.运行模式可以手动转换，手动模式转换进行时，系统将通过语音模块提醒操作者是否为误触，以防止运行模式转换不适于当前实际运行情况，主动调位腿1的许用竖直移位转变导致的重心偏移。
26.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种仿生水黾科研船，其特征在于，包括中心船架（3）；所述中心船架（3）包括连接前后位置的中心杆（31）以及位于中心杆（31）两侧的中心架（9）；所述中心架（9）包括上下两个平行布置的u型架（91）以及位于上下两个u型架（91）之间的竖直支撑杆（92）；所述中心船架（3）的四个端脚处设置有调位装置；所述调位装置下方靠近水面的位置连接有浮体（4）；所述调位装置包括主动调位腿（1）和被动调位腿（2）；所述被动调位腿（2）与中心船架(3)连接；所述主动调位腿（1）与浮体（4）连接；所述被动调位腿（2）包括上连接板（5）、空气减震阻尼器（6）、主动调位腿连接架（7）、以及下连接板（8）；所述上连接板（5）的一端连接在中心架（9）靠上端的u型架（91）上，另一端连接在主动调位腿连接架（7）一侧；所述下连接板（8）的一端连接在中心架（9）靠下端的u型架（91）上，另一端连接在主动调位腿连接架（7）一侧；所述空气减震阻尼器（6）设置在上连接板（5）和下连接板（8）之间，其两端分别连接在中心架（9）靠上端的u型架（91）以及主动调位腿连接架（7）上；所述主动调位腿（1）包括箱座（10）、箱盖（11）、位于箱座（10）内的传动机构以及底座（23）；所述传动机构包括传动结构一以及传动结构二；所述传动结构一包括上驱动电机（12）、带传动结构一（14）、外驱动腿（16）、驱动腿外轴承（18）以及从动腿一（20）；所述上驱动电机（12）布置在箱座（10）内，其与带传动一（14）连接；所述带传动结构一（14）一侧连接外驱动腿（16）；所述外驱动腿（16）通过腿部连接轴（22）与从动腿一（20）；所述从动腿一（20）通过底座连接轴（24）与底座（23）连接；所述传动结构二包括下驱动电机（13）、带传动结构二（15）、内驱动腿（17）、驱动腿内轴承（19）以及从动腿二（21）；所述带传动结构二（15）布置在箱座（10）内，其与带传动二（15）连接；所述带传动结构二（15）一侧连接内驱动腿（17）；所述内驱动腿（17）通过腿部连接轴（22）与从动腿二（21）；所述从动腿二（21）通过底座连接轴（24）与底座（23）；所述底座（23）固定在浮体（4）上；所述箱盖（11）上设置由用于嵌置传动结构一以及传动结构二轴结构的圆形孔。2.根据权利要求1所述的一种仿生水黾科研船，其特征在于，所述上连接板（5）、减震阻尼器（6）以及下连接板（8）分别开有连接孔或一体连接轴，与中心架（9）相应位置配合连接；所述主动调位腿连接架（7）在背板开有相应的连接孔以及一体连接轴，其分别与上连接板（5）、减震阻尼器（6）以及下连接板（8）开有的连接孔或一体连接轴配合连接。3.根据权利要求1所述的一种仿生水黾科研船，其特征在于，所述上连接板（5）和下连接板（8）两者内外两端连线长度相等；所述主动调位腿连接架（7）、中心架（9）与两连接板配合的相应位置在竖直方向长度相等。4.根据权利要求1所述的一种仿生水黾科研船，其特征在于，所述箱座（1）与被动调位腿（2）的主动调位腿连接架（7）焊接固定。5.根据权利要求1所述的一种仿生水黾科研船，其特征在于，所述外驱动腿（16）与内驱动腿（17）嵌套并联，其分别由上驱动电机（12）以及下驱动电机（13）提供转矩；所述上驱动电机（12）和下驱动电机（13）转幅对称相等。6.根据权利要求1所述的一种仿生水黾科研船，其特征在于，所述中心架（9）的四角及主动调位腿连接架（7）设有单轴加速度传感器、线位移传感器，在中心架（9）中心下杆设有速度传感器。
7.根据权利要求1所述的一种仿生水黾科研船，其特征在于，所述中心船架（3）的中心杆（31）设置由三根，其对称分布在两个中心架（9）之间。

技术总结
本发明公开一种仿生水黾科研船，包括中心船架；中心船架四个端脚处设置有调位装置；调位装置下方靠近水面的位置连接有浮体；调位装置包括主动调位腿和被动调位腿；被动调位腿与中心船架连接；主动调位腿与浮体连接；被动调位腿包括上连接板、空气减震阻尼器、主动调位腿连接架以及下连接板；主动调位腿包括箱座、箱盖、传动机构以及底座；传动机构包括传动结构一以及传动结构二；传动结构一包括上驱动电机、带传动结构一、外驱动腿、驱动腿外轴承以及从动腿一；传动结构二包括下驱动电机、带传动结构二、内驱动腿、驱动腿内轴承以及从动腿二。本发明通过仿照水黾的生理结构，从而能够保证中心船架在不均衡载重及风浪环境行驶过程中的稳定。的稳定。的稳定。


技术研发人员：宋承其 叶佰恒 王森 杨慧程 黄宇煦 姜衍
受保护的技术使用者：南通大学
技术研发日：2022.02.21
技术公布日：2022/5/25