水下飞行机器人
成果类型:: 发明专利,实用新型专利,新技术
发布时间: 2023-09-26 22:54:35
由于载人飞行机器人需要足够的耐压空间、可靠的生命安全保障以及生命维持系统,这将为飞行机器人带来体积庞大、系统复杂、造价高昂、工作环境受限等不利因素。因此,无人水下飞行机器人技术的研究显得非常重要,水下飞行机器人相对于载人飞行机器人在安全性、机动性以及可操作性等方面优势非常明显,其在海洋环境研究、海洋资源探测和开发领域具有广阔的应用前景和巨大的潜在价值。本发明属于机器人技术领域,尤其涉及水下飞行机器人领域。本发明结合仿生学研究成果,模仿鸟类在空气介质中的飞行特点,设计了一种在水介质中可以滑翔和飞行的水下机器人,主要由鱼型壳体、仿生翅膀驱动模块、电子模块、仿生尾鳍模块以及底座组成;仿生翅膀驱动模块包括:一对仿生翅膀,两个旋翼舵机和两个划翼舵机;仿生尾鳍模块包括:一个仿生尾鳍,一个空间曲柄摇杆机构,一个尾鳍舵机。本发明具有节能、低噪、机动性好等特点。
本发明的有益效果是综合应用仿生技术和控制技术,研发出能高速、灵活、低噪航行的水下仿生飞行机器人,能应用于复杂海洋环境下的海底监测、水下救生等。应用仿生技术和机构组合技术设计了一种空间曲柄摇杆滑块式的尾鳍驱动装置,实现机器人尾鳍的上下摆动。应用仿生技术和机构组合技术实现了两翼的前后摆动和旋转运动,从而有效完成机器人的姿态调整。研究结果实现了水下仿生飞行机器人高速、灵活、低噪航行等功能特点,可将本研究成果应用于复杂海洋环境下的海底测量、海洋观察、水下救生等,具有十分重要的意义。本发明结合仿生学,将鸟类在空气中的飞行转化为在水中的游动,采取翅膀代替螺旋桨的驱动方法,通过控制仿生翅膀对水的拨动实现姿态控制和全向移动;同时还参考鲸鱼的尾鳍设计机器人的尾鳍,提供机器人姿态和运动的辅助控制。本发明实现一种灵活、高速、高效、低噪、安全的无人水下飞行机器人,整体轻盈灵活,便于携带且易于操作。
1. 海洋勘测与研究:水下飞行机器人可以用于海洋勘测和研究任务,如海底地质勘探、海洋生物学研究和海洋环境监测等。它可以快速而高效地获取海洋数据,包括水下地貌、生物群落、水质和海洋资源等信息。
2. 海底资源开发与维护:水下飞行机器人可用于海底资源的开发与维护,如海底油气管道的巡检与维修、海底电缆的安装与维护等。机器人的飞行能力和操纵性使其能够在复杂的水下环境中执行精确的任务,提高资源开发的效率和安全性。
3. 海洋安全与救援:水下飞行机器人可用于海洋安全与救援任务,如搜救失踪船只、执行水下紧急救援和执行海底作业的安全监测等。机器人可以快速响应紧急情况,并在水下环境中执行搜救和救援任务,提高救援效率和人员安全。
4. 水下文化遗产保护:水下飞行机器人可以用于水下文化遗产的保护与研究,如考古学研究、水下遗址的勘查与保护等。机器人可以对水下遗产进行高精度的拍摄和记录,保护历史文化遗产,同时提供研究和教育的数据支持。
5. 海洋生态保护:水下飞行机器人可用于海洋生态保护任务,如水下生态系统监测、水下废弃物的清理与处理等。机器人可以收集海洋生态数据,监测生态系统的健康状况,同时对海洋废弃物进行检测和清理,减少对海洋环境的影响。
6. 军事与安全应用:水下飞行机器人在军事和安全领域具有重要应用价值。它可以用于水下侦察、情报收集、水下作战支援等任务,提供实时的水下情报和支援军事行动。
北京交通大学是教育部直属全国重点大学,是国家“211工程”“985工程”“双一流”建设高校。有中国科学院院士3人,中国工程院院士10人。全面参与了铁路大提速、青藏铁路、磁悬浮列车、川藏铁路建设和城市轨道交通核心技术自主研发等轨道交通发展重大事件,取得了一系列完全自主知识产权、处于国际先进水平原创性重大成果。 学校智能机器人与系统研究主要从事机器人、虚拟现实、力触觉交互系统、系统控制等研究,构建具有国际先进水平的机器人研究平台。 专家简介:姚燕安,男,工学博士,任北京交通大学教授,博士生导师。研究领域:机构与机器人学 姚教授提出“多模式整体闭链连杆式移动系统”设计理论,提出以“几何机器人”为载体将数学(Mathematics)、科学(Science)、工程(Engineering)、艺术(Art)融合为一体的MSEA教育理念,旨在培养数学家的严谨思维、科学家的创新思维、工程师的实践能力、艺术家的美学情怀。
1. 提高工作效率:水下飞行机器人具有高速飞行和灵活操控的能力,可以在水下环境中快速执行任务。相比传统的水下机器人或潜水员,机器人能够更快速地完成任务,提高工作效率。
2. 减少人员风险:水下飞行机器人能够代替人员执行危险或高风险的水下任务,减少人员受伤或生命危险的风险。机器人可以在复杂、危险的水下环境中执行任务,保障人员的安全。
3. 扩展工作范围:水下飞行机器人可以进入人类难以到达或无法进入的水下区域,扩展了工作范围。它可以在深海、狭窄通道或高风险区域中执行任务,获取更多的数据和信息。
4. 高精度数据采集:水下飞行机器人可以搭载各种传感器和设备,实现高精度的数据采集和测量。它可以收集水下地形、水质、生物群落等数据,提供准确的信息支持。
5. 实时监测和响应:水下飞行机器人可以实时监测水下环境的变化,并根据需要进行快速响应。它可以对海洋污染、灾害事件或紧急情况进行及时监测和处理,减少潜在的损失。
6. 节约成本:相对于传统的水下作业方法,水下飞行机器人可以节约成本。它可以减少潜水员的使用和依赖,降低作业成本,并减少设备维护和人员培训的费用。
7. 科学研究与探索:水下飞行机器人为海洋科学研究和探索提供了强大的工具。它可以深入海洋中进行探索,开展海洋生物学、地质学等方面的研究,推动科学的进步和发现。
技术合作、技术服务,具体可包括:
(1)自行投资实施转化
(2)向他人转让该科技成果
(3)许可他人使用该科技成果
(4)以该科技成果作为合作条件,与他人共同实施转化
(5)以该科技成果作价投资,折算股份或者出资比例
(6)其他协商确定的方式
此项技术成果转化方式,既可以是上述方式的组合,也可以是其它符合实际需要的任何方式。具体转化方式待商议确定。