用于清理水中垃圾的機器海龜本申請是申請?zhí)?01310113224.9、申請日：2013-04-03、名稱“機器海龜”的分案申請。技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種基于清潔與娛樂相結(jié)合的水下機器，是一種機器海龜。

背景技術(shù)：
目前，類似的形式有：水下仿生海龜潛水機器人、仿生機器海龜?shù)鹊?。水下仿生海龜機器人發(fā)展現(xiàn)狀1.北京大學(xué)的一款仿生式機器海龜。該仿生機器海龜具有兩級自由度鰭肢機構(gòu)，可實現(xiàn)復(fù)雜的三維運動，這是一款基于仿生推進的機器海龜，其通過黃油層密封機構(gòu)簡單，在水中運動穩(wěn)定可靠，運動靈活，機動性好。主要模擬了水生魚類和鯨豚類的仿生搖擺推進方式，可應(yīng)用于水下無人探測器。2.瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院的研究者以海龜為原型，制作了一臺“海龜”潛水機器人。它前端的兩個鰭擁有相當(dāng)高的機械還原度，可在三維空間隨意轉(zhuǎn)動，讓其游速達(dá)到了2米/秒。此外，機器人還配備了一些設(shè)備用于科研，幫助科學(xué)家在復(fù)雜的海洋環(huán)境下輕松完成任務(wù)。3.西北工業(yè)大學(xué)仿海龜撲翼水下機器人。該款機器人是一種仿海龜推進、采用撲翼推進并帶滑翔功能，具有高機動性、高效、低阻低噪、低功耗、遠(yuǎn)航程的多用途水下機器人。其具有撲翼推進和滑翔兩種工作模式。撲翼推進時，通過機器人兩側(cè)的主翼撲水產(chǎn)生推力，推動機器人前進，再通過兩側(cè)的后舵調(diào)整航行姿態(tài)，且通過將兩撲翼的推進方向和舵的各種工作狀態(tài)進行組合，可以實現(xiàn)機器人的各種簡單或復(fù)雜的運動?；钑r，撲翼停止工作，通過調(diào)節(jié)機器人的重力及重心位置，即可實現(xiàn)機器人在水下的滑翔運動。通過在此機器人上搭載各種專用設(shè)備，還可進行海洋資源勘測、海洋環(huán)境調(diào)查等方面的應(yīng)用。上述水下仿生海龜主要針對科學(xué)研究，存在成本高，設(shè)計復(fù)雜，不利于向大眾推廣的問題。另一方面，集實用與娛樂于一體的仿生機器魚還非常少見，市場上海洋館、游泳池等幾乎沒有相類似的娛樂且具有一定功能的仿海龜機器出現(xiàn)，其中清潔功能幫助延長換水周期，節(jié)約水資源。在帶來娛樂效果的同時也重申環(huán)保、節(jié)約水資源的重要性，促進青少年兒童了解大海，認(rèn)識海中生物，幫助增長見識。近來一些仿生機器魚的出現(xiàn)成為了一個大的賣點，憑借其帶來的真實感，吸引了很多觀眾的眼球，甚至很難分辨真假。這些仿生魚的出現(xiàn)也表示著娛樂觀賞機械廣泛受到人們的歡迎，有很大的市場發(fā)展空間。機器海龜改變了觀眾對仿生機器魚只具備娛樂功能以及水下清潔機械只能實現(xiàn)清潔作用的理解，又給現(xiàn)代人闡述了機電結(jié)合、實用與娛樂互補的理念，同時也為廣大機器魚的研制者們提供了更為廣闊的思路，讓他們能夠以此為啟發(fā)，設(shè)計出更多集實用與娛樂為一體的機器裝置。因此該作品具有比較大的市場前景和推廣價值。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)合理，工作性能新穎，可用于清理水中垃圾的機器海龜。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種機器海龜，其特征是：包括作為機器海龜身體的長方體塑料盒及長方體塑料盒下方的垃圾過濾器；長方體塑料盒內(nèi)設(shè)置使機器海龜身體沉浮的沉浮機構(gòu)，長方體塑料盒外壁上固結(jié)多個沿塑料盒三面分布的水泵，多個水泵的排水方向包括左、右、后；垃圾過濾器上固結(jié)帶動四肢運動的肢體動作驅(qū)動機構(gòu)；垃圾過濾器包括水流盒，水流盒前固結(jié)將水流吸入水流盒中的螺旋槳裝置，水流盒后設(shè)置垃圾過濾網(wǎng)；一個控制系統(tǒng)控制沉浮機構(gòu)、水泵、肢體動作驅(qū)動機構(gòu)及螺旋槳的工作。所述沉浮機構(gòu)包括頭部伸出塑料盒進行吸排水的注射器，注射器筒體固定在固定鋁板上，固定鋁板上固裝沉浮驅(qū)動電機，注射器的活塞桿與移動鋁板固定連接，移動鋁板與齒條固定連接，沉浮驅(qū)動電機的輸出軸齒輪與齒條嚙合。固定鋁板上裝導(dǎo)向柱，導(dǎo)向柱的滑塊通過角鋁固定連接在移動鋁板上。塑料盒內(nèi)底板上卡住一塑料網(wǎng)格，注射器筒體固定在固定鋁板上，固定鋁板通過螺栓螺母固定在塑料網(wǎng)格上，注射器卡在網(wǎng)格中，實現(xiàn)水平定位。所述肢體動作驅(qū)動機構(gòu)包括固定在垃圾過濾器上的導(dǎo)軌，四肢驅(qū)動舵機固定連接在導(dǎo)軌上，四肢驅(qū)動舵機的輸出軸與舵盤連接，舵盤的二端所連接的結(jié)構(gòu)以四肢驅(qū)動舵機的輸出軸為中心呈對稱結(jié)構(gòu)，該對稱結(jié)構(gòu)包括一端與舵盤可轉(zhuǎn)動式連接的第一桿件，第一桿件的另一端與滑塊可轉(zhuǎn)動式連接，滑塊與第二桿件的一端可轉(zhuǎn)動式連接，第二桿件的另一端與第三桿件可轉(zhuǎn)動式連接，第三桿件在靠近第二桿件連接處與第四桿件可轉(zhuǎn)動式連接，第四桿件垂直于導(dǎo)軌方向固定于導(dǎo)軌上。所述滑塊可在導(dǎo)軌上滑動或滾動。垃圾過濾網(wǎng)是由軟玻璃折成的底板帶孔的盒及裝在孔上的過濾布組成，該過濾網(wǎng)通過搭扣安裝在水流盒的水流出口處；水流盒中設(shè)置有水流導(dǎo)向板。所述控制系統(tǒng)為遙控式控制系統(tǒng)，包括主控模塊，主控模塊與無線接收模塊連接，主控模塊與電機驅(qū)動模塊連接。本發(fā)明結(jié)構(gòu)新穎合理，相比于其他仿生海龜成本低廉，兼娛樂與清潔功能于一體，在海洋館、游泳池等場所具有潛在的市場價值。可促進青少年兒童了解大海，認(rèn)識海中生物，幫助增長見識，在帶來娛樂效果的同時，其清潔水中垃圾的功能可減少水循環(huán)，從而節(jié)約水資源。本發(fā)明使用長方體塑料盒與垃圾過濾器作為海龜?shù)纳眢w，設(shè)計了可以運動的機器海龜?shù)乃闹辉O(shè)計了左、右、前三個方向的運動機構(gòu)及沉浮機構(gòu)；設(shè)計了對水進行處理、垃圾清潔的過濾器裝置；將遙控器與單片機相結(jié)合，實現(xiàn)了對機器海龜?shù)目刂?。本發(fā)明主要創(chuàng)新點功能創(chuàng)新：面對目前水下機械功能專一，面向科研，制作成本高，同時市場上水下娛樂玩具少的現(xiàn)狀，我們模擬了海洋中海龜?shù)奶卣?，避免了追求過度仿生所帶來的高成本，設(shè)計了一款成本低廉、集聚了垃圾清理及娛樂為一體的機器海龜，在具有豐富娛樂性的同時擁有一定的實用性。該機器海龜能夠向前及左右運動，能夠?qū)崿F(xiàn)對水源的過濾。目前沒有相關(guān)報道，是本發(fā)明的一項基本創(chuàng)新。結(jié)構(gòu)創(chuàng)新：1.關(guān)于四肢的運動，基于曲柄滑塊機構(gòu)的特點，進行了曲柄滑塊機構(gòu)的正反組合，同時設(shè)計了對稱式的結(jié)構(gòu)，通過舵機的正反具有一定角度的運動控制，巧妙地使海龜四肢的運動達(dá)到一致性。2.采用體外水泵排水作為海龜運動的驅(qū)動力，一方面節(jié)省海龜體內(nèi)的空間，另一方面這種水泵可避免仿魚鰭類裝置推進的高成本，而且水流噴射能力強，保證了足夠的推動力，有利于克服水的阻力，引導(dǎo)海龜在水中的運動。3.采用螺旋槳式可拆卸過濾網(wǎng)的垃圾收集裝置，通過螺旋槳的帶動，提高了清潔的效率，利用水流導(dǎo)向板的引導(dǎo)及水流的特點進行水的過濾，方便收集垃圾，將進入過濾裝置的水引流至過濾網(wǎng)，濾出其中的雜質(zhì)，同時防止水的回流與沖擊帶走垃圾。4.海龜沉浮的設(shè)計避開了其它機器海龜開發(fā)中采用的通過四肢多自由度的運動實現(xiàn)，而采用若干注射器入水與排水，實現(xiàn)海龜?shù)某粮　＞唧w通過注射器筒與固定鋁板固定連接，移動鋁板與注射器活塞桿固定連接，由沉浮驅(qū)動電機帶動移動鋁板實現(xiàn)注射器活塞桿的來回運動，進行排水與入水，達(dá)到沉浮的目的。附圖說明下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。圖1是本發(fā)明一個實施例的主體結(jié)構(gòu)示意圖圖2是沉浮機構(gòu)示意圖圖3是肢體動作驅(qū)動機構(gòu)示意圖圖4是圖3的側(cè)面視圖。圖5是圖3的機械結(jié)構(gòu)簡圖。圖6是垃圾過濾器結(jié)構(gòu)示意圖圖7是水泵分布示意圖圖8是本發(fā)明控制系統(tǒng)控制流程圖。圖9是控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖10是單片機電路圖。具體實施方式一種機器海龜，包括作為機器海龜身體的長方體塑料盒1及長方體塑料盒下端的垃圾過濾器；長方體塑料盒內(nèi)設(shè)置使機器海龜身體沉浮的沉浮機構(gòu)，長方體塑料盒外壁上固結(jié)多個沿塑料盒三面分布的水泵8，多個水泵的排水方向包括左、右、后；垃圾過濾器上固結(jié)帶動四肢運動的肢體動作驅(qū)動機構(gòu)；垃圾過濾器包括水流盒，水流盒前固結(jié)將水流吸入水流盒中的螺旋槳裝置12，水流盒后設(shè)置垃圾過濾網(wǎng)10；一個控制系統(tǒng)控制沉浮機構(gòu)、水泵、肢體動作驅(qū)動機構(gòu)及螺旋槳的工作。所述沉浮機構(gòu)包括頭部伸出塑料盒1進行吸排水的注射器2，注射器筒體固定在固定鋁板4上，固定鋁板4上固裝沉浮驅(qū)動電機3，注射器的活塞桿與移動鋁板7固定連接，移動鋁板與齒條5固定連接，沉浮驅(qū)動電機3的輸出軸齒輪與齒條5嚙合。固定鋁板4上裝導(dǎo)向柱8，導(dǎo)向柱的滑塊6通過角鋁固定連接在移動鋁板7上。塑料盒內(nèi)底板上卡住一塑料網(wǎng)格21，注射器筒體固定在固定鋁板4上，固定鋁板4通過螺栓螺母固定在塑料網(wǎng)格21上，注射器卡在塑料網(wǎng)格21中，實現(xiàn)水平定位。所述肢體動作驅(qū)動機構(gòu)包括固定在垃圾過濾器上的導(dǎo)軌，四肢驅(qū)動舵機固定連接在導(dǎo)軌上，四肢驅(qū)動舵機的輸出軸與舵盤連接，舵盤的二端所連接的結(jié)構(gòu)以四肢驅(qū)動舵機的輸出軸為中心呈對稱結(jié)構(gòu)，該對稱結(jié)構(gòu)包括一端與舵盤16可轉(zhuǎn)動式連接的第一桿件17，第一桿件17的另一端與滑塊13可轉(zhuǎn)動式連接，滑塊13與第二桿件18的一端可轉(zhuǎn)動式連接，第二桿件18的另一端與第三桿件20可轉(zhuǎn)動式連接，第三桿件在靠近第二桿件連接處與第四桿件19可轉(zhuǎn)動式連接，第四桿件19垂直于導(dǎo)軌方向固定于導(dǎo)軌14。所述對稱結(jié)構(gòu)如圖3，指：舵盤16、左右兩個第一桿件17及左右兩個滑塊13呈中心對稱；左右兩個第二桿件18、左右兩個第三桿件20、左右兩個第四桿件19呈軸對稱。所述滑塊13如圖3所示，外形為圓形，可在導(dǎo)軌14上滑動或滾動。垃圾過濾網(wǎng)是由軟玻璃折成的底板帶孔的盒及裝在孔上的過濾布組成，該過濾網(wǎng)通過搭扣安裝在水流盒的水流出口處；水流盒中設(shè)置有水流導(dǎo)向板。所述控制系統(tǒng)為遙控式控制系統(tǒng)，包括主控模塊，主控模塊與無線接收模塊連接，主控模塊與電機驅(qū)動模塊連接。沉浮機構(gòu)工作原理沉浮運動通過遙控器控制沉浮驅(qū)動電機3，電機輸出軸齒輪轉(zhuǎn)動，使固定在移動鋁板上的齒條5往復(fù)運動，進而帶動移動鋁板及注射器活塞桿整體的往復(fù)運動，為了防止移動鋁板在運動中產(chǎn)生歪斜，設(shè)計了移動路線導(dǎo)向柱8，使注射器順利完成吸排水動作。注射器吸水時，機器海龜整體重量增加，整體重量大于水的浮力，海龜下沉；注射器排水時，注射器里的水減少，機器海龜?shù)恼w重量減輕，小于水的浮力，海龜上浮。肢體運動機構(gòu)工作原理四肢的運動基于曲柄滑塊機構(gòu)的特點，進行了曲柄滑塊機構(gòu)的正反組合，同時設(shè)計了對稱式的結(jié)構(gòu)。舵機具有一定角度的正反轉(zhuǎn)動帶動兩個滑塊13對稱式左右移動，從而使作為四肢的第三桿件20對稱式擺動，巧妙地使海龜四肢的運動達(dá)到一致性與仿生效果，具體機構(gòu)如圖3。四肢的運動完全處于水中運行，需要解決舵機的水中工作問題，本發(fā)明采用結(jié)構(gòu)較小且緊湊的舵機，在水中水的表面張力比較大，在舵機內(nèi)部注入了黃油層，使舵機內(nèi)部的空隙部分盡量充滿黃油，在水中避免水的進入保持舵機的穩(wěn)定工作，解決了隔水密封的問題。垃圾過濾器工作原理垃圾過濾裝置充分利用了水流的特點，在海龜運動時有一部分的水流向過濾裝置，同時用固定在水流盒上的清潔螺旋槳12將水吹向過濾結(jié)構(gòu)中，增加了過濾裝置中水流的流速。水流盒中設(shè)置有水流導(dǎo)向板11，水從水流盒中流過，有水流導(dǎo)向板引導(dǎo)水的流向，水流盒后設(shè)置垃圾過濾網(wǎng)10，水經(jīng)水流導(dǎo)向板的引導(dǎo)直接流向垃圾過濾網(wǎng)，雜質(zhì)可由水流帶向盒中，防止外溢。垃圾過濾網(wǎng)可通過搭扣安裝在水流盒上，可以人工拆卸。方向控制機構(gòu)工作原理在海龜體外粘貼固接多個體外水泵，水泵沿塑料盒四周的三面分布，分別實現(xiàn)左、右、前三個方向的運動。考慮到海龜身體內(nèi)部體積有限以及水泵是電磁式水泵，水泵的電路部分完全密封，轉(zhuǎn)子采用磁力轉(zhuǎn)子，輸出變化的磁場使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，可浸在水中工作，故將水泵固結(jié)在體外，同樣用遙控器控制。當(dāng)控制其中一個水泵排水時，其產(chǎn)生的反向作用力可推動整個機器海龜反向運動，海龜后固結(jié)兩個水泵，可以提供足夠的前進動力。多個水泵分別完成左、右、前三個方向的運動。機器海龜?shù)目刂葡到y(tǒng)基于機器海龜?shù)南嚓P(guān)控制要求，設(shè)計了具有遙控功能無線控制器。以單片機程序控制為主，單片機接受遙控器發(fā)出的指令，完成相應(yīng)的動作要求，實現(xiàn)遙控與單片機相結(jié)合的控制方式。通過遙控器控制沉浮驅(qū)動電機的正反轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)機器海龜?shù)某粮?；通過遙控器控制四肢驅(qū)動舵機的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)海龜四肢的一致擺動。通過遙控器控制清潔螺旋槳的轉(zhuǎn)動，進行水源的過濾清潔動作。機器人控制的硬件系統(tǒng)主要由遙控器無線接收模塊、供電模塊、主控模塊、電機驅(qū)動模塊，繼電器模塊，動力模塊等，其中動力模塊包括直流電機，舵機等。其結(jié)構(gòu)框圖及有關(guān)控制流程如圖7。機器海龜主控模塊采用MCS-51系列STC89C52單片機。該單片機是一種低功耗、高性能的8位CMOS型單片機。單片機最小系統(tǒng)圖如圖8。