1.一种水母机器人控制系统,其特征在于,包括,
垂直升降单元,用于控制水母机器人进行升降运动;
重心调节单元,用于调节水母机器人的重心;
撞击修正单元,用于水母机器人撞击后调用重心调节单元进行位置修正;
防缠绕单元,用于防止水母机器人被缠绕;
控制单元,用于控制水母机器人移动和反馈水母机器人状态给用户;
垂直升降单元具体包括:传导模块和机械臂,所述传导模块包括:直流电机、六角凸轮、带弹簧的伸缩顶杆,直流电机与六角凸轮连接,所述直流电机用于给六角凸轮传递力,所述六角凸轮带动六根带弹簧的伸缩顶杆运动,将伸缩顶杆的力传导给机械臂;所述机械臂由硅胶薄膜覆盖的六根机械臂连杆机构组成,所述机械臂与伸缩顶杆连接,使水母机器人的内部腔体形成一个半球形钟状体结构;
所述六角凸轮设有上坡道和下坡道各六条,形成一个有六个凸角的凸轮形状,其中上坡道长度大于下坡道长度;
所述控制单元配置为执行如下动作:位于水母机器人圆柱形底座内的单个直流电机带动位于机器人半球形头部腔体内的六角凸轮顺时针旋转,当电机旋转T1时,六角凸轮旋转角度为2π,其中T1为电机旋转一周所需时间,T1=18s,六根带弹簧的伸缩顶杆连接着六角凸轮与机械臂,当六角凸轮顺时针旋转时,带弹簧的伸缩顶杆会带动机械臂做周期的往复摆动;伸缩顶杆内侧的滑轮与六角凸轮的每个上坡道接触时长为 ,与每个下坡道接触时长为 ,T=3s;
水母机器人的机械臂采用多连杆结构,通过多连杆的铰接组合形成三个关节的往复摆动;由半球形腔体内的六角凸轮的旋转实现机械臂的周期运动,由此能够实现机械臂摆动速度的变化;设向外为正,六角凸轮对机械臂施加的速度函数,
其中T为周期,k为整数, 为正向速度, 为反向速度, , ,在
内,带弹簧的伸缩顶杆在六角凸轮的上坡道缓慢移动,推杆向机器人外侧运动,机械臂缓慢上摆,在t∈(t1,t)2 内,带弹簧的伸缩顶杆在六角凸轮的下坡道迅速移动,推杆向机器人内侧运动,机械臂快速下摆;
被硅胶薄膜覆盖的六根机械臂连杆机构由三段关节组成,使水母机器人的内部腔体形成一个半球形钟状体结构,从而实现在T时间内完成一个周期的舒张和收缩,设六角凸轮的水平面为x平面,三段连杆与x平面的夹角分别为θ1,θ2,θ3,则水母机器人在一个周期的运动状态如下:当t=0,为水母机器人的等待收缩暂态,此时半球形钟状体体积最大,水母速度最小,等待进入排水推进阶段,此时 ;当 ,为水母机器人的排水推进阶段,此时半球形钟状体结构收缩,机械臂迅速下摆;当 ,为水母机器人的等待舒展暂态,此时半球形钟状体体积最小,水母速度最大,等待进入减速前进状态,此时;当 ,为水母机器人的减速前进阶段,此时半球形钟状体结构舒张,机械臂缓慢上摆,其中 时, , 时,
,t=T时, ;
在此结构下,水母机器人在常规状态的瞬时推进力表示为与时间t有关的函数:
其中 是半球形钟状体横截面积,V是半球形钟状体体积,ρ是水母机器人所处溶液密度。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述重心调节单元包括:导轨模块和质量块模块,其中导轨模块包括:环形导轨、直形导轨和第一舵机,环形导轨在直形导轨外侧,环形导轨和直形导轨在同一水平面,所述第一舵机控制直行导轨在环形导轨内侧360°转动;
质量块模块包括:质量块和第二舵机,所述第二舵机用于驱动质量块在直行导轨上移动。
3.根据权利要求2所述的系统,其特征在于,所述撞击修正单元包括角度传感器,所述角度传感器用于感知撞击后整机的角度偏差,控制模块获取角度偏差后调动重心调节单元调整重心。
4.根据权利要求3所述的系统,其特征在于,所述机械臂设有力度传感器、内外侧齿状刀锯和刀锯轨道,所述力度传感器用于获取机械臂的缠绕信号,控制模块获取缠绕信号后控制内外侧齿状刀锯在刀锯轨道上进行反复剪切运动。
5.根据权利要求4所述的系统,其特征在于,所述控制单元具体包括:数据分析模块、通信模块和电控模块,其中电控模块用于存储计算机程序和执行计算机程序,对于水母机器人内部的各系统起到初步控制作用;数据分析模块用于获取角度传感器和力度传感器的信息进行分析,根据所存储的计算机程序进行相应处理;通信模块用于接收用户端远程操控水母机器人的信号并将水母机器人远程反馈信号给用户。
6.根据权利要求5所述的系统,其特征在于,所述重心调节单元在垂直升降单元上侧,所述直形导轨两端延伸插入环形导轨中,直形导轨的中点在环形导轨的圆心上。
7.一种水母机器人的控制方法,采用权利要求1所述的水母机器人控制系统对水母机器人进行控制,其特征在于,所述控制方法包括以下步骤:位于水母机器人腔体内部的直流电机带动电机上方的六角凸轮顺时针旋转,所述六角凸轮为六根带弹簧的伸缩顶杆的轨道,当各顶杆在六角凸轮的上坡道运动时,弹簧逐渐压缩,给予伸缩顶杆相连的机械臂向外的推力,整体上使六根机械臂扩张;当各顶杆运动到六角凸轮上坡道的终点后,将快速进入陡坡,迅速拉动弹簧,给各机械臂向内的拉力,整体上使六根机械臂收缩,如此往复,被硅胶模覆盖的六根机械臂进行周期的收放运动,模拟水母触手灵活的腔体收缩舒展式运动;
通过调节直流电机转速控制机械臂摆动频率,对整机的速度进行控制,
当机器人机体受到撞击,控制单元获取角度传感器感知的机体倾斜角度的数据并进行分析,通过第一舵机控制直形导轨旋转和第二舵机控制质量块在直形轨道上运动调节重心,使整机回归撞击前的运动状态;
通过力度传感器的数据来获取机械臂被缠绕的信号,收到该信号后,水母机器人将弹出位于被缠绕机械臂内部的刀锯,在预设的轨道上往返移动,对缠绕物进行切割和分离,出现无法摆脱缠绕物的情况将会通过通信模块告知用户。