[发明专利]一种仿生长鳍波动推进机器鱼

说明书

技术领域

本发明属于仿生机器鱼技术领域，尤其涉及一种模仿蝠鲼游动方式的仿生长鳍波动推进机器鱼。

背景技术

随着陆地资源日益枯竭，人类对海洋资源的开发需求越来越大，各种具有水下勘探、水下捞救、水下侦查、水下跟踪功能的水下机器人正逐渐成为海洋资源开发、利用的重要工具。在军事领域中，需要体积小巧、隐蔽性强、机动性高的水下侦查、攻击系统；在民用领域中，需要续航能力强、稳定性高、对环境影响小的水下作业系统。而传统的水下机器人系统多以螺旋桨、喷射等方式作为推进方式，其在推进过程中会产生侧向的涡流，增加能量的无功消耗，降低能源利用率，并且体积大、机动性低、隐蔽性差，难以满足现代水下作业系统的要求。

鱼类经过长期的自然选择，进化出了非凡的水中运动能力，其游动具有推进效率高、机动性强、隐蔽性强、噪声低、对周围环境影响小等优点，为研制满足现代水下作业需求的新型水下推进器提供了一种新思路。

自世界上第一条仿生机器鱼诞生至今，国内外的研究人员已针对鱼类的各种游动模式研制出多种仿生机器鱼系统。其中，以模仿尾鳍摆动推进的机器鱼居多，而由于长鳍波动推进机器鱼具有稳定性高、抗干扰能力强等优点，且在紊流环境和低速状态下具有灵活的机动能力，因此对于长鳍波动推进机器人的研究与应用，可为提升水下机器人和水下航行器的低速稳定性、抗干扰能力提供改进思路。在国内，国防科技大学对仿生长鳍推进机器人的研究最为突出，研制了多种仿生推进装置；北京航空航天大学和哈尔滨工业大学在对蝠鲼游动机理的研究基础上，分别开发了仿蝠鲼机器人。在国外，日本大阪大学在研究鳐鱼游动机理的基础上，研制了依靠两侧长鳍波动推进的仿生机器人系统；美国西北大学在研究电鳗游动机理的基础上开发了一种长腹鳍波动推进装置；新加坡南洋理工大学在深入研究长鳍波动推进机理的基础上，研制了相应的长鳍波动推进系统；荷兰代尔夫特理工大学通过模仿鳐鱼的运动方式研制了一种仿鳐鱼机器人。上述长鳍推进装置虽能实现前后推进以及转弯机动，但由于结构限制，其运动模式较少，且难以实现快速浮潜运动，对研制新型水下推进器的指导作用有限。

在现有公开技术中，专利“一种侧鳍波动推进式仿生机器鱼”(申请公布号CN102079371A，申请公布日2011.06.01)以及专利“一种波动仿生机器鱼”(授权公告号CN2905655Y，授权公告日2007.05.30)分别涉及了两种不同结构的长鳍波动推进装置，实现了在二维水平面中的运动，但不能实现在垂直方向的浮潜运动，极大约束了其应用前景。

发明内容

针对现有技术中存在的以上问题，本发明的目的是提供一种外形呈圆筒状、采用两侧波动鳍机构实现水下三维空间运动的仿生长鳍波动推进机器鱼。

本发明公开了一种仿生长鳍波动推进机器鱼，其包括：

机器鱼主体，其包括圆筒形外壳和扣合在所述圆筒形外壳两侧的两个半球形端盖，三者构成一个密封腔体，所述密封腔体内部安装有舵机，所述舵机通过舵机动力输出轴通过所述圆筒形外壳上的轴孔延伸至所述圆筒形外壳外部；所述舵机动力输出轴位于所述圆筒形外壳外部的顶端具有第一锥齿轮；

对称分布于所述圆筒形外壳两侧的波动鳍机构，其包括齿轮箱机构和鳍条；所述齿轮箱机构包括底部开口的齿轮箱壳体，其固定安装在所述圆筒形外壳上延伸有舵机动力输出轴的位置处，形成密封腔；所述齿轮箱壳体的侧壁上安装有鳍条动力输出轴，所述鳍条动力输出轴位于所述齿轮箱壳体内部的顶端具有第二锥齿轮，其位于所述齿轮箱壳体外部的一端固定有鳍条；

其中，所述第一锥齿轮和第二锥齿轮位于所述齿轮箱壳体内部，且相互咬合；所述舵机动力输出轴和鳍条动力输出轴将所述舵机产生的动力转换为驱动所述鳍条的摆动运动。

本发明由于采用了以上技术方案，与现有机器鱼相比，具有以下优点：1、本发明的机器鱼主体呈圆筒形，且两端用半球形端盖密封，可有效减小机器鱼在水下三维空间中游动的阻力，提高机器鱼的运动效率；2、本发明的机器鱼主体顶端设有防水电缆接头，可增强机器鱼充电、通讯连接的便利性，且不影响机器鱼的密封性能；3、本发明的机器鱼的动力源全部安装在机器鱼主体腔内，通过动力输出轴和锥齿轮将舵机的转动运动转换为鳍条的摆动运动，进而驱动机器鱼的长鳍运动；4、本发明的机器鱼的鳍条是相互独立的，可对每一鳍条的运动进行单独控制，进而可驱动机器鱼的长鳍产生多种模式的行波或振动；5、本发明的机器鱼结构简单、价格低廉、隐蔽性好、稳定性高、易于控制，为研制高效、高隐蔽性、高稳定性的新型水下推进器提供关键技术基础。

附图说明