[发明专利]仿豹鲂鮄鱼水下机器人

说明书

本发明属于仿生机器人技术领域，具体涉及一种仿豹鲂鮄鱼水下机器人，旨在解决现有技术中水下机器人的螺旋桨推进方式工作环境适应性差、运动状态不稳定、难以满足实际工作需求，低速运动时工作效率低等问题。本发明仿豹鲂鮄鱼水下机器人包括鱼身本体、背鳍、一对胸鳍、尾舱和尾鳍，所述鱼身本体内部设置有控制单元，本发明仿豹鲂鮄鱼水下机器人在控制单元的控制下，可以在水中采用两种推进模式，本发明兼具良好的机动性和运动稳定性，环境适应性强，可在复杂的海底环境中实现平稳运动，同时本发明拥有信息采集模块和探测模块可应用于水下环境监测、水下勘察。

技术领域

本发明属于仿生机器人技术领域，具体涉及一种仿豹鲂鮄鱼水下机器人。

背景技术

水下机器人作为一种可在水中移动，具有一定感知能力，可辅助或代替人类完成多种任务的高技术装备，在海洋研究、海洋开发、海洋环境保护等领域具有重要的应用价值。从水下机器人的推进方式角度看，水下机器人可以分为螺旋桨推进和仿鱼类游动的方式。

目前大多数水下机器人推进系统为螺旋桨推进器，结合可操纵的舵面，产生机动控制力。这种设计对于以巡航速度行驶于空旷平静海域的水下机器人是经济有效的。但水下机器人在执行特定任务时，往往需要在有扰流的水中低速运动或悬停，此时这种依赖于流体在操纵舵面上流动产生机动控制力的推进方式难以满足实际工作需求。此外，水下机器人低速运动时，螺旋桨会处于非全程旋转的工作状态，由于非稳定流模式下螺旋桨的“颤搐”(呈现缓慢、持续、不规则的波动性颤动)运动，其效率将显著降低，并且产生难以预测的流体脉冲。因此，需要一种新的水下机器人，以解决或至少减轻上述问题的发生。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有技术中水下机器人的螺旋桨推进方式工作环境适应性差、运动状态不稳定、难以满足实际工作需求，低速运动时工作效率低。本发明针对螺旋桨推进的问题，考虑模仿鱼类运动方式来设计水下机器人。根据鱼类游动时身体产生推力部位的不同,可以将鱼类游动模式分为身体/尾鳍模式(Body and/orCaudal Fin,BCF)和中央鳍/对鳍模式(Median and/or Paired Fin,MPF)。采用BCF模式的鱼类，具有高速、高机动的特点，而采用MPF模式的鱼类，具有稳定、适应复杂湍流等特点，在紊流环境和低速状态下具有灵活的控制能力。

在自然界中，豹鲂鮄鱼又被称为“水中飞鸟”，其游动方式飘逸美丽，豹鲂鮄鱼具有宽大的胸鳍，兼具多关节尾鳍，采用BCF和MPF 两种推进方式进行游动，兼具有良好的机动性和运动稳定性，是一种良好的模仿对象。这就启发我们道法自然，综合利用这两种推进模式的优点研制高性能仿生水下机器人，使其具有高速、高机动和高运动稳定性等特性。

因此，本发明提供一种仿豹鲂鮄鱼游动方式的水下机器人，包括鱼身本体、背鳍、一对胸鳍、尾舱和尾鳍，所述背鳍固定于所述鱼身本体的上部，所述一对胸鳍对称布置在所述鱼身本体的左右两侧，所述尾舱和所述尾鳍依次连接于所述鱼身本体的后部；

所述鱼身本体内部设置有控制单元、第一动力装置、第三动力装置和腰关节，所述尾舱内部设置有第二动力装置和尾关节；所述第一动力装置的控制端、所述第二动力装置的控制端和所述第三动力装置的控制端均与所述控制单元信号连接；

所述一对胸鳍在第三动力装置的驱动下可相对于所述鱼身本体绕前后方向的轴线旋转；所述尾舱通过所述腰关节与所述鱼身本体铰接，所述尾舱在所述第一动力装置的驱动下可相对于所述鱼身本体绕竖直轴线旋转；所述尾鳍通过所述尾关节与所述尾舱铰接，所述尾鳍在第二动力装置的驱动下可相对于所述尾舱绕竖直轴线旋转。

在一些优选实施例中，每个所述胸鳍均包括3根鳍条，每个所述胸鳍均包括至少两根鳍条，所述至少两根鳍条上固定有鳍面，所述第三动力装置包括至少四个相同的舵机，所述至少四个舵机均匀设置于所述鱼身本体两侧，所述鳍条由所述舵机驱动，所述鳍面由柔性可拉伸薄膜材料制成。