[发明专利]一种鱼形仿生水下机器人及其控制方法

说明书

本发明涉及一种鱼形仿生水下机器人及其控制方法，属于仿生机器人技术领域；其包括密封壳体，所述壳体的背部连接有背鳍、尾部连接有尾鳍、底部连接有臀鳍、左右两侧连接有胸鳍；所述尾鳍设有一对，于壳体左右两侧对称设置，所述机器人游动时，两尾鳍同步反向运动；本发明提供了一种鱼形仿生水下机器人，采用双尾鳍驱动方式，结构紧凑且转向灵活快速，改善了仿生机器人的机动性和稳定性。

技术领域

本发明涉及一种鱼形仿生水下机器人及其控制方法，属于仿生机器人技术领域。

背景技术

地球的海洋面积为3.61亿平方千米，约占地球总面积的71％，广阔的海洋蕴藏着丰富的矿产资源，而且海洋中的物种资源储量巨大，随着资源在全球范围内成为关注的焦点以及海洋勘测技术的发展，对于海洋资源的开发和利用成为世界各国关注的焦点；目前海洋经济和资源的开发正处于快速发展阶段，而与海洋经济发展有着密切关系的水下机器人也处于蓬勃发展期。

水下机器人根据推进方式的不同，主要分为螺旋桨推进方式和仿生推进方式。对于螺旋桨推进，在螺旋桨旋转推进过程中会产生侧向的涡流及空泡和扰动，从而增加能耗、降低效率并产生噪声；仿生推进方式，鱼类经过亿万年的进化，具有超凡的游动能力，鱼类通过身体的运动推动周围的水来获得推进力，具有高机动、高精准、高效率、低噪声和低扰动的优点，因此已经成为研究人员持续研究和优化设计的对象。

根据鱼类游动使用的身体部位不同，可以将鱼类游动分为身体-尾鳍推进模式(BCF)和中鳍-对鳍推进模式(MPF)，身体-尾鳍摆动模式是推进速度最快、效率最高的推进模式，海洋中游速最快的鱼类都采用该种推进模式；在BCF模式中，尾鳍推进主要以单尾鳍为主，单尾鳍推进具有结构简单、易于控制的优点，但单尾鳍在摆动时不可避免的会产生明显的侧向力，使得机器鱼在运动过程中，会出现明显的艏摇现象，从而影响其推进效率和速度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种鱼形仿生水下机器人，采用双尾鳍驱动方式位，结构紧凑且转向灵活快速，改善了仿生机器人的机动性和稳定性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种鱼形仿生水下机器人，其特征在于，包括密封壳体，所述壳体的背部连接有背鳍、尾部连接有尾鳍、底部连接有臀鳍、左右两侧连接有胸鳍；所述尾鳍设有一对，于壳体左右两侧对称设置，所述机器人游动时，两尾鳍同步反向运动。

进一步地，所述背鳍和/或臀鳍和/或胸鳍包括鳍片本体、与鳍片本体形状相仿的硅薄片、沿硅薄片铺设的人工肌肉和填充于鳍片本体内的聚苯乙烯氯化物；所述人工肌肉在通电的情况下能够驱动鳍片本体展开，在断电的情况下能够驱动鳍片本体贴附于所述壳体外侧。

进一步地，所述人工肌肉由纤维状制动器Bio Metal Fiber 150制成。

进一步地，所述尾鳍通过尾鳍驱动装置与所述壳体连接，所述尾鳍驱动装置包括：设于壳体内的伺服电机、设于壳体外的与尾鳍连接的连接板，所述连接板通过可变向传动机构与伺服电机传动连接。

进一步地，所述壳体由两个半壳体密封扣合而成。

一种上述的鱼形仿生水下机器人的控制方法，其包括如下步骤：

接收控制指令，结合鱼形仿生水下机器人的传感器信息，确定胸鳍、背鳍、臀鳍和尾鳍的CPG构型和参数；

根据所确定的CPG模型发送节律驱动信号，以控制相应鳍片运动。

进一步地，对于胸鳍、背鳍、臀鳍所确定的CPG模型分别如下：

上式中，u(t)和d(t)分别为接收到的上升信号和下潜信号，2个信号为互斥关系，！u(t)和！d(t)是分别对u(t)和d(t)信号取非；