[发明专利]仿生机器金枪鱼

说明书

本发明属于水下机器人技术领域，具体涉及一种仿生机器金枪鱼，旨在解决现有技术中仿生机器鱼能耗大、游速慢且转弯半径大的问题。本发明提供的仿生机器金枪鱼摆动机构的驱动舵机可以控制后段壳体摆动以控制仿生机器金枪鱼转向，摆动机构的旋翼电机能够通过齿轮传动和变速控制尾鳍摆动以控制仿生机器金枪鱼前向游动。通过该设置，仿生机器金枪鱼既能够通过旋翼电机单向转动实现尾部高频摆动，从而实现其高速游动，又能够通过驱动舵机实现尾部单向偏置，从而实现小半径转向。本申请的仿生机器金枪鱼结构简单、重量轻、体积小有利于同时实现高速游动和小半径转向运动。

技术领域

本发明属于水下机器人技术领域，具体涉及一种仿生机器金枪鱼。

背景技术

近年来，水下仿生机器鱼技术发展迅速，其在水质监测、水下探测以及水下考古等方面具有很多优势。

在自然界中，鱼类不仅能够实现约2.5-4倍体长/秒的较高游速，而且还可以在0.2倍体长以内的狭窄空间内转弯。但是，现有仿生机器鱼由于机械结构和控制策略等众多因素的限制，难以同时优化高速性能和机动性能，即难以同时实现高速游动和小转向半径，游动性能难以令人满意。与鱼类利用肌肉实现快速游动和转向相比，仿生机器鱼只能借助电机实现。这些电机通常固定在摆动关节上，从而在机器鱼体内形成一系列串联机构。一般讲，摆动关节越多，仿生机器鱼越灵活，但会给前置电机带来更多负担，导致多电机驱动的仿生机器鱼游速较低。此外，单电机驱动的仿生机器鱼可以实现较快的游动速度，但游动方式难以改变，不能达到较好的转向性能。综上，多电机驱动机器鱼的转向性能好，但推进速度慢，而单电机驱动机器鱼的推进速度快，但牺牲了转向能力，高速游动和小转向半径难以同时实现。

在仿生机器鱼研制方面，北京航空航天大学的梁建宏等人在2003~2005年间研制成功一款SPC-II仿生机器鱼，其由两个电机驱动两个躯干关节，实现了1.4m/s、约1.2倍体长/秒的游速，但转向半径较大，约为1倍体长。北京大学的赵惟等人在2007年设计了一条由舵机驱动的四关节机器鱼，实现了0.2倍体长的转向半径，但只能达到0.58m/s、约0.87倍体长/秒的最高游速。典型的单电机驱动机器鱼是R. J. Clapham和H. Hu在2014年开发的一款iSplash-II机器鱼，它采用一个电动机驱动三个关节，实现了11.6倍体长/秒的最高游速，甚至超过了真实的鱼类，但这款仿生机器鱼不具备转向功能，因此难以在实际中应用。一条实用的机器鱼需要平衡其游泳速度和转向能力，以执行各种任务。

因此，本领域需要一种新的仿生机器鱼以解决或至少减轻上述问题。

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仿生机器鱼能耗大、游速慢且转弯半径大的问题，本申请提供一种仿生机器金枪鱼，包括依次连接的壳体和尾鳍，所述壳体包括铰接的第一壳体和第二壳体，所述壳体和所述尾鳍在靠近彼此的端部分别设置有第一装配部和第二装配部，所述尾鳍通过所述第二装配部可转动地装设于所述壳体。

所述壳体包括固定构件和动力装置，所述动力装置通过所述固定构件装设于所述壳体内部，所述动力装置包括输出轴正交设置的第一驱动机构和第二驱动机构。

所述第一驱动机构的输出轴延伸于所述固定构件的上方，并通过第一传动机构与所述第二壳体连接，所述第一传动机构用于将所述第一驱动机构的回转运动转换为往复运动。

所述第二驱动机构的输出轴沿所述壳体长度方向设置，所述第二驱动机构通过第二传动机构与所述第二装配部连接，所述第二传动机构用于将所述第二驱动机构的回转运动转换为往复运动。

在一些优选技术方案中，所述固定构件包括具有容纳空间的框型结构，所述框型结构内部用于固定所述第二驱动机构，所述框架结构背离所述尾鳍的一侧具有延伸于所述框架结构外部的延伸部，所述延伸部用于固定所述第一驱动机构。