[发明专利]一种波动鳍推进的新型仿生两栖机器人

说明书

本公开的波动鳍推进的新型仿生两栖机器人，采用敞孔球壳设计，包括等差角摇杆联动装置和单向驱动的曲柄摇杆机构；等差角摇杆联动装置采用两侧对称的周期鱼鳍面，每个鱼鳍面安装有六组单向驱动的曲柄摇杆机构，所述每个鱼鳍面的任意两组单向驱动的曲柄摇杆机构的差角为60度。能够实现两栖机器人自主悬浮，驱动力大，具有高机动性，姿态形状易于控制，高隐蔽性的特点，便于执行水下的任务，解决现有鳍面两栖机器人控制复杂、驱动力小、适应性差、成本高等问题。

技术领域

本发明属于水下机器人技术领域，具体涉及一种波动鳍推进的新型仿生两栖机器人。

背景技术

随着陆上资源的不断枯竭以及国家海洋战略的提出，对海洋的开发利用得到更多的关注，也促进了探索海洋环境的水下机器人的发展。而仿鱼类水下机器人由于其自身优越的运动性能，已成为机器人领域研究的热点。现在大多的水下机器人都是以螺旋桨为驱动器，螺旋桨虽然容易购买而且容易控制且动力较强，但能耗高、体积大、机动性差等缺点让它难以满足人们在深海领域需要的高效率、低功耗和高机动性等需求。为了取代螺旋桨，人们开始研究仿鱼鳍驱动的机器人，这里面的机器人又分为尾鳍驱动和中央鳍驱动，尾鳍驱动和螺旋桨的驱动特点很类似，速度快但是机动性差，为了满足高机动性，必须从中央鳍入手。目前中央鳍驱动机器人主要分为记忆合金驱动、气动和电机驱动。记忆合金驱动虽然可以使鱼鳍产生想要的形状，但由于记忆合金和鳍面的连接问题，无法产生足够的推力。气动需要在机器内部放置充气泵和储气罐，占用体积大且控制较难。电机驱动常用可以控制的步进电机和舵机，电机驱动占用体积小而且可以通过电信号精确控制。而常用的电机驱动又分为多鱼鳍独立驱动和多鱼鳍联动。多鱼鳍独立驱动需要每个鱼鳍支撑杆配备一个电机，这样好处在于可以更加精准的控制水下航行器的位置和姿态，但缺点也很明显，需要很多组笨重的电机和复杂的驱动程序，而且还会增加设置防水装置的难度，除此之外大部分鱼鳍的来回摆动都需要电机的正反转来实现。

日本大阪大学2002年以乌贼作为仿生对象，设计了一套波动鱼鳍装置，该装置两侧各有15根鳍条，鳍条间以柔性材料相互连接，每个鳍条都由单独的电机控制，可以实现两侧鱼鳍任意形式的运动，并且该团队进行了浮潜和转弯实验，具有良好的机动性，参考技术文献“Toda Y,Suzuki T,Uto S,et al.Fundamental Study of a Fishlike Body withTwo Undulating SideFins[M].Bio-mechanisms of Swimming and Flying.SpringerJapan,2004”。

文献“Willy A,Low K H.Initial experimental investigation of undulatingfin[C].International Conference on Intelligent Robots and Systems.IEEE,2005:1600-1605”记载了新加坡南阳理工大学在2010年研制了一款名为RoMan-II的水下仿鱼机器人，该装置的鱼鳍由两侧6条柔性鳍组成，每个鳍条由单独的电机控制，电机控制鳍条的上下运动，鳍条带动柔性体波动，波动产生推进力，还可以实现水下滑翔运动，降低了整体的能耗，在身体不动的情况下可以实现偏转和后移运动，运动速度最高可达0.4m/s。

日本大阪大学在2015年研制了新型软体机器人，这种机器人由很大的软体结构包裹密封，软体结构既可以当作密封体，也可以用作波动推进的柔性体，该柔性体有很多个鳍条驱动，每根鳍条都有相应的驱动电机。结构灵活，可以实现鱼体自适应的变形，采用多舵机控制鳍条，可以实现高速旋转和全方位的运动，但是运动速度较低，见文献“Urai K,Sawada R,Hiasa N,et al.Design and control of a ray-mimicking soft robot basedon morphological features for adaptive deformation[J].Artificial LifeRobotics,2015,20(3):237-243”。