本發(fā)明屬于水下機(jī)器人，具體為一種仿生柔性撲翼水下機(jī)器人。

背景技術(shù)：

1、為了對水下生態(tài)環(huán)境進(jìn)行有效保護(hù)，水下勘探、救援等機(jī)器人必不可少?，F(xiàn)有水下機(jī)器人存在許多缺點，如體積大、噪音大、效率低、機(jī)動性差等。受水流與非結(jié)構(gòu)化復(fù)雜環(huán)境影響，水下機(jī)器人機(jī)動控制困難，難以平穩(wěn)前行。此外，普遍采用的螺旋槳推進(jìn)方式，效率低，且存在高流體擾動，對動物生長環(huán)境的侵入性過大，易破壞海洋生態(tài)環(huán)境，存在機(jī)動性差、生物親和性弱等缺點，這些因素嚴(yán)重限制了水下機(jī)器人的發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種仿生柔性撲翼水下機(jī)器人，為一類新型的水下裝備，借鑒、模仿了自然界水生生物蝠鲼的結(jié)構(gòu)形態(tài)、運動特性和驅(qū)動機(jī)理，相對傳統(tǒng)螺旋槳推進(jìn)的水下機(jī)器人有許多優(yōu)勢，基于軟組織的流線型扁平軀體，能有效借助流體的能量實現(xiàn)滑行運動，具有低噪音、高機(jī)動性、體積小、易攜帶、隱蔽性高的特點。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

3、一種仿生柔性撲翼水下機(jī)器人，包括殼體、位于殼體兩側(cè)的兩個側(cè)翼撲動機(jī)構(gòu)、位于殼體尾部的尾翼撲動機(jī)構(gòu)、位于殼體前端的攝像機(jī)艙、位于殼體內(nèi)部前端的舵機(jī)控制艙和位于殼體內(nèi)部后端的重力調(diào)節(jié)艙，兩個側(cè)翼撲動機(jī)構(gòu)對稱布置在殼體的兩側(cè)，側(cè)翼撲動機(jī)構(gòu)包括側(cè)翼舵機(jī)、撲動組件和柔性的側(cè)翼鰭面，撲動組件包括撲動傳動組件、固定棒和多個鰭條，多個鰭條間隔布置，鰭條的一端連接撲動傳動組件、中部被固定棒穿過、另一端連接側(cè)翼鰭面，側(cè)翼舵機(jī)連接并驅(qū)動撲動傳動組件，撲動傳動組件帶動鰭條的一端擺動，所有鰭條沒有在一個平面內(nèi)，使鰭條擺動時連接在所有鰭條上的側(cè)翼鰭面呈現(xiàn)波浪形起伏擺動。

4、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：

5、各鰭條的長度方向都和固定棒的長度方向垂直，固定棒相對殼體固定或可自轉(zhuǎn)，固定棒穿過所有鰭條的中部，各鰭條各自錯開相互不平行。

6、所述撲動傳動組件包括多個曲軸組件，多個曲軸組件依次連接，每個曲軸組件連接一個鰭條，曲軸組件包括長軸、短軸、第一軸鍵、第二軸鍵，長軸和短軸平行間隔布置，第一軸鍵和第二軸鍵的長度方向垂直于長軸的長度方向，第一軸鍵和第二軸鍵平行間隔布置，第一軸鍵的一端固定連接長軸的一端，第一軸鍵的另一端鉸接短軸的一端，短軸的另一端鉸接第二軸鍵的一端，第二軸鍵的另一端固定連接另一個曲軸組件的長軸的一端，該長軸的另一端連接所在曲軸組件的第一軸鍵，短軸穿過鰭條的一端，所有長軸在同一條直線上，各第一軸鍵各自錯開相互不平行。

7、鰭條的一端設(shè)有長條形的通孔，該通孔為連接孔，短軸穿過連接孔且能在垂直于短軸長度方向上移動，鰭條的另一端設(shè)有凹槽，側(cè)翼鰭面插入凹槽后用同時穿過鰭條和側(cè)翼鰭面的螺栓鎖緊。

8、尾翼撲動機(jī)構(gòu)包括尾翼舵機(jī)、夾具和柔性的尾翼鰭面，尾翼鰭面安裝在夾具上，尾翼舵機(jī)傳遞驅(qū)動至夾具，使夾具上下擺動。

9、尾翼撲動機(jī)構(gòu)還包括兩個墊塊和u形塊，夾具為u形，兩個墊塊位于夾具的u形開口內(nèi)，兩個墊塊之間有間隙，尾翼鰭面的一端插入兩個墊塊之間的間隙中并通過穿過兩個墊塊和夾具的螺栓連接鎖緊，u形塊和夾具固定連接，u形塊為u形結(jié)構(gòu)，尾翼鰭面位于夾具的遠(yuǎn)離u形塊的一端，u形塊的開口一端為遠(yuǎn)離夾具的一端，u形塊的開口一端鉸接在殼體上，尾翼舵機(jī)連接并驅(qū)動u形塊上下擺動。

10、攝像機(jī)艙內(nèi)安裝有攝像頭和圖傳模塊，攝像機(jī)艙為由多塊亞克力板依次連接形成的長方體結(jié)構(gòu)，亞克力板之間用熱熔膠進(jìn)行密封，圖傳模塊可和終端設(shè)備的軟件進(jìn)行通信，圖傳模塊將攝像頭拍攝的畫面?zhèn)鬏斨两K端設(shè)備。

11、重力調(diào)節(jié)艙包括外盒和安裝在外盒內(nèi)的儲水裝置、左側(cè)水泵、右側(cè)水泵、超聲波模塊，儲水裝置用于儲水，儲水裝置為由多塊亞克力板依次連接形成的長方體結(jié)構(gòu)，各相鄰亞克力板通過紫外線膠密封拼裝，儲水裝置的上板安裝有超聲波模塊，用于實時監(jiān)測儲水裝置內(nèi)的水位，左側(cè)水泵和右側(cè)水泵各自通過水管連接儲水裝置，左側(cè)水泵一端通過水管連通儲水裝置、另一端通過水管連通外部環(huán)境，右側(cè)水泵一端通過水管連通儲水裝置、另一端通過水管連通外部環(huán)境。

12、舵機(jī)控制艙內(nèi)安裝有單片機(jī)、舵機(jī)驅(qū)動板和降壓模塊。

13、殼體包括上板、上蓋、底板、前包圍結(jié)構(gòu)、后包圍結(jié)構(gòu)和兩個側(cè)包圍結(jié)構(gòu)，上板和上蓋連接形成殼體的頂板，所述頂板、底板、前包圍結(jié)構(gòu)、后包圍結(jié)構(gòu)和兩個側(cè)包圍結(jié)構(gòu)連接形成具有內(nèi)部容腔的殼體，上蓋可拆卸或說可蓋合地安裝在殼體上。

14、本發(fā)明的有益效果是：

15、(1)為一類新型的水下裝備，借鑒、模仿了自然界水生生物蝠鲼的結(jié)構(gòu)形態(tài)、運動特性和驅(qū)動機(jī)理，相對傳統(tǒng)螺旋槳推進(jìn)的水下機(jī)器人有許多優(yōu)勢，基于軟組織的流線型扁平軀體，能有效借助流體的能量實現(xiàn)滑行運動，具有低噪音、高機(jī)動性、體積小、易攜帶、隱蔽性高的特點。

16、(2)運動時，側(cè)翼鰭面上下擺動，即實現(xiàn)撲翼動作，側(cè)翼鰭面為柔性的，不同初相位的鰭條通過周期性擺動，實現(xiàn)鰭面的波動運動，鰭面的波動運動形成軟組織的流線型扁平軀體，不僅有利于游動推進(jìn)，還有利于下潛滑行，能有效借助流體的能量實現(xiàn)滑行運動，抗流能力強(qiáng)。

17、(3)所述機(jī)器人外形與蝠鲼外形相似、運動相似，其潛行方式不會驚擾到其他生物，環(huán)境親和性好。

技術(shù)特征：

1.一種仿生柔性撲翼水下機(jī)器人，其特征在于，包括殼體(1)、位于殼體(1)兩側(cè)的兩個側(cè)翼撲動機(jī)構(gòu)(2)、位于殼體(1)尾部的尾翼撲動機(jī)構(gòu)(3)、位于殼體(1)前端的攝像機(jī)艙(4)、位于殼體(1)內(nèi)部前端的舵機(jī)控制艙(5)和位于殼體(1)內(nèi)部后端的重力調(diào)節(jié)艙(6)，兩個側(cè)翼撲動機(jī)構(gòu)(2)對稱布置在殼體(1)的兩側(cè)，側(cè)翼撲動機(jī)構(gòu)(2)包括側(cè)翼舵機(jī)(21)、撲動組件(23)和柔性的側(cè)翼鰭面(24)，撲動組件(23)包括撲動傳動組件、固定棒(237)和多個鰭條(232)，多個鰭條(232)間隔布置，鰭條(232)的一端連接撲動傳動組件、中部被固定棒(237)穿過、另一端連接側(cè)翼鰭面(24)，側(cè)翼舵機(jī)(21)連接并驅(qū)動撲動傳動組件，撲動傳動組件帶動鰭條(232)的一端擺動，所有鰭條(232)沒有在一個平面內(nèi)，使鰭條(232)擺動時連接在所有鰭條(232)上的側(cè)翼鰭面(24)呈現(xiàn)波浪形起伏擺動。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下機(jī)器人，其特征在于：各鰭條(232)的長度方向都和固定棒(237)的長度方向垂直，固定棒(237)相對殼體(1)固定或可自轉(zhuǎn)，固定棒(237)穿過所有鰭條(232)的中部，各鰭條(232)各自錯開相互不平行。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水下機(jī)器人，其特征在于：所述撲動傳動組件包括多個曲軸組件，多個曲軸組件依次連接，每個曲軸組件連接一個鰭條(232)，曲軸組件包括長軸(234)、短軸(235)、第一軸鍵(233)、第二軸鍵(238)，長軸(234)和短軸(235)平行間隔布置，第一軸鍵(233)和第二軸鍵(238)的長度方向垂直于長軸(234)的長度方向，第一軸鍵(233)和第二軸鍵(238)平行間隔布置，第一軸鍵(233)的一端固定連接長軸(234)的一端，第一軸鍵(233)的另一端鉸接短軸(235)的一端，短軸(235)的另一端鉸接第二軸鍵(238)的一端，第二軸鍵(238)的另一端固定連接另一個曲軸組件的長軸(234)的一端，該長軸(234)的另一端連接所在曲軸組件的第一軸鍵(233)，短軸(235)穿過鰭條(232)的一端，所有長軸(234)在同一條直線上，各第一軸鍵(233)各自錯開相互不平行。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水下機(jī)器人，其特征在于：鰭條(232)的一端設(shè)有長條形的通孔，該通孔為連接孔(2321)，短軸(235)穿過連接孔(2321)且能在垂直于短軸(235)長度方向上移動，鰭條(232)的另一端設(shè)有凹槽(2322)，側(cè)翼鰭面(24)插入凹槽(2322)后用同時穿過鰭條(232)和側(cè)翼鰭面(24)的螺栓鎖緊。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下機(jī)器人，其特征在于：尾翼撲動機(jī)構(gòu)(3)包括尾翼舵機(jī)(31)、夾具(32)和柔性的尾翼鰭面(36)，尾翼鰭面(36)安裝在夾具(32)上，尾翼舵機(jī)(31)傳遞驅(qū)動至夾具(32)，使夾具(32)上下擺動。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水下機(jī)器人，其特征在于：尾翼撲動機(jī)構(gòu)(3)還包括兩個墊塊(33)和u形塊(34)，夾具(32)為u形，兩個墊塊(33)位于夾具(32)的u形開口內(nèi)，兩個墊塊(33)之間有間隙，尾翼鰭面(36)的一端插入兩個墊塊(33)之間的間隙中并通過穿過兩個墊塊(33)和夾具(32)的螺栓連接鎖緊，u形塊(34)和夾具(32)固定連接，u形塊(34)為u形結(jié)構(gòu)，尾翼鰭面(36)位于夾具(32)的遠(yuǎn)離u形塊(34)的一端，u形塊(34)的開口一端為遠(yuǎn)離夾具(32)的一端，u形塊(34)的開口一端鉸接在殼體(1)上，尾翼舵機(jī)(31)連接并驅(qū)動u形塊(34)上下擺動。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下機(jī)器人，其特征在于：攝像機(jī)艙(4)內(nèi)安裝有攝像頭和圖傳模塊，攝像機(jī)艙(4)為由多塊亞克力板依次連接形成的長方體結(jié)構(gòu)，亞克力板之間用熱熔膠進(jìn)行密封，圖傳模塊可和終端設(shè)備的軟件進(jìn)行通信，圖傳模塊將攝像頭拍攝的畫面?zhèn)鬏斨两K端設(shè)備。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下機(jī)器人，其特征在于：重力調(diào)節(jié)艙(6)包括外盒(61)和安裝在外盒(61)內(nèi)的儲水裝置(62)、左側(cè)水泵(63)、右側(cè)水泵(65)、超聲波模塊(66)，儲水裝置(62)用于儲水，儲水裝置(62)為由多塊亞克力板依次連接形成的長方體結(jié)構(gòu)，各相鄰亞克力板通過紫外線膠密封拼裝，儲水裝置(62)的上板安裝有超聲波模塊(66)，用于實時監(jiān)測儲水裝置(62)內(nèi)的水位，左側(cè)水泵(63)和右側(cè)水泵(65)各自通過水管連接儲水裝置(62)，左側(cè)水泵(63)一端通過水管連通儲水裝置(62)、另一端通過水管連通外部環(huán)境，右側(cè)水泵(65)一端通過水管連通儲水裝置(62)、另一端通過水管連通外部環(huán)境。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下機(jī)器人，其特征在于：舵機(jī)控制艙(5)內(nèi)安裝有單片機(jī)、舵機(jī)驅(qū)動板和降壓模塊。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下機(jī)器人，其特征在于：殼體(1)包括上板(11)、上蓋(12)、底板(13)、前包圍結(jié)構(gòu)(14)、后包圍結(jié)構(gòu)(16)和兩個側(cè)包圍結(jié)構(gòu)(15)，上板(11)和上蓋(12)連接形成殼體(1)的頂板，所述頂板、底板(13)、前包圍結(jié)構(gòu)(14)、后包圍結(jié)構(gòu)(16)和兩個側(cè)包圍結(jié)構(gòu)(15)連接形成具有內(nèi)部容腔的殼體(1)，上蓋(12)可拆卸或說可蓋合地安裝在殼體(1)上。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種仿生柔性撲翼水下機(jī)器人，包括殼體、位于殼體兩側(cè)的兩個側(cè)翼撲動機(jī)構(gòu)、位于殼體尾部的尾翼撲動機(jī)構(gòu)、位于殼體前端的攝像機(jī)艙、位于殼體內(nèi)部前端的舵機(jī)控制艙和位于殼體內(nèi)部后端的重力調(diào)節(jié)艙，側(cè)翼撲動機(jī)構(gòu)包括側(cè)翼舵機(jī)、撲動組件和柔性的側(cè)翼鰭面，撲動組件包括撲動傳動組件、固定棒和多個鰭條，鰭條的一端連接撲動傳動組件、中部被固定棒穿過、另一端連接側(cè)翼鰭面，側(cè)翼舵機(jī)連接并驅(qū)動撲動傳動組件，帶動鰭條的一端擺動，所有鰭條不在一個平面內(nèi)，鰭條擺動時側(cè)翼鰭面呈現(xiàn)波浪形起伏擺動。本發(fā)明模仿了自然界水生生物蝠鲼的結(jié)構(gòu)形態(tài)、運動特性和驅(qū)動機(jī)理，具有低噪音、高機(jī)動性、體積小、易攜帶、隱蔽性高的特點。

技術(shù)研發(fā)人員：馮明,朱林蕊,李清,蘇亮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湘潭大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/12