一种电控仿生蓝点魟水下推进器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种电控仿生蓝点魟水下推进器，包括：一对胸鳍系统、主体和尾巴系统，所述胸鳍系统包括多个摆动结构、电机、偏心轮轴和转动主轴，所述摆动结构包括U形架和鳍条，所述鳍条固接在所述U形架上，所述U形架内设偏心轮，各偏心轮固定在偏心轮轴上，所述U形架还设有转动主轴孔，所述U形架可围绕所述转动主轴转动；所述主体的核心桶内设有电气系统，所述电气系统包括电池管理模块和传感器模块，所述传感器模块包括步进电机模块、舵机模块、摄像头模块、无线通信模块、树莓派、声波换能器、温度传感器、压力传感器。

An Electronically Controlled Bionic Blue Spot Underwater Propeller

【技术实现步骤摘要】
一种电控仿生蓝点魟水下推进器
本技术涉及水下航行器领域，尤其是涉及一种仿生结构航行器。
技术介绍
随着人类文明的不断发展，地球上陆地资源日趋枯竭。因此，人类开始将目光投向海洋。人类对海洋的开发利用已逐渐成为当前科学研究的热点，适应海洋环境的水下推进器是人类开发和勘探海洋资源所必需的工具。目前绝大多数的水下推进器采用了螺旋桨推进系统以螺旋桨作为推进系统的水下推进器，存在效率低、推进噪音大、产生较大尾涡影响周围生态环境、机动性能差、系统体积大、瞬时响应的严重滞后、可靠性难以保证等缺点，所以以螺旋桨为推进系统的水下航行器不能满足高机动性、运动灵活等要求。而随着人类对海洋的不断了解，以蓝点魟、蝠鲼、大西洋牛鼻鲼等为典型代表的鳐形目鱼类，具有良好的运动性能，游动机动性强，鱼鳍受载面积大，游动扰动小，其超凡的游动机动性能、低扰动性和高效率是传统的螺旋桨推进系统所望尘莫及的。鳐鱼的游动推进模式具有高机动性、低扰动性以及高效率等传统推进系统所不具备的优点，为人类研究和开发能够更好地适应海洋水下环境的推进系统提供了模仿对象。螺旋桨产生推力面产生机动控制力，这种机械设计对于推进器巡航速度行驶于空旷的海域的应用领域是经济有效的，但是由于机动控制力依赖于流体在操控舵面上流动产生的升力，在低速下难以实现机动，此外这类推进器在尾迹产生大量大带宽的噪声，导致一些水下生态系统遭到破坏。波动鳍推进，通过波动或摆动硕大柔韧的胸鳍产生推进力，在复杂环境下也能保持很高的机动性能并能很好的抑制紊流(湍流)。但由于波动鳍在波动过程中水的相互作用十分复杂，目前还没有一个能十分准确描述波动模型的理论。已有的鱼类推进理论大都基于势流、线性边界条件和尾迹形状固定的假设，尚不能分析流体与鱼体之间的非线性作用，也无法解决尾迹的动态变化问题，不能精确描述真实鱼类的游动过程，计算结果仅能定性地指导仿生机器鱼的设计。但是目前基于波动鳍的航行器原型机的研制以及航行器在水中的多模态运动控制及定深定向等简单闭环控制运动等功能不太成熟，水下航行器与真实波动鳍推进鱼类游动还存在非常明显的差距。现有仿生航行器得电控系统要么过于简单，要么过于庞大复杂，既要满足航行器的动力及各种功能的实现，又要尽可能做到轻量、简化，以期达到一种平衡，也是亟待解决的技术问题；同时，电控系统的防水密封也是水下航行器的难题。
技术实现思路
针对以上现有技术问题，本技术的目的在于提供一种按照功能仿生的思路研制具有类似仿生对象的运动特征，进而为波动鳍运动学建模以及计算流体力学仿真计算提供依据，也为波动鳍推进单元的仿生结构设计提供参考，同时基于该结构提供一种满足动力及功能实现同时轻量、简化的电控系统，并对电控系统提供防水密封结构,具体技术方案如下：一种电控仿生蓝点魟水下推进器，包括：一对胸鳍系统、主体和尾巴系统，所述胸鳍系统包括多个摆动结构、电机、偏心轮轴和转动主轴，所述摆动结构包括U形架和鳍条，所述鳍条固接在所述U形架上，所述U形架内设偏心轮，各偏心轮固定在偏心轮轴上，所述U形架还设有转动主轴孔，所述U形架可围绕所述转动主轴转动；所述主体的核心桶内设有电气系统，所述电气系统包括电池管理模块和传感器模块，所述传感器模块包括步进电机模块、舵机模块、摄像头模块、无线通信模块、树莓派、声波换能器、温度传感器、压力传感器。进一步地，所述电池管理模块采用电池，所述电池具有泄压安全阀、热敏电阻和高分子隔膜。进一步地，所述电池管理模块采用两组电池，第一组为步进电机、摄像头、声波换能器供电，第二组则为舵机和树莓派控制器及各类传感器进行单独供电。进一步地，第一组电池采用4串3并，第二组电池采用2串3并的方式。进一步地，所述树莓派集成有WIFI天线，所述WIFI天线通过天线的线缆拉到水面以上。进一步地，所述树莓派作为主控制器分别与摄像头、步进电机、舵机、温度传感器、压力传感器以及声波换能器有线连接并进行通信。进一步地，所述摆动结构以所述主体的核心桶为中心对称设计。进一步地，所述主体的核心桶采用给水管，上下具有桶盖，所述桶盖的中间留有安装密封胶圈的位置。进一步地，核心桶上盖中间具有凸起的圆柱部，所述圆柱部具有两个凹槽，所述凹槽内放置密封胶圈，所述圆柱部表面中心具有六个通孔，导线穿过所述通孔，连接核心桶内部控制电路和外部的元件或传感器；和/或,所述核心桶上盖外圈具有八个孔，其中六个通孔无螺纹，将外圈六等分安装固定螺丝，另外两个通孔有螺纹，在拆卸时通过螺丝将上盖抬升。进一步地，还包括上盖卡圈，所述上盖卡圈连接所述核心桶上盖和核心桶。与目前现有技术相比，本技术的优点在于：按照功能仿生的思路研制具有类似仿生对象的运动特征从而实现真正神似的仿生效果；同时基于该结构，实现了电控系统的优化，并对电控系统提供防水密封。具体结构优点在具体实施方式部分中体现附图说明图1为仿生蓝点魟整体结构图；图2为胸鳍整体结构图；图3为胸鳍摆动结构图；图4为两侧摆动结构加核心桶截面图；图5为U型架侧面图；图6为U型架凹槽示意图；图7为内部电气系统图；图8为通信系统图；图9为核心桶结构图；图10为核心桶上盖和上盖卡圈结构图。图中附图标记：偏心轮轴1,转动主轴2,U形架3,鳍条4,偏心轮5,转动主轴孔6,仿生凹槽7,旋转轴8,固定孔9,卡钳10,滑槽11,凹槽12，核心桶上盖13，核心桶下盖14，上盖卡圈15。具体实施方式下面根据附图对本技术进行详细描述，其为本技术多种实施方式中的一种优选实施例。参见图1-10，仿生蓝点魟水下推进器包括一对胸鳍、主体、和尾巴系统，在设计MPF模式仿生航行器的设计时，为完成基本的六个自由度的运动之外，必须要有良好的机动性、扰动小、高效率等特点，所以在实际机械设计中，须满足以下要求。a.在整个机械设计时，一定要考虑仿生航行器的所受浮力和自身重力的大小。尽量保证航行器本身在水里属于零浮力状态，另外保证质量呈左右前后对称，仿生航行器的总体重心和浮心位于整个航行器的中间位置。重心要低，在中心的正下方，这样才能保证航行器在水中航行时即使有外界的扰动依然能平稳的运动。在选择各个零件的时候，在满足零件强度等性能的前提下，尽量选择质量轻的材料，减轻航行器本身的重量。b.考虑到航行器的推进方式时胸鳍的推动方式，所以胸鳍部位的机械设计和蒙皮材料要保证能产生良好的波形效果，且波形完整，易于控制。所以要机械结构稳定，蒙皮材料尽量选择高弹性、低硬度的柔性材料，最终能产生相应的柔性变形。尽量使用圆滑的过渡流线和减阻材料减小航行器在水中的阻力。一种仿生蓝点魟水下推进器，包括：一对胸鳍系统、主体和尾巴系统，所述胸鳍系统包括多个摆动结构、电机、偏心轮轴1和转动主轴2，所述摆动结构包括U形架3和鳍条4，所述鳍条4固接在所述U形架3上，所述U形架3内设偏心轮5，各偏心轮5固定在偏心轮轴1上，所述U形架3还设有转动主轴孔6，所述U形架3可围绕所述转动主轴2转动；所述主体的核心桶内设有电气系统，所述电气系统包括电池管理模块和传感器模块，所述传感器模块包括步进电机模块、舵机模块、摄像头模块、无线通信模块、树莓派、声波换能器、温度传感器、压力传感器。电源的选型电源选型为进口松下电芯18650电池，有泄压安全阀(CID)、热敏电阻(PTC)、高分子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电控仿生蓝点魟水下推进器，其特征在于，包括：一对胸鳍系统、主体和尾巴系统，所述胸鳍系统包括多个摆动结构、电机、偏心轮轴和转动主轴，所述摆动结构包括U形架和鳍条，所述鳍条固接在所述U形架上，所述U形架内设偏心轮，各偏心轮固定在偏心轮轴上，所述U形架还设有转动主轴孔，所述U形架可围绕所述转动主轴转动；所述主体的核心桶内设有电气系统，所述电气系统包括电池管理模块和传感器模块，所述传感器模块包括步进电机模块、舵机模块、摄像头模块、无线通信模块、树莓派、声波换能器、温度传感器、压力传感器。

【技术特征摘要】
1.一种电控仿生蓝点魟水下推进器，其特征在于，包括：一对胸鳍系统、主体和尾巴系统，所述胸鳍系统包括多个摆动结构、电机、偏心轮轴和转动主轴，所述摆动结构包括U形架和鳍条，所述鳍条固接在所述U形架上，所述U形架内设偏心轮，各偏心轮固定在偏心轮轴上，所述U形架还设有转动主轴孔，所述U形架可围绕所述转动主轴转动；所述主体的核心桶内设有电气系统，所述电气系统包括电池管理模块和传感器模块，所述传感器模块包括步进电机模块、舵机模块、摄像头模块、无线通信模块、树莓派、声波换能器、温度传感器、压力传感器。2.如权利要求1所述的电控仿生蓝点魟水下推进器，其特征在于，所述电池管理模块采用电池，所述电池具有泄压安全阀、热敏电阻和高分子隔膜。3.如权利要求1所述的电控仿生蓝点魟水下推进器，其特征在于，所述电池管理模块采用两组电池，第一组为步进电机、摄像头、声波换能器供电，第二组则为舵机和树莓派控制器及各类传感器进行单独供电。4.如权利要求3所述的电控仿生蓝点魟水下推进器，其特征在于，第一组电池采用4串3并，第二组电池采用2串3并的方式。5.如权利要求1所述的电控仿生蓝点魟水下推进器，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦夫明，李雪伟，涂粲然，梁博，张彼彼，
申请(专利权)人：上海海洋大学，
类型：新型
国别省市：上海,31