基于反作用轮的仿生机器鱼姿态稳定装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于水下机器人控制领域，具体涉及一种基于反作用轮的仿生机器鱼姿态稳定装置，旨在解决现有技术中仿生机器鱼运行时姿态不稳定的问题。本发明专利技术的姿态稳定装置采用模块化设计，可安装于各类仿生机器鱼，其包括姿态控制模块、监测模块、控制模块，所述姿态控制模块包括滚转模组、俯仰模组、偏航模组，控制模块能够基于监测模块获取的信息控制滚转模组内的反作用轮绕前后方向的轴线旋转；和/或控制所述姿态控制模块内的反作用轮绕左右方向的轴线旋转；和/或控制所述姿态控制模块内的反作用轮绕竖直方向的轴线旋转。本发明专利技术能够在几乎不影响运动性能的条件下实现仿生机器鱼的三维姿态稳定，为执行复杂的水下环境感知和作业任务提供了稳定条件。

【技术实现步骤摘要】
基于反作用轮的仿生机器鱼姿态稳定装置
本专利技术属于水下机器人控制领域，具体涉及一种基于反作用轮的仿生机器鱼姿态稳定装置。
技术介绍
仿生机器鱼作为新型水下仿生机器人，具有高机动，高效率以及低噪声等优势，在实际的水下作业任务中具有广阔的应用前景。但是，依靠尾部摆动或拍动的仿鱼推进方式也为仿生机器鱼的实际应用带来了巨大挑战。由于鱼尾摆动产生的反作用力，仿生机器鱼在运动过程中会出现剧烈的姿态变化，尤其是在偏航以及俯仰方向上，导致机载传感设备难以获取稳定可靠的数据，限制了仿生机器鱼的环境感知和自主作业能力。目前，仿生机器鱼的姿态稳定方法一般可分为两类。一类是被动稳定方法，即通过安装大尺寸鱼鳍，增大本体在水中的阻力矩，实现仿生机器鱼的姿态稳定。例如，通过腹鳍和背鳍，提高仿生机器鱼的偏航稳定性；通过胸鳍，增加横滚方向上的稳定性。然而，大尺寸鳍面会带来更大的阻力，降低仿生机器鱼的机动性及效率。另一类是主动控制方法，即通过对尾部关节运动规律的优化，降低鱼体晃动。但是，这种方法难以同时兼顾鱼体稳定性以及推进效率，往往在降低鱼体晃动的同时，也会对速度产生较大的损害。因此，有必要研发一种新的仿生机器鱼姿态稳定装置，以解决仿生机器鱼在运动过程中的姿态不稳定问题。
技术实现思路
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运动时姿态不稳定的问题，本专利技术一方面提供一种基于反作用轮的仿生机器鱼姿态稳定装置，所述姿态稳定装置包括本体结构件、姿态控制模块、监测模块、控制模块，所述姿态控制模块、所述监测模块、所述控制模块均通过所述本体结构件固设于仿生机器鱼；所述控制模块能够基于所述监测模块获取的信息控制所述姿态控制模块内的反作用轮绕大体上为前后方向的轴线旋转；和/或所述控制模块能够基于所述监测模块获取的信息控制所述姿态控制模块内的反作用轮绕大体上为左右方向的轴线旋转；和/或所述控制模块能够基于所述监测模块获取的信息控制所述姿态控制模块内的反作用轮绕大体上为竖直方向的轴线旋转。在一些优选技术方案中，所述反作用轮为一个或多个。在一些优选技术方案中，所述姿态控制模块包括横滚模组、俯仰模组、偏航模组中的至少一者；所述横滚模组、所述俯仰模组、所述偏航模组均包括反作用轮以及用于驱动所述反作用轮的动力装置。在一些优选技术方案中，所述动力装置输出轴通过联轴器与所述反作用轮连接。在一些优选技术方案中，所述动力装置与所述控制模块信号连接。在一些优选技术方案中，所述横滚模组包括第一反作用轮和第一动力装置，所述第一反作用轮能够在所述第一动力装置的驱动下绕大体上为所述仿生机器鱼前后方向的轴线旋转；所述俯仰模组包括第二反作用轮和第二动力装置，所述第二反作用轮能够在所述第二动力装置的驱动下绕大体上为所述仿生机器鱼竖直方向的轴线旋转；所述偏航模组包括第三反作用轮和第三动力装置，所述第三反作用轮能够在所述第三动力装置的驱动下绕大体上为所述仿生机器鱼左右方向的轴线旋转。在一些优选技术方案中，所述姿态稳定装置还包括电源模块，所述电源模块为所述监测模块、所述控制模块、所述姿态控制模块供电。在一些优选技术方案中，所述本体结构件设置有用于放置所述姿态控制模块、所述监测模块、所述控制模块的空腔，以及第一安装部；所述仿生机器鱼设置有第二安装部，所述本体结构件通过所述第一安装部装设于所述第二安装部。在一些优选技术方案中，所述第二安装部设置有与所述控制模块连接的第一通信接头，所述第一安装部设置有与所述仿生机器鱼控制单元连接的第二通信接头，所述第一安装部与所述第二安装部装配状态下，所述第一通信接头与所述第二通信接头插接。本专利技术另一方面提供一种仿生机器鱼，其包括仿生机器鱼本体，以及上述技术方案中任一项所述的基于反作用轮的仿生机器鱼姿态稳定装置，所述仿生机器鱼本体与所述姿态稳定装置连接。本专利技术的有益效果:本专利技术的基于反作用轮的仿生机器鱼姿态稳定装置采用独立的模块化设计，本专利技术不需要改变仿生机器鱼原有的机械结构与控制系统，能够在不破坏原仿生机器鱼系统的情况下能够方便地移植到不同的仿生机器鱼平台，以使得对现有仿生机器鱼姿态控制维持稳定。本专利技术的姿态稳定装置安装在现有仿生机器鱼与其通信连接后，其能够根据仿生机器鱼具体的姿态稳定需求，灵活配置姿态控制模组的安装方向和数量，实现期望的姿态稳定效果。同时，本专利技术姿态稳定装置内的反作用轮安装于机器鱼内部，无需与水接触就能产生反作用力矩，因此对仿生机器鱼本体的运动性能影响很小。安装本专利技术姿态稳定装置的仿生机器鱼能够保证在游动过程中姿态平稳，便于机载传感设备获取低噪声、稳定的传感数据，为实现复杂的环境感知和作业任务创造了条件。附图说明通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术一种实施例的具有姿态稳定装置的仿生机器鱼整体结构示意图；图2为本专利技术一种实施例的基于反作用轮的姿态稳定装置正面视图；图3为本专利技术一种实施例的基于反作用轮的姿态稳定装置侧面剖视图；图4为本专利技术一种实施例的姿态控制模组结构示意图；图5为本专利技术一种实施例的仿生机器鱼中多套姿态控制模组的安装示意图。附图标记列表：1-仿生机器鱼；2-头部舱段；3-姿态稳定装置；4-尾部舱段；5-姿态控制模块；6-电源模块；7-控制模块；8-惯性测量单元；9-动力装置；10-反作用轮；11-联轴器；12-动力输出轴；13-横滚模组；14-俯仰模组；15-偏航模组。具体实施方式为使本专利技术的实施例、技术方案和优点更加明显，下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本专利技术的技术原理，并非旨在限制本专利技术的保护范围。本专利技术的一种基于反作用轮的仿生机器鱼姿态稳定装置，其包括本体结构件、姿态控制模块、监测模块、控制模块，所述姿态控制模块、所述监测模块、所述控制模块均通过所述本体结构件固设于仿生机器鱼；所述控制模块能够基于所述监测模块获取的信息控制所述姿态控制模块内的反作用轮绕大体上为前后方向的轴线旋转；和/或所述控制模块能够基于所述监测模块获取的信息控制所述姿态控制模块内的反作用轮绕大体上为左右方向的轴线旋转；和/或所述控制模块能够基于所述监测模块获取的信息控制所述姿态控制模块内的反作用轮绕大体上为竖直方向的轴线旋转。为了更清晰地对本专利技术基于反作用轮的仿生机器鱼姿态稳定装置进行说明，下面结合附图对本方专利技术一种优选实施例进行展开详述。为了避免对仿生机器鱼的运动性能造成损害，使用内部驱动装置进行姿态稳定是一种更为理想的选择。反作用轮作为一类常见的内部驱动装置，目前已经成功运用于卫星与太空飞船的姿态控制。基于反作用轮的姿态控制的基本原理是通过改变反作用轮的角加速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于反作用轮的仿生机器鱼姿态稳定装置，其特征在于，所述姿态稳定装置包括本体结构件、姿态控制模块、监测模块、控制模块，所述姿态控制模块、所述监测模块、所述控制模块均通过所述本体结构件固设于仿生机器鱼；/n所述控制模块能够基于所述监测模块获取的信息控制所述姿态控制模块内的反作用轮绕大体上为前后方向的轴线旋转；和/或/n所述控制模块能够基于所述监测模块获取的信息控制所述姿态控制模块内的反作用轮绕大体上为左右方向的轴线旋转；和/或/n所述控制模块能够基于所述监测模块获取的信息控制所述姿态控制模块内的反作用轮绕大体上为竖直方向的轴线旋转。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于反作用轮的仿生机器鱼姿态稳定装置，其特征在于，所述姿态稳定装置包括本体结构件、姿态控制模块、监测模块、控制模块，所述姿态控制模块、所述监测模块、所述控制模块均通过所述本体结构件固设于仿生机器鱼；
所述控制模块能够基于所述监测模块获取的信息控制所述姿态控制模块内的反作用轮绕大体上为前后方向的轴线旋转；和/或
所述控制模块能够基于所述监测模块获取的信息控制所述姿态控制模块内的反作用轮绕大体上为左右方向的轴线旋转；和/或
所述控制模块能够基于所述监测模块获取的信息控制所述姿态控制模块内的反作用轮绕大体上为竖直方向的轴线旋转。


2.根据权利要求1所述的基于反作用轮的仿生机器鱼姿态稳定装置，其特征在于，所述反作用轮为一个或多个。


3.根据权利要求1所述的基于反作用轮的仿生机器鱼姿态稳定装置，其特征在于，所述姿态控制模块包括横滚模组、俯仰模组、偏航模组中的至少一者；
所述横滚模组、所述俯仰模组、所述偏航模组均包括反作用轮以及用于驱动所述反作用轮的动力装置。


4.根据权利要求3所述的基于反作用轮的仿生机器鱼姿态稳定装置，其特征在于，所述动力装置输出轴通过联轴器与所述反作用轮连接。


5.根据权利要求4所述的基于反作用轮的仿生机器鱼姿态稳定装置，其特征在于，所述动力装置与所述控制模块信号连接。


6.根据权利要求3所述的基于反作用轮的仿生机器鱼姿态稳定装置，其特征在于，
所述横滚模组包括第一反作用轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴正兴，喻俊志，张鹏飞，孟岩，谭民，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11