一种波动鳍推进的新型仿生两栖机器人制造技术

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。高等问题。高等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种波动鳍推进的新型仿生两栖机器人


[0001]本专利技术属于水下机器人
，具体涉及一种波动鳍推进的新型仿生两栖机器人。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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 with Two Undulating SideFins[M].Bio
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mechanisms of Swimming and Flying.Springer Japan,2004”。
[0004]文献“Willy A,Low K H.Initial experimental investigation of undulating fin[C].International Conference on Intelligent Robots and Systems.IEEE,2005:1600
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1605”记载了新加坡南阳理工大学在2010年研制了一款名为RoMan
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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。
[0005]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
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mimicking soft robot based on morphological features for adaptive deformation[J].Artificial Life&Robotics,2015,20(3):237
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243”。
[0006]由技术文献“谢海斌.基于多波动鳍推进的仿生水下机器人设计、建模与控制[D].国防科学技术大学博士学位论文,2006”可知，国防科技大学谢海滨率先在国内将波动鳍推进模式应用于水下机器人的设计，设计了4个大的鱼鳍，每个鱼鳍柔性面由9跟等长的鱼鳍条驱动，通过多个舵机驱动控制，多鳍协作运动可增强水下推进器的稳定性和机动性。除此之外，谢海滨还对鱼鳍的波动模式进行了研究，把仿生鱼鳍的波动模式划分为固定波形模式和独立驱动模式，以运动模型来描述波动鳍的主动变形，通过仿真分析了几何参数、波动参数以及速度有关的动力学特性。
[0007]文献“孙檀,邵千钧,梁冬泰,等.仿生鳐鱼水下机器人的设计与仿真分析[J].机械制造,2018,56(09):51
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55.”记载了宁波大学孙檀模仿真实鳐鱼的胸鳍形状，采用对称的设计模式，每侧胸鳍各包含6根鳍条，并且鳍条的长度自前往后依次递减。结构中，前面的底板主要是为了固定舵机，后面的底板起到固定各轴的作用；曲轴与底座连接在一起，同时底座固定在舵机上，左右两个舵机分别控制两侧的鳍条，实现舵机的转动带动曲轴的转动，进而实现鳍条的上下往复摆动，所有的鳍条连起来近似为鱼鳍的波动。
[0008]但是，现有水下仿鱼机器人及水陆两栖机器人存在以下问题：仿鱼机器人的动力来源主要分为电机驱动和智能材料驱动，以智能材料提供的驱动虽然具有噪音小、灵活小巧、结构简单的优点，但驱动力太小，不能满足水下航行器对运动速度的要求。大多数水陆两栖机器人采用两套独立的驱动机构，导致结构复杂化，控制难度高，实用性能差。大多数水陆两栖机器人采用开架式非流线型设计，容易受到水草缠绕，降低机器人使用安全性；且不能同时实现两栖环境作业，所以两栖机器人并未真正实现。目前已存在的仿波动鳍样机中，波动鳍结构中的鳍条基本是以等长或以中间鳍条对称排列来设计，采用多个舵机控制鳍面变形进而产生动力，成本较高，结构也较为复杂。

技术实现思路

[0009]本专利技术克服了现有技术的不足之一，提供了一种波动鳍推进的新型仿生两栖机器人，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。
[0010]根据本公开的一方面，本专利技术提供一种波动鳍推进的新型仿生两栖机器人，所述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；所述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。
[0011]在一种可能的实现方式中，所述单向驱动的曲柄摇杆机构包括：75度夹角摇杆、上部摇杆、下部摇杆、左摇杆；所述75度夹角摇杆设置有1
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1和1
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2两个固定孔，上部摇杆的两端设有固定孔2
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1和2
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2，下部摇杆设置有3
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1和3
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2两个固定孔，左摇杆设置有6
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1和6
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2两个固定孔，其中，所述75度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种波动鳍推进的新型仿生两栖机器人，其特征在于，所述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；所述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。2.根据权利要求1所述的新型仿生两栖机器人，其特征在于，所述单向驱动的曲柄摇杆机构包括：75度夹角摇杆、上部摇杆、下部摇杆、左摇杆；所述75度夹角摇杆设置有1
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1和1
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2两个固定孔，上部摇杆的两端设有固定孔2
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1和2
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2，下部摇杆设置有3
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1和3
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2两个固定孔，左摇杆设置有6
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1和6
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2两个固定孔，其中，所述75度夹角摇杆的固定孔1
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1和上部摇杆的固定孔2
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2相配合，固定孔1
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2和下部摇杆的固定孔3
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2相配合；所述左摇杆的固定孔6
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1和上部摇杆的固定孔2
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2相配合，固定孔6
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2和下部摇杆的固定孔3
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1相配合。3.根据权利要求2所述的新型仿生两栖机器人，其特征在于，所述75度夹角摇杆、上部摇杆、下部摇杆和...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒雯雯，
申请(专利权)人：昆山泰仑合机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：