一种全向波动推进式仿生机器鱼及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种全向波动推进式仿生机器鱼，包括装置主体，所述装置主体的四个角分别连接着相对于所述装置主体中心对称的转向机构，每个所述转向机构的末端连接升降机构，每个所述升降机构连接着波动推进机构。本发明专利技术仿生机器鱼通过仿生魟鱼实现了波动式推进的功能，具有低速机动性强、稳定性高和抗环境干扰能力强的特点，为相关探测仪器的布置提供优良稳定的搭载平台，便于执行探测和勘察等高难度、高要求的水下任务。高要求的水下任务。高要求的水下任务。

【技术实现步骤摘要】
一种全向波动推进式仿生机器鱼及其控制方法


[0001]本专利技术属于水下机器人
，具体涉及一种全向波动推进式仿生机器鱼及其控制方法。

技术介绍

[0002]海洋面积占地球表面积的70.8％，对海底资源探索是必要的，设计一款全方位的水下机器人是未来发展之需。目前水下机器人通常采用螺旋桨和叶轮的传统推进方式，其采用高速马达作为动力源会带来噪音大、效率低、灵活性差等问题，大大增加了水下机器人的局限性。
[0003]在长期的自然选择中，鱼类进化出了优异的水中游动能力。随着科技发展速度的加快，各类水下仿生机器鱼相继出现，为仿生推进机理研究和工程技术开发提供了新的手段和途径。目前，鱼类推进模式主要分为两类：身体/尾鳍模式(BCF)和中间鳍/对鳍模式(MPF)，BCF推进模式的仿生机器鱼起步较早，主要利用鱼类身体的波动及尾鳍的摆动产生推进力，因其推进力大、速度快等特点已经成为目前的研究主流，但是在低速的机动性、稳定性和推进效率等方面相比MPF推进模式较差，MPF推进模式主要依靠鱼类的胸鳍、腹鳍和背鳍等鳍面的摆动产生推进力，具有优异的游动性能已成为近年来的研究热点。目前研究大多集中在鳍波动运动的原理上，从而实现机器鱼类似鱼类的波动推进运动，但缺乏对机器鱼变向能力和上浮下潜能力的关注，使得机器鱼的转向能力、灵活性受到限制，难以在一些复杂的水域完成作业任务，降低了机器鱼的运动性能和应用场景。
[0004]因此在基于鳍波动运动原理的基础上，针对机器鱼的转向能力和机动灵活性开展相应结构优化方法设计，有助于提高机器鱼的运动性能，以达到更好的任务执行效果。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于将魟鱼波动推进的原理结合到仿生机器鱼上，设计一种机动灵活性强、稳定性高且抗环境干扰能力强的新型仿生机器鱼，为水下作业提供一种新型工具。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采取如下的技术方案：
[0007]一种全向波动推进式仿生机器鱼，包括装置主体所述装置主体的四个角分别连接着相对于所述装置主体中心对称的转向机构，每个所述转向机构的末端连接升降机构，每个所述升降机构连接着波动推进机构。
[0008]所述装置主体包括上主板、下主板和支撑柱，所述上主板和所述下主板通过所述支撑柱连接。
[0009]所述转向机构包括安装在所述上主板上的第一电机、主支撑臂、主旋转柱、主齿轮、副支撑臂、滑槽柱、副旋转柱、副齿轮、前支撑杆和后支撑杆，所述第一电机的输出轴与所述主旋转柱传动连接，所述主旋转柱轴毂连接所述主齿轮，并与主支撑臂的一端铰接，所述副齿轮通过所述副旋转柱可转动地安装在所述上主板和所述下主板之间，所述副齿轮的一侧偏心设有所述滑槽柱，所述副支撑臂的一端设有槽口并在其一侧设有齿条，所述滑槽
柱的一端可滑动设置在所述副支撑臂的槽口内，所述主齿轮为双层齿轮分别与所述副齿轮以及所述副支撑臂的所述齿条相啮合，所述前支撑杆的一端与所述副支撑臂相铰接，所述前支撑杆同时与所述后支撑杆的一端以及所述主支撑臂另一端铰接于一点，所述前支撑杆和所述后支撑杆均延伸形成各自的自由端。
[0010]所述升降机构包括左支撑杆、旋转板、第二电机和支撑旋转板，所述左支撑杆的两端分别与所述前支撑杆的自由端和所述后支撑杆的自由端连接，形成支撑框架，所述支撑框架上可转动安装有所述支撑旋转板，所述支撑旋转板由所述第二电机驱动，所述支撑框架上在所述支撑旋转板的两侧位置安装有所述旋转板，所述旋转板的内侧沿所述支撑旋转板旋转轴线的周向上设有第一旋转齿。
[0011]所述波动推进机构包括机构外壳、第三电机、滑槽盘、导杆和推进翼，所述机构外壳安装在所述支撑旋转板上，所述机构外壳的两侧设有与所述旋转板上的所述第一旋转齿相啮合的第二旋转齿，所述机构外壳内装有若干由所述第三电机驱动的所述滑槽盘，所述滑槽盘的侧面沿轴向设有滑槽，所述滑槽内装有所述导杆，所述导杆的另一端伸出所述机构外壳，若干所述导杆上设有所述推进翼，所述滑槽盘旋转时，所述滑槽盘通过所述滑槽带动所述导杆从而带动所述推进翼起伏运动。
[0012]进一步优选，所述转向机构还包括固定盖，所述副旋转柱通过所述固定盖可转动地安装在所述上主板上。
[0013]进一步优选，所述主支撑臂的自由端呈Z字形且开口，所述前支撑杆伸入所述开口，通过销轴与所述主支撑臂铰接，所述左支撑杆、所述前支撑杆以及所述后支撑杆围成的所述支撑框架呈长方形。
[0014]进一步优选，所述升降机构还包括支撑板旋转柱，所述旋转板的一侧中部通过所述支撑板旋转柱可转动地与所述左支撑杆连接，另一侧中部所述支撑板旋转柱同轴的位置与所述第二电机的输出轴轴毂连接，所述第二电机安装在所述后支撑杆上。
[0015]进一步优选，所述推进翼为柔性材质呈波浪状且内侧起伏程度低、外侧起伏程度高。
[0016]进一步优选，所述波动推进机构还包括固定板、主旋转盘、副旋转盘、连杆、导杆固定板、固定圆环、底部固定盘，所述第三电机通过所述固定板安装在所述机构外壳上，所述第三电机的侧边安装有四组结构相同的所述滑槽盘，所述滑槽盘的一端通过所述底部固定盘与所述机构外壳可转动连接，所述滑槽盘的另一端固定安装有所述副旋转盘，所述第三电机的输出轴轴毂连接着所述主旋转盘，所述主旋转盘和四个所述副旋转盘的端面共同铰接有所述连杆，所述机构外壳的一侧设有所述导杆固定板，所述导杆固定板通过四个所述固定圆环轴向限制四组高低交错布置且结构相同的所述导杆，所述导杆的后端为凸起球形状，并与所述滑槽盘的槽口滑动配合。
[0017]本专利技术还提供上述向波动推进式仿生机器鱼的控制方法，具体内容和步骤是：
[0018]当所述仿生机器鱼需要转向时，则控制位于所述装置主体四个角的四个所述第一电机正向旋转，通过所述主齿轮带动一侧的两个所述副支撑臂伸出，另一侧的两个所述副支撑臂收回，同时在所述滑槽柱和所述副支撑臂的所述槽口的驱动下，所述副支撑臂同时向一侧摆动，进而拉动所述前支撑杆绕所述主支撑臂前端向同侧转动，所述升降机构随之转动，从而实现仿生机器鱼向一侧转向，控制所述第一电机反向旋转可以实现仿生机器鱼
向另一侧转向；
[0019]当所述仿生机器鱼需要上浮时，则控制位于所述装置主体行进方向同侧的两个所述升降机构中的所述第二电机旋向相反，使同侧的两个所述升降机构呈上拱凸起姿态，即沿行进方向前部的两个所述升降机构中的所述第二电机顺时针旋转，后部的两个所述升降机构中的所述第二电机逆时针旋转；所述升降机构中的所述波动推进机构提供相反的动力，前部的所述波动推进机构提供向前的动力，后部的所述波动推进机构提供向后的动力，随着所述第二电机旋转带动所述支撑旋转板旋转，所述波动推进机构随之转动，从而实现所述仿生机器鱼的上浮，相反，当所述仿生机器鱼需要下潜时，则控制位于所述装置主体行进方向同侧的两个所述升降机构中的所述第二电机旋向相反，使同侧的两个所述升降机构呈下拱凹陷姿态，即沿行进方向前部的两个所述升降机构中的所述第二电机逆时针旋转，后部的两个升降机构中的所述第二电机顺时针旋转；所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全向波动推进式仿生机器鱼，包括装置主体(1)，其特征在于：所述装置主体(1)的四个角分别连接着相对于所述装置主体(1)中心对称的转向机构(2)，每个所述转向机构(2)的末端连接升降机构(3)，每个所述升降机构(3)连接着波动推进机构(4)；所述装置主体(1)包括上主板(5)、下主板(6)和支撑柱(7)，所述上主板(5)和所述下主板(6)通过所述支撑柱(7)连接；所述转向机构(2)包括安装在所述上主板(5)上的第一电机(8)、主支撑臂(9)、主旋转柱(10)、主齿轮(11)、副支撑臂(12)、滑槽柱(13)、副旋转柱(14)、副齿轮(15)、前支撑杆(18)和后支撑杆(22)，所述第一电机(8)的输出轴与所述主旋转柱(10)传动连接，所述主旋转柱(10)轴毂连接所述主齿轮(11)，并与主支撑臂(9)的一端铰接，所述副齿轮(15)通过所述副旋转柱(14)可转动地安装在所述上主板(5)和所述下主板(6)之间，所述副齿轮(15)的一侧偏心设有所述滑槽柱(13)，所述副支撑臂(12)的一端设有槽口并在其一侧设有齿条，所述滑槽柱(13)的一端可滑动设置在所述副支撑臂(12)的槽口内，所述主齿轮(11)为双层齿轮分别与所述副齿轮(15)以及所述副支撑臂(12)的所述齿条相啮合，所述前支撑杆(18)的一端与所述副支撑臂(12)相铰接，所述前支撑杆(18)同时与所述后支撑杆(22)的一端以及所述主支撑臂(9)另一端铰接于一点，所述前支撑杆(18)和所述后支撑杆(22)均延伸形成各自的自由端；所述升降机构(3)包括左支撑杆(17)、旋转板(19)、第二电机(21)和支撑旋转板(20)，所述左支撑杆(17)的两端分别与所述前支撑杆(18)的自由端和所述后支撑杆(22)的自由端连接，形成支撑框架，所述支撑框架上可转动安装有所述支撑旋转板(20)，所述支撑旋转板(20)由所述第二电机(21)驱动，所述支撑框架上在所述支撑旋转板(20)的两侧位置安装有所述旋转板(19)，所述旋转板(19)的内侧沿所述支撑旋转板(20)旋转轴线的周向上设有第一旋转齿；所述波动推进机构(4)包括机构外壳(23)、第三电机(25)、滑槽盘(28)、导杆(33)和推进翼(35)，所述机构外壳(23)安装在所述支撑旋转板(20)上，所述机构外壳(23)的两侧设有与所述旋转板(19)上的所述第一旋转齿相啮合的第二旋转齿，所述机构外壳(23)内装有若干由所述第三电机(25)驱动的所述滑槽盘(28)，所述滑槽盘(28)的侧面沿轴向设有滑槽，所述滑槽内装有所述导杆(33)，所述导杆(33)的另一端伸出所述机构外壳(23)，若干所述导杆(33)上设有所述推进翼(35)，所述滑槽盘(28)旋转时，所述滑槽盘(28)通过所述滑槽带动所述导杆(33)从而带动所述推进翼(35)起伏运动。2.根据权利要求1所述的一种全向波动推进式仿生机器鱼，其特征在于：所述转向机构(2)还包括固定盖(16)，所述副旋转柱(14)通过所述固定盖(16)可转动地安装在所述上主板(5)上。3.根据权利要求1所述的一种全向波动推进式仿生机器鱼，其特征在于：所述主支撑臂(9)的自由端呈Z字形且开口，所述前支撑杆(18)伸入所述开口，通过销轴与所述主支撑臂(9)铰接，所述左支撑杆(17)、所述前支撑杆(18)以及所述后支撑杆(22)围成的所述支撑框架呈长方形。4.根据权利要求1所述的一种全向波动推进式仿生机器鱼，其特征在于：所述升降机构(3)还包括支撑板旋转柱(24)，所述旋转板(19)的一侧中部通过所述支撑板旋转柱(24)可转动地与所述左支撑杆(17)连接，另一侧中部所述支撑板旋转柱(24)同轴的位置与所述第
二电机(21)的输出轴轴毂连接，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：申燚，王以龙，戴现令，薛文博，王舜，赵泽钰，袁明新，刘维，杨昺崧，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：