【技术实现步骤摘要】
背鳍和尾鳍协同推进的仿旗鱼机器人及其耦合运动方法
[0001]本专利技术属于水下机器人应用
，具体涉及一种背鳍与尾鳍协同推进的仿旗鱼机器人及其耦合运动方法，可作为水下平台应用于生态观测、水下勘探、侦察等领域，具有广阔的应用前景。
技术背景
[0002]在海洋探索中，人的潜水受到水流速度、水深、水质等条件的限制，且水下环境相对恶劣。因此，水下机器人正逐渐取代了人类，去完成许多高危或人力无法操作的水下工作。水下生物长期在水下生存，具有推进效率高、速度快、机动性强等天然优势。而鱼便是其中的典型代表，因此设计机器鱼作为水下平台具有重要意义。
[0003]在游动性能方面，旗鱼在鱼类中位列前茅。因此本专利技术是以旗鱼为仿生对象，使设计出的机器鱼可获得高游动性能，为探索和开发海洋资源提供更有效的平台。在观测旗鱼的游动过程中，我们发现旗鱼的背鳍与尾鳍的协同配合是旗鱼有着高游动性能的奥秘之一。因此设计背鳍和尾鳍协同推进的仿旗鱼机器人有重要的研究意义和工程价值。
[0004]张润锋提出了一种多模驱动仿生机器鱼(专利申请号：...
【技术保护点】
【技术特征摘要】 【专利技术属性】
1.一种背鳍和尾鳍协同推进的仿旗鱼机器人，其特征在于：由鱼前部分(C)、背鳍推进结构(A)、尾鳍推进结构(B)组成；上述鱼前部分(C)主要包括鱼前部下腔体(30)和鱼前部上腔体(34)，鱼前部盖(35)以及外形呈锥形具有减小水阻力作用的鱼喙(39)；也包括安装于鱼前部下腔体(30)和鱼前部上腔体(34)之间的锂电池(31)、控制板(32)、重心调节装置(37)；还包括安装于鱼前部下腔体(30)与鱼前部盖(35)之间的陀螺仪(33)、红外避障传感器(36)、摄像头(38)以及照明设备；上述背鳍推进结构(A)主要包括背鳍(1)、滚筒上盖(4)、滚筒体(5)、展开折叠结构(6)、背部防水舵机(11)、传动件(9)、舵机盘(10)；其中滚筒体(5)安装于鱼前部上腔体(34)中并通过前部轴承(8)、后部轴承(2)与其配合；展开折叠结构(6)通过螺丝固定在滚筒体(5)侧面上，滚筒上盖(4)通过螺丝固定在滚筒体(5)上面，并留有槽供背鳍(1)、展开折叠结构(6)展开出来；背鳍(1)通过螺丝、螺母与垫片的组合安装在展开折叠结构(6)上；背部防水舵机(11)固定于鱼前部上腔体(34)中，滚筒体(5)通过传动件(9)、舵机盘(10)与背部防水舵机(11)的输出轴相连，背部防水舵机(11)带动滚筒体(5)往复摆动，使滚筒体(5)及与之固定的结构有不同的摆动幅度，最后带动背鳍往复摆动；上述展开折叠结构(6)主要包括电机(12)、电机传动杆(13)、螺母滑块(20)、固定杆(16)、随动杆(19)、N个相互平行的连杆，N为4至8的自然数；其中固定杆(16)通过螺丝、螺母与垫片的组合固定在滚筒体(5)上保持不动，N个连杆均通过螺丝与固定杆(16)、随动杆(19)连接，组成单自由度的多连杆机构；电机传动杆(13)一端与螺母滑块(20)相连，另一端与N个相互平行的连杆中的一个连杆相连；电机(12)上有螺纹杆，它与螺母滑块(20)中的螺母相配合，当电机(12)转动时带动螺母滑块(20)向前和向后移动，进而带动电机传动杆(13)移动，控制展开折叠结构(6)的展开与折叠，使展开折叠结构(6)有不同的展开折叠程度；上述尾鳍推进结构(B)共有M个关节，M为3至5的自然数，每个关节均包括关节上腔体、关节下腔体、关节防水舵机(25)；关节防水舵机(25)固定于关节下腔体中，关节上腔体与关节下腔体通过螺钉固定；关节下腔体的底端通过轴承与前一个关节的关节下腔体或前面的机器人结构相连；关节防水舵机(25)的舵机盘与前一个关节的关节上腔体顶端或者前面的机器人结构相连；尾鳍(21)通过螺丝与最后一个关节相连。2.根据权利要求1所述的背鳍和尾鳍协同推进的仿旗鱼机器人，其特征在于：上述重心调节装置(37)主要包括重心调节电机(40)、滑块(45)、螺母(43)、直线轴承(44)、光轴(46)、丝杠、配重箱(42)；其中螺母(43)和直线轴承(44)安装于滑块(45)中；滑块(45)通过直线轴承(44)安装于光轴(46)上；丝杆与重心调节电机(40)输出轴相连，丝杆与滑块(45)中的螺母(43)形成丝杆螺母副；配重箱(42)固定在滑块(45)上。3.根据权利要求1所述的背鳍和尾鳍协同推进的仿旗鱼机器人，其特征在于：锂电池(31)与配重片安装在鱼前部下腔体(30)的底部区域，以使重心降低；陀螺仪(33)固定在控制板(32)上，用于获得机器鱼游动时的姿态；红外避障传感器(36)安装在鱼前部下腔体(30)的前部区域，用于实时测量与障碍物的距离；摄像头(38)安装在鱼前部下腔体(30)的前侧腔室中，并有两个照明设备位于两侧，为机器鱼提供照明。
4.根据权利要求1所述的背鳍和尾鳍协同推进的仿旗鱼机器人，其特征在于：所述背鳍推进结构、尾鳍推进结构均留有防水航空插头的母头，而鱼前部分留有两个防水航空插头的公头，分别上述两者相对应。5.根据权利要求1所述的背鳍和尾鳍协同推进的仿旗鱼机器人的耦合运动方法，其特征在于包括以下过程：(一)背鳍展开折叠运动过程：当电机(12)转动时螺母滑块(20)向前或向后移动，带动展开折叠结构(6)展开或折叠；(二)背鳍和尾鳍协同运动过程：运动模式一为快速前进运动，在该运动模式下，展开折叠结构(6)完全折叠在机器人身体内，使背鳍折叠起来，由尾鳍推进结构(B)提供推力；由于背鳍被折叠起来，减小了机器人前进时的阻力，结合机器人流线型外形，使机器人获得高的推进速度；运动模式二为高机动运动，在该运动模式下，展开折叠结构(6)展开，背鳍与尾鳍的协调配合；背鳍展开时与尾鳍的协调配合有以下两种运动方式：运动方式2
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1：当仿旗鱼机器人左转弯时，背鳍摆到身体左侧不动，尾鳍左右往复摆动或在偏右侧往复摆动；当仿旗鱼机器人右转弯时，背鳍摆到身体右侧不动，尾鳍左右往复摆动或在偏左侧往复摆动；以上两种情况，尾鳍提供推进力，背鳍均起到类似方向舵的作用，使转向更加快速、转弯半径更小；背部防水舵机(11)驱动背鳍的摆动，通过背部防水舵机(11)调节背鳍的摆动幅度，因此背鳍摆到身体左或右侧不动时，背鳍有多种不同的幅度对应的不动位置；展开折叠结构(6)调节背鳍的展开折叠程度，因此当背鳍展开时，背鳍拥有多种不同的展开折叠程度；这与尾鳍相协调配合，结合背鳍不动位置与展开折叠程度这两个参数，进行排列组合，形成更多种具体运动方式；这里偏左或右侧往复摆动是指往复摆动时的中轴线的位置偏左或右；运动方式2
技术研发人员：俞志伟，李凯，胡光坤，吉爱红，郭策，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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