【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水下仿生航行器领域，具体是一种可切换摆动模态的水下航行器。
技术介绍
1、随着海洋资源开发和环境监测等需求增加，各国正开发新型海洋装备，以强化监测和保护能力。这些装备需具备快速、机动、水下及冰下执行任务的能力。鲔科模式游动效率高、机动性好、环境扰动小，适用于水下无人航行器。其推力主要来自尾部摆动形成的反向卡门涡街，需尾臂和尾鳍按规律运动。该模式在海洋侦察和救护等方面有广泛应用。
2、cn115230925a公开了一种数控可变波形的多关节柔性水下仿生推进器，该数控可变波形的多关节柔性水下仿生推进器采用刚性强迫运动的原理，通过对鱼体波的精确拟合，控制推进器模拟鱼体的运动，产生高效的卡门涡街反向涡推力，使其波状游动处于最佳推进效率范围。但是，该数控可变波形的多关节柔性水下仿生推进器仅能模拟鱼体尾部左右摆动的推进模式，而无法模拟海豚等尾部上下摆动的推进模式，存在模拟不同推进模式的限制。
3、cn104724269a公开了一种空间机动尾摆推进装置，cn111319742b公开了一种并联式空间尾摆推进装置，这两种推进装置虽然能够实现尾鳍击水角度的变换，但是其整个尾部却无法模拟鲹科或海豚尾部的摆动波形，无法通过尾部摆动幅度、相位来控制其所产生的反向卡门涡街的涡量和强度，都不是真正意义的仿生推进。
4、另外，现有auv通常无法悬停或着陆海底采样，而海底机器人则缺乏水中高机动性。因此，各国正致力于开发一种高效、机动且能在海底着陆与近地面“匍行”的新型水下航行器。
技术实
1、本专利技术的目的在于提供可切换摆动模态的水下航行器，通过模态切换机构调节可转动部两侧的配重，能够使多关节柔性推进器滚转90°，在左右或上下摆动推进模态下能够根据需要模拟不同鱼类或海豚尾部的摆动波形，以适应不同海况需要并提高推进效率；通过吸排水装置驱动两个配重水箱同时进水或出水，能够实现水下航行器的上浮或下潜，从而在静止或低游速下实现海底着陆坐底和近海底“匍行”作业，应用场景广。
2、为达成前述专利技术目的，本专利技术提供一种可切换摆动模态的水下航行器，包括依次连接的头部、可转动部和多关节柔性推进器，所述可转动部能够相对于头部滚转，所述多关节柔性推进器与可转动部固定连接；所述多关节柔性推进器能够在水下往复摆动以产生推进力；所述可转动部的内部设有可转动部腔体，所述可转动部腔体内设有模态切换机构，所述模态切换机构包括配重水箱和吸排水装置，所述配重水箱在可转动部腔体的两侧各设有一个，所述配重水箱通过吸排水口与可转动部腔体的外界连通，所述吸排水装置用于为配重水箱吸水或排水提供动力。
3、当需要切换水下航行器的推进模态时，通过吸排水装置驱动一侧配重水箱进水、另一侧配重水箱排水，两侧配重水箱的不等水量的重力，对可转动部产生滚转力矩，驱动可转动部与多关节柔性推进器相对于头部滚转90°，实现了左右摆动推进模态与上下摆动推进模态的切换。
4、通过吸排水装置驱动两个配重水箱同时进水或出水，能够实现水下航行器的上浮或下潜。
5、借由上述技术方案，本专利技术提供的可切换摆动模态的水下航行器至少具有下列优点：（1）相较于现有技术中仅改变尾鳍击水角度的模态切换方式，本专利技术通过模态切换机构调节可转动部两侧的配重，能够使多关节柔性推进器滚转90°，在左右或上下摆动推进模态下能够根据需要模拟不同鱼类或海豚尾部的摆动波形，并能够通过多关节柔性推进器摆动幅度、相位来控制其所产生的反向卡门涡街的涡量和强度，以适应不同海况需要并提高推进效率。（2）本专利技术的可切换摆动模态的水下航行器不但水下效率高、机动性好，而且通过吸排水装置驱动两个配重水箱同时进水或出水，能够实现水下航行器的上浮或下潜，从而在静止或低游速下实现海底着陆坐底和近海底“匍行”作业，应用场景广。
6、优选的，所述吸排水装置包括活塞和活塞驱动装置，所述活塞与配重水箱密封滑动配合，所述活塞与配重水箱之间形成水腔，所述水腔通过吸排水口与可转动部腔体的外界连通，所述活塞驱动装置用于驱动活塞移动。本技术方案中，由于水腔的体积与水腔内水的体积保持一致，因此当可转动部沿水下航行器的纵轴滚转过程中，水腔内的水不会因在水腔内移动而改变重心，能够保证多关节柔性推进器滚转角度的精确控制。
7、进一步的，所述多关节柔性推进器包括隔框、连杆、数控电动缸和弹性密封蒙皮，所述隔框通过连杆串连，所述连杆的前端与其前邻隔框刚性连接，所述连杆的后端通过枢轴与其后邻隔框枢接，所述数控电动缸设在相邻的隔框之间，所述数控电动缸的前端通过枢轴与其前邻隔框枢接，所述数控电动缸的后端枢接于其后邻隔框，所述弹性密封蒙皮包覆在隔框的外部并在其内部形成尾部腔体。采用本专利技术的上述技术方案，由于连杆的后端通过枢轴与其后邻隔框枢接，并且数控电动缸的前端通过枢轴与其前邻隔框枢接，因此数控电动缸在伸缩时不会对其前邻隔框产生扭矩，能够精确的控制隔框的转动角度，从而精确的拟合鱼体波，提高水下仿生推进器的推进效率。
8、进一步的，为了使本专利技术的水下航行器适应不同水深下的水压变化，所述可转动部腔体内设有高压储气罐，所述高压储气罐通过进气阀与尾部腔体连接，所述尾部腔体通过排气阀与尾部腔体的外界连接。当水下航行器下潜到深水时，打开进气阀，高压储气罐向尾部腔体输入气体，使尾部腔体增压，以保持弹性密封蒙皮的内外压力平衡；同理，当水下航行器上浮到浅水时，打开排气阀，尾部腔体内的气体排出。
9、进一步的，所述多关节柔性推进器还包括尾鳍和尾鳍舵机，所述尾鳍和尾鳍舵机安装在末端隔框的后端，所述尾鳍舵机能够驱动尾鳍相对于末端隔框摆动。
10、进一步的，所述头部的顶部设有背鳍，所述头部的两侧设有胸鳍。在切换推进模态时，背鳍和胸鳍不随可转动部滚转，能够保持水下航行器整体的流线型对称外形。
11、进一步的，所述头部的内部设有头部腔体，所述头部腔体内设有质心调节机构，所述质心调节机构包括俯仰配重和俯仰配重驱动装置，所述俯仰配重驱动装置用于驱动俯仰配重在头部腔体内前后移动。通过俯仰配重驱动装置驱动俯仰配重在头部腔体内前后移动，从而改变水下航行器的质心和浮力中心的纵向距离，可以在停止或低游速下改变水下航行器的俯仰角度。
12、优选的，所述头部和可转动部均采用玻璃钢或碳纤维材质。
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1.一种可切换摆动模态的水下航行器，其特征在于，包括依次连接的头部（8）、可转动部（38）和多关节柔性推进器，所述可转动部（38）能够相对于头部（8）滚转，所述多关节柔性推进器与可转动部（38）固定连接；所述多关节柔性推进器能够在水下往复摆动以产生推进力；所述可转动部（38）的内部设有可转动部腔体（39），所述可转动部腔体（39）内设有模态切换机构，所述模态切换机构包括配重水箱（25）和吸排水装置，所述配重水箱（25）在可转动部腔体（39）的两侧各设有一个，所述配重水箱（25）通过吸排水口（29）与可转动部腔体（39）的外界连通，所述吸排水装置用于为配重水箱（25）吸水或排水提供动力。
2.根据权利要求1所述的可切换摆动模态的水下航行器，其特征在于，所述吸排水装置包括活塞（26）和活塞驱动装置（27），所述活塞（26）与配重水箱（25）密封滑动配合，所述活塞（26）与配重水箱（25）之间形成水腔（28），所述水腔（28）通过吸排水口（29）与可转动部腔体（39）的外界连通，所述活塞驱动装置（27）用于驱动活塞（26）移动。
3.根据权利要求1所述的可切换摆
4.根据权利要求3所述的可切换摆动模态的水下航行器，其特征在于，所述可转动部腔体（39）内设有高压储气罐（33），所述高压储气罐（33）通过进气阀（34）与尾部腔体（32）连接，所述尾部腔体（32）通过排气阀（35）与尾部腔体（32）的外界连接。
5.根据权利要求3所述的可切换摆动模态的水下航行器，其特征在于，所述多关节柔性推进器还包括尾鳍（6）和尾鳍舵机（7），所述尾鳍（6）和尾鳍舵机（7）安装在末端隔框（1）的后端，所述尾鳍舵机（7）能够驱动尾鳍（6）相对于末端隔框（1）摆动。
6.根据权利要求1所述的可切换摆动模态的水下航行器，其特征在于，所述头部（8）的顶部设有背鳍（17），所述头部（8）的两侧设有胸鳍（20）。
7.根据权利要求1所述的可切换摆动模态的水下航行器，其特征在于，所述头部（8）的内部设有头部腔体（24），所述头部腔体（24）内设有质心调节机构，所述质心调节机构包括俯仰配重（9）和俯仰配重驱动装置（13），所述俯仰配重驱动装置（13）用于驱动俯仰配重（9）在头部腔体（24）内前后移动。
8.根据权利要求1~4任一所述的可切换摆动模态的水下航行器，其特征在于，所述头部（8）和可转动部（38）均采用玻璃钢或碳纤维材质。
...【技术特征摘要】
1.一种可切换摆动模态的水下航行器，其特征在于，包括依次连接的头部（8）、可转动部（38）和多关节柔性推进器，所述可转动部（38）能够相对于头部（8）滚转，所述多关节柔性推进器与可转动部（38）固定连接；所述多关节柔性推进器能够在水下往复摆动以产生推进力；所述可转动部（38）的内部设有可转动部腔体（39），所述可转动部腔体（39）内设有模态切换机构，所述模态切换机构包括配重水箱（25）和吸排水装置，所述配重水箱（25）在可转动部腔体（39）的两侧各设有一个，所述配重水箱（25）通过吸排水口（29）与可转动部腔体（39）的外界连通，所述吸排水装置用于为配重水箱（25）吸水或排水提供动力。
2.根据权利要求1所述的可切换摆动模态的水下航行器，其特征在于，所述吸排水装置包括活塞（26）和活塞驱动装置（27），所述活塞（26）与配重水箱（25）密封滑动配合，所述活塞（26）与配重水箱（25）之间形成水腔（28），所述水腔（28）通过吸排水口（29）与可转动部腔体（39）的外界连通，所述活塞驱动装置（27）用于驱动活塞（26）移动。
3.根据权利要求1所述的可切换摆动模态的水下航行器，其特征在于，所述多关节柔性推进器包括隔框（1）、连杆（2）、数控电动缸（3）和弹性密封蒙皮（4），所述隔框（1）通过连杆（2）串连，所述连杆（2）的前端与其前邻隔框（1）刚性连接，所述连杆（2）的后端通过枢轴（31）与其后邻隔框（1）枢接，所述数控电动缸（3）设在相邻的隔框（1）之间，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄兴中，张刚，史丙侦，
申请(专利权)人：日照坤仑智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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