[發(fā)明專利]一種柔性胸鰭擺動(dòng)式水下仿生機(jī)器人

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910078621.0
• 申請(qǐng)日: 2009-02-27
• 公開（公告）號(hào): CN101486377A
• 公開（公告）日: 2009-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 畢樹生;蔡月日;鄭禮成
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): B63H1/36
• 分類號(hào): B63H1/36;B63C11/52
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所
• 代理人: 周長(zhǎng)琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種水下仿生機(jī)器人，更特別地說，是指一種模仿海洋中雙側(cè)胸鰭擺動(dòng)游動(dòng)的鲼科魚類的身體外形，利用氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)的柔性胸鰭擺動(dòng)式水下仿生機(jī)器人。

背景技術(shù)

柔性胸鰭擺動(dòng)推進(jìn)仿生機(jī)器人(魚)能夠?qū)崿F(xiàn)低頻、低阻、高效、高機(jī)動(dòng)性的水下運(yùn)動(dòng)，它在水下探測(cè)和軍用偵察領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。目前，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有仿生機(jī)器人(魚)按照推進(jìn)所使用身體部位的不同，大概可分為兩種：①身體、尾鰭推進(jìn)模式——利用類似蛇類或鰻魚的身體彎曲波動(dòng)或尾鰭的周期性往復(fù)擺動(dòng)產(chǎn)生推進(jìn)力；②中間鰭、對(duì)鰭推進(jìn)模式——利用中間鰭、對(duì)鰭的周期性擺動(dòng)或波動(dòng)產(chǎn)生推進(jìn)力。迄今為止，水下仿生機(jī)器人(魚)幾乎都采用了這兩種推進(jìn)模式。對(duì)采用第一種推進(jìn)模式的仿生機(jī)器人(魚)研究較多，對(duì)第二種推進(jìn)模式中個(gè)別推進(jìn)方式研究較少，例如胸鰭擺動(dòng)推進(jìn)方式。現(xiàn)有仿生機(jī)器人(魚)多采用剛性驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和剛性機(jī)體，該種剛性驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和剛性機(jī)體的仿生機(jī)器人(魚)，其推進(jìn)速度和推進(jìn)效率達(dá)不到所模仿魚類的速度和效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種采用柔性機(jī)體和柔性擺動(dòng)推進(jìn)機(jī)構(gòu)的胸鰭擺動(dòng)式水下仿生機(jī)器人，該仿生機(jī)器人采用外置氣源驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)人工肌肉實(shí)現(xiàn)仿生機(jī)器人在水中的前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎和升沉運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明的仿生機(jī)器人一方面，在氣源驅(qū)動(dòng)的條件下通過左擺動(dòng)組件和右擺動(dòng)組件的同步上下運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)仿生機(jī)器人在水中的前進(jìn)。

本發(fā)明的仿生機(jī)器人另一方面，在氣源驅(qū)動(dòng)的條件下通過尾部擺動(dòng)組件的上下運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)仿生機(jī)器人在水中的升沉。

本發(fā)明的仿生機(jī)器人第三方面，在氣源驅(qū)動(dòng)的條件下通過左擺動(dòng)組件與右擺動(dòng)組件的非同步上下運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)仿生機(jī)器人在水中的轉(zhuǎn)向。

本發(fā)明的一種柔性胸鰭擺動(dòng)式水下仿生機(jī)器人，包括有氣源和仿生結(jié)構(gòu)體兩部分。仿生結(jié)構(gòu)體由左擺動(dòng)組件、右擺動(dòng)組件、尾部擺動(dòng)組件、支撐組件、左柔性翼和右柔性翼組成；左柔性翼與右柔性翼的結(jié)構(gòu)相同，且以縱軸線為中心對(duì)稱進(jìn)行裝配；左擺動(dòng)組件與右擺動(dòng)組件結(jié)構(gòu)相同；左擺動(dòng)組件、右擺動(dòng)組件、尾部擺動(dòng)組件和支撐組件設(shè)置在柔性機(jī)體內(nèi)部，支撐組件沿縱軸線設(shè)置，左擺動(dòng)組件和右擺動(dòng)組件分別安裝在支撐組件的左、右兩側(cè)，尾部擺動(dòng)組件安裝在支撐組件的后端。左柔性翼和右柔性翼的縱切面采用NACA標(biāo)準(zhǔn)翼形。左柔性翼和右柔性翼分別采用單組分硅橡膠或者雙組份硅橡膠的柔性材料澆鑄成一體化結(jié)構(gòu)件。左擺動(dòng)組件和右擺動(dòng)組件中的氣動(dòng)人工肌肉選用McKibben型氣動(dòng)人工肌肉，耐壓0.6MPa。左擺動(dòng)組件和右擺動(dòng)組件中的柔性肋骨采用具有彈性的玻璃纖維板、碳纖維板或者聚乙烯塑料板板狀材料制作。

本發(fā)明的柔性胸鰭擺動(dòng)式水下仿生機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)在于：采用柔性材料澆鑄制作機(jī)體，使其從外形和性能上均貼近仿生原型；用四條氣動(dòng)人工肌肉的收縮和伸長(zhǎng)，達(dá)到驅(qū)動(dòng)機(jī)體運(yùn)動(dòng)的目的；通過氣動(dòng)人工肌肉、柔性肋骨和柔性翼的組合使用，實(shí)現(xiàn)仿生魚的柔順運(yùn)動(dòng)；利用人工肌肉收縮量和收縮時(shí)間的不同，實(shí)現(xiàn)柔性仿生胸鰭和機(jī)體尾部的擺動(dòng)幅度和擺動(dòng)頻率的調(diào)節(jié)，從而改變仿生機(jī)器魚的運(yùn)動(dòng)速度和機(jī)動(dòng)性能，實(shí)現(xiàn)仿生機(jī)器魚的高效、低阻、高機(jī)動(dòng)性運(yùn)動(dòng)。氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)氣源可根據(jù)需要外置或者置于仿生機(jī)器人內(nèi)部。

附圖說明

圖1是本發(fā)明柔性胸鰭擺動(dòng)式水下仿生機(jī)器人的外部結(jié)構(gòu)圖。

圖1A是未裝配左、右柔性翼的仿生機(jī)器人的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本發(fā)明骨架組件的結(jié)構(gòu)圖。

圖2A是本發(fā)明骨架組件中連接件的后視圖。

圖2B是本發(fā)明骨架組件中連接件的主視圖。

圖2C是本發(fā)明骨架組件中接頭的結(jié)構(gòu)圖。

圖2D是本發(fā)明骨架組件中墊塊的結(jié)構(gòu)圖。

圖3是本發(fā)明左擺動(dòng)組件的結(jié)構(gòu)圖。

圖3A是本發(fā)明左擺動(dòng)組件的背部結(jié)構(gòu)圖。

圖3B是本發(fā)明左擺動(dòng)組件中滑線塊與壓板的裝配圖。

圖3C是本發(fā)明左擺動(dòng)組件中拉繩塊的結(jié)構(gòu)圖。

圖4是本發(fā)明右擺動(dòng)組件的結(jié)構(gòu)圖。

圖4A是本發(fā)明右擺動(dòng)組件的背部結(jié)構(gòu)圖。

圖5是本發(fā)明尾部擺動(dòng)組件的結(jié)構(gòu)圖。

圖5A是本發(fā)明尾部擺動(dòng)組件中上拉件的結(jié)構(gòu)圖。

圖6是本發(fā)明左柔性翼的結(jié)構(gòu)圖。

圖7是本發(fā)明右柔性翼的結(jié)構(gòu)圖。

圖中：??????????1.左擺動(dòng)組件????101.左柔性肋骨??102.左氣動(dòng)人工肌肉

103.左拉繩??????104.左肋骨根部??105.左肋骨尖部??106.A通孔??????111.A滑線塊

111a.C光孔??????111b.滑套???????111c.C通孔??????112.B滑線塊????113.A壓板