[發明專利]具有水下三維運動能力的仿鰩魚機器人本體結構

無效

• 申請號: 201110391030.6
• 申請日: 2011-12-01
• 公開（公告）號: CN102490884A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 孫恒輝;董翔;駱敏舟
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: B63H1/36
• 分類號: B63H1/36
• 代理公司: 合肥天明專利事務所 34115
• 代理人: 奚華保

技術領域??

本發明屬于仿生機器魚技術應用領域，特別涉及一種仿照鰩魚兩側雙鰭波動推進方式、通過重心調節機構調節機器魚的重心位置、可在水下實現三維運動的仿鰩魚機器人本體結構及其運動方式。

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背景技術?

進入二十一世紀，人類在水下環境中的生產、科研活動不斷增加，水下作業任務的要求有了新的需要：在軍事領域中，水下偵查、聲波干擾、掃雷與布雷等需要結構尺寸小、運動靈活性強、隱蔽性好的水下探測和偵查系統；在民用事業上，海洋資源勘探與開發、水下救援、水下安全監控等需要持續工作時間長、機動性高、穩定性好的水下檢測和作業系統。而傳統水下推進器多采用螺旋槳式、噴流回轉式或葉輪式推進結構，其能源利用率低、結構尺寸和重量大、運動靈活性和隱蔽性差，難以滿足現代水下作業任務的需要。

近年來，隨著仿生學和機器人學研究的不斷進步，以魚類為模仿對象，進行仿魚水下推進技術的研究已經成為新型水下推進系統研究的熱點。自然界中的魚類經過千百萬年的進化，獲得了卓越的水中運動能力，為高效、小尺寸、高機動性、低噪聲和易隱蔽的現代水下推進器的研制提供了一種新的思路。

目前仿魚水下機器人的研究中，以裸背鰻科、鰩科為代表的具有高機動性的魚類的研究工作具有特別的意義。在國內，國防科技大學針對“尼羅河魔鬼”魚開展的仿生長鰭游動運動研究最為突出，開發了仿生長鰭游動裝置；中國科學院自動化研究所在對鲹科魚類游動機理深入研究的基礎上，研制了多關節微小型仿生機器魚。在國外，日本大阪大學在鰩科魚類研究的基礎上研制了雙側長鰭波動推進的機器人系統；美國西北大學也開發了長鰭波動推進實驗裝置來檢測不同控制策略下長鰭產生的推進力；新加坡的NTU大學開展了長鰭波動推進的研究工作，研制了相應的長鰭波動推進機構和實驗裝置。

在現有公開的技術中，仿照鲹科、鰻鱺科等魚類運動方式的仿魚水下機器人，采用的是尾鰭推進的方式，推進過程中需要借助魚體的運動，魚體的運動必然影響了魚體的穩定性，對環境的擾動大，隱蔽性也隨之變差；采用尾鰭推進方式，只能實現前向游動，不能實現倒退游動，當需要進行轉向時，采用尾鰭推進必須以一定的轉彎半徑來實現方向的改變。此外，現有的仿生波動魚鰭水下機器人只能夠驗證二維平面的運動性能，難以體現波動魚鰭推進方式的優點，對新型水下推進器設計的指導作用有限。

復雜海洋環境下對機動性、隱蔽性和穩定性更高的要求，迫切需要開發一些特殊的推進方式，為適合于復雜海洋環境工作的，適用于軍事偵查、海洋勘探、水下救援、水下監控等不同工作需求的新型仿魚水下機器人的研制與應用提供新的思路。?

在現有公開的技術中，經關鍵詞?“鰭波動”檢索，比較典型相關的有專利公開號CN10143573?“仿生長鰭波動推進實驗裝置”（公開日2009.05.20，申請號200710177403.3）、專利公開號CN101332868?“液壓驅動波動鰭仿生水下推進器”（公開日2008.12.31，申請號200810031901.1），專利公開號CN101435739主要涉及一種通過繞自身中軸的轉動實現前后游動的仿生長鰭波動推進實驗裝置，專利公開號CN101332868主要設計了一種液壓驅動波動鰭仿生水下推進器，通過模擬水下生物柔性長鰭的波動運動，產生平行于支架長軸方向的推進力。它們并不能輕易地在前向、倒退、轉彎種游動方式之間輕易地切換，進行轉向運動時的轉彎半徑也較大，且不具有水下三維運動能力，應用受到很大的限制。

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發明內容??

針對現有技術中存在的問題，本發明的目的是:仿照鰩科魚類生物兩側雙鰭波動的運動方法，發明設計一種外形呈扁平狀、采用兩側波動魚鰭機構和重心調節機構實現水下前進、后退、原地轉彎、上升和下潛三維運動的仿鰩魚機器人本體結構。??

本發明的技術方案是：具有水下三維運動能力的仿鰩魚機器人本體結構，包括魚身主體、波動魚鰭機構和重心調節機構；所述魚身主體包括外殼和蓋板，二者構成一密封腔體，所述密封腔體內置控制電路板和電池組；所述波動鰭機構包括長支架、鰭條、鰭膜、小型舵機，所述波動魚鰭機構通過長支架安裝在魚身主體的外殼兩側，所述鰭膜將若干根鰭條連接在一起，構成波動魚鰭，由所述小型舵機帶動產生推動機器人運動的行波；所述重心調節機構安裝在魚身主體的腔體內。??