[發明專利]一種仿生鰩魚水下機器人

有效

• 申請號: 201810249697.4
• 申請日: 2018-03-26
• 公開（公告）號: CN108528666B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 史豪斌;王希宇;宋若云;王詩明;馬懿慧;徐躍宇
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B63C11/52
• 分類號: B63C11/52;B63H23/02;B63H1/36
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

本發明公開了一種仿生鰩魚水下機器人，由主體機架、電池、控制模塊、水泵、尾部組件和多對波動桿組成；其中，電機位于主體機架的頭部，并與第一級傳動輪組通過聯軸器固連，兩側的差動波動結構各對應一個電機，電機輸入動力使結構運動，電機與控制模塊連接，通過差動與傳動輪組組成仿生差動波動結構；多對波動桿與軟膜連接，實現仿生機械模擬和對鰩魚的外形模擬。尾部連接件與舵機固定件連接，尾部組件實現輔助性前進與轉向的功能；利用搭載儲水艙和水泵實現沉浮運動。仿生鰩魚水下機器人具有體積小、重量輕、立體運動能力強、動作靈活的特點；機器人可進行各種環境水質檢測的水中工作，以及水下探測活動，具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及水下機器人技術領域，具體地說，涉及一種以鰩魚為仿生對象的水下機器人。

背景技術

目前常見的無人水下航行器，如自主式水下航行器(Autonomous UnderwaterVehicle,AUV)、遙控水下航行器(Remotely Operated Vehicle,ROV)等多采用傳統的螺旋槳推進器。螺旋槳推進技術在實際應用中有著不可替代的優勢，理論研究和實際應用都已較為成熟；但其自身亦存在不足，如噪聲大、對環境擾動大、運動靈活性和隱蔽性較差，應用場合受到限制。以鰩魚為代表的波動鰭推進模式的魚類在隱蔽性、節能性方面具有超凡的優越性。而目前針對鰩魚的仿生學研究較少，以鰩魚為仿生對象進行研究是十分必要的。

發明專利CN201610120449.0公開了“一種仿鰩魚的船用推進裝置”。該推進裝置包括提供動力作用的電動機、搖桿、連桿、小齒輪、大齒輪、傳動軸、傳動軸及大齒輪支架、電動機支架、長軸支架、底座；裝置通過電動機帶動傳動軸轉動，傳動軸帶動小齒輪和大齒輪轉動，大齒輪通過短軸帶動連桿運動，連桿帶動搖桿運動。由于短軸相對于大齒輪為偏心固定，在大齒輪的帶動下短軸做圓運動，同時帶動連桿擺動，連桿的擺動帶動搖桿擺動。為了使搖桿產生波動效果，從而產生推進力，沿傳動軸方向不同的大齒輪上的短軸依次以一定的角度固定在大齒輪上；并采用柔性薄膜連接相鄰的搖桿。通過輪系實現波動效果。但由于輪系結構簡單，其沒有較為真實地模擬出鰩魚的差速波動運動過程，只是一個波動式的推進裝置。

發明內容

為了避免現有技術存在的不足，本發明提出一種仿生鰩魚水下機器人；該機器人通過差動與傳動輪組組成的仿生差動波動結構，實現仿生機械模擬和對鰩魚的外形模擬；利用搭載儲水艙實現沉浮功能。機器人具有體積小、重量輕、立體運動能力強、動作靈活的特點；機器人可進行各種環境水質檢測的水中作業，以及水下探測活動，具有廣泛的應用前景。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:包括主體機架、電池、控制模塊、水泵、電機、波動桿和尾部組件，所述主體機架包括傳動輪組、差動輪組、中間板、上蓋板、下艙板、頭部，中間板分別與上蓋板、下艙板、頭部和尾部組件固定連接，傳動輪組與差動輪組依頭部沿中間板軸向與兩側對應的波動桿連接；

所述傳動輪組包括第一齒輪、第二齒輪、傳動軸和兩個旋轉盤，傳動輪組為多組，沿中間板軸向中線對稱安裝，第一齒輪與差動連接軸固連，第二齒輪與兩個旋轉盤通過傳動軸定位于中間板的每一級定位孔上，并與差動連接軸共軸固連的第一齒輪嚙合向與傳動軸固連的第一齒輪輸入動力，通過兩個旋轉盤輸出動力；滑塊與每個旋轉盤定位孔共軸連接，定位滑塊與中間板上的定位孔共軸連接；

所述差動輪組包括第一太陽輪、第二太陽輪、第一行星輪、第二行星輪、行星架、差動連接軸，第一太陽輪、第二太陽輪分別通過差動連接軸軸向定位在中間板的定位孔上，第一行星輪與第二行星輪軸向定位在行星架兩端，行星架的主軸與差動連接軸共軸，實現差動裝配；每一級差動輪組由第一太陽輪輸入動力，向第一行星輪、第二行星輪與第二太陽輪嚙合傳動，實現差動減速；傳動輪組與差動輪組構成的單側波動傳動結構；

所述波動桿為多對，波動桿包括第一波動桿，第二波動桿，第三波動桿，第四波動桿，第五波動桿，第六波動桿，每對波動桿對稱安裝，對應的波動桿兩定位軸依次穿過該傳動輪組上的滑塊與對應的定位滑塊，波動桿的定位軸根部平面與定位滑塊外部平面進行共面固定；