[發明專利]一種仿生可折疊胸鰭的機器魚

有效

• 申請號: 201910282090.0
• 申請日: 2019-04-09
• 公開（公告）號: CN109866903B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 陳奇;王孝震;吳寅;汪金成;劉芷君;全湘渝;張曉麗;張銳
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: B63H1/36
• 分類號: B63H1/36;B63H25/24
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

本發明公開了一種仿生可折疊胸鰭的機器魚，包括魚身主體、供電及控制模塊、主動力模塊、胸鰭折疊模塊、方向調節模塊；用以解決現有水下航行器存在機械結構復雜以及仿生胸鰭推進式水下航行器運動控制困難、運動形式單一的問題；主動力模塊采用了一種利用凸輪滾子傳遞電機運動帶動胸鰭進行擺動的結構，其機械結構簡單可靠、易于實施。本發明的胸鰭可折疊，在機器魚運動時可略回收機器魚的胸鰭，增大后掠角，減小水的阻力，減小能量損耗，增大機器魚游動的速度；本發明的方向調節模塊使用了副翼、方向舵和副翼操縱機構，利用流體壓強和流速的關系，可以使機器魚實現轉向、上浮和下潛；本發明可以用于海洋探測、海底生態災難救援等。

技術領域

本發明屬于仿生機器魚技術應用領域，特別涉及一種仿生可折疊胸鰭的機器魚。

背景技術

近些年來，深海資源的開發與利用為水下機器人研究提供了廣泛的背景與需要。世界上許多國家都非常重視水下機器人技術的研究，將水下機器人作為一個重點研究項目并大力發展。但當前水下機器人多采用傳統的螺旋槳作為推進器，其體積大、質量重、能耗高、綜合效率低、瞬間響應有滯后的現象、運動靈活性能差，并且伴有較大的噪聲和尾渦。螺旋槳效率低也是水下機器人能源瓶頸的主要原因之一。螺旋槳推進器的這些缺點不利于開發具有大范圍轉移能力和高機動性能的水下機器人。為了克服螺旋槳推進器的這些缺陷，適應未來水下機器人技術發展的要求，人們在開發新能源的同時，也在積極尋找性能更加優良的新型推進方式。

魚類經過億萬年的自然選擇，進化出了非凡的水中運動能力，這給人們研究水下機器人提供了新的思路。如果能仿制出像魚類一樣的水下機器人，利用先進的現代水下導航、探測和控制技術對之進行控制，就可以完成許多目前還不能完成的任務，并大大地提高水下作業效率。魚類游動具有高速、高效、高機動性和低噪聲等特點，將魚類推進和操縱系統用于水下機器人，替代傳統的槳——舵系統，具有十分重要的意義。

目前水下仿生技術研究方面，眾多的研究主要集中于尾鰭的運動和魚體的運動，如振動的薄片產生推力等。這樣會導致機器魚只能做有限的運動，難以實現懸浮和定位等運動。用尾鰭擺動作為推進的方式，雖然與螺旋槳相比具有一定的優勢，但是仍然具有不少缺點。例如在水中的靈活性不夠，致使其在轉彎和掉頭的時候不靈活；在機器魚的前進過程中，產生擺艏的現象，姿態不穩定，頭尾難以協調。

在自然界中，很多魚類，在低速情況下，是利用胸鰭實現良好的動力定位和機動。胸鰭推進機器魚是模仿自然界鰩魚、蝠鲼等生物的胸鰭推進方式設計的一種機器魚，胸鰭推進式機器魚具有高效率、低噪聲、在低速的情況下實現穩定的懸浮等優點。且本發明涉及的機器魚的胸鰭可折疊，在胸鰭折疊的情況易于儲存、運輸，且方便發射入水。在機器魚運動時還可以略回收機器魚的胸鰭，增大后掠角，減小水對機器魚的阻力，減小能量損耗，增大機器魚游動的速度。經查閱資料發現，此種胸鰭可折疊的機器魚尚未出現。

專利CN102490884A公開了一種具有水下三維運動能力的仿鰩魚機器人本體結構，其包括魚身主體、波動魚鰭機構和重心調節機構。通過波動魚鰭機構中的小型舵機帶動產生推動機器人運動的行波，通過重心調解機構調節配重塊的位置來調節機器魚的重心位置。但是其波動魚鰭的運動范圍較小，不能為機器魚提供強大的動力，且其在運動過程中，要靠波動魚鰭中的鰭條的差動運動來幫助機器人轉向、上浮和下潛，機械機構復雜，實現起來比較困難。

發明內容

本發明是為解決現有水下航行器存在機械結構復雜以及仿生胸鰭推進式水下航行器運動控制困難、運動形式單一的問題，進而提供一種仿生可折疊胸鰭的機器魚。

本發明為實現上述目的所采取的技術方案如下：