[發(fā)明專利]基于擺動胸鰭與背腹式尾鰭聯(lián)合推進(jìn)的水下仿生航行器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910873151.0
• 申請日: 2019-09-17
• 公開（公告）號: CN110588932B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 潘光;宋保維;白靖宜;路陽;曹勇;曹永輝;黃橋高
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B63H1/30
• 分類號: B63H1/30;B63H21/17
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 云燕春

本發(fā)明一種基于擺動胸鰭與背腹式尾鰭聯(lián)合推進(jìn)的水下仿生航行器，屬于仿生水下航行器領(lǐng)域；包括左側(cè)胸鰭驅(qū)動模塊50、右側(cè)胸鰭驅(qū)動模塊51、頭部及軀干控制模塊52、尾鰭驅(qū)動模塊53和蒙皮54；頭部及軀干控制模塊52為整個仿生航行器的軀干和控制部分；左側(cè)胸鰭驅(qū)動模塊50和右側(cè)胸鰭驅(qū)動模塊51為兩個對稱組件，分別安裝于頭部及軀干控制模塊52的兩側(cè)；尾鰭驅(qū)動模塊53安裝于頭部及軀干控制模塊52的尾端；采用多鰭條胸鰭與串聯(lián)關(guān)節(jié)尾鰭結(jié)構(gòu)，使航行器同時具有高轉(zhuǎn)向機(jī)動性與高俯仰機(jī)動性的特點，且運動速度快加速性能好。該航行器的運動速度可達(dá)每秒2倍身長，同時可以做到無運動速度下零半徑旋轉(zhuǎn)、倒游等現(xiàn)有胸尾鰭推進(jìn)形式仿生航行器所無法完成的動作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于仿生水下航行器領(lǐng)域，具體涉及一種基于擺動胸鰭與背腹式尾鰭聯(lián)合推進(jìn)的水下仿生航行器。

背景技術(shù)

進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，海洋資源逐漸成為世界各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要部分，海洋領(lǐng)土完整安全的地位也不斷提高。為更進(jìn)一步提高我國對海洋資源的利用能力，加強(qiáng)我國海疆安全力量，我國提出了海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略，將發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)、維護(hù)海洋權(quán)益、保護(hù)海洋環(huán)境、建設(shè)海洋強(qiáng)國作為我國的重點發(fā)展規(guī)劃，更推動了我國的水下航行器技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展。為了維護(hù)我國海疆安全，提高在敏感地區(qū)和復(fù)雜地區(qū)港口的偵察監(jiān)測能力，仿生水下航行器技術(shù)得以大力發(fā)展。目前的仿生水下航行器，一般分為尾鰭推進(jìn)模式與胸鰭推進(jìn)模式兩種類型。

然而，現(xiàn)有的尾鰭推動模式仿生水下航行器雖然具有俯仰機(jī)動性高、速度快的優(yōu)點，但轉(zhuǎn)向性差，難以完成無移動速度下的零半徑旋轉(zhuǎn)以及倒游運動。胸鰭推進(jìn)模式仿生水下航行器雖然轉(zhuǎn)向機(jī)動性高，但移動速度緩慢，最大移動速度僅能達(dá)到每秒0.6 倍身長，且俯仰機(jī)動性差，僅依靠胸鰭推進(jìn)完成俯仰動作對控制方法及衡重調(diào)配要求極高。這些缺陷使現(xiàn)有的純胸鰭和尾鰭推進(jìn)的仿生水下航行器均難以完成現(xiàn)有的軍用偵察及民用探測要求。

經(jīng)文獻(xiàn)檢索，授權(quán)公告日為2012年5月16日、授權(quán)公開號為CN101654147的發(fā)明名稱為一種仿牛鼻鲼的胸鰭推進(jìn)式機(jī)器魚的發(fā)明專利，它首次提出了一種基于胸鰭擺動提供推進(jìn)力，尾部升降舵旋轉(zhuǎn)改變俯仰運動姿態(tài)的水下仿生航行器。但由于推進(jìn)胸鰭機(jī)構(gòu)僅能完成一個自由度的上下?lián)鋭樱湎蚯暗耐七M(jìn)力只能由向上方向的分力提供，前移困難，運行速度低。

經(jīng)文獻(xiàn)檢索，授權(quán)公告日為2015年7月3日、授權(quán)公開號為CN204775934U的發(fā)明名稱為一種新型水下仿生機(jī)器人推進(jìn)裝置的發(fā)明專利，它首次提出了一種基于永磁體和線圈等電磁驅(qū)動的尾鰭推進(jìn)裝置。但在水下工作時電磁信號易干擾傳感器等控制信號，且僅一個尾鰭擺動自由度驅(qū)動整個運動裝置，俯仰和轉(zhuǎn)向機(jī)動性不高。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題：

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種基于擺動胸鰭與背腹式尾鰭聯(lián)合推進(jìn)的水下仿生航行器，依靠多鰭條胸鰭模塊的撲動完成前進(jìn)、上浮、下潛、轉(zhuǎn)向等運動，同時串聯(lián)關(guān)節(jié)尾鰭模塊的協(xié)同擺動提升航行器的運動速度及上浮下潛的角度，提高航行器的機(jī)動性，同時尾鰭的運動有利于提高移動速度以及保持平衡。本發(fā)明具有的特點是：兼具轉(zhuǎn)向與俯仰高機(jī)動，運動速度快，加速性能好，長期能在水下完成多項探測工作。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于擺動胸鰭與背腹式尾鰭聯(lián)合推進(jìn)的水下仿生航行器，其特征在于：包括左側(cè)胸鰭驅(qū)動模塊50、右側(cè)胸鰭驅(qū)動模塊51、頭部及軀干控制模塊52、尾鰭驅(qū)動模塊53和蒙皮54；頭部及軀干控制模塊52為整個仿生航行器的軀干和控制部分；左側(cè)胸鰭驅(qū)動模塊50和右側(cè)胸鰭驅(qū)動模塊51為兩個對稱組件，分別安裝于頭部及軀干控制模塊52的兩側(cè)；尾鰭驅(qū)動模塊53安裝于頭部及軀干控制模塊52的尾端；

所述頭部及軀干控制模塊52包括通信模塊7、探測工作模塊8、控制模塊9和電源模塊10，各模塊之間通過導(dǎo)線連接；通信模塊7用于通信和定位，探測工作模塊8用于探測水中溫度、金屬離子濃度和氧氣濃度，控制模塊9用于接收指令并控制各部件的運動，電源模塊10用于給整個航行器提供電能；