[發(fā)明專利]一種水下仿生機器人及其運動控制系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911118514.6
• 申請日: 2019-11-15
• 公開（公告）號: CN112810782A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設計）人: 李亞鋒;楊文林;王衛(wèi)軍;張弓;張治彪;劉小凱;陶浩
• 申請（專利權(quán)）人: 廣州中國科學院先進技術研究所;深圳市中科德睿智能科技有限公司
• 主分類號: B63C11/52
• 分類號: B63C11/52;B63H1/36
• 代理公司: 廣州容大知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 44326
• 代理人: 劉新年

一種水下仿生機器人，包括機體，設置于所述機體左右兩側(cè)的胸鰭及設置于所述機體尾部的尾鰭，所述機體內(nèi)設有控制器，所述胸鰭包括多個側(cè)鰭條及連接于所述側(cè)鰭條的柔性鰭面，所述尾鰭包括一尾鰭條及連接于尾鰭條的尾鰭軟體，每個所述側(cè)鰭條或所述尾鰭條連接于獨立的鰭條擺動機構(gòu)，所述鰭條擺動機構(gòu)被所述控制器控制運動，以使兩側(cè)的所述側(cè)鰭條以相同頻率不同相位角上下擺動，所述尾鰭條左右擺動。采用胸鰭推進和尾鰭推進兩種推進模式，通過側(cè)鰭條的上下擺動和尾鰭條的左右擺動來產(chǎn)生推進力，可有效提高機器人的機動性和推進效率，有效提高了仿生機器人的綜合性能，能更好地適應狹窄、復雜和動態(tài)的水下環(huán)境，便于開展監(jiān)測、勘探、搜索及救援等任務。

技術領域

本發(fā)明涉及機器人技術領域，特別是涉及一種水下仿生機器人及其運動控制系統(tǒng)。

背景技術

水下機器人傳統(tǒng)的推進方式主要是螺旋槳推進和噴氣推進，但其存在流體推進效率低、動作不靈活、噪聲大等問題，因此水下仿生機器人逐漸受到重視。水下仿生機器人是模仿水下生物游動的推進機理，利用機械電子元器件或智能材料來實現(xiàn)水下推進的一種運動裝置。水下生物的種類繁多，其中以魚類為最多。大部分魚類都具備非凡的水下運動能力，具有高效、高機動、低噪聲等運動特點，因此仿生魚類機器人成為了國內(nèi)外學者的研究熱點。

水下仿生機器人需要研究魚類的運動推進模式及仿生機器人技術開發(fā)。水下仿生機器人是眾多高新技術的產(chǎn)物，結(jié)合了仿生學、機械學、電子學、控制學和材料學等學科交叉技術。模仿魚類的結(jié)構(gòu)形態(tài)、工作原理以及控制機制等，可提高水下機器人的推進速度與效率。大部分魚類的推進方式分為尾鰭擺動推進和胸鰭擺動推進兩種模式，前者主要通過尾鰭的擺動產(chǎn)生推進力，其瞬時加速性能好，巡航能力強；后者主要依靠胸鰭的擺動產(chǎn)生推進力，其機動性能好。近年來，隨著仿生材料、柔性材料的出現(xiàn)，柔性驅(qū)動漸成水下仿生機器人的一個研究熱點。柔性驅(qū)動機器人大部分以柔軟的硅橡膠為材料，增加了機器人的靈活性和耐用性。

現(xiàn)有水下仿生機器人存在以下技術缺點：(1)尾鰭擺動推進模式瞬時加速性能好，巡航能力強，但是機動性不是很靈活；胸鰭擺動推進模式機動性能好，但是瞬時加速性能與巡航能力不足。(2)柔性驅(qū)動機器人靈活性較好，適應能力強，可是推進能力不足，同時在電池以及電子部件上一直難以找到合適的柔性替代材料，因此難以做到全柔性結(jié)構(gòu)。因此，有必要設計一種更好的水下仿生機器人，以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供一種可有效提高機動性和推進效率，能夠很好地適應海洋復雜環(huán)境的水下仿生機器人及其運動控制系統(tǒng)。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種水下仿生機器人，包括機體，設置于所述機體左右兩側(cè)的胸鰭及設置于所述機體尾部的尾鰭，所述機體內(nèi)設有控制器，所述胸鰭包括多個側(cè)鰭條及連接于所述側(cè)鰭條的柔性鰭面，所述尾鰭包括一尾鰭條及連接于尾鰭條的尾鰭軟體，每個所述側(cè)鰭條或所述尾鰭條連接于獨立的鰭條擺動機構(gòu)，所述鰭條擺動機構(gòu)被所述控制器控制運動，以使兩側(cè)的所述側(cè)鰭條以相同頻率不同相位角上下擺動，所述尾鰭條左右擺動。

進一步，所述機體的兩側(cè)分別設有間隔均勻的五個所述側(cè)鰭條，每側(cè)所述柔性鰭面上兩兩相鄰的所述側(cè)鰭條相位差為π/2。

進一步，所述鰭條擺動機構(gòu)包括舵機和連桿，所述連桿連接于所述側(cè)鰭條或所述尾鰭條，通過所述舵機控制所述連桿帶動所述側(cè)鰭條或所述尾鰭條擺動。

進一步，所述柔性鰭面由膜狀或板狀的柔性硅橡膠制成。

進一步，所述機體的頭部設有用于采集水下監(jiān)控畫面的攝像機。

進一步，所述機體上還設有用于檢測運動姿態(tài)角的姿態(tài)儀。

進一步，所述機體設有用于檢測是否入水的溢水探測器。

進一步，所述機體設有用于探測與水底之間距離的聲吶。