[發明專利]一種運動變換式波動推進裝置

有效

• 申請號: 202010464152.2
• 申請日: 2020-05-27
• 公開（公告）號: CN111688894B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 張進華;李秋陽;胡德斌;楊宇寒;郭松子
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B63H1/37
• 分類號: B63H1/37;B63C11/52
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 朱海臨

本發明公開了一種運動變換式波動推進裝置，包括殼體，波動鰭面結構，旋轉?波動變換機構，以及控制系統；波動鰭面結構包括鰭面，鰭面上設置兩組鰭條骨架，兩組鰭條骨架的前端分別連接在殼體軀干兩側的頭部后側，兩鰭條骨架中均穿插螺旋中軸，螺旋中軸的前端連接微型電機，螺旋中軸能夠帶動鰭條骨架上下波動；本發明采用兩個小型減速電機，功耗更低，結構穩定性也更好，結構簡單，能源利用率高、效率高；本發明鰭條骨架的結構使其能在堅硬地表、灘涂等地形仍可運動，實現水陸兩棲；本發明實現的波動推進由螺旋中軸的實現，控制更簡單、效率高、穩定性好、機動性強；本發明體積小、結構緊湊，最大程度適應了現實中的復雜工作環境。

【技術領域】

本發明屬于水下機器人技術領域，涉及一種運動變換式波動推進裝置。

【背景技術】

隨著社會的發展，人類的活動領域也不再局限于陸地，水下世界得到了越來越多的關注。然而，因為人類不能直接在水下呼吸，所以通常人們依賴于水下機器人來進行水下航行、水文監測、礦藏開采等水下活動。當前使用的水下機器人，很多都是基于螺旋槳推進的驅動方式，這種推進方式結構簡單，技術成熟，因而得到廣泛應用。但傳統的水下航行機器人采用螺旋槳推進，由于螺旋槳轉速快，容易受到水下沙石、水草等雜質的阻礙，干擾水下機器人的正常航行，嚴重的還會造成螺旋槳葉片損壞、電機燒毀等事故。同時，由于螺旋槳結構不同于大多數水下生物，因此不利于近距離觀察和接觸水下生物。

水下動物進化出了各式各樣的獨特生理結構，從而實現了各式各樣的推進方法，來適應復雜的水域環境。具體以魚類為例，推進機理大致可分為身體-尾鰭擺動式和胸鰭波動式。身體-尾鰭擺動式推進的優點是高爆發力、高速，但缺點在于能量損耗大、不能持久。胸鰭波動式推進則具有機動性好、高效，能長時間游動的有點，但在速度上略遜于身體-尾鰭擺動式。因此，在新型推進器結構的設計上，人們借助了仿生學的思維，模仿了這兩種運動模式。就現狀而言，對于身體-尾鰭擺動式，由于尚未找到能夠和魚類肌肉收縮相媲美的驅動器，因此更多的是采用舵機來模擬魚類的擺動。對于胸鰭波動式推進，也同樣是使用數十個舵機，來模擬這種魚類(如鰩魚、魟魚)游動時的波動姿態。

波動推進式水下機器人屬于仿生水下機器人，相較于螺旋槳推進的水下機器人，其具有高效、機動性強、對環境影響小等優點。但是，以中國專利201220086410.9為例，現行的波動推進水下機器人，設計上大多是基于多組舵機協同工作的設計。這種工作方式由舵機直接驅動，具有耗能大、不易控制的問題，此外，由于波動形狀依賴于舵機角度的控制，實際應用中穩定性不足，因此并未得到廣泛應用。最后，由于現實環境中也會面對灘涂、沙灘等復雜地形，現有水下機器人僅能在水下工作，不能良好適應現實中大量不可控制的復雜工況。

【發明內容】

本發明的目的在于解決現有技術中的問題，提供一種運動變換式波動推進裝置。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種運動變換式波動推進裝置，包括：

殼體，所述殼體包括頭部、軀干以及柔性尾部；所述頭部與軀干垂直連接，軀干的前端設置在頭部的中心，軀干的尾端連接柔性尾部的前端；

波動鰭面結構，所述波動鰭面結構包括鰭面，鰭面上設置兩組鰭條骨架，兩組鰭條骨架的前端分別連接在殼體軀干兩側的頭部后側，兩鰭條骨架中均穿插螺旋中軸，螺旋中軸的前端連接微型電機，所述螺旋中軸能夠在微型電機的驅動下進行旋轉，進而帶動鰭條骨架上下波動；

旋轉-波動變換機構，所述旋轉-波動變換機構包括螺旋中軸以及安裝在殼體頭部的微型電機；

控制系統，所述控制系統設置于軀干內腔中，包括供電模塊、控制信號模塊、通訊模塊、視覺模塊和運算處理模塊。

本發明進一步的改進在于：