[發(fā)明專利]一種仿類蝙蝠魚推進(jìn)方式的水下機(jī)器人

在審

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• 申請日: 2021-07-09
• 公開（公告）號: CN113428329A
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 余磊;李寧宇;蘇廣勝;劉柏彤;王璐瑤;沈海龍;蘇玉民
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: B63H1/36
• 分類號: B63H1/36;B63H1/37;B63C11/52
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供一種仿類蝙蝠魚推進(jìn)方式的水下機(jī)器人，該裝置包括水下機(jī)器人耐壓艙體、舵機(jī)、柔性鰭，水下機(jī)器人內(nèi)部有重心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、控制模塊、攝像頭、支撐板、電池模塊；水下機(jī)器人耐壓艙體由殼體和端蓋兩部分組成，舵機(jī)沿耐壓艙體中軸線兩側(cè)對稱布置，每側(cè)各5個，舵機(jī)上設(shè)有鋁制鰭條，用于與柔性鰭相連，柔性鰭共2片，分別與兩側(cè)舵機(jī)相連，在鰭條的擺動下，會產(chǎn)生柔性變形，當(dāng)舵機(jī)間存在初始相位差并往復(fù)運(yùn)動時，鰭條將正弦運(yùn)動傳至柔性鰭，行進(jìn)波沿著柔性鰭面?zhèn)鞑ィa(chǎn)生推力；本發(fā)明提供了一種具有低速穩(wěn)定性、高效機(jī)動性的仿類蝙蝠魚推進(jìn)方式的水下機(jī)器人，它模擬了魚類MPF推進(jìn)模式，具有無噪聲推進(jìn)和產(chǎn)生較少尾渦的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種水下機(jī)器人，尤其涉及一種仿類蝙蝠魚推進(jìn)方式的水下機(jī)器人，屬于水下機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，隨著陸地資源開發(fā)接近尾聲，人們開始把目光投向廣闊的海洋。海洋面積約占地球表面積的71％，資源十分豐富。例如可燃冰，其是一種被稱為天然氣水合物的新型礦物，它能量密度高，燃燒后近乎無污染。據(jù)測算，僅中國南海的可燃冰資源量就達(dá)700億噸油當(dāng)量，約相當(dāng)于中國陸上油氣資源量總數(shù)的1/2。受限于海底條件復(fù)雜，深度多為幾千或上萬米，目前人們已探知的海底只有海洋面積的5％，還有大片的區(qū)域等待開發(fā)。面對著遠(yuǎn)超人類下潛極限的水深和豐富的資源儲藏，科學(xué)家們著手研發(fā)能夠潛入深海的水下機(jī)器人，水下機(jī)器人下潛深度大，安全系數(shù)高，自身能集成多種傳感器，是探索海洋的有力幫手，近年一大批水下機(jī)器人設(shè)備涌現(xiàn)。

螺旋槳結(jié)構(gòu)簡單、操縱靈活直觀，傳統(tǒng)的水下機(jī)器人多采用螺旋槳式推進(jìn)器作為推進(jìn)裝置。但受限于機(jī)械結(jié)構(gòu)與推進(jìn)機(jī)理，其存在著對環(huán)境擾動大、噪聲大、推進(jìn)效率低以及機(jī)動性隱蔽性差的缺點(diǎn)。魚類作為海洋的“原住民”，其經(jīng)歷了數(shù)億年的進(jìn)化過程，游動方式呈現(xiàn)出對海洋環(huán)境的高度適應(yīng)性，它們各自的生物結(jié)構(gòu)可以視為不同水況下游動的最優(yōu)解。隨著仿生學(xué)和計算機(jī)科學(xué)不斷發(fā)展進(jìn)步，以及對新材料的研究與認(rèn)識的基礎(chǔ)上，科學(xué)家開始將魚類游動模式應(yīng)用于水下機(jī)器人的研制，以期研制出高效率、高機(jī)動性、高航速以及高穩(wěn)定性的水下機(jī)器人。

根據(jù)推進(jìn)部位的不同Lindsey將魚類推進(jìn)模式分為兩大類：BCF(Body and/orCaudal Fin propulsion)推進(jìn)模式和MPF(Media and/or Paired Fin propulsion)推進(jìn)模式。BCF推進(jìn)模式雖然速度快，但穩(wěn)定性較差、低速時推進(jìn)效率低。MPF推進(jìn)模式具有高穩(wěn)定性、高機(jī)動性、高效率等特性。類蝙蝠魚的游動模式為MPF推進(jìn)模式，Rosenberger分析了八種類蝙蝠魚的運(yùn)動學(xué)，識別出一個連續(xù)的運(yùn)動頻譜，范圍從Rajiform波動(多個行進(jìn)波穿過鰭和身體)到Mobuliform擺動(以胸鰭的廣泛拍打?yàn)樘卣?。相比傳統(tǒng)螺旋槳推進(jìn)器，MPF推進(jìn)模式屬于無噪聲推進(jìn)，產(chǎn)生的尾渦較少，難以被偵測，其軍事價值顯得更為突出。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種具有低速穩(wěn)定性、高效機(jī)動性的仿類蝙蝠魚推進(jìn)方式的水下機(jī)器人。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種仿類蝙蝠魚推進(jìn)方式的水下機(jī)器人，該裝置包括水下機(jī)器人耐壓艙體1，舵機(jī)201、202、203、204、205、206、207、208、209、210，柔性鰭301、302，水下機(jī)器人內(nèi)部有重心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5，控制模塊4，攝像頭6，支撐板8，電池模塊7；水下機(jī)器人耐壓艙體1由殼體和端蓋兩部分組成，均由亞克力材料制成，殼體呈圓筒形，頭部為半球形，體長方向均勻布置有肋骨，肋骨上開有圓孔，通過螺釘與舵機(jī)相連，水下機(jī)器人尾部設(shè)有端蓋，端蓋與殼體通過8個對稱螺釘連接，舵機(jī)共10個，沿耐壓艙體中軸線兩側(cè)對稱布置，每側(cè)各5個，舵機(jī)上設(shè)有鋁制鰭條，用于與柔性鰭相連，柔性鰭共2片，分別與兩側(cè)舵機(jī)相連，柔性鰭由柔性材料制成，在鰭條的擺動下，會產(chǎn)生柔性變形，當(dāng)舵機(jī)間存在初始相位差并往復(fù)運(yùn)動時，鰭條將正弦運(yùn)動傳至柔性鰭，行進(jìn)波沿著柔性鰭面?zhèn)鞑ィa(chǎn)生推力，只有單側(cè)柔性鰭運(yùn)動時，產(chǎn)生側(cè)向推力，可實(shí)現(xiàn)水下機(jī)器人的水平轉(zhuǎn)向。

本發(fā)明還包括這樣一些特征：