[發明專利]一種仿萊氏擬烏賊及蝦姑的水下多自由度運動機器人

有效

• 申請號: 202111252957.1
• 申請日: 2021-10-27
• 公開（公告）號: CN113772059B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 儲逸塵;馬明旭;周揚;包明正;王進成;王雅慧
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: B63C11/52
• 分類號: B63C11/52;B63G8/00;B63G8/08;B63G8/14
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李珉

一種仿萊氏擬烏賊及蝦姑的水下多自由度運動機器人，包括頭部機構、胸部機構及腹部機構；所述頭部機構、胸部機構及腹部機構沿直線方向順序布置；頭部機構用于提供機器人快速推進的驅動力；胸部機構為箱式結構，胸部機構箱體內設有控制器和電池；腹部機構用于提供機器人慢速推進的驅動力，機器人在水中的懸停、縱向高度調整、側傾及翻滾均通過腹部機構執行。本發明首次將萊氏擬烏賊及蝦姑的仿生設計應用在同一臺仿生水下機器人中，通過對萊氏擬烏賊的仿生設計，使水下機器人具備了快速推進移動的能力，通過對蝦姑的仿生設計，彌補了傳統正弦波等類似波形模式進行推進方案中垂直方向上運動自由度不足的缺陷，具備在水中懸停以及縱向高度調整的能力。

技術領域

本發明屬于無纜水下機器人技術領域，特別是涉及一種仿萊氏擬烏賊及蝦姑的水下多自由度運動機器人。

背景技術

無纜水下機器人(AUV)是一種理想的測量儀器平臺，其具有噪聲輻射小、可貼近觀測對象、可按設定高度進行海底地形跟蹤的特點，并且可以獲取采用常規手段所不能獲取的高質量數據和圖像，同時其還具有造價低、隱蔽性好、安全性高的特點，使無纜水下機器人(AUV)正逐步成為海洋觀察和探測的重要手段。

目前，無纜水下機器人(AUV)的主要分為三種類型，包括魚雷型、水下直升機型及仿生型。以仿生型為例，該類型中包含采用正弦波等類似波形模式進行推進的方案，由于正弦波等類似波形的特殊性，其波形推進的過程中對周圍流體造成的上下部分作用力互相抵消，剩余作用力則作為向前或者向后的推力，并且通過組合還可實現轉向及原地旋轉。

但是，現有的采用正弦波等類似波形模式進行推進的仿生水下機器人，雖然具備了一定的水平運動能力，但因受到正弦波上下分作用力相互抵消的制約，此類仿生水下機器人在垂直方向上只受重力和浮力的影響，而水下環境中的浮力和重力又可以看作是基本不變的，這就導致此類仿生水下機器人無法實現在水中的懸停，也無法實現縱向高度的調整。此外，此類仿生水下機器人的水下運動自由度較差，可操作自由度被限定在一個平面內，也無法實現側傾、翻滾等動作，從而嚴重限制了其環境適用性。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種仿萊氏擬烏賊及蝦姑的水下多自由度運動機器人，首次將萊氏擬烏賊及蝦姑的仿生設計應用在同一臺仿生水下機器人中，通過對萊氏擬烏賊的仿生設計，使水下機器人具備了快速推進移動的能力，通過對蝦姑的仿生設計，彌補了傳統正弦波等類似波形模式進行推進方案中垂直方向上運動自由度不足的缺陷，具備了在水中懸停以及進行縱向高度調整的能力，同時還具備了在水中完成側傾及翻滾動作的能力，大幅度提高了仿生水下機器人的運動靈活性，極大地提高了其環境適用性。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種仿萊氏擬烏賊及蝦姑的水下多自由度運動機器人，包括頭部機構、胸部機構及腹部機構；所述頭部機構、胸部機構及腹部機構沿直線方向順序布置；所述頭部機構用于提供機器人快速推進的驅動力；所述胸部機構為箱式結構，在胸部機構的箱體內安裝有控制器和電池；所述腹部機構用于提供機器人慢速推進的驅動力，且機器人在水中的懸停、縱向高度調整、側傾及翻滾均通過腹部機構執行。