[发明专利]一种扑翼型仿生水下机器人

说明书

本发明公开了一种扑翼型仿生水下机器人，包括蝠鲼鱼扁形壳体、对称设置在蝠鲼鱼扁形壳体两侧的胸鳍、设于蝠鲼鱼扁形壳体下端中间偏后的方向舵和设于蝠鲼鱼扁形壳体尾部的升降舵，蝠鲼鱼扁形壳体内部形成鱼形空腔，鱼形空腔的头部内装有摄像头和传感器，蝠鲼鱼扁形壳体对应摄像头的头部设有摄像机罩，鱼形空腔腹部装有电池、胸鳍驱动电机、接收机、舵面驱动舵机，胸鳍驱动电机通过四连杆传动结构带动胸鳍上下摆动，舵面驱动舵机分别与方向舵和升降舵连接，蝠鲼鱼扁形壳体尾部的升降舵内设有数据采集接口。本发明仿生鱼结构设计，采用胸鳍推进方式，具有高机动性，以及低噪声、对环境扰动小等优点，适用于军事及农业等领域的水下作业中。

技术领域

本发明涉及仿生机器人技术领域，尤其涉及一种扑翼型仿生水下机器人。

背景技术

随着海洋经济的发展和军事需求的增加以及仿生学、机器人学、流体力学、电磁学、新型材料科学、自动控制理论等学科的不断进步,科研工作者开始越来越多地把目光投向对长期生活在水下的各种生物运动机理的研究上。经过几亿年的进化，鱼类具备了非常出色的水下游动能力，不仅可以保持低能耗、高效率长时间巡游，而且表现出良好的机动性。目前广泛应用的水下航行器基本都是采用螺旋桨推进，由于在螺旋桨尾部的水流分离、漩涡多、气泡大等原因造成明显的能量损失，其推进效率只能达到40％；而鱼类推进效率可以达到80％以上。鱼类水下游动的高机动性，高效率，以及低噪声、对环境扰动小等优点在民用、军事领域有着十分广阔的应用前景。本作品以扑翼型仿生水下机器人为载体，将其与水下探测、水质监测等设备相结合，在功能与结构机动性方面较以往仿生学设备有了较大的改进。它具备水下图像采集、自主避障、水质监测等功能，可实现程控和遥控两种控制方式之间的切换。本仿生鱼采用电动驱动方式，游动噪声小，且有蝠鲼鱼外形，对周围水生生物影响较小，另其上加装由摄像头，多种传感器，和无线传输装置，能很好的用于水底探测等方面，可很好的利用于生物研究、水体监测工作中。

基于鱼类水下游动高机动性，高效率，以及低噪声、对环境扰动小等优点。本专利以扑翼型仿生水下机器人为载体，探索胸鳍推进方式的优点和规律，并将载体与水下探测、水质监测等设备相结合，使之具备水下图像采集、自主避障、水质监测等功能，在功能与结构机动性方面较以往仿生学设备有较大的改进。在控制方式上可实现程控和遥控两种控制方式之间的切换。采用电机驱动方式，游动噪声小，且有蝠鲼鱼外形，以减小对周围水生生物影响。此外，通过仿生鱼尾部的方向舵和升降舵实现运动方向的改变，实现控制方便，推进方式独特以及转向方便等研究目标。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种高机动性，高效率，以及低噪声、对环境扰动小的扑翼型仿生水下机器人。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种扑翼型仿生水下机器人，包括蝠鲼鱼扁形壳体、对称设置在蝠鲼鱼扁形壳体两侧的胸鳍、设于蝠鲼鱼扁形壳体下端中间偏后的方向舵和设于蝠鲼鱼扁形壳体尾部的升降舵，蝠鲼鱼扁平的身体与头部合为一体，大大降低了游动时的形状阻力，有效缩小边界层的流动分离区域，达到减小形状阻力的效果,提高了仿生鱼的推进效率，所述蝠鲼鱼扁形壳体内部形成鱼形空腔，鱼形空腔的头部内装有摄像头和传感器，所述蝠鲼鱼扁形壳体对应摄像头的头部设有摄像机罩，所述鱼形空腔腹部装有电池、胸鳍驱动电机、接收机、舵面驱动舵机，所述胸鳍驱动电机通过四连杆传动结构带动胸鳍上下摆动，，接收机装于胸鳍驱动电机下方，所述舵面驱动舵机分别与方向舵和升降舵连接，所述蝠鲼鱼扁形壳体尾部的升降舵内设有数据采集接口。

进一步的，所述蝠鲼鱼扁形壳体下端还设有气嘴和深度计。

进一步的，所述胸分为刚性鳍部分和柔性鳍部分，刚性鳍部分采用厚度为2MM厚的碳纤维板。而柔性鳍部分采用2MM厚的透明硅橡胶板，使胸鳍具有一定的柔性，从而可以将仿生鱼的胸鳍扑动转化为前进运动。

进一步的，所述方向舵和升降舵均为流线型设计，并采用玻璃钢材料制成。

进一步的，所述传感器包括避障传感器、液位变送传感器、红外光电开关传感器。