[发明专利]一种单驱动波动鳍推进装置及仿生水下航行器

说明书

一种单驱动波动鳍推进装置及仿生水下航行器，包括曲轴、带动曲轴旋转的一个动力装置、与曲轴轴线平行的转轴和安装在转轴上、可沿转轴中心旋转的多根鳍条，所述曲轴的两端之间排布有与鳍条数量、位置相匹配的多个曲柄，所述鳍条的中部转动连接在所述转轴上，所述鳍条一端与连杆一端铰接，所述鳍条的另一端上固定有柔性蒙皮，所述柔性蒙皮包覆在所有鳍条外侧、将相邻鳍条连接成整体，所述连杆的另一端与鳍条对应的曲柄铰接，相邻所述曲柄之间设有一个偏转角，本装置噪声低、无扰动、控制简单、效率高，采用多个波动鳍组合协调控制完成推进、转弯和浮沉运动，通过合理布置多个波动鳍也能相互获取能量，具备更高的推进效率和性能。

技术领域

本发明涉及一种单驱动波动鳍推进装置及仿生水下航行器。

背景技术

水下航行器在海洋资源的开发和保护、海洋地形勘测、军事互动、水下救援和捕捞等诸多领域发挥着重要作用。目前，水下航行器和水下机器人大多采用螺旋桨作为动力装置，螺旋桨存在能源利用率低、对环境扰动大、噪音大和机动性能差等缺点。

水生生物经过漫长的自然选择和自身进化，具备了各具特色的运动方式和运动能力。为此，近年来人们借鉴水下生物的游动方式设计了一系列仿生推进器，具有高效、高机动性、低噪声和隐蔽性强等优点，越来越受人们的关注。

目前波动鳍推进器多采用若干电机独立控制若干根并行排列的鳍条，通过控制系统控制波动鳍形状来实现不同运动方式，若干根鳍条就需要若干个电机，此方式导致各电机之间协调控制系统设计难度较大，导致整个控制系统过于复杂，实现比较困难，且成本较高。

发明内容

针对现有技术的不足本发明提出一种噪声低，无扰动，控制简单，效率高的单驱动波动鳍推进装置及仿生水下航行器。

本发明的目的通过采用下述技术方案予以实现：

一种单驱动波动鳍推进装置，包括曲轴、带动曲轴旋转的一个动力装置、与曲轴轴线平行的转轴和安装在转轴上、可沿转轴中心旋转的多根鳍条，所述曲轴的两端之间排布有与鳍条数量、位置相匹配的多个曲柄，所述鳍条的中部转动连接在所述转轴上，所述鳍条一端与连杆一端铰接，所述鳍条的另一端上固定有柔性蒙皮，所述柔性蒙皮包覆在所有鳍条外侧、将相邻鳍条连接成整体，所述连杆的另一端与鳍条对应的曲柄铰接，相邻所述曲柄之间设有一个偏转角，使得曲柄沿曲轴轴线方向从曲轴的一端到另一端环绕曲轴呈螺旋状延伸，并且所述动力装置带动曲轴旋转时，所述鳍条端部在曲轴轴线切面上的投影沿正弦曲线移动。

进一步的，所述动力装置为电机，所述电机的输出端通过联轴器与曲轴连接。

一种仿生水下航行器，包括主体，所述主体包括浮体、设置在浮体前端的头端和设置在浮体尾端的尾部，所述浮体的上侧、下侧和左侧、右侧分别对称布置有所述单驱动波动鳍推进装置形成上波动鳍、下波动鳍、左波动鳍和右波动鳍。

进一步的，所述浮体的头端以及浮体上、下、左、右四个外侧面上均设有传感器和摄像头窗口。

进一步的，所述浮体的头端为半球型，尾部设置有四组尾鳍。

由于采用上述结构，本发明单驱动波动鳍推进装置通过单个电机实现波动鳍的波动运动，单根鳍条的周期性摆动运动通过无急回特性曲柄摇杆机构实现，通过组合各曲柄摇杆机构的曲柄形成曲轴，曲轴的曲柄之间设置合适的角度差，通过单个电机控制曲轴的转动从而实现鳍条的有序摆动，带动鳍面形成波动运动。采用一个电机控制单个推进装置，转速和转向可以控制波动频率和波动方向，大大简化了控制系统，同时单个电机也减少了成本。

本发明仿生水下航行器，由于波动鳍推进装置波形固定的问题，采用四组波动鳍推进装置共同构成波动鳍推进系统，四组波动鳍空间平行交错布置，波动鳍之间的协同控制可以完成推进、转向和浮沉等运动，这样的布置形式源自于鱼类集群运动思想，有利于从相互产生的涡旋中汲取能量，提高能量利用率。

附图说明