[发明专利]基于摆动胸鳍与背腹式尾鳍联合推进的水下仿生航行器

说明书

本发明一种基于摆动胸鳍与背腹式尾鳍联合推进的水下仿生航行器，属于仿生水下航行器领域；包括左侧胸鳍驱动模块50、右侧胸鳍驱动模块51、头部及躯干控制模块52、尾鳍驱动模块53和蒙皮54；头部及躯干控制模块52为整个仿生航行器的躯干和控制部分；左侧胸鳍驱动模块50和右侧胸鳍驱动模块51为两个对称组件，分别安装于头部及躯干控制模块52的两侧；尾鳍驱动模块53安装于头部及躯干控制模块52的尾端；采用多鳍条胸鳍与串联关节尾鳍结构，使航行器同时具有高转向机动性与高俯仰机动性的特点，且运动速度快加速性能好。该航行器的运动速度可达每秒2倍身长，同时可以做到无运动速度下零半径旋转、倒游等现有胸尾鳍推进形式仿生航行器所无法完成的动作。

技术领域

本发明属于仿生水下航行器领域，具体涉及一种基于摆动胸鳍与背腹式尾鳍联合推进的水下仿生航行器。

背景技术

进入二十一世纪以来，海洋资源逐渐成为世界各国经济发展的重要部分，海洋领土完整安全的地位也不断提高。为更进一步提高我国对海洋资源的利用能力，加强我国海疆安全力量，我国提出了海洋强国战略，将发展海洋经济、维护海洋权益、保护海洋环境、建设海洋强国作为我国的重点发展规划，更推动了我国的水下航行器技术领域的发展。为了维护我国海疆安全，提高在敏感地区和复杂地区港口的侦察监测能力，仿生水下航行器技术得以大力发展。目前的仿生水下航行器，一般分为尾鳍推进模式与胸鳍推进模式两种类型。

然而，现有的尾鳍推动模式仿生水下航行器虽然具有俯仰机动性高、速度快的优点，但转向性差，难以完成无移动速度下的零半径旋转以及倒游运动。胸鳍推进模式仿生水下航行器虽然转向机动性高，但移动速度缓慢，最大移动速度仅能达到每秒0.6 倍身长，且俯仰机动性差，仅依靠胸鳍推进完成俯仰动作对控制方法及衡重调配要求极高。这些缺陷使现有的纯胸鳍和尾鳍推进的仿生水下航行器均难以完成现有的军用侦察及民用探测要求。

经文献检索，授权公告日为2012年5月16日、授权公开号为CN101654147的发明名称为一种仿牛鼻鲼的胸鳍推进式机器鱼的发明专利，它首次提出了一种基于胸鳍摆动提供推进力，尾部升降舵旋转改变俯仰运动姿态的水下仿生航行器。但由于推进胸鳍机构仅能完成一个自由度的上下扑动，其向前的推进力只能由向上方向的分力提供，前移困难，运行速度低。

经文献检索，授权公告日为2015年7月3日、授权公开号为CN204775934U的发明名称为一种新型水下仿生机器人推进装置的发明专利，它首次提出了一种基于永磁体和线圈等电磁驱动的尾鳍推进装置。但在水下工作时电磁信号易干扰传感器等控制信号，且仅一个尾鳍摆动自由度驱动整个运动装置，俯仰和转向机动性不高。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于摆动胸鳍与背腹式尾鳍联合推进的水下仿生航行器，依靠多鳍条胸鳍模块的扑动完成前进、上浮、下潜、转向等运动，同时串联关节尾鳍模块的协同摆动提升航行器的运动速度及上浮下潜的角度，提高航行器的机动性，同时尾鳍的运动有利于提高移动速度以及保持平衡。本发明具有的特点是：兼具转向与俯仰高机动，运动速度快，加速性能好，长期能在水下完成多项探测工作。

本发明的技术方案是：一种基于摆动胸鳍与背腹式尾鳍联合推进的水下仿生航行器，其特征在于：包括左侧胸鳍驱动模块50、右侧胸鳍驱动模块51、头部及躯干控制模块52、尾鳍驱动模块53和蒙皮54；头部及躯干控制模块52为整个仿生航行器的躯干和控制部分；左侧胸鳍驱动模块50和右侧胸鳍驱动模块51为两个对称组件，分别安装于头部及躯干控制模块52的两侧；尾鳍驱动模块53安装于头部及躯干控制模块52的尾端；

所述头部及躯干控制模块52包括通信模块7、探测工作模块8、控制模块9和电源模块10，各模块之间通过导线连接；通信模块7用于通信和定位，探测工作模块8用于探测水中温度、金属离子浓度和氧气浓度，控制模块9用于接收指令并控制各部件的运动，电源模块10用于给整个航行器提供电能；