[发明专利]一种仿生蠕动爬行水下航行器及运动控制方法

说明书

本发明涉及一种仿生蠕动爬行水下航行器及运动控制方法，借鉴蚯蚓环肌收缩、舒张机理，利用两组对称分布的八个磁性线圈构成收缩与伸张驱动结构，带动柔性材料制成的可收缩/舒张外壳，实现水下航行器的蠕动爬行。其次，通过控制八个磁性线圈的通电顺序、电流方向和电流频率实现仿生蠕动爬行水下航行器的前进与后退运动控制和左右转运动控制。该仿生蠕动爬行水下航行器是一种新型的水底、陆地两栖航行器，能够更好地实现航行器的隐蔽性、小型化、智能化。由于仿生蠕动爬行水下航行器在海底爬行，可抵达传统水下航行器难以触及的海岸浅滩、海底等处；并且体积小，可进入狭小的海底缝隙、水下管道及各种水底地形，执行环境检测、样本采集等任务。

技术领域

本发明属于水下航行器领域，特别涉及一种仿生蠕动爬行水下航行器及运动控制方法。

背景技术

近年来水下航行器相关技术发展迅速，出现了多种不同运动方式，包括但不限于滑翔式、螺旋桨推进式、喷水推进式、仿鱼游动式、多腿结构行走前进式等，丰富了水下航行器的功能，扩展了水下航行器的活动领域。但是这些水下航行器都面临着同样的问题：

1.对水下航行器运动结构中的动轴防水密封复杂，这增加了水下航行器的制造成本，限制了水下航行器的大规模应用，该问题在仿生类和多足类这些新型水下航行器上表现得尤为突出；

2.这些种类的水下航行器推进方式大多只适合于深海大洋中使用，而在近海浅滩通常无法工作，更难以实现水底和陆地两用，而这些地方恰恰是海洋资源勘探、军事争夺的重点，这大大限制了水下航行器的活动范围。

因此，如何设计一种新型的水下航行器运动方式，降低甚至去除对水下航行器动轴运动机构的防水密封要求并便于水下航行器在海底运动，是提升水下航行器运动能力需要突破的一项关键技术。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为了解决现有水下航行器运动结构中动轴防水密封复杂和无法进行浅海水路两栖运动的不足和缺陷，本发明提供了一种仿生蠕动爬行水下航行器及运动控制方法。

本发明的技术方案是：一种仿生蠕动爬行水下航行器，其特征在于，包括柔性外壳、第一磁性线圈组和第二磁性线圈组；

所述第一磁性线圈组和第二磁性线圈组位于柔性外壳内且沿柔性外壳轴线对称分布；

所述第一磁性线圈组和第二磁性线圈组中均包含若干电磁铁，且包含电磁铁的数量相同；在每个磁性线圈组中，相邻电磁铁的N极和S极相邻布置；初始状态下每组磁性线圈组中的电磁铁分开均匀分布，各组磁性线圈组接通同方向和同频率电流后电磁铁NS极性方向相同，进而相吸接触；

通过依次对两组磁性线圈中的对应位置处电磁铁通反向电流促使电磁铁依次分离，使水下航行器蠕动前行或后退；通过对两组磁性线圈采用不同的电流频率，使水下航行器进行左转或右转。

本发明进一步的技术方案是：所述柔性外壳内填充硅油，用于平衡机体内部与外部的水压。

本发明进一步的技术方案是：所述柔性外壳采用柔性材料制成。

本发明进一步的技术方案是：所述柔性材料为热塑性聚氨酯弹性体橡胶。

本发明进一步的技术方案是：一种仿生蠕动爬行水下航行器的运动控制方法包括以下步骤：

步骤1：定义第一磁性线圈组中的依次分布有Ln个磁性线圈，第二磁性线圈组中依次分布有Rn个磁性线圈，n为自然数且n大于等于2；

其中L1，L2，L3，L4……NS极性方向相同，相互接触布置；R1，R2，R3，R4……NS极性方向相同，相互接触布置；两组线圈中的初始电流方向相同；

步骤2：控制水下航行器运动，包括以下几个内容：

(1)向前运动，包括以下几个步骤：