[发明专利]一种尾鳍推进深海软体机器鱼

说明书

本发明提供一种尾鳍推进深海软体机器鱼，包括仿生鱼头和躯干/尾鳍；所述仿生鱼头与躯干/尾鳍相连接，仿生鱼头包含舱体和侧鳍，舱体设置在仿生鱼头内部并居中布置，舱体包含能源模块与控制模块；所述侧鳍对称布置在仿生鱼头两侧，所述躯干/尾鳍包括推进模块，推进模块由2个以上串联的介电弹性体柔性关节组成，每个介电弹性体柔性关节包括支撑骨架、介电弹性体薄膜、柔性电极和导线。仿生鱼头和躯干/尾鳍的连接采用硅胶一体浇筑，以实现软机器鱼深海压力自适应。本发明的尾鳍推进深海软机器鱼具有高效、灵活和强隐蔽性的特点，无需硬质外壳和压力补偿装置，可实现低成本深海探测，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及水下机器人技术领域，具体涉及一种尾鳍推进深海软体机器鱼。

背景技术

海中生物和矿产资源丰富，探索深海对于研究生命起源、资源储备、环境探测与保护有至关重要的意义。由于万米深海存在高达1100个大气压的静水压，一直是地球上最大的未知领域之一。在浅海区域，潜器在水下执行任务时已具备优良的可操作性和功能性，但当海洋深度达到3000m至11000m时，为应对高达110MPa的极端静水压，传统深潜器需配备厚重的耐压刚性外壳或复杂的压力补偿系统，成本高昂、能耗大，且在此种极端条件下仍面临结构破坏的风险，因而深海探测仍具有较大挑战。

受生活在深8000m左右的狮子鱼启发，已有学者开发出首个无需刚性容器、可在万米深海游动的抗压智能软机器鱼，在Mariana海沟中进行现场测试时成功到达最深处(10,900m)并游动45分钟，这项研究成果近期在《Nature》杂志报道。此软机器鱼通过控制侧鳍拍打，驱动鱼体游动；侧鳍驱动柔性关节由介电高弹体(Dielectric Elastomers，DE)制作成；同时上述首个深海软机器鱼的研究者指出，此DE致动侧鳍拍打驱动的软机器鱼游动速度0.45BL/s(每秒0.45倍身长)较低，驱动效率和巡游稳定性有待提升。

对鱼类游动特点的统计结果表明仿生鱼的身体/尾鳍驱动模式(Body and/orCaudal Fin,BCF)较侧鳍驱动的效率和游动速度更高，且增加尾鳍关节数量可有效增大仿生机器鱼的游动速度，但相对于DE侧鳍拍动最大变形角6.3°，尾鳍DE柔性关节弯曲变形增加至接近90°，需结合鱼类游动运动学特征标定BCF驱动模式的游动姿态，制作尾鳍推进深海软机器鱼原型机，提升现有深海软机器鱼的游动灵活性能，设计一种低成本的适用于深海的尾鳍推进软机器鱼。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种尾鳍推进深海软体机器鱼。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种尾鳍推进深海软体机器鱼，包括仿生鱼头和躯干/尾鳍，所述仿生鱼头与躯干/尾鳍相连接，所述仿生鱼头包含舱体和侧鳍，所述舱体设置在仿生鱼头的内部并居中布置；所述舱体包含能源模块与控制模块，所述侧鳍对称布置在仿生鱼头两侧，所述躯干/尾鳍包括推进模块，所述推进模块由2个以上串联的介电弹性体柔性关节组成，每个介电弹性体柔性关节包括支撑骨架、介电弹性体薄膜、柔性电极；所述介电弹性体薄膜绷设于支撑骨架的对应镂空处，所述柔性电极涂覆于介电弹性体薄膜上。

进一步地，所述舱体内部的能源模块与控制模块的元件经排布后，舱体的质心在深海软体机器鱼的仿生鱼头的中心线上，实现尾鳍推进深海软体机器鱼在静态时左右对称。

进一步地，所述能源模块包括依次相连的锂电池、升压模块和稳压模块，所述锂电池输出3.7V电压并为控制模块提供能源，所述控制模块通过脉宽调制方法调节升压模块和稳压模块，从而向推进模块输出电压；所述升压模块通过反激式转换器发生高压信号调节电压，将锂电池输出的3.7V电压升高至5～8KV；所述稳压模块在升压模块电压调节过程中起稳压作用。

进一步地，其驱动模式为身体/尾鳍推进。

进一步地，所述仿生鱼头和躯干/尾鳍的各个部分均采用硅胶一体化浇筑。

进一步地，所述仿生鱼头和躯干/尾鳍的连接采用硅胶一体化浇筑。