[发明专利]基于海扁虫运动方式的仿生水下航行装置及其控制方法

说明书

本发明提供了基于海扁虫运动方式的仿生水下航行装置及其控制方法，其结构包括两个支杆、两个驱动杆和若干摆动杆，摆动杆套设在支杆上并与支杆转动连接，驱动杆通过偏心机构与摆动杆的端部滑动连接，通过偏心机构带动所述摆动杆沿支杆转动，通过摆动杆的上下循环摆动产生动力；驱动杆分别与驱动电机连接用于带动驱动杆转动；舵机的输出轴连接有转动杆，转动杆的两端分别铰接有调节杆，两个支杆的端头部设置在滑轨内且能在滑轨内滑动。本发明通过采用了仿生海扁虫的波动式前进方式，通过改变两个支杆之间的距离来改变波形，从而使得前进速度进行改变。本发明没有螺旋桨产生的与推进方向垂直的涡流，流体性能更好以上，能量利用率高。

技术领域

本发明涉及水下航行器技术领域，尤其是涉及一种基于海扁虫运动方式的仿生水下航行装置及其控制方法。

背景技术

近年来，随着仿生学研究的不断进步，科研工作者的目光集中到长期生活在水下，特别是能在水中自由遨游的鱼类的游动机理的研究上。鱼类游动具有效率高、速度快、机动灵活等许多优点，而这正是目前水下推进器的设计目标。传统的AUV(Auto UnderwaterVehicle and Underwater navigation equipment)虽然用途不同，但其运动控制和推进系统是由多个螺旋桨推进系统组成，并以电磁马达或液压马达为更多的原动力。推进装置体积大、能耗高、效率低，且具有较大的噪声和尾迹，使得AUV的启动、加速性能差、灵活性和隐蔽性难以满足水下机器人技术发展的需要。

海扁虫所采用的推进方式是一种类似鱼类MPF的波动式推进方式。相较于传统的水下航行设备相比，该推进方式有以下显著特点：没有螺旋桨产生的与推进方向垂直的涡流，流体性能更好以上，波动推进的效率比常规水下航行设备高，能量利用率高，可以节省能源使用；传统AUV采用的螺旋桨推进和舵控制，回转半径大，灵活性较差。而海扁虫身体扁长，类鱼鳍面足够柔韧，使其在狭窄的地形空间都能有良好的机动性能，回转半径大大减小，而且稳定性也更好。噪音也更小，隐蔽性更高，不易被水下声纳发现。

综上可见，基于海扁虫运动方式仿生的水下航行装备的研究有很重要的实际应用价值，通过仿生研究，由螺旋桨推进到波动推进的变革，其研究意义和目的不言而喻。

国内外对于海扁虫的仿生非常少，但是与其运动方式一致(MPF运动模式)的鳐鱼(以及其他相同运动模式的鱼类)的仿生水下机器人的研究较多，日本冈山大学在2013年研制的仿鳐科机器鱼，每侧胸鳍由6个独立控制的鳍条驱动单元组成，每根鳍条由一个伺服电机经过锥齿轮减速以后得带摆动动力，该小组探索性的研究了通过改善鳍条的特殊运动来实现机器鱼上升下潜策略，并进行了一系列载体水下实验。但是其中又有一些问题所在，比如电机过重，12个电机导致整条鱼身体过重，容易下沉；体积过大，机器及其不利于在水下行动；由齿轮组及电机带动，鳍条波形不能改变等缺陷。因此，有必要提出一种基于海扁虫运动方式的仿生水下航行装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于海扁虫运动方式的仿生水下航行装置及其控制方法，能够通过改变轴距从而改变驱动水下航行装置的波形，进而改变水下航行装置的前进速度。

根据本发明的一个目的，本发明提供一种基于海扁虫运动方式的仿生水下航行装置，包括：

类鱼鳍装置，包括两个支杆、两个驱动杆和若干摆动杆，所述摆动杆套设在所述支杆上并与所述支杆转动连接，所述驱动杆上设有偏心机构，所述驱动杆通过所述偏心机构与所述摆动杆的端部滑动连接，通过所述偏心机构带动所述摆动杆沿所述支杆转动，通过所述摆动杆的上下循环摆动产生动力；

驱动装置，包括驱动电机，所述驱动杆分别与所述驱动电机连接，用于带动所述驱动杆转动；

调距装置，包括舵机和滑轨，所述舵机的输出轴连接有转动杆，所述转动杆的两端分别铰接有调节杆，所述调节杆的一端与所述转动杆铰接连接，所述调节杆的另一端与所述支杆铰接连接，两个所述支杆的端头部设置在所述滑轨内且能在所述滑轨内滑动。