[发明专利]一种仿生乌贼水下工作平台装置及控制方法

说明书

本发明提供了一种仿生乌贼水下工作平台装置及控制方法，属于仿生机械的技术领域，该装置侧翼悬浮机构可模拟乌贼侧鳍波动运动过程，实现水下悬浮、转向、姿态调整的功能，运动灵活稳定，易于固定区域长久定点布控，与尾部反冲推进机构协调控制，可在水下复杂环境中同时满足高速、低速、悬停等实际工作需求，具有较强的机动性和平稳性。该装置可以搭载多样的水下工作设备，功能可扩展性强，运动灵活稳定。

技术领域

本发明属于仿生机械的技术领域，具体公开了一种仿生乌贼水下工作平台装置及控制方法。

背景技术

水下蕴藏着极为丰富的自然资源。随着水下探测和开发活动的深入，对水下作业机器的需求不断增长，并对水下作业机器的机动性、平稳性和高效性提出了更高的要求。目前，大多数水下作业机器采用传统的螺旋桨推进方式，但这种推进方式噪音大、效率低、机动性较差，低速状态下控制难度较大。水下仿生机器主要将生物在水下的天然运动优势应用到机械中，具有重要的研究价值与应用前景。在水下仿生机器的模仿对象中，以仿生鱼、仿生水母的研究最为广泛，如CN114545953A公开了一种仿生鱼路径控制方法、装置及仿生鱼，CN112201136A公开了一种仿生水母足及应用该仿生水母足的机械水母。而乌贼采用侧鳍波动推进加快速喷射推进的复合推进方式，这种推进方法可同时满足高速、低速、悬停等实际工作需求，在水下复杂环境中仍具有良好的机动性和稳定性，极具仿生价值。通过模仿乌贼复合推进方式，并应用到水下作业机器上，可创造出性能更好的水下仿生工作平台。但是传统的仿生乌贼如CN110550169A公开的一种仿生线驱动腕乌贼，难以模拟乌贼侧鳍波动运动过程，不利于实现水下悬浮、转向、姿态调整的功能，难以咋固定区域长久定点布控。

发明内容

本发明提供一种仿生乌贼水下工作平台装置及控制方法，该装置侧翼悬浮机构可模拟乌贼侧鳍波动运动过程，实现水下悬浮、转向、姿态调整的功能，运动灵活稳定，易于固定区域长久定点布控，与尾部反冲推进机构协调控制，可在水下复杂环境中同时满足高速、低速、悬停等实际工作需求，具有较强的机动性和平稳性。

本发明提供一种仿生乌贼水下工作平台装置，包括核心舱、尾部反冲推进机构、侧翼悬浮机构和平台控制系统；核心舱内部中空；尾部反冲推进机构设置在核心舱的尾部，用于提供向前的推进力；侧翼悬浮机构有两组，分别对称安装在核心舱的两侧；每组侧翼悬浮机构包括侧翼支架、曲轴组件、侧翼模块、摇杆支架和侧翼驱动源；多组侧翼支架等间隔固定在所述核心舱的外侧，侧翼支架上设置有曲轴安装孔和摇杆安装孔；曲轴组件包括依次连接的多组曲拐，每组曲拐设置在相邻两组侧翼支架之间，每组曲拐均包括L形曲臂和连接销，两根L形曲臂相对设置且伸出端朝向外侧，由平行于伸出端的连接销固定连接；相邻两组曲拐设置有相位差，前一曲拐的伸出端与后一曲拐的伸出端固定连接，连接处转动穿过曲轴安装孔；第一组曲拐和最后一组曲拐的伸出端分别转动穿过第一组侧翼支架和最后一组侧翼支架的曲轴安装孔；摇杆支架穿过摇杆安装孔；侧翼模块包括多根侧翼以及覆盖在多根侧翼上的侧翼膜；每根侧翼由侧翼连杆和侧翼摇杆铰接构成，侧翼连杆转动穿过连接销，侧翼摇杆转动穿过摇杆支架；侧翼驱动源与第一组曲拐或最后一组曲拐的伸出端连接，驱动曲轴组件旋转，进而带动侧翼模块以预设相位差上下摆动，实现乌贼侧鳍波动运动的模拟；平台控制系统密封安装在核心舱内，用于控制尾部反冲推进机构和侧翼悬浮机构。

进一步地，侧翼驱动源包括水泵、水泵支架、扇叶；扇叶固定在第一组曲拐或最后一组曲拐的伸出端上；水泵支架安装在核心舱外；水泵安装在水泵支架上，出水口朝向扇叶，使喷出水流推动扇叶转动。

进一步地，L形曲臂分为第一曲臂和第二曲臂，第一曲臂的伸出端为圆形轴，圆形轴上设置有非圆孔，第二曲臂的伸出端为非圆型面，第一组曲拐和最后一组曲拐的伸出端为圆形轴；第一组曲拐或最后一组曲拐由两根第一曲臂和连接销连接而成，剩余曲拐由第二曲臂、连接销和第一曲臂连接而成，相邻两组曲拐通过非圆型面和非圆孔插接。

进一步地，相邻曲拐间设置有90°相位差。