【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水下仿生机器人相关，更具体地，涉及一种可折叠鳍仿生蝠鲼机器人及其控制方法。
技术介绍
1、生物蝠鲼具有圆盘样身体及对称的三角形翼状胸鳍，具有较好的运动稳定性、较低的环境扰动、较好的三维机动性、较高的运动效率。研究表明，蝠鲼宽大扁平的翼状胸鳍是其高效率、高机动性游动的关键。仿生机器蝠鲼是基于生物蝠鲼原型，模仿胸鳍的运动特性，使用机械驱动机构与柔性材料制作的一种仿生机器。
2、现有仿生蝠鲼机器人的胸鳍在结构上设计简单，通常仅用作支撑和驱动蒙皮往复振荡，为了提升仿生蝠鲼机器人的运动灵活性和敏捷性，传统的胸鳍结构需要沿弦向布置多个驱动鳍，增加蒙皮的可控自由度，同时搭配复杂的控制算法实时调整每个驱动鳍的扑动幅度、扑动频率、扑动相位差、扑动偏移等变量，调整蒙皮捕获的水动力大小和方向，使得机器人系统具有较高的复杂度也降低了系统运行的稳定性。
3、现有仿生蝠鲼机器人存在胸鳍结构设计简单，功能单一，限制了仿生蝠鲼机器人运动灵活性和敏捷性的问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种可折叠鳍仿生蝠鲼机器人及其控制方法，用于解决现有仿生蝠鲼机器人存在胸鳍结构设计简单，功能单一，限制了仿生蝠鲼机器人运动灵活性和敏捷性的问题。
2、为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种可折叠鳍仿生蝠鲼机器人，包括主体框架、在所述主体框架的两侧分别安装的可折叠鳍以及覆盖在所述可折叠鳍上方的柔性蒙皮；所述可折叠鳍包括扑动机构、折
3、根据本专利技术提供的可折叠鳍仿生蝠鲼机器人，所述扑动机构包括扑动杆、扑动座和扑动舵机；所述扑动座在一端连接所述扑动杆，在另一端可转动铰接于所述主体框架；所述扑动舵机固定在所述主体框架上，与所述扑动座连接并驱动所述扑动座振荡。
4、根据本专利技术提供的可折叠鳍仿生蝠鲼机器人，所述折叠机构包括沿展向依次相连的多个折叠单元，每个所述折叠单元包括在所述扑动机构的上下两侧对应设置的两组铰接链以及在所述铰接链端部连接的肋支撑座，每组所述铰接链包括转动连接的两个连接板，两个连接板相背的两端分别与所述肋支撑座转动连接，每个折叠单元中两组所述铰接链的对应端连接于同一个所述肋支撑座，相邻两个折叠单元之间共用一个所述肋支撑座。
5、根据本专利技术提供的可折叠鳍仿生蝠鲼机器人，每组所述铰接链中两个连接板相背的两端分别设有齿结构，相邻两个折叠单元之间的齿结构啮合连接。
6、根据本专利技术提供的可折叠鳍仿生蝠鲼机器人，所述折叠机构还包括带齿牙侧板，所述带齿牙侧板连接在所述连接板的侧边，所述带齿牙侧板的一端设有齿牙用于形成所述齿结构。
7、根据本专利技术提供的可折叠鳍仿生蝠鲼机器人，所述驱动机构包括折叠绳、伸展绳、鳍尖导线轮和绕线舵机；所述绕线舵机安装在所述主体框架上，所述折叠绳的一端缠绕在所述绕线舵机上、另一端连接在所述折叠机构上，所述鳍尖导线轮设在所述扑动机构的鳍尖处，所述伸展绳的一端缠绕在所述绕线舵机上、另一端绕过所述鳍尖导线轮之后连接在所述折叠机构上。
8、根据本专利技术提供的可折叠鳍仿生蝠鲼机器人，所述折叠绳和所述伸展绳在所述绕线舵机上的缠绕方向相反。
9、根据本专利技术提供的可折叠鳍仿生蝠鲼机器人，所述主体框架包括主底板、主顶板、支撑柱和浮块；所述主底板与所述主顶板通过支撑柱固定在一起，所述浮块安装于所述主顶板上，提供机器人在水下的浮力。
10、根据本专利技术提供的可折叠鳍仿生蝠鲼机器人，还包括尾鳍和主控板，所述尾鳍包括左尾鳍板、左尾鳍舵机、右尾鳍板、右尾鳍舵机和尾鳍固定座；所述左尾鳍板与所述左尾鳍舵机相连，并受到所述左尾鳍舵机的角度控制；所述右尾鳍板与所述右尾鳍舵机相连，受所述右尾鳍舵机的角度控制；所述左尾鳍舵机和所述右尾鳍舵机通过所述尾鳍固定座安装在所述主体框架的后端；
11、所述主控板放置于所述主体框架的前端，通过信号线与所述可折叠鳍和所述尾鳍相连。
12、按照本专利技术的另一个方面，提供了一种可折叠鳍仿生蝠鲼机器人的控制方法，基于上述任一项所述的可折叠鳍仿生蝠鲼机器人，所述控制方法包括：
13、在一个扑动周期的下冲程和上冲程过程中，分别控制两侧可折叠鳍的长度保持不变，使得机器人水平向前运动；
14、在一个扑动周期的下冲程中同时增大两侧可折叠鳍的长度，和/或，在上冲程中同时缩短两侧可折叠鳍的长度，使得机器人产生正升力引起上浮动作；
15、在一个扑动周期的下冲程中同时缩短两侧可折叠鳍的长度，和/或，在上冲程中同时增加两侧可折叠鳍的长度，使得机器人产生负升力引起下潜动作；
16、在一个扑动周期的下冲程或上冲程中增大一侧可折叠鳍的长度而缩短另一侧可折叠鳍的长度，使得机器人获得翻滚和偏航力矩。
17、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的可折叠鳍仿生蝠鲼机器人及其控制方法：
18、1.通过在扑动机构上设置折叠结构来连接柔性蒙皮，在驱动机构的驱动下实现折叠机构带动柔性蒙皮在展向上进行收缩，从而实现可折叠鳍在展向上的长度变化以及投影面积的变化，在结构上拓展了仿生蝠鲼机器人的胸鳍功能，有利于提高仿生蝠鲼机器人运动灵活性和敏捷性；
19、2.可模仿蝠鲼生物在各类敏捷运动过程中的胸鳍投影面积变化，且设计装配简单、易于制造，有助于在简单的控制算法下实现仿生蝠鲼机器人的敏捷运动，以适应复杂环境和多元任务；
20、3.在结构上实现了仿生蝠鲼机器人胸鳍的展长变化，其中，所述可折叠鳍的长度在扑动过程中可以实时变化，通过在一个扑动周期的上冲程、下冲程内搭配不同的鳍长度，可以获得多样化的动力学性能；此外，所述仿生蝠鲼机器人左侧可折叠鳍与右侧可折叠鳍的不同长度，也会在翻滚、偏航等方向产生更多的驱动力矩。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种可折叠鳍仿生蝠鲼机器人，其特征在于，包括主体框架、在所述主体框架的两侧分别安装的可折叠鳍以及覆盖在所述可折叠鳍上方的柔性蒙皮；所述可折叠鳍包括扑动机构、折叠机构和驱动机构，所述扑动机构可转动连接于所述主体框架、用于通过转动实现所述可折叠鳍的上下振荡，所述折叠机构设在所述扑动机构上且沿所述扑动机构的展向设为可伸缩结构，所述柔性蒙皮连接在所述折叠机构上，所述驱动机构安装于所述主体框架且与所述折叠机构相连、用于驱动所述折叠机构沿展向进行伸缩移动，以实现所述可折叠鳍的展长变化。
2.如权利要求1所述的可折叠鳍仿生蝠鲼机器人，其特征在于，所述扑动机构包括扑动杆、扑动座和扑动舵机；所述扑动座在一端连接所述扑动杆，在另一端可转动铰接于所述主体框架；所述扑动舵机固定在所述主体框架上，与所述扑动座连接并驱动所述扑动座振荡。
3.如权利要求1所述的可折叠鳍仿生蝠鲼机器人，其特征在于，所述折叠机构包括沿展向依次相连的多个折叠单元，每个所述折叠单元包括在所述扑动机构的上下两侧对应设置的两组铰接链以及在所述铰接链端部连接的肋支撑座，每组所述铰接链包括转动连接的两个连接板，两
4.如权利要求3所述的可折叠鳍仿生蝠鲼机器人，其特征在于，每组所述铰接链中两个连接板相背的两端分别设有齿结构，相邻两个折叠单元之间的齿结构啮合连接。
5.如权利要求4所述的可折叠鳍仿生蝠鲼机器人，其特征在于，所述折叠机构还包括带齿牙侧板，所述带齿牙侧板连接在所述连接板的侧边，所述带齿牙侧板的一端设有齿牙用于形成所述齿结构。
6.如权利要求1-5中任一项所述的可折叠鳍仿生蝠鲼机器人，其特征在于，所述驱动机构包括折叠绳、伸展绳、鳍尖导线轮和绕线舵机；所述绕线舵机安装在所述主体框架上，所述折叠绳的一端缠绕在所述绕线舵机上、另一端连接在所述折叠机构上，所述鳍尖导线轮设在所述扑动机构的鳍尖处，所述伸展绳的一端缠绕在所述绕线舵机上、另一端绕过所述鳍尖导线轮之后连接在所述折叠机构上。
7.如权利要求6所述的可折叠鳍仿生蝠鲼机器人，其特征在于，所述折叠绳和所述伸展绳在所述绕线舵机上的缠绕方向相反。
8.如权利要求1-5中任一项所述的可折叠鳍仿生蝠鲼机器人，其特征在于，所述主体框架包括主底板、主顶板、支撑柱和浮块；所述主底板与所述主顶板通过支撑柱固定在一起，所述浮块安装于所述主顶板上，提供机器人在水下的浮力。
9.如权利要求1-5中任一项所述的可折叠鳍仿生蝠鲼机器人，其特征在于，还包括尾鳍和主控板，所述尾鳍包括左尾鳍板、左尾鳍舵机、右尾鳍板、右尾鳍舵机和尾鳍固定座；所述左尾鳍板与所述左尾鳍舵机相连，并受到所述左尾鳍舵机的角度控制；所述右尾鳍板与所述右尾鳍舵机相连，受所述右尾鳍舵机的角度控制；所述左尾鳍舵机和所述右尾鳍舵机通过所述尾鳍固定座安装在所述主体框架的后端；
10.一种可折叠鳍仿生蝠鲼机器人的控制方法，其特征在于，基于上述权利要求1-9中任一项所述的可折叠鳍仿生蝠鲼机器人，所述控制方法包括：
...【技术特征摘要】
1.一种可折叠鳍仿生蝠鲼机器人，其特征在于，包括主体框架、在所述主体框架的两侧分别安装的可折叠鳍以及覆盖在所述可折叠鳍上方的柔性蒙皮；所述可折叠鳍包括扑动机构、折叠机构和驱动机构，所述扑动机构可转动连接于所述主体框架、用于通过转动实现所述可折叠鳍的上下振荡，所述折叠机构设在所述扑动机构上且沿所述扑动机构的展向设为可伸缩结构，所述柔性蒙皮连接在所述折叠机构上，所述驱动机构安装于所述主体框架且与所述折叠机构相连、用于驱动所述折叠机构沿展向进行伸缩移动，以实现所述可折叠鳍的展长变化。
2.如权利要求1所述的可折叠鳍仿生蝠鲼机器人，其特征在于，所述扑动机构包括扑动杆、扑动座和扑动舵机；所述扑动座在一端连接所述扑动杆，在另一端可转动铰接于所述主体框架；所述扑动舵机固定在所述主体框架上，与所述扑动座连接并驱动所述扑动座振荡。
3.如权利要求1所述的可折叠鳍仿生蝠鲼机器人，其特征在于，所述折叠机构包括沿展向依次相连的多个折叠单元，每个所述折叠单元包括在所述扑动机构的上下两侧对应设置的两组铰接链以及在所述铰接链端部连接的肋支撑座，每组所述铰接链包括转动连接的两个连接板，两个连接板相背的两端分别与所述肋支撑座转动连接，每个折叠单元中两组所述铰接链的对应端连接于同一个所述肋支撑座，相邻两个折叠单元之间共用一个所述肋支撑座。
4.如权利要求3所述的可折叠鳍仿生蝠鲼机器人，其特征在于，每组所述铰接链中两个连接板相背的两端分别设有齿结构，相邻两个折叠单元之间的齿结构啮合连接。
5.如权利要求4所述的可折叠鳍仿生蝠鲼机器人，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：龚泽宇，向阳，陶波，谷乐，叶康杰，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。