本发明专利技术公开了具有水下三维运动能力的仿鳐鱼机器人本体结构，包括鱼身主体、波动鱼鳍机构和重心调节机构；所述鱼身主体包括外壳、盖板、控制电路板、电池组，负责与外界水环境接触，并起到对其它部件和机构密封安装、控制、供电等作用；所述波动鳍机构包括长支架、鳍条、鳍膜、小型舵机，鳍膜将所有鳍条连接在一起，构成波动鱼鳍，由小型舵机带动产生推动机器人运动的行波；所述重心调节机构包括配重块及其运动承载部件、负责驱动配重块做直线运动的驱动部件、与仿鳐鱼机器人外壳直接固定相连的支撑部件，负责调节重心位置。本发明专利技术具有结构紧凑、机动性高、隐蔽性好、高稳定性强、适用范围广等特点，其运动方式具有很好的理论与实际应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于仿生机器鱼技术应用领域，特别涉及一种仿照鳐鱼两侧双鳍波动推进方式、通过重心调节机构调节机器鱼的重心位置、可在水下实现三维运动的仿鳐鱼机器人本体结构及其运动方式。
技术介绍
进入二十一世纪，人类在水下环境中的生产、科研活动不断增加，水下作业任务的要求有了新的需要在军事领域中，水下侦查、声波干扰、扫雷与布雷等需要结构尺寸小、运动灵活性强、隐蔽性好的水下探测和侦查系统；在民用事业上，海洋资源勘探与开发、水下救援、 水下安全监控等需要持续工作时间长、机动性高、稳定性好的水下检测和作业系统。而传统水下推进器多采用螺旋桨式、喷流回转式或叶轮式推进结构，其能源利用率低、结构尺寸和重量大、运动灵活性和隐蔽性差，难以满足现代水下作业任务的需要。近年来，随着仿生学和机器人学研究的不断进步，以鱼类为模仿对象，进行仿鱼水下推进技术的研究已经成为新型水下推进系统研究的热点。自然界中的鱼类经过千百万年的进化，获得了卓越的水中运动能力，为高效、小尺寸、高机动性、低噪声和易隐蔽的现代水下推进器的研制提供了一种新的思路。目前仿鱼水下机器人的研究中，以裸背鳗科、鳐科为代表的具有高机动性的鱼类的研究工作具有特别的意义。在国内，国防科技大学针对“尼罗河魔鬼”鱼开展的仿生长鳍游动运动研究最为突出，开发了仿生长鳍游动装置；中国科学院自动化研究所在对鰺科鱼类游动机理深入研究的基础上，研制了多关节微小型仿生机器鱼。在国外，日本大阪大学在鳐科鱼类研究的基础上研制了双侧长鳍波动推进的机器人系统；美国西北大学也开发了长鳍波动推进实验装置来检测不同控制策略下长鳍产生的推进力；新加坡的NTU大学开展了长鳍波动推进的研究工作，研制了相应的长鳍波动推进机构和实验装置。在现有公开的技术中，仿照鰺科、鳗鲡科等鱼类运动方式的仿鱼水下机器人，采用的是尾鳍推进的方式，推进过程中需要借助鱼体的运动，鱼体的运动必然影响了鱼体的稳定性，对环境的扰动大，隐蔽性也随之变差；采用尾鳍推进方式，只能实现前向游动，不能实现倒退游动，当需要进行转向时，采用尾鳍推进必须以一定的转弯半径来实现方向的改变。 此外，现有的仿生波动鱼鳍水下机器人只能够验证二维平面的运动性能，难以体现波动鱼鳍推进方式的优点，对新型水下推进器设计的指导作用有限。复杂海洋环境下对机动性、隐蔽性和稳定性更高的要求，迫切需要开发一些特殊的推进方式，为适合于复杂海洋环境工作的，适用于军事侦查、海洋勘探、水下救援、水下监控等不同工作需求的新型仿鱼水下机器人的研制与应用提供新的思路。在现有公开的技术中，经关键词“鳍波动”检索，比较典型相关的有专利公开号 CN10143573 “仿生长鳍波动推进实验装置”(公开日2009. 05. 20，申请号200710177403. 3)、 专利公开号CN101332868 “液压驱动波动鳍仿生水下推进器”(公开日2008. 12. 31，申请号 200810031901. 1 )，专利公开号CN101435739主要涉及一种通过绕自身中轴的转动实现前后游动的仿生长鳍波动推进实验装置，专利公开号CN101332868主要设计了一种液压驱动波动鳍仿生水下推进器，通过模拟水下生物柔性长鳍的波动运动，产生平行于支架长轴方向的推进力。它们并不能轻易地在前向、倒退、转弯种游动方式之间轻易地切换，进行转向运动时的转弯半径也较大，且不具有水下三维运动能力，应用受到很大的限制。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是仿照鳐科鱼类生物两侧双鳍波动的运动方法，专利技术设计一种外形呈扁平状、采用两侧波动鱼鳍机构和重心调节机构实现水下前进、后退、原地转弯、上升和下潜三维运动的仿鳐鱼机器人本体结构。本专利技术的技术方案是具有水下三维运动能力的仿鳐鱼机器人本体结构，包括鱼身主体、波动鱼鳍机构和重心调节机构；所述鱼身主体包括外壳和盖板，二者构成一密封腔体， 所述密封腔体内置控制电路板和电池组；所述波动鳍机构包括长支架、鳍条、鳍膜、小型舵机，所述波动鱼鳍机构通过长支架安装在鱼身主体的外壳两侧，所述鳍膜将若干根鳍条连接在一起，构成波动鱼鳍，由所述小型舵机带动产生推动机器人运动的行波；所述重心调节机构安装在鱼身主体的腔体内。所述鱼身主体的外壳采用玻璃钢材料加工，玻璃钢材料具有强度高、材质轻、耐腐蚀和易于加工成型等特点；所述外壳关于中心轴线左右对称，前后对称；所述外壳外形呈扁平状，内部中空，上端面开口，负责与外界水环境接触，并起到支撑安装在其内部的其它部件和机构的作用；所述盖板安装在外壳的上端面开口处，负责密封外壳，起到保护安装在外壳内部的部件和机构不受水侵蚀的作用；所述鱼身主体的外壳和盖板，二者构成一密封腔体， 所述密封腔体内置控制电路板和电池组；所述控制电路板、电池组安装在外壳内部的左右侧壁上，所述控制电路板负责控制波动鱼鳍机构和重心调节机构上的电机按指定的要求运动，所述电池组起到向机器人电机和控制电路板供电的作用。所述波动鱼鳍机构包括长支架、鳍条、鳍膜、小型舵机；所述长支架呈长条状，负责承载波动鱼鳍机构中其它部件，并起到将波动鱼鳍机构中其它部件联接到外壳的作用；所述鳍条前部为细长圆柱形钢条，后端为一圆盘状轴套，鳍条通过圆盘状轴套安装在小型舵机上，所述单根鳍条和相对应的单个小型舵机组成一个驱动模块；所述鳍膜为柔顺性较好、 弹性模量适中的乳胶薄膜，所述鳍膜呈带状，其宽度与鳍条长度相等，其长度等于长支架上安装的第一根鳍条到最后一根鳍条的长度，所述鳍膜覆于鳍条上，将所有鳍条连接在一起， 构成波动鱼鳍，所述波动鱼鳍安装在外壳的左右两侧；所述组成驱动模块的小型舵机有若干个，平行等距安装在长支架上，负责带动鳍条做周期性摆动运动，进而带动鳍膜按预定的规律波动，产生推动机器人运动的行波，实现仿鳐鱼机器人的水下三维运动。所述重心调节机构包括配重块及其运动承载部件、负责驱动配重块做直线运动的驱动部件、与仿鳐鱼机器人外壳直接固定相连的支撑部件；所述配重块及其运动承载部件包括配重块、直线滑块导轨组合、长方形固定板，直线滑块导轨组合固定在仿鳐鱼机器人外壳底部上，直线滑块导轨组合负责承载配重块和保证配重块准确的直线运动，配重块通过长方形固定板与直线滑块导轨组合中的滑块连接，滑块置于导轨上，二者承载配重块并使配重块沿导轨方向作直线运动，所述驱动部件包括电机、圆柱直齿轮对、丝杆、丝杆推块，电机负责输出旋转运动，圆柱直齿轮对与丝杆负责传递电机输出的运动，丝杆推块中内嵌螺旋副，负责将丝杆传递的旋转运动转化为直线运动，所述支撑部件包括支撑架、电机支架、 轴承，支撑架同样固定在仿鳐鱼机器人外壳底部上，电机支架将电机固定在支撑架上、轴承负责连接支撑架与驱动部件中的丝杆。所述电机通过圆柱齿轮对、丝杆和丝杆推块推动配重块运动，所述圆柱直齿轮对包括与电机轴相连的圆柱直齿轮和与丝杆相连的圆柱直齿轮，通过齿轮的拟合作用将安装位置较高的电机输出旋转运动传递为安装位置较低的丝杆旋转运动，圆柱直齿轮均通过定位销与各自的轴相连接。所述滑块导轨组合包括滑块和导轨两部分，滑块的截面呈凹字型，导轨的截面呈口字型，滑块通过钢珠与导轨接触并被限制在导轨上滑动。本专利技术为模仿鱼类运动/研究鱼类运动的水动力学、游动机理、运动控制方法提供实验装置，为制造效率高、机动性好、噪音本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙恒辉，董翔，骆敏舟，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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