[发明专利]一种仿生可折叠胸鳍的机器鱼

说明书

本发明公开了一种仿生可折叠胸鳍的机器鱼，包括鱼身主体、供电及控制模块、主动力模块、胸鳍折叠模块、方向调节模块；用以解决现有水下航行器存在机械结构复杂以及仿生胸鳍推进式水下航行器运动控制困难、运动形式单一的问题；主动力模块采用了一种利用凸轮滚子传递电机运动带动胸鳍进行摆动的结构，其机械结构简单可靠、易于实施。本发明的胸鳍可折叠，在机器鱼运动时可略回收机器鱼的胸鳍，增大后掠角，减小水的阻力，减小能量损耗，增大机器鱼游动的速度；本发明的方向调节模块使用了副翼、方向舵和副翼操纵机构，利用流体压强和流速的关系，可以使机器鱼实现转向、上浮和下潜；本发明可以用于海洋探测、海底生态灾难救援等。

技术领域

本发明属于仿生机器鱼技术应用领域，特别涉及一种仿生可折叠胸鳍的机器鱼。

背景技术

近些年来，深海资源的开发与利用为水下机器人研究提供了广泛的背景与需要。世界上许多国家都非常重视水下机器人技术的研究，将水下机器人作为一个重点研究项目并大力发展。但当前水下机器人多采用传统的螺旋桨作为推进器，其体积大、质量重、能耗高、综合效率低、瞬间响应有滞后的现象、运动灵活性能差，并且伴有较大的噪声和尾涡。螺旋桨效率低也是水下机器人能源瓶颈的主要原因之一。螺旋桨推进器的这些缺点不利于开发具有大范围转移能力和高机动性能的水下机器人。为了克服螺旋桨推进器的这些缺陷，适应未来水下机器人技术发展的要求，人们在开发新能源的同时，也在积极寻找性能更加优良的新型推进方式。

鱼类经过亿万年的自然选择，进化出了非凡的水中运动能力，这给人们研究水下机器人提供了新的思路。如果能仿制出像鱼类一样的水下机器人，利用先进的现代水下导航、探测和控制技术对之进行控制，就可以完成许多目前还不能完成的任务，并大大地提高水下作业效率。鱼类游动具有高速、高效、高机动性和低噪声等特点，将鱼类推进和操纵系统用于水下机器人，替代传统的桨——舵系统，具有十分重要的意义。

目前水下仿生技术研究方面，众多的研究主要集中于尾鳍的运动和鱼体的运动，如振动的薄片产生推力等。这样会导致机器鱼只能做有限的运动，难以实现悬浮和定位等运动。用尾鳍摆动作为推进的方式，虽然与螺旋桨相比具有一定的优势，但是仍然具有不少缺点。例如在水中的灵活性不够，致使其在转弯和掉头的时候不灵活；在机器鱼的前进过程中，产生摆艏的现象，姿态不稳定，头尾难以协调。

在自然界中，很多鱼类，在低速情况下，是利用胸鳍实现良好的动力定位和机动。胸鳍推进机器鱼是模仿自然界鳐鱼、蝠鲼等生物的胸鳍推进方式设计的一种机器鱼，胸鳍推进式机器鱼具有高效率、低噪声、在低速的情况下实现稳定的悬浮等优点。且本发明涉及的机器鱼的胸鳍可折叠，在胸鳍折叠的情况易于储存、运输，且方便发射入水。在机器鱼运动时还可以略回收机器鱼的胸鳍，增大后掠角，减小水对机器鱼的阻力，减小能量损耗，增大机器鱼游动的速度。经查阅资料发现，此种胸鳍可折叠的机器鱼尚未出现。

专利CN102490884A公开了一种具有水下三维运动能力的仿鳐鱼机器人本体结构，其包括鱼身主体、波动鱼鳍机构和重心调节机构。通过波动鱼鳍机构中的小型舵机带动产生推动机器人运动的行波，通过重心调解机构调节配重块的位置来调节机器鱼的重心位置。但是其波动鱼鳍的运动范围较小，不能为机器鱼提供强大的动力，且其在运动过程中，要靠波动鱼鳍中的鳍条的差动运动来帮助机器人转向、上浮和下潜，机械机构复杂，实现起来比较困难。

发明内容

本发明是为解决现有水下航行器存在机械结构复杂以及仿生胸鳍推进式水下航行器运动控制困难、运动形式单一的问题，进而提供一种仿生可折叠胸鳍的机器鱼。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案如下：