CN110304223B - 仿生机器蝠鲼 - Google Patents

Abstract

本发明属于仿生机器人技术领域，具体涉及一种仿生机器蝠鲼，旨在解决现有技术中水下仿生机器速度慢、效率低、游动性能差且游动方式单一的问题，本发明提供一种仿生机器蝠鲼，包括头部舱、中心舱、一对胸鳍、尾鳍舱，所述胸鳍包括曲柄摇杆机构和锥齿轮机构，本发明通过所述曲柄摇杆机构的协调周期运动实现仿蝠鲼波动式推进；通过所述锥齿轮机构与所述曲柄摇杆机构的配合实现蝠鲼胸鳍末端复杂闭合运动轨迹追踪；本发明实现了生物蝠鲼胸鳍的两种垂直波动叠加的复合运动，近似模拟了对蝠鲼高效率运动有重要影响的胸鳍末端运动轨迹。本发明具有蝠鲼运动平稳、效率高、机动性强和滑翔性能优良的特点，并采用模块化的设计，易于拆装和维护。

Description

仿生机器蝠鲼

技术领域

本发明属于仿生机器人技术领域，具体涉及一种仿生机器蝠鲼。

背景技术

蝠鲼，属于鳐形目鱼类，是500多种鳐鱼中体形最大的一类。与常规鱼类采用身体/尾鳍(Body and/or Caudal Fin，BCF)推进模式不同，蝠鲼采用中间鳍/对鳍(Median and/or Paired Fin，MPF)推进模式。该类推进模式具有较好的运动稳定性及低速机动性，推进效率较高。例如，作为典型代表，前口蝠鲼以游动平稳、高效和滑翔能力卓越著称。一方面，通过拍动两侧宽大扁平的胸鳍，前口蝠鲼能够实现0.25–0.47m/s的巡游速度及高达89％的游动效率。另一方面，依靠滑翔运动，前口蝠鲼能够实现长达1500m的远距离迁徙。此外，通过两侧胸鳍的协调配合，前口蝠鲼还能够实现一种旋转状的跃水运动，跃水高度达到1.5m，体现了高超的运动能力。

蝠鲼优异的游动能力吸引了国内外众多研究者的关注，并相继研制成功了多种类型的仿生机器蝠鲼。根据驱动方式的不同，仿生机器蝠鲼大致分为两类：一类是采用电机驱动方式，比如南洋理工大学(Nanyang Technological University，NTU)的Ro-man I-III，北京航空航天大学的Robo-Ray I-IV等。此类仿生机器蝠鲼具有一定的机动能力和滑翔能力。但是，由于刚性结构的限制，其运动形式做了大量简化，导致游动性能与真实蝠鲼相差较大。另一类是采用SMA、人工肌肉等新型材料驱动，比如德国Festo公司的Aqua Ray。新型材料驱动方式赋予仿生机器蝠鲼更多的自由度，使其更加接近真实蝠鲼的运动状态，获得更高的游动效率。但是，由于材料驱动能力有限，仿生机器蝠鲼的体积和速度受到了较大限制。因此，现有仿生机器蝠鲼虽然实现了简单的仿蝠鲼运动，但是在速度、效率及滑翔运动等方面距离真实蝠鲼还有较大差距。

研究表明，蝠鲼宽大扁平的胸鳍是其高效率游动的关键。作为推动力的主要来源，胸鳍在蝠鲼稳定直线运动时，不仅呈现沿水流方向的弦向波动，还具有从身体基线延伸出来的沿翼展方向的波动。进一步研究表明，蝠鲼净推力主要产生于胸鳍末端的小部分区域，其胸鳍末端的运动轨迹对其游动效率具有重要影响。此外，蝠鲼还能够通过控制胸鳍和净浮力，实现平稳的滑翔运动，完成长距离航行。

考虑到胸鳍对仿生机器蝠鲼的运动速度、效率及滑翔运动至关重要，有必要研制一种多自由度的胸鳍机构实现仿生机器蝠鲼胸鳍波动推进及胸鳍末端轨迹的优化。同时，利用吸排水机构实现仿生机器蝠鲼的滑翔运动，以提高续航时间和距离，加强其水下侦查、水下搜救、水下勘测等作业能力。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有技术中水下仿生机器蝠鲼速度慢、效率低、游动性能差且游动方式单一的问题，本发明提供一种仿生机器蝠鲼，包括头部舱、中心舱、一对胸鳍、尾鳍舱和控制总成，所述头部舱位于仿生机器蝠鲼前端，所述中心舱、所述尾鳍舱依次连接于所述头部舱后部，所述一对胸鳍对称布置在所述中心舱的左右两侧；

所述一对胸鳍均包括胸鳍本体，所述一对胸鳍本体分别在一个第一动力装置的驱动下绕大体上为前后方向的轴线可转动地安装于一个固定件，所述两个固定件分别在一个第二动力装置的驱动下绕大体为竖直方向的轴线可转动地安装于所述中心舱，所述第一动力装置的控制端和所述第二动力装置的控制端均与所述控制总成信号连接。

在一些优选技术方案中，所述中心舱安装有吸排水机构，所述吸排水机构的控制端与所述控制总成信号连接，以实现仿生机器蝠鲼的上浮或下潜。

在一些优选技术方案中，所述尾鳍舱包括尾鳍本体和第三动力装置，所述第三动力装置与所述控制总成信号连接，所述第三动力装置可驱动所述尾鳍本体绕大体上为左右方向的轴线转动，以实现所述仿生机器蝠鲼的俯仰运动。

在一些优选技术方案中，所述一对胸鳍中每个胸鳍本体中均包含至少两组前后布置的曲柄摇杆机构和由所述至少两组曲柄摇杆机构撑开的柔性膜；

所述第二动力装置通过锥齿轮机构驱动所述固定件转动。

在一些优选技术方案中，所述曲柄摇杆机构的具体结构包括曲柄、摇杆、连杆组件和L形从动杆；所述曲柄与所述摇杆一端转动连接，所述摇杆另一端通过所述连杆组件与所述L形从动杆转动连接；

所述连杆组件具有固定于第一动力装置的支撑点，所述连杆组件包括两个长度相同的连杆，所述两个长度相同连杆平行地设置于所述摇杆与所述L形从动杆之间，所述两个长度相同的连杆两端与所述摇杆、所述L形连杆均为转动连接；

所述第一动力装置通过驱动所述曲柄，从而带动整个曲柄摇杆机构转动。

在一些优选技术方案中，所述胸鳍本体依靠所述曲柄摇杆机构的协调做周期运动，以实现所述仿生机器蝠鲼实现波动式推进；当所述曲柄摇杆机构左右运动不对称时，所述仿生机器蝠鲼的横滚角和偏航角发生改变。

在一些优选技术方案中，所述一对胸鳍中每个胸鳍本体中均包含一个齿轮齿套联轴器，所述齿轮齿套联轴器用以改变所述曲柄摇杆机构沿水流弦向的相位差。

在一些优选技术方案中，所述吸排水机构包括柔性储水仓，所述柔性储水仓与所述仿生机器蝠鲼的壳体外部相通；所述吸排水机构可使所述柔性储水仓吸水或者排水。

在一些优选技术方案中，所述吸排水机构还包括第四动力装置，所述第四动力装置与所述控制总成信号连接，在所述第四动力装置的驱动下所述柔性储水仓的排水体积改变，以调节所述仿生机器蝠鲼的重心位置及浮力大小。

在一些优选技术方案中，所述头部舱安装有信息采集单元，所述信息采集单元与所述控制总成信号连接。

在一些优选技术方案中，所述控制总成包括控制单元和电池组单元，所述控制单元包括底层控制芯片和高性能处理芯片。

本发明的有益效果：

本发明的仿生机器蝠鲼利用并联的曲柄摇杆机构，较高程度地还原了生物蝠鲼胸鳍的运动模式。一方面，刚性驱动杆能提供充足的动力，保证仿生机器蝠鲼的游动速度，另一方面，对生物蝠鲼胸鳍运动模式的高程度还原能够保证仿生机器蝠鲼较高的游动效率。

本发明的仿生机器蝠鲼依靠全新设计的吸排水机构，在波动推进模式之外，还能够实现滑翔运动。在波动推进模式中，仿生机器蝠鲼通过一对胸鳍及尾鳍的配合，能够实现横滚、偏航、俯仰姿态的调整，具有较高的灵活性；在滑翔游动模式中，仿生机器蝠鲼采用浮力驱动方式，消耗能量较少，续航能力强。

本发明的仿生机器蝠鲼采用波动推进方式，其游动稳定性高，可搭载视觉、深度等传感器，进行一系列水下作业，在水下环境监测、水下勘察等方面具有广阔的应用前景。

本发明的仿生机器蝠鲼采用了模块化的设计方法，方便拆装与维护。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的仿生机器蝠鲼一实施例的整体结构示意图；

图2为本发明的仿生机器蝠鲼一实施例的头部舱外部示意图；

图3为本发明的仿生机器蝠鲼一实施例的头部舱内部示意图；

图4为本发明的仿生机器蝠鲼一实施例的中心舱外部示意图；

图5为本发明的仿生机器蝠鲼一实施例的中心舱内部示意图；

图6为本发明的仿生机器蝠鲼一实施例的胸鳍单侧示意图(1)；

图7为本发明的仿生机器蝠鲼一实施例的胸鳍单侧示意图(2)；

图8为本发明的仿生机器蝠鲼一实施例的胸鳍单侧示意图(3)；

图9为本发明的仿生机器蝠鲼尾鳍舱示意图。

具体实施方式

为使本发明的实施例、技术方案和优点更加明显，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

本发明的一种仿生机器蝠鲼，所述仿生机器蝠鲼包括头部舱、中心舱、一对胸鳍、尾鳍舱和控制总成，所述头部舱位于仿生机器蝠鲼前端，所述中心舱、所述尾鳍舱依次连接于所述头部舱后部，所述一对胸鳍对称布置在所述中心舱的左右两侧。

所述一对胸鳍均包括胸鳍本体，所述一对胸鳍本体分别在一个第一动力装置的驱动下绕大体上为前后方向的轴线可转动地安装于一个固定件，所述两个固定件分别在一个第二动力装置的驱动下绕大体为竖直方向的轴线可转动地安装于所述中心舱，所述第一动力装置的控制端和所述第二动力装置的控制端均与所述控制总成信号连接

本发明的一些实施例中，所述中心舱安装有吸排水机构，所述吸排水机构的控制端与所述控制总成信号连接，以实现仿生机器蝠鲼的上浮或下潜。

本发明的一些实施例中，所述尾鳍舱包括尾鳍本体和第三动力装置，所述第三动力装置与所述控制总成信号连接，所述第三动力装置可驱动所述尾鳍本体绕大体上为左右方向的轴线转动，以实现所述仿生机器蝠鲼的俯仰运动。

本发明的一些实施例中，所述一对胸鳍中每个胸鳍本体中均包含至少两组前后布置的曲柄摇杆机构和由所述至少两组曲柄摇杆机构撑开的柔性膜；

所述第二动力装置通过锥齿轮机构驱动所述固定件转动。

本发明的一些实施例中，所述曲柄摇杆机构的具体结构包括曲柄、摇杆、连杆组件和L形从动杆；所述曲柄与所述摇杆一端转动连接，所述摇杆另一端通过所述连杆组件与所述L形从动杆转动连接；

所述连杆组件具有固定于第一动力装置的支撑点，所述连杆组件包括两个长度相同的连杆，所述两个长度相同连杆平行地设置于所述摇杆与所述L形从动杆之间，所述两个长度相同的连杆两端与所述摇杆、所述L形连杆均为转动连接；

所述第一动力装置通过驱动所述曲柄，从而带动整个曲柄摇杆机构转动。

本发明的一些实施例中，所述胸鳍本体依靠所述曲柄摇杆机构的协调做周期运动，以实现所述仿生机器蝠鲼实现波动式推进；当所述曲柄摇杆机构左右运动不对称时，所述仿生机器蝠鲼的横滚角和偏航角发生改变。

本发明的一些实施例中，所述一对胸鳍中每个胸鳍本体中均包含一个齿轮齿套联轴器，所述齿轮齿套联轴器用以改变所述曲柄摇杆机构沿水流弦向的相位差。

本发明的一些实施例中，所述吸排水机构包括柔性储水仓，所述柔性储水仓与所述仿生机器蝠鲼的壳体外部相通；所述吸排水机构可使所述柔性储水仓吸水或者排水。

本发明的一些实施例中，所述吸排水机构还包括第四动力装置，所述第四动力装置与所述控制总成信号连接，在所述第四动力装置的驱动下所述柔性储水仓的排水体积改变，以调节所述仿生机器蝠鲼的重心位置及浮力大小。

本发明的一些实施例中，所述头部舱安装有信息采集单元，所述信息采集单元与所述控制总成信号连接。

本发明的一些实施例中，所述控制总成包括控制单元和电池组单元，所述控制单元包括底层控制芯片和高性能处理芯片。

为了更清晰地对本发明仿生机器蝠鲼进行说明，下面结合附图对本方发明一种优选实施例进行展开详述。

作为本发明的一个优选实施例，本发明的仿生机器蝠鲼采用可拆卸的模块化设计，包括头部舱、中心舱、一对胸鳍和尾鳍舱。

如图1所示，本发明的仿生机器蝠鲼整体外形仿照生物蝠鲼的流线型设计，其结构主要包括：头部舱、中心舱、一对胸鳍和尾鳍舱，本发明的头部舱位于仿生机器蝠鲼的最前端，中心舱位于本发明仿生机器蝠鲼的躯体中间部位，尾鳍舱安装于中心舱后部，所述一对胸鳍于中心舱左右两侧对称布置，为了更好描述及进行同级定义，该优选实施例的描述中将安装于中心舱左侧的胸鳍命名为左胸鳍，将安装于中心舱右侧的胸鳍命名为右胸鳍。

本发明的头部舱基本功能是为信息采集单元提供安装空间。其外部设计如图2所示，包括头部外壳1和透明窗2。其中，所述头部外壳1为硬质不透明壳体，其分散排布的四个沉孔3用于与所述中心舱连接；所述透明窗2为信息采集单元提供视野窗口。所述头部舱内部信息采集单元如图3所示，本实施例中，信息采集单元主要包括一个深度相机4和相机支架5。深度相机4通过螺纹孔与卡槽与所述相机支架5固定连接，所述相机支架5进一步固定在所述中心舱内，深度相机4通过透明窗2可获取本发明仿生机器蝠鲼前方物体图像并获取水中物体的信息，其能够检测前方物体的距离，来判断前方是否有障碍物，深度相机4通过与固设于中心舱内部的控制总成信号连接，从而能够使控制总成通过控制及时调整本发明仿生机器蝠鲼水下机器人的游动姿态，本领域技术人员可根据实际应用随意选择信息采集单元，只要能采集前方物体图像并获取水中物体的三维几何信息并将处理结果发送至所述控制总成即可。本发明信息采集单元还可包括雷达、超声波检测仪等装置，在此不再一一举例。

接着参阅图4，中心舱的外部设计如图4所示，中心舱主要包括中心舱外壳6、吸排水机构、控制总成。所述中心舱外壳6靠近头部舱的部分设有分散布置安装孔7，与头部舱的沉孔3相对应，用于固定连接头部舱与中心舱。为了保证良好的密封性，头部舱与中心舱连接处装有如图1所示的特制的环状橡胶圈57。此外，中心舱左右两侧各设有三个螺纹孔9，为左右两胸鳍提供支撑固定。所述螺纹孔9附近开设有走线孔8，用于左右两胸鳍与所述控制总成的连接。所述中心舱的内部结构如图5所示，所有的组件直接或间接固定在刚性底板10上。所述刚性底板10前方开有螺纹孔11，用于固定相机支架5。本发明中心舱外壳6仿照生物蝠鲼流线型外观设计，材质为硬质不透明壳体，在一定水压下可保持较小的形变，防止所述仿生机器蝠鲼在不同水深下体积大幅变化。

本发明吸排水机构采用左右对称的设计方式布置于中心舱，所述吸排水机构包括柔性储水仓、一对上舱体12和一对下舱体13，所述上舱体12和下舱体13用于固定柔性储水仓的前端面并限制其运动范围。本发明优选橡胶作为柔性储水仓的材质制成胶皮储水仓14，橡胶密封性好、弹性高、成本低且易获得，本领域技术人员也可根据实际应用灵活选择柔性储水仓的材质。胶皮储水仓14具有出水口，其出水口与所述仿生机器蝠鲼的壳体外部环境相通；吸排水机构可使胶皮储水仓吸水或者排水，以调整本发明仿生机器蝠鲼的重力及浮力。

所述吸排水机构的中间部位还设置有第四动力装置，所述第四动力装置与控制总成信号连接，所述第四动力装置的功能是驱动胶皮储水仓14的排水体积改变，以调节所述仿生机器蝠鲼的重心位置及浮力大小。本实施例中选用舵机15作为本发明的第四动力装置，舵机15通过舵机固定架16与上述刚性底板10固定。所述舵机15的输出齿与异形连杆17固定连接，所述异形连杆17与对侧从动连杆一同带动连接轴18运动。所述连接轴18两侧各装有一个深沟球轴承19，所述深沟球轴承19只能在滑块20的矩形槽内运动，并带动滑块20在滑轨21上前后运动。所述滑块20左右对称布置，其末端与胶皮储水仓14后端面连接。所述滑轨21分别固定在左右下舱体13上，而所述上舱体12与所述下舱体13固定在所述刚性底板10上。当所述舵机15工作时，带动所述滑块20前后运动，进而改变所述胶皮储水仓14的体积。所述胶皮储水仓14下方设有排水口与所述仿生机器蝠鲼外部连接。当所述滑块20向前运动时，所述胶皮储水仓14体积减小，把水排出所述仿生机器蝠鲼体外，增加整体浮力，并使所述仿生机器蝠鲼重心后移，实现所述仿生机器蝠鲼的上浮运动；当所述滑块20向后运动时，所述胶皮储水仓14体积增大，把水吸入所述仿生机器蝠鲼，减小整体浮力，并使所述仿生机器蝠鲼重心前移，实现所述仿生机器蝠鲼的下潜。

本发明控制总成包括控制单元和电池组单元，所述控制单元包括底层控制芯片和高性能处理芯片，所述控制单元位于所述吸排水机构的正后方，与所述电池组单元一同放置于隔离舱22中，所述隔离舱22主要用于与所述吸排水机构隔离，防止润滑油以及意外情况下水的渗入。所述控制单元与本发明仿生机器蝠鲼中的所有电气元件信号连接，所述控制单元主要包括高性能芯片23，用于处理复杂任务，和底层驱动板24，用于处理简单控制任务。此外，所述底层驱动板24还搭载了稳压模块和一部分板载传感器。所述电池组单元包括了分开布置的六块可充电锂电池25，为本发明仿生机器蝠鲼中的所有电气元件提供电力支持。

本发明的左胸鳍和右胸鳍结构相同，故在此通过图6仅对右胸鳍的整体结构进行说明，本发明右胸鳍主要包括胸鳍本体、第一动力装置和第二动力装置，其中，所述第一动力装置、所述第二动力装置均与所述控制单元信号连接。每个胸鳍本体中均包含至少两组前后布置的曲柄摇杆机构和由所述至少两组曲柄摇杆机构撑开的柔性膜。所述第二动力装置通过锥齿轮机构驱动所述固定件转动，所述锥齿轮用于为右胸鳍传动水平方向的自由度，此外，所述胸鳍本体还包括两组为曲柄摇杆机构传递动力的齿轮组。所述胸鳍本体在第一动力装置的驱动下绕大体上为前后方向的轴线可转动地安装于固定件上，所述固定件在第二动力装置的驱动下绕大体为竖直方向的轴线可转动地安装于所述中心舱，所述胸鳍本体上的柔性膜随胸鳍本体运动，作为主要承力面，所述第一动力装置的控制端和所述第二动力装置的控制端均与所述控制总成信号连接。所述控制总成可通过控制第一动力装置及第二动力装置调节胸鳍运动，进而调节本发明仿生机器蝠鲼的俯仰角和横滚角。

本实施例中第一动力装置和第二动力装置优选为防水舵机，第一动力装置包括舵机28，第二动力装置包括舵机27，本实施例中固定件包括有支撑板26，所述右胸鳍通过支撑板26与所述中心舱外壳6固定连接，同时支撑板26上搭载舵机27和舵机28；所述固定件还包括有舵机支撑板29和固定于旋转轴44上的支撑件43，所述舵机27与所述舵机28通过舵机支撑板29固定连接。

其中，所述舵机27用于驱动所述锥齿轮机构，为所述右胸鳍提供水平方向自由度，所述舵机28为连续旋转舵机，负责带动所述曲柄摇杆机构运动。所述舵机28将动力传递给齿轮组30与齿轮组31，并带动前后两组曲柄摇杆机构运动。所述齿轮组30与所述齿轮组31通过轴32、齿轮齿套联轴器36和轴33连接。所述轴32、轴33分别由支撑架34、支撑架35支撑。具体地，所述轴32、轴33相在靠近彼此的端部分别对应地设置有齿轮，对置的所述轴32、轴33上的齿轮通过齿套连接，形成齿轮齿套联轴器36，通过手动调节所述齿轮齿套联轴器36的啮合位置，即可实现两边轴的不同转动相位，改变两齿轮组30、31的转动相位差，进而改变所述曲柄摇杆机构的运动相位差。所述两组曲柄摇杆机构的输出杆包括杆37、杆38、杆39和杆40，柔性膜41与柔性膜42固定在所述四个输出杆上，并随输出杆运动，作为主要的承力面。支撑件43带动所述胸鳍右翼一同绕旋转轴44水平转动。当所述两组曲柄摇杆机构由所述舵机28驱动时，会带动所述柔性膜41、42上下拍动。

由于所述杆38与所述杆40，所述杆37与所述杆39在运动相位上有差别，所述柔性膜41、42在竖直面内的拍动也会产生异步，从而实现沿所述仿生机器蝠鲼翼展方向的波动相位差。当手动调整所述齿轮齿套联轴器36中齿轮与齿套的啮合位置，使得所述两组曲柄摇杆机构运动在不同相位时，所述杆37与杆38，所述杆39与杆40，在水平方向上也会产生异步的摆动，从而带动所述柔性膜41与42产生沿水流弦向的波动。因此，所述胸鳍右翼仅依靠一个舵机和两组曲柄摇杆机构即可模拟生物蝠鲼胸鳍在两个垂直方向上的波动。此外，所述柔性膜41与所述柔性膜42还可以绕所述旋转轴44水平转动，使所述杆40远离所述旋转轴44的末端，具备实现复杂空间运动的能力，进而模仿生物蝠鲼胸鳍末端的复杂运动。

所述曲柄摇杆机构，其基本结构如图7所示。曲柄45固定连接在所述齿轮组31的输出位置，并与摇杆46通过平面转动副连接。所述摇杆46又与所述连杆38、连杆47转动连接，其中，所述连杆47由悬臂支撑轴48做支撑，所述悬臂支撑轴48与所述舵机27保持相对静止。所述连杆38与L形从动杆转动连接，所述L形从动杆由所述杆49与所述输出杆40成一定角度固定连接而成。当齿轮组转动时，可带动整个曲柄摇杆机构随之运动。

所述锥齿轮机构，其结构示意图如图8。锥齿轮50与锥齿轮51啮合，并由所述舵机27驱动。所述锥齿轮51与所述旋转轴44固定连接，保持相对静止。当所述锥齿轮机构工作时，所述柔性膜41与柔性膜42在所述舵机27带动下绕所述旋转轴44水平转动。

接着参阅图9，图9为尾鳍舱基本结构示意图，其包括尾部外壳52、第三动力装置、尾鳍支撑架54和尾鳍支撑架55，所述第三动力装置与所述控制单元信号连接。优选地，本实施例中选用防水舵机作为第三动力装置的动力源，所述第三动力装置包括舵机53和舵机支撑架56。本实施例中尾部外壳52是仿照生物蝠鲼的尾鳍的外形制作的，舵机53与尾部外壳52固定连接，所述舵机53通过尾鳍支撑架54、尾鳍支撑架55和舵机支撑架56与所述中心舱连接，并绕所述尾鳍支撑架54、55转动。当尾鳍舱工作时，所述尾部外壳52在所述舵机53的带动下绕大体上为为左右方向的轴线上下摆动，以产生纵向的推动力，进而调整所述仿生机器蝠鲼的俯仰姿态。

上述本申请实施例中的技术方案中，至少具有如下的技术效果及优点：

本发明的仿生机器蝠鲼利用曲柄摇杆机构，较高程度地还原了生物蝠鲼胸鳍的运动模式。一方面，刚性驱动杆能提供充足的动力，保证仿生机器蝠鲼的游动速度，另一方面，对生物蝠鲼胸鳍运动模式的高程度还原能够保证仿生机器蝠鲼较高的游动效率。

本发明仿生机器蝠鲼可以依靠所述左右两胸鳍的协调实现横滚运动与偏航运动，具有很高的灵活性。所述仿生机器蝠鲼通过左右两胸鳍，尾鳍舱与吸排水机构的配合，不仅可以实现基本的波动直游、转向与滑翔运动，还能够实现复杂的三维运动。

本发明的仿生机器蝠鲼依靠全新设计的吸排水机构，在波动推进模式之外，还能够实现滑翔运动。在波动推进模式中，仿生机器蝠鲼通过一对胸鳍及尾鳍的配合，能够实现横滚、偏航、俯仰姿态的调整，具有较高的灵活性；在滑翔游动模式中，仿生机器蝠鲼采用浮力驱动方式，消耗能量较少，续航能力强。

本发明的仿生机器蝠鲼采用波动推进方式，其游动稳定性高，本发明仿生机器蝠鲼具有信息采集单元，可搭载视觉、深度等传感器，进行一系列水下作业，在水下环境监测、水下侦查、水下搜救、水下勘察等方面具有广阔的应用前景。

本发明仿生机器蝠鲼在较少动力元件的基础上，高程度还原了生物蝠鲼复杂的胸鳍运动模式，在保证快速高效的同时还具备滑翔能力。此外，各舱体间模块化的设计还使所述仿生机器蝠鲼易于拆装维护。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种仿生机器蝠鲼，所述仿生机器蝠鲼包括头部舱、中心舱、一对胸鳍、尾鳍舱和控制总成，其特征在于，所述头部舱位于仿生机器蝠鲼前端，所述中心舱、所述尾鳍舱依次连接于所述头部舱后部，所述一对胸鳍对称布置在所述中心舱的左右两侧；

所述一对胸鳍均包括胸鳍本体，所述一对胸鳍本体分别在一个第一动力装置的驱动下绕大体上为前后方向的轴线可转动地安装于一个固定件，两个所述固定件分别在一个第二动力装置的驱动下绕大体为竖直方向的轴线可转动地安装于所述中心舱，所述第一动力装置的控制端和所述第二动力装置的控制端均与所述控制总成信号连接。

2.根据权利要求1所述的仿生机器蝠鲼，其特征在于，所述一对胸鳍中每个胸鳍本体中均包含至少两组前后布置的曲柄摇杆机构和由至少两组所述曲柄摇杆机构撑开的柔性膜；

所述第二动力装置通过锥齿轮机构驱动所述固定件转动。

3.根据权利要求2所述的仿生机器蝠鲼，其特征在于，所述曲柄摇杆机构的具体结构包括曲柄、摇杆、连杆组件和L形从动杆；所述曲柄与所述摇杆一端转动连接，所述摇杆另一端通过所述连杆组件与所述L形从动杆转动连接；

所述连杆组件具有固定于第一动力装置的支撑点，所述连杆组件包括两个长度相同的连杆，所述两个长度相同连杆平行地设置于所述摇杆与所述L形从动杆之间，所述两个长度相同的连杆两端与所述摇杆、所述L形从动杆均为转动连接；

所述第一动力装置通过驱动所述曲柄，从而带动整个曲柄摇杆机构转动。

4.根据权利要求3所述的仿生机器蝠鲼，其特征在于，所述胸鳍本体依靠所述曲柄摇杆机构的协调做周期运动，以实现所述仿生机器蝠鲼实现波动式推进；当所述曲柄摇杆机构左右运动不对称时，所述仿生机器蝠鲼的横滚角和偏航角发生改变。

5.根据权利要求4所述的仿生机器蝠鲼，其特征在于，所述一对胸鳍中每个胸鳍本体中均包含一个齿轮齿套联轴器，所述齿轮齿套联轴器用以改变所述曲柄摇杆机构沿水流弦向的相位差。

6.根据权利要求1所述的仿生机器蝠鲼，其特征在于，所述中心舱安装有吸排水机构，所述吸排水机构的控制端与所述控制总成信号连接，以实现仿生机器蝠鲼的上浮或下潜；

所述尾鳍舱包括尾鳍本体和第三动力装置，所述第三动力装置与所述控制总成信号连接，所述第三动力装置可驱动所述尾鳍本体绕大体上为左右方向的轴线转动，以实现所述仿生机器蝠鲼的俯仰运动。

7.根据权利要求6所述的仿生机器蝠鲼，其特征在于，所述吸排水机构包括柔性储水仓，所述柔性储水仓与仿生机器蝠鲼的壳体外部相通；所述吸排水机构可使所述柔性储水仓吸水或者排水。

8.根据权利要求7所述的仿生机器蝠鲼，其特征在于，所述吸排水机构还包括第四动力装置，所述第四动力装置与所述控制总成信号连接，在所述第四动力装置的驱动下所述柔性储水仓的排水体积改变，以调节所述仿生机器蝠鲼的重心位置及浮力大小。

9.根据权利要求1所述的仿生机器蝠鲼，其特征在于，所述头部舱安装有信息采集单元，所述信息采集单元与所述控制总成信号连接。

10.根据权利要求1所述的仿生机器蝠鲼，其特征在于，所述控制总成包括控制单元和电池组单元，所述控制单元包括底层控制芯片和高性能处理芯片。

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