本發(fā)明涉及仿生及水下作業(yè)機(jī)器人，特別是涉及一種仿魷魚(yú)的柔性撲翼水下機(jī)器人。

背景技術(shù)：

1、魚(yú)類作為一類具有高效率、高機(jī)動(dòng)性、高敏感度、低噪聲運(yùn)動(dòng)的物種，正成為人類在河流、海洋等區(qū)域中研究的一類重要生物。其中，魷魚(yú)作為一種高靈敏性的魚(yú)類，通過(guò)研究其柔性肉鰭擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)機(jī)理，結(jié)合機(jī)械工程和控制系統(tǒng)工程，設(shè)計(jì)滿足水下探測(cè)、搜集、回收等不同任務(wù)的水下機(jī)器人，可以適應(yīng)人們對(duì)水中領(lǐng)域探索的需求。與傳統(tǒng)領(lǐng)域的水下航行器或水下探測(cè)器相比，魷魚(yú)仿生柔性體設(shè)計(jì)可以讓水中作業(yè)機(jī)器人擁有更多的航行姿態(tài)，且運(yùn)動(dòng)更靈活；而且，通過(guò)對(duì)身體姿態(tài)和肉鰭的柔性配合的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，耗能更低，在海洋勘探領(lǐng)域續(xù)航時(shí)間更久；進(jìn)一步地，魷魚(yú)的多觸角形態(tài)在水中可以進(jìn)行捕食，完成對(duì)獵物的抓取，模仿魷魚(yú)的觸角設(shè)計(jì)的機(jī)械爪，可適合水下領(lǐng)域的抓取和勘探作業(yè)。

2、但是，現(xiàn)有的水下仿生魷魚(yú)類機(jī)器人大多采用拍翼的方案提供前行的動(dòng)力，傳統(tǒng)的平面拍翼擺動(dòng)提供動(dòng)力的方案產(chǎn)生的壓差力相較于曲面拍翼更小，提供升力的能力也較低，導(dǎo)致游動(dòng)效率也較低，相比之下曲面拍翼可以產(chǎn)生更大的壓差力，為水下機(jī)器人提供更多的推力，增加游動(dòng)效率。

3、目前，也有許多仿生魷魚(yú)類機(jī)器人的鰭面的設(shè)計(jì)，是由多電機(jī)或者多舵機(jī)帶動(dòng)多輻條的擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)鰭面的柔性變形，通過(guò)電子設(shè)備輸出的相位差改變鰭面的曲面形狀，此類動(dòng)力輸出方式不僅增加了機(jī)器人結(jié)構(gòu)和控制的復(fù)雜性，而且也提高了使用和維護(hù)成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種仿魷魚(yú)的柔性撲翼水下機(jī)器人，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，能夠克服原有翼面呈現(xiàn)平面形狀的不足，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于控制。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、本發(fā)明提供一種仿魷魚(yú)的柔性撲翼水下機(jī)器人，包括身體部分段、前部分段以及鰭部分段，所述前部分段設(shè)置于所述身體部分段的前端，用于模擬魷魚(yú)的足腕，所述身體部分段的兩側(cè)均設(shè)置有所述鰭部分段；其中，任意一側(cè)的所述鰭部分段均包括輻條組件和外表皮，所述外表皮覆蓋于所述輻條組件的外側(cè)，所述輻條組件包括動(dòng)力輻條和輻條，所述動(dòng)力輻條和所述輻條均通過(guò)鉸接機(jī)構(gòu)與所述身體部分段轉(zhuǎn)動(dòng)連接，且所述動(dòng)力輻條的兩側(cè)沿所述身體部分段的長(zhǎng)度方向均通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)并排連接有多個(gè)所述輻條；所述動(dòng)力輻條還連接有輻條驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述輻條驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠帶動(dòng)所述動(dòng)力輻條以及兩側(cè)的多個(gè)所述輻條上下擺動(dòng)，且所述動(dòng)力輻條以及兩側(cè)的多個(gè)所述輻條形成曲面結(jié)構(gòu)，用于模擬所述魷魚(yú)的肉鰭。

4、優(yōu)選的，所述身體部分段包括外殼，所述動(dòng)力輻條和所述輻條均通過(guò)鉸接機(jī)構(gòu)與所述外殼轉(zhuǎn)動(dòng)連接，且所述輻條驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝于所述外殼內(nèi)。

5、優(yōu)選的，所述外殼為防水殼體，且所述防水殼體為部分橢圓回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)。

6、優(yōu)選的，所述鉸接機(jī)構(gòu)為鉸鏈，且所述鉸鏈設(shè)置于所述外殼的外側(cè)。

7、優(yōu)選的，所述輻條驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電機(jī)搖臂，所述動(dòng)力輻條靠近所述外殼的一端伸入所述外殼內(nèi)且設(shè)置有限位槽，所述限位槽沿所述動(dòng)力輻條的長(zhǎng)度方向延伸，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸與所述電機(jī)搖臂的一端連接，所述電機(jī)搖臂的另一端設(shè)置有限位桿，所述限位桿伸入所述限位槽內(nèi)，并能夠沿所述限位槽移動(dòng)，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)能夠帶動(dòng)所述電機(jī)搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)所述動(dòng)力輻條上下擺動(dòng)；

8、其中，當(dāng)兩側(cè)所述鰭部分段連接的所述輻條驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不同時(shí)，兩側(cè)所述鰭部分段的擺動(dòng)頻率不同，能夠形成壓差力，為所述仿魷魚(yú)的柔性撲翼水下機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力；當(dāng)兩側(cè)所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)同時(shí)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)所述仿魷魚(yú)的柔性撲翼水下機(jī)器人的前進(jìn)或后退。

9、優(yōu)選的，所述鰭部分段形成的曲面結(jié)構(gòu)模擬魷魚(yú)的肉鰭的空間變化曲面方程實(shí)現(xiàn)。

10、優(yōu)選的，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括銷軸，所述動(dòng)力輻條和多個(gè)所述輻條上均對(duì)應(yīng)開(kāi)設(shè)有開(kāi)槽，所述銷軸依次穿過(guò)所述動(dòng)力輻條和多個(gè)所述輻條上的所述開(kāi)槽，并能夠沿所述開(kāi)槽移動(dòng)；

11、其中，所述動(dòng)力輻條和多個(gè)所述輻條上的所述開(kāi)槽的長(zhǎng)度均不相同，且所述動(dòng)力輻條和多個(gè)所述輻條上的所述開(kāi)槽遠(yuǎn)離所述身體部分段的一端連線為二次曲線分布。

12、優(yōu)選的，所述前部分段包括機(jī)械爪和安裝座圈，所述安裝座圈固定于所述外殼的前端，且所述安裝座圈上沿周向均布有多個(gè)所述機(jī)械爪；其中，所述機(jī)械爪還連接有機(jī)械爪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述機(jī)械爪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠帶動(dòng)所述機(jī)械爪開(kāi)合。

13、優(yōu)選的，任意一所述機(jī)械爪的尾端均通過(guò)一固定支座安裝于所述安裝座圈上；其中，所述固定支座包括相對(duì)設(shè)置的兩個(gè)側(cè)安裝板，兩個(gè)側(cè)安裝板上均對(duì)應(yīng)設(shè)置有第一槽型切口和第二槽型切口，所述第一槽型切口沿所述外殼的長(zhǎng)度方向延伸，所述第二槽型切口位于所述第一槽型切口的前端，且所述第二槽型切口沿由后至前的方向朝向外側(cè)傾斜；所述機(jī)械爪的尾端兩側(cè)均由后至前依次設(shè)置有第一銷釘和第二銷釘，兩側(cè)的所述第一銷釘分別伸入兩個(gè)所述側(cè)安裝板的第一槽型切口內(nèi)，并能夠沿所述第一槽型切口移動(dòng)，兩側(cè)的所述第二銷釘分別伸入兩個(gè)所述側(cè)安裝板的第二槽型切口內(nèi)，并能夠沿所述第二槽型切口移動(dòng)；所述機(jī)械爪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與所述機(jī)械爪連接，能夠帶動(dòng)所述機(jī)械爪前后移動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行開(kāi)合；

14、所述機(jī)械爪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第一舵機(jī)、第一活動(dòng)連桿、控制座圈和第二活動(dòng)連桿，所述外殼內(nèi)設(shè)置有舵機(jī)槽，所述第一舵機(jī)設(shè)置于所述舵機(jī)槽內(nèi)，所述控制座圈滑動(dòng)設(shè)置于所述外殼內(nèi)，并能夠沿所述外殼的長(zhǎng)度方向滑動(dòng)，所述第一舵機(jī)的輸出端通過(guò)第一舵機(jī)搖臂與所述第一活動(dòng)連桿的一端連接，所述第一活動(dòng)連桿的另一端與所述控制座圈連接，所述第一舵機(jī)能夠帶動(dòng)所述第一舵機(jī)搖臂前后轉(zhuǎn)動(dòng)，從而能夠通過(guò)所述第一活動(dòng)連桿帶動(dòng)所述控制座圈沿所述外殼的長(zhǎng)度方向滑動(dòng)；所述控制座圈上連接有多個(gè)所述第二活動(dòng)連桿，所述第二活動(dòng)連桿與所述機(jī)械爪一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，所述第二活動(dòng)連桿遠(yuǎn)離所述控制座圈的一端伸出所述外殼并與對(duì)應(yīng)的所述機(jī)械爪連接，通過(guò)所述控制座圈能夠帶動(dòng)所述機(jī)械爪前后移動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行開(kāi)合；

15、所述機(jī)械爪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)還包括限位座圈，所述限位座圈位于所述控制座圈與所述安裝座圈之間，且滑動(dòng)設(shè)置于所述外殼內(nèi)，能夠沿所述外殼的長(zhǎng)度方向滑動(dòng)，多個(gè)所述第二活動(dòng)連桿穿過(guò)所述限位座圈并與所述限位座圈固定，所述外殼內(nèi)還設(shè)置有環(huán)形凸起，所述環(huán)形凸起位于所述限位座圈的后方，用于限制所述限位座圈以及所述第二活動(dòng)連桿的向后移動(dòng)距離。

16、優(yōu)選的，所述仿魷魚(yú)的柔性撲翼水下機(jī)器人還包括重心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，用于調(diào)整所述仿魷魚(yú)的柔性撲翼水下機(jī)器人的重心；所述重心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括重物塊、滑槽以及重物驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述滑槽沿所述外殼的長(zhǎng)度方向設(shè)置于所述外殼內(nèi)，所述重物塊滑動(dòng)設(shè)置于所述滑槽內(nèi)，且與所述重物驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，所述重物驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠帶動(dòng)所述重物塊沿所述滑槽移動(dòng)，以調(diào)整所述仿魷魚(yú)的柔性撲翼水下機(jī)器人的重心；

17、其中，所述重物驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第二舵機(jī)、第二舵機(jī)搖臂和第二舵機(jī)連桿，所述外殼內(nèi)設(shè)置有舵機(jī)槽，所述第二舵機(jī)設(shè)置于所述舵機(jī)槽內(nèi)，所述第二舵機(jī)的輸出端與所述第二舵機(jī)搖臂的一端連接，所述第二舵機(jī)搖臂的另一端與所述第二舵機(jī)連桿的一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述第二舵機(jī)連桿的另一端與所述重物塊轉(zhuǎn)動(dòng)連接，通過(guò)所述第二舵機(jī)帶動(dòng)所述第二舵機(jī)搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)能夠帶動(dòng)所述重物塊沿所述滑槽移動(dòng)。

18、本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)取得了以下技術(shù)效果：

19、本發(fā)明中將鰭部分段進(jìn)行離散化處理，分為動(dòng)力輻條和兩側(cè)的多個(gè)輻條，且動(dòng)力輻條以及兩側(cè)的多個(gè)輻條形成曲面結(jié)構(gòu)，能夠模擬魷魚(yú)肉鰭的柔性曲面形狀，克服了現(xiàn)有平面拍翼因產(chǎn)生的壓差力較小、提供升力的能力較低，導(dǎo)致游動(dòng)效率較低的問(wèn)題；而且，本發(fā)明中僅中間的動(dòng)力輻條連接有一輻條驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過(guò)動(dòng)力輻條帶動(dòng)兩側(cè)的多個(gè)輻條上下擺動(dòng)，避免了現(xiàn)有技術(shù)中需要多電機(jī)或者多舵機(jī)帶動(dòng)多輻條擺動(dòng)的問(wèn)題，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，且便于控制。