CN107323638A - 一种仿生蝠鲼装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种仿生蝠鲼装置，所述的仿生蝠鲼装置包括蝠鲼本体、胸鳍本体、多路舵机控制板、主控单片机；在蝠鲼本体固定安装有声波传感器、磁场传感器、加速度传感器、温度传感器、压力传感器和多通道无线通讯收发装置，蝠鲼本体前端设有高清微型摄像头；红外避障仪、水压传感器、温度传感器、声波传感器、加速度传感器和磁场传感器的信号输出端分别与主控单片机的各个信号输入端电连接。其优点表现在：能够实现全柔性防生运动，阻力低、速度快且灵活，可以加速启动、便于水下通讯及时反馈数据，滑翔的动力机制使得该生蝠鲼装置在游动时噪声很大程度上的减小，利于隐蔽，在海洋生物研究和海底勘测中有着很好的应用前景。

Description

一种仿生蝠鲼装置

技术领域

本发明涉及水下航行与探测装置，是一种以蝠鲼生物形态的仿生装置。

背景技术

探索海洋科学是21世纪最重大的问题之一。传统的“螺旋桨”的航行装置随着时代的进步逐渐的被淘汰。而水下机器人则成为现代探索海洋资源的重要工具。作为融合仿生学、流体动力学、材料学、工程学、自动控制理论及机器人学的交叉学科，仿生型水下航行器具备海蛇类对水域环境适应性强、灵活性高、体积小、推进效率高、噪声低、流体扰动小、机动性好等优点；但仍然存在一些如重量、几何尺寸、噪音大、灵活性和隐蔽性差、对环境扰动大等诸多自身不足。在仿生机器鱼的研究上国内起步较晚，但随着高速发展的经济对进一步开发近海直至远洋的迫切需求，越来越多的科研机构开始从事这方面的研究工作，近年来随着微电子机械系统的发展，通过施加特定激励信号，使特殊功能材料产生物理变形，推进微型水下机器人灵活游动，在空间狭小的环境进行检测、维护等作业。

国内外科研人员模仿鱼类游动模式研制了多种仿生机器鱼。研究的热点主要集中在尾鳍摆动推进机器鱼，这种模式下的机器鱼游动速度很快，但灵活性差，而采用中央鳍/对鳍推进模式游动的机器鱼游动速度慢，但稳定性高、机动性好。

近几年来，越来越多的科研人员开始研究采用MPF推进模式游动的机器鱼。爱沙尼亚学者Anton等人研制了离子交换膜金属复合材料驱动的仿胸鳍波动机构。美国西北大学的Epstein等人研制了仿生带状长鳍推进器。日本的Yamamoto等基于扑翼原理模仿双吻前口蝠鲼研制了柔性机器鱼。中国国防科技大学研究了柔性长鳍波动推进的仿生水下机器人和胸鳍摆动模式推进机器鱼。中国科学技术大学章永华等人开发了形状记忆合金(shapememory alloy，SMA)驱动的可实现波状运动的仿生鱼鳍模型。北京航空航天大学研制了单自由度的仿蝠鲼水下机器鱼。但是,目前用于MPF推进模式游动机器鱼的仿生鱼鳍都很难实现全柔性的仿生运动。

综上所述，需要一种能够实现全柔性防生运动，阻力低、速度快且灵活，可以加速启动、便于水下通讯及时反馈数据的仿生蝠鲼装置，而关于这种仿生蝠鲼装置目前还未见报道。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供种一能够实现全柔性防生运动，阻力低、速度快且灵活，可以加速启动、便于水下通讯时反馈数据的仿生蝠鲼装置。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种仿生蝠鲼装置，所述的仿生蝠鲼装置包括蝠鲼本体、胸鳍本体、多路舵机控制板、主控单片机；所述的胸鳍本体共有两个，分布在蝠鲼本体两侧；所述的蝠鲼本体内设有包括至少4个支架和4个舵机，在每个支架内分别安装有舵机，支架依序固定连接在一起；双胸鳍本体分别经支架固定连接在蝠鲼本体上；多路舵机控制板的多路信号输出端分别与各个舵机的信号输入端电连接；多路舵机控制板与主控单片机之间双向电连接；在蝠鲼本体固定安装有声波传感器、磁场传感器、加速度传感器、温度传感器、压力传感器和多通道无线通讯收发装置，蝠鲼本体前端设有高清微型摄像头；红外避障仪、水压传感器、温度传感器、声波传感器、加速度传感器和磁场传感器的信号输出端分别与主控单片机的各个信号输入端电连接，主控单片机的无线通讯端、多路舵机控制板的无线通讯端分别与多通道无线收发装置的信号端通讯连接。

作为一种优选的技术方案，在支架和舵机上均分别安装有浮力块，该浮力块呈半椭圆柱形。

作为一种优选的技术方案，左右胸鳍本体内各有一舵机。

作为一种优选的技术方案，5.根据权利要求1-3任一所述所述的仿生蝠鲼装置，其特征在于，蝠鲼本体的表面设置有仿生类硅胶。

作为一种优选的技术方案，两个胸鳍本体分布在蝠鲼本体两边，整体形成扁平状。

作为一种优选的技术方案，胸鳍本体的骨架为类四杆结构构成。

作为一种优选的技术方案，所述生蝠鲼装置还包括电源，主控单片机的电源端、多路舵机控制板的电源端、磁场传感器的电源端、加速度传感器的电源端和舵机的电源端分别与电源电连接。

作为一种优选的技术方案，所述主控单片机的控制方法包括以下步骤：首先分三路同时分别处理，第一路接收各个传感器反馈数据，并将各个传感器数据存储于主控单片机的存储器中，然后通过多通道无线信号收发装置上传给上位机，再返回“接收传感器反馈数据”步骤；第二路接收高清微型摄像头的影像数据，并将影像数据存储于主控单片机的存储器中，然后将影像数据通过多通道无线信号收发装置上传给上位机；再返回“接收高清微型摄像头的影像数据”步骤；第三路判断是否收到红外避障仪发出的高频电信号；如果收到高频电信号，则进入“向多路舵机控制板发出相应动作信号”步骤；如果没有收到高频电信号，进入接收遥控器发出指令；然后判断遥控器指令各类；所述的指令包括前进、上升、下潜、左转、右转、速度；向多路舵机控制板发出相应动作信号；相应舵机执行动作指令；第四路，判断多通道无线收发装置是否与上位机连接，在水下深处接受不到无线信号时控制方式为智能巡航模式，通过声波传感器、磁场传感器及水压传感器收集到的蝠鲼距离海底的距离数据、蝠鲼前进方向数据、水压数据，保存在主控单片机的储存中，主控单片机计算出距离始发点的距离，方向，到达目的地后蝠鲼可安全返回。

作为一种优选的技术方案：

所述前进指令的控制方法如下：第一步,同时进行如下动作，动作的完成时间为0.2S:从鱼的后部往前部看，左侧第一个舵机逆时针摆动30度；左侧第二个舵机保持不动；右侧第一个舵机顺时针摆动30度；右侧第二个舵机保持不动；第二步，动作的完成时间为0.4S，左侧第一舵机从逆时针30度摆动至逆时针65度；左侧第二舵机从逆时针0度摆动至逆时针35度；右侧第一舵机从顺时针30度摆动至顺时针65度；右侧第二舵机从顺时针0度摆动至顺时针35度；第三步，动作的完成时间为0.2S，左侧第一舵机从逆时针65度摆动至逆时针30度；左侧第二舵机从逆时针35度摆动至逆时针65度；右侧第一舵机从顺时针65度摆动至顺时针30度；右侧第二舵机从顺时针35度摆动至顺时针65度；第四步，动作的完成时间为0.8S，左侧第一舵机从逆时针30度摆动至顺时针65度；左侧第二舵机从逆时针65度摆动至顺时针30度；右侧第一舵机从顺时针30度摆动至逆时针65度；右侧第二舵机从顺时针65度摆动至逆时针30度；第五步，动作的完成时间为0.2S，左侧第一舵机从顺时针65度摆动至顺时针30度；左侧第二舵机从顺时针30度摆动至顺时针65度；右侧第一舵机从逆时针65度摆动至逆时针30度；右侧第二舵机从逆时针30度摆动至逆时针65度；第六步，动作的完成时间为0.4S，左侧第一舵机从顺时针30度摆动至逆时针30度；左侧第二舵机从顺时针65度摆动至0度；右侧第一舵机从逆时针30度摆动至顺时针30度；右侧第二舵机从逆时针65度摆动至0度；第七步，返回第二步，循环往复；

所述左转指令的控制方法如下：第一步,同时进行如下动作，动作的完成时间为0.2S:从鱼的后部往前部看，左侧第一个舵机保持不动；左侧第二个舵机逆时针摆动30度；右侧第一个舵机顺时针摆动30度；右侧第二个舵机保持不动；第二步，动作的完成时间为0.4S，左侧第一舵机0度摆动至逆时针35度；左侧第二舵机从逆时针30度摆动至逆时针65度；右侧第一舵机从顺时针30度摆动至顺时针65度；右侧第二舵机从顺时针0度摆动至顺时针35度；第三步，动作的完成时间为0.2S，左侧第一舵机从逆时针35度摆动至逆时针65度；左侧第二舵机从逆时针65度摆动至逆时针30度；右侧第一舵机从顺时针65度摆动至顺时针30度；右侧第二舵机从顺时针35度摆动至顺时针65度；第四步，动作的完成时间为0.8S，左侧第一舵机从逆时针65度摆动至顺时针30度；左侧第二舵机从逆时针30度摆动至顺时针65度；右侧第一舵机从顺时针30度摆动至逆时针65度；右侧第二舵机从顺时针65度摆动至逆时针30度；第五步，动作的完成时间为0.2S，左侧第一舵机从顺时针30度摆动至顺时针65度；左侧第二舵机从顺时针65度摆动至顺时针30度；右侧第一舵机从逆时针65度摆动至逆时针30度；右侧第二舵机从逆时针30度摆动至逆时针65度；第六步，动作的完成时间为0.4S，左侧第一舵机从顺时针65度摆动至逆时针0度；左侧第二舵机从顺时针30度摆动至30度；右侧第一舵机从逆时针30度摆动至顺时针30度；右侧第二舵机从逆时针65度摆动至0度；第七步，返回第二步，循环往复。

所述右转指令的控制方法如下：第一步,同时进行如下动作，动作的完成时间为0.2S:从鱼的后部往前部看，左侧第一个舵机逆时针摆动30度；左侧第二个舵机保持不动；右侧第一个舵机保持不动；右侧第二个舵机顺时针摆动30度；第二步，动作的完成时间为0.4S，左侧第一舵机从逆时针30度摆动至逆时针65度；左侧第二舵机从逆时针0度摆动至逆时针35度；右侧第一舵机从0度摆动至顺时针35度；右侧第二舵机从顺时针30度摆动至顺时针65度；第三步，动作的完成时间为0.2S，左侧第一舵机从逆时针65度摆动至逆时针30度；左侧第二舵机从逆时针35度摆动至逆时针65度；右侧第一舵机从顺时针35度摆动至顺时针65度；右侧第二舵机从顺时针65度摆动至顺时针30度；第四步，动作的完成时间为0.8S，左侧第一舵机从逆时针30度摆动至顺时针65度；左侧第二舵机从逆时针65度摆动至顺时针30度；右侧第一舵机从顺时针65度摆动至逆时针30度；右侧第二舵机从顺时针30度摆动至逆时针65度；第五步，动作的完成时间为0.2S，左侧第一舵机从顺时针65度摆动至顺时针30度；左侧第二舵机从顺时针30度摆动至顺时针65度；右侧第一舵机从逆时针30度摆动至逆时针65度；右侧第二舵机从逆时针65度摆动至逆时针30度；第六步，动作的完成时间为0.4S，左侧第一舵机从顺时针30度摆动至逆时针30度；左侧第二舵机从顺时针65度摆动至0度；右侧第一舵机从逆时针65度摆动至顺时针0度；右侧第二舵机从逆时针30度摆动至30度；第七步，返回第二步，循环往复；

所述的上升指令的控制方法为：在前进指令的基础上，中间的步进电机移动至后端；

所述的下潜指令的控制方法为：在前进指令的基础上，中间的步进电机移动至前端。

本发明优点在于：

1、本发明的一种仿生蝠鲼装置，能够实现全柔性防生运动，阻力低、速度快且灵活，可以加速启动、便于水下通讯及时反馈数据，滑翔的动力机制使得该生蝠鲼装置在游动时噪声很大程度上的减小，利于隐蔽，在海洋生物研究和海底勘测中有着很好的应用前景；

2、在左双舵机、右双舵机、左支架、右支架上分别安装有浮力块。这样可有效增加浮力，提高本发明在水里的灵活性；

3、仿生蝠鲼装置包括蝠鲼本体、胸鳍本体，且两个胸鳍本体分布在蝠鲼本体两边，整体形成扁平状，平扁的体型在水中可以将阻力降到最低，速度可以在很大程度上提高；同时，该扁平状外形设计让水下的阻力降到最低，让能量的损耗大大缩减；

4、利用类四杆结构构成胸鳍本体骨架，驱动胸鳍本体产生平滑的弦向波动变形，滑翔的动力机制让仿生蝠鲼装置的噪声很大程度上的减小，隐蔽性好；

5、采用柔软的硅橡胶板作为胸鳍覆皮，构成三维摆动胸鳍本体构型，用异步四驱动舵机做为双驱差动胸鳍本体，用以实现胸鳍本体轴向和径向的波动；

6、本发明的仿生蝠鲼装置，在蝠鲼本体内设置支架和舵机，通过控制舵机前进、上升、下潜、左转、右转、速度的行动作指令；同时控制各个动作指令的时间，以及转动方向，并通过支架传递给两侧的胸鳍本体，使得胸鳍本体能够产生全柔性运动，形成推进力推动蝠鲼本体在水中灵活游动；

7、设有通讯设备，可以让仿生蝠鲼装置在水下及时的将数据传回来，可了解运动路线上的最低耗能，便于动作设计。

附图说明

附图1是本发明的一种仿生蝠鲼装置结构示意图。

附图2为本发明的一种仿生蝠鲼装置在水下运行状态示意图。

附图3是本发明的一种仿生蝠鲼装置内部结构连接示意图。

附图4是用porteus软件来进行电路的模拟仿真示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的具体实施方式作详细说明。

附图中涉及的附图标记和组成部分如下所示：

1.蝠鲼本体 2.胸鳍本体

在发明中，为了便于描述，各部件上、下、左、右等对位置关系的描述均是根据说明书附图来进行描述的：

请参照图1-图3，图1是本发明的一种仿生蝠鲼装置结构示意图。图2为本发明的一种仿生蝠鲼装置在水下运行状态示意图。图3是本发明的一种仿生蝠鲼装置内部结构连接示意图。一种仿生蝠鲼装置，所述的仿生蝠鲼装置包括蝠鲼本体1、胸鳍本体2、多路舵机控制板、主控单片机；所述的胸鳍本体2共有两个，分布在蝠鲼本体1两侧；所述的蝠鲼本体1内设有包括至少4个支架和4个舵机，在每个支架内分别安装有舵机，支架依序固定连接在一起；双胸鳍本体2分别经支架固定连接在蝠鲼本体1上；多路舵机控制板的多路信号输出端分别与各个舵机的信号输入端电连接；多路舵机控制板与主控单片机之间双向电连接；在蝠鲼本体1固定安装有声波传感器、磁场传感器、加速度传感器、温度传感器、压力传感器和多通道无线通讯收发装置，蝠鲼本体1前端设有高清微型摄像头；红外避障仪、水压传感器、温度传感器、声波传感器、加速度传感器和磁场传感器的信号输出端分别与主控单片机的各个信号输入端电连接，主控单片机的无线通讯端、多路舵机控制板的无线通讯端分别与多通道无线收发装置的信号端通讯连接。

所述主控单片机的工作过程如下：首先分三路同时分别处理，第一路接收各个传感器反馈数据，并将各个传感器数据存储于主控单片机的存储器中，然后通过多通道无线信号收发装置上传给上位机，再返回“接收传感器反馈数据”步骤；第二路接收高清微型摄像头的影像数据，并将影像数据存储于主控单片机的存储器中，然后将影像数据通过多通道无线信号收发装置上传给上位机；再返回“接收高清微型摄像头的影像数据”步骤；第三路判断是否收到红外避障仪发出的高频电信号；如果收到高频电信号，则进入“向多路舵机控制板发出相应动作信号”步骤；如果没有收到高频电信号，进入接收遥控器发出指令；然后判断遥控器指令各类；所述的指令包括前进、上升、下潜、左转、右转、速度；向多路舵机控制板发出相应动作信号；相应舵机执行动作指令；第四路，判断多通道无线收发装置是否与上位机连接，在水下深处接受不到无线信号时控制方式为智能巡航模式，通过声波传感器、磁场传感器及水压传感器收集到的蝠鲼距离海底的距离数据、蝠鲼前进方向数据、水压数据(通过公式计算得出实际水深)，保存在主控单片机的储存中，主控单片机计算出距离始发点的距离，方向，到达目的地后蝠鲼可安全返回。

所述的前进指令进行如下处理:

1第一步,同时进行如下动作，动作的完成时间为0.2S:从鱼的后部往前部看，左侧第一个舵机逆时针摆动30度；左侧第二个舵机保持不动；右侧第一个舵机顺时针摆动30度；右侧第二个舵机保持不动；

2第二步，动作的完成时间为0.4S，左侧第一舵机从逆时针30度摆动至逆时针65度；左侧第二舵机从逆时针0度摆动至逆时针35度；右侧第一舵机从顺时针30度摆动至顺时针65度；右侧第二舵机从顺时针0度摆动至顺时针35度；

3第三步，动作的完成时间为0.2S，左侧第一舵机从逆时针65度摆动至逆时针30度；左侧第二舵机从逆时针35度摆动至逆时针65度；右侧第一舵机从顺时针65度摆动至顺时针30度；右侧第二舵机从顺时针35度摆动至顺时针65度；

4第四步，动作的完成时间为0.8S，左侧第一舵机从逆时针30度摆动至顺时针65度；左侧第二舵机从逆时针65度摆动至顺时针30度；右侧第一舵机从顺时针30度摆动至逆时针65度；右侧第二舵机从顺时针65度摆动至逆时针30度；

5第五步，动作的完成时间为0.2S，左侧第一舵机从顺时针65度摆动至顺时针30度；左侧第二舵机从顺时针30度摆动至顺时针65度；右侧第一舵机从逆时针65度摆动至逆时针30度；右侧第二舵机从逆时针30度摆动至逆时针65度；

6第6步，动作的完成时间为0.4S，左侧第一舵机从顺时针30度摆动至逆时针30度；左侧第二舵机从顺时针65度摆动至0度；右侧第一舵机从逆时针30度摆动至顺时针30度；右侧第二舵机从逆时针65度摆动至0度；

7第7步，返回第二步，循环往复。

所述的左转指令进行如下处理:

1第一步,同时进行如下动作，动作的完成时间为0.2S:从鱼的后部往前部看，左侧第一个舵机保持不动；左侧第二个舵机逆时针摆动30度；右侧第一个舵机顺时针摆动30度；右侧第二个舵机保持不动；

2第二步，动作的完成时间为0.4S，左侧第一舵机0度摆动至逆时针35度；左侧第二舵机从逆时针30度摆动至逆时针65度；右侧第一舵机从顺时针30度摆动至顺时针65度；右侧第二舵机从顺时针0度摆动至顺时针35度；

3第三步，动作的完成时间为0.2S，左侧第一舵机从逆时针35度摆动至逆时针65度；左侧第二舵机从逆时针65度摆动至逆时针30度；右侧第一舵机从顺时针65度摆动至顺时针30度；右侧第二舵机从顺时针35度摆动至顺时针65度；

4第四步，动作的完成时间为0.8S，左侧第一舵机从逆时针65度摆动至顺时针30度；左侧第二舵机从逆时针30度摆动至顺时针65度；右侧第一舵机从顺时针30度摆动至逆时针65度；右侧第二舵机从顺时针65度摆动至逆时针30度；

5第五步，动作的完成时间为0.2S，左侧第一舵机从顺时针30度摆动至顺时针65度；左侧第二舵机从顺时针65度摆动至顺时针30度；右侧第一舵机从逆时针65度摆动至逆时针30度；右侧第二舵机从逆时针30度摆动至逆时针65度；

6第6步，动作的完成时间为0.4S，左侧第一舵机从顺时针65度摆动至逆时针0度；左侧第二舵机从顺时针30度摆动至30度；右侧第一舵机从逆时针30度摆动至顺时针30度；右侧第二舵机从逆时针65度摆动至0度；

7第7步，返回第二步，循环往复。

所述的右转指令进行如下处理:

1第一步,同时进行如下动作，动作的完成时间为0.2S:从鱼的后部往前部看，左侧第一个舵机逆时针摆动30度；左侧第二个舵机保持不动；右侧第一个舵机保持不动；右侧第二个舵机顺时针摆动30度；

2第二步，动作的完成时间为0.4S，左侧第一舵机从逆时针30度摆动至逆时针65度；左侧第二舵机从逆时针0度摆动至逆时针35度；右侧第一舵机从0度摆动至顺时针35度；右侧第二舵机从顺时针30度摆动至顺时针65度；

3第三步，动作的完成时间为0.2S，左侧第一舵机从逆时针65度摆动至逆时针30度；左侧第二舵机从逆时针35度摆动至逆时针65度；右侧第一舵机从顺时针35度摆动至顺时针65度；右侧第二舵机从顺时针65度摆动至顺时针30度；

4第四步，动作的完成时间为0.8S，左侧第一舵机从逆时针30度摆动至顺时针65度；左侧第二舵机从逆时针65度摆动至顺时针30度；右侧第一舵机从顺时针65度摆动至逆时针30度；右侧第二舵机从顺时针30度摆动至逆时针65度；

5第五步，动作的完成时间为0.2S，左侧第一舵机从顺时针65度摆动至顺时针30度；左侧第二舵机从顺时针30度摆动至顺时针65度；右侧第一舵机从逆时针30度摆动至逆时针65度；右侧第二舵机从逆时针65度摆动至逆时针30度；

6第6步，动作的完成时间为0.4S，左侧第一舵机从顺时针30度摆动至逆时针30度；左侧第二舵机从顺时针65度摆动至0度；右侧第一舵机从逆时针65度摆动至顺时针0度；右侧第二舵机从逆时针30度摆动至30度；

7第7步，返回第二步，循环往复。

所述上升指令进行如下处理：在前进指令的基础上，中间的步进电机移动至后端；

所述下潜指令进行如下处理：在前进指令的基础上，中间的步进电机移动至前端；

作为优选方案，在左双舵机、右双舵机、左支架、右支架上分别安装有浮力块。这样可有效增加浮力，提高本发明在水里的灵活性。更优选方案，该浮力块呈半椭圆柱形能减轻水中阻力。根据实际需要，优选左双舵机为2个，右双舵机为2个，为了减少水中阻力和降低磨损，提高使用寿命，在蝠鲼本体及两胸鳍本体的表面均设置有仿生类硅胶。

作为优选方案，左右胸鳍本体2内各有一舵机；

作为优选方案，蝠鲼本体1头部、蝠鲼本体1的表面以及双胸鳍本体2均设置有仿生类硅胶软皮；

作为优选方案，蝠鲼本体1的表面设置有仿生类硅胶；

作为优选方案，根据需要，还包括电源，主控单片机的电源端、多路舵机控制板的电源端、磁场传感器的电源端、加速度传感器的电源端和舵机的电源端分别与电源电连接。

需要说明的是：

本发明的仿生蝠鲼装置采用计算机模拟仿真和实验相结合；用porteus软件来进行电路的模拟仿真，如图4；用solidworks软件来模拟结构的布局设计以及进行力学分析；用maya和unity3d软件来模拟最后的效果；用MATLAB软件来进行大量的计算和分析；实验主要以对航行器的力学分析为主，对其受力分析，得到参数并进行计算分析。

优选主控单片机的型号为stc系列单片机、优选多路舵机控制板型号为TOROBOT20路舵机控制板；

所述的仿生蝠鲼装置包括蝠鲼本体1、胸鳍本体2，且两个胸鳍本体2分布在蝠鲼本体1两边，整体形成扁平状，平扁的体型在水中可以将阻力降到最低，速度可以在很大程度上提高；同时，该扁平状外形设计让水下的阻力降到最低，让能量的损耗大大缩减；

本发明的仿生蝠鲼装置，属于半柔性机体。制作采用玻璃钢的亚克力密封方盒为主要材料制作扁平的蝠鲼本体1；并在蝠鲼本体1处放置传感器、控制器、通讯设备和电源。利用类四杆结构构成胸鳍本体2骨架，驱动胸鳍本体2产生平滑的弦向波动变形，滑翔的动力机制让仿生蝠鲼装置的噪声很大程度上的减小，隐蔽性好；并且胸鳍本类飞机流线型的外形设计让仿生蝠鲼装置的动作更加灵活这是其它航行器所不能有的；采用柔软的硅橡胶板作为胸鳍覆皮，构成三维摆动胸鳍本体2构型，用异步四驱动舵机做为双驱差动胸鳍本体2，用以实现胸鳍本体2轴向和径向的波动。

本发明的仿生蝠鲼装置，在蝠鲼本体1内设置支架和舵机，通过控制舵机前进、上升、下潜、左转、右转、速度的行动作指令；同时控制各个动作指令的时间，以及转动方向，并通过支架传递给两侧的胸鳍本体2，使得胸鳍本体2能够产生全柔性运动，形成推进力推动蝠鲼本体1在水中灵活游动。

由于仿生蝠鲼装置在水中的运动方式为滑翔，那么在水下的运动路线将会近似是一条周期较长的余弦曲线，那么它的动作在设计的时候就需要大量的计算。为了了解它在怎样的情况下是可以达到最低耗能以及什么时候最适合采集数据。本发明通过通讯设备来实现的，可以让仿生蝠鲼装置在水下及时的将数据传回来，具体如下：

通讯设备与科考母船是有线连接，母船将通讯设备放入水下指定的深度，仿生蝠鲼装置到达这个深度后，与通讯设备进行连接反馈连接状态，连接成功后母船对仿生蝠鲼装置下达指令，仿生蝠鲼装置开始工作。近的情况下进行无线电波通讯，而在远距离情况下仅用超声波进行定位，必要时用声波进行通讯，仿生蝠鲼装置完成任务或者能量临近枯竭时通过声波定位回到通讯设备旁边，反馈信息。同时如果在水下检测到重要部件出现问题时，该仿生蝠鲼装置上所装有的自我检测系统会立即进行数据保存和启动应急系统。避免出现采集样本的遗漏与损失。

本发明的一种仿生蝠鲼装置，能够实现全柔性防生运动，阻力低、速度快且灵活，可以加速启动、便于水下通讯及时反馈数据，滑翔的动力机制使得该生蝠鲼装置在游动时噪声很大程度上的减小，利于隐蔽，在海洋生物研究和海底勘测中有着很好的应用前景；在左双舵机、右双舵机、左支架、右支架上分别安装有浮力块。这样可有效增加浮力，提高本发明在水里的灵活性；仿生蝠鲼装置包括蝠鲼本体1、胸鳍本体2，且两个胸鳍本体2分布在蝠鲼本体1两边，整体形成扁平状，平扁的体型在水中可以将阻力降到最低，速度可以在很大程度上提高；同时，该扁平状外形设计让水下的阻力降到最低，让能量的损耗大大缩减；利用类四杆结构构成胸鳍本体2骨架，驱动胸鳍本体2产生平滑的弦向波动变形，滑翔的动力机制让仿生蝠鲼装置的噪声很大程度上的减小，隐蔽性好；采用柔软的硅橡胶板作为胸鳍覆皮，构成三维摆动胸鳍本体2构型，用异步四驱动舵机做为双驱差动胸鳍本体2，用以实现胸鳍本体2轴向和径向的波动；本发明的仿生蝠鲼装置，在蝠鲼本体1内设置支架和舵机，通过控制舵机前进、上升、下潜、左转、右转、速度的行动作指令；同时控制各个动作指令的时间，以及转动方向，并通过支架传递给两侧的胸鳍本体2，使得胸鳍本体2能够产生全柔性运动，形成推进力推动蝠鲼本体1在水中灵活游动；设有通讯设备，可以让仿生蝠鲼装置在水下及时的将数据传回来，可了解运动路线上的最低耗能，便于动作设计。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种仿生蝠鲼装置，其特征在于，所述的仿生蝠鲼装置包括蝠鲼本体、胸鳍本体、多路舵机控制板、主控单片机；所述的胸鳍本体共有两个，分布在蝠鲼本体两侧；所述的蝠鲼本体内设有包括至少4个支架和4个舵机，在每个支架内分别安装有舵机，支架依序固定连接在一起；双胸鳍本体分别经支架固定连接在蝠鲼本体上；多路舵机控制板的多路信号输出端分别与各个舵机的信号输入端电连接；多路舵机控制板与主控单片机之间双向电连接；在蝠鲼本体固定安装有声波传感器、磁场传感器、加速度传感器、温度传感器、压力传感器和多通道无线通讯收发装置，蝠鲼本体前端设有高清微型摄像头；红外避障仪、水压传感器、温度传感器、声波传感器、加速度传感器和磁场传感器的信号输出端分别与主控单片机的各个信号输入端电连接，主控单片机的无线通讯端、多路舵机控制板的无线通讯端分别与多通道无线收发装置的信号端通讯连接。

2.根据权利要求1所述的仿生蝠鲼装置，其特征在于，在支架和舵机上均分别安装有浮力块，该浮力块呈半椭圆柱形。

3.根据权利要求1或2所述的仿生蝠鲼装置，其特征在于，左右胸鳍本体内各有一舵机。

4.根据权利要求1所述的仿生蝠鲼装置，其特征在于，在蝠鲼本体及两胸鳍本体的表面均设置有仿生类硅胶软皮。

5.根据权利要求1所述所述的仿生蝠鲼装置，其特征在于，蝠鲼本体的表面设置有仿生类硅胶。

6.根据权利要求1所述的仿生蝠鲼装置，其特征在于，两个胸鳍本体分布在蝠鲼本体两边，整体形成扁平状。

7.根据权利要求1所述的仿生蝠鲼装置，其特征在于，胸鳍本体的骨架为类四杆结构构成。

8.根据权利要求1所述的仿生蝠鲼装置，其特征在于，所述生蝠鲼装置还包括电源，主控单片机的电源端、多路舵机控制板的电源端、磁场传感器的电源端、加速度传感器的电源端和舵机的电源端分别与电源电连接。

9.一种如权利要求8所述的仿生蝠鲼装置，其特征在于，所述主控单片机的控制方法包括以下步骤：首先分三路同时分别处理，第一路接收各个传感器反馈数据，并将各个传感器数据存储于主控单片机的存储器中，然后通过多通道无线信号收发装置上传给上位机，再返回“接收传感器反馈数据”步骤；第二路接收高清微型摄像头的影像数据，并将影像数据存储于主控单片机的存储器中，然后将影像数据通过多通道无线信号收发装置上传给上位机；再返回“接收高清微型摄像头的影像数据”步骤；第三路判断是否收到红外避障仪发出的高频电信号；如果收到高频电信号，则进入“向多路舵机控制板发出相应动作信号”步骤；如果没有收到高频电信号，进入接收遥控器发出指令；然后判断遥控器指令各类；所述的指令包括前进、上升、下潜、左转、右转、速度；向多路舵机控制板发出相应动作信号；相应舵机执行动作指令；第四路，判断多通道无线收发装置是否与上位机连接，在水下深处接受不到无线信号时控制方式为智能巡航模式，通过声波传感器、磁场传感器及水压传感器收集到的蝠鲼距离海底的距离数据、蝠鲼前进方向数据、水压数据，保存在主控单片机的储存中，主控单片机计算出距离始发点的距离，方向，到达目的地后蝠鲼可安全返回。

10.根据权利要求9所述的仿生蝠鲼装置，其特征在于，

所述前进指令的控制方法如下：第一步,同时进行如下动作，动作的完成时间为0.2S:从鱼的后部往前部看，左侧第一个舵机逆时针摆动30度；左侧第二个舵机保持不动；右侧第一个舵机顺时针摆动30度；右侧第二个舵机保持不动；第二步，动作的完成时间为0.4S，左侧第一舵机从逆时针30度摆动至逆时针65度；左侧第二舵机从逆时针0度摆动至逆时针35度；右侧第一舵机从顺时针30度摆动至顺时针65度；右侧第二舵机从顺时针0度摆动至顺时针35度；第三步，动作的完成时间为0.2S，左侧第一舵机从逆时针65度摆动至逆时针30度；左侧第二舵机从逆时针35度摆动至逆时针65度；右侧第一舵机从顺时针65度摆动至顺时针30度；右侧第二舵机从顺时针35度摆动至顺时针65度；第四步，动作的完成时间为0.8S，左侧第一舵机从逆时针30度摆动至顺时针65度；左侧第二舵机从逆时针65度摆动至顺时针30度；右侧第一舵机从顺时针30度摆动至逆时针65度；右侧第二舵机从顺时针65度摆动至逆时针30度；第五步，动作的完成时间为0.2S，左侧第一舵机从顺时针65度摆动至顺时针30度；左侧第二舵机从顺时针30度摆动至顺时针65度；右侧第一舵机从逆时针65度摆动至逆时针30度；右侧第二舵机从逆时针30度摆动至逆时针65度；第六步，动作的完成时间为0.4S，左侧第一舵机从顺时针30度摆动至逆时针30度；左侧第二舵机从顺时针65度摆动至0度；右侧第一舵机从逆时针30度摆动至顺时针30度；右侧第二舵机从逆时针65度摆动至0度；第七步，返回第二步，循环往复；

所述左转指令的控制方法如下：第一步,同时进行如下动作，动作的完成时间为0.2S:从鱼的后部往前部看，左侧第一个舵机保持不动；左侧第二个舵机逆时针摆动30度；右侧第一个舵机顺时针摆动30度；右侧第二个舵机保持不动；第二步，动作的完成时间为0.4S，左侧第一舵机0度摆动至逆时针35度；左侧第二舵机从逆时针30度摆动至逆时针65度；右侧第一舵机从顺时针30度摆动至顺时针65度；右侧第二舵机从顺时针0度摆动至顺时针35度；第三步，动作的完成时间为0.2S，左侧第一舵机从逆时针35度摆动至逆时针65度；左侧第二舵机从逆时针65度摆动至逆时针30度；右侧第一舵机从顺时针65度摆动至顺时针30度；右侧第二舵机从顺时针35度摆动至顺时针65度；第四步，动作的完成时间为0.8S，左侧第一舵机从逆时针65度摆动至顺时针30度；左侧第二舵机从逆时针30度摆动至顺时针65度；右侧第一舵机从顺时针30度摆动至逆时针65度；右侧第二舵机从顺时针65度摆动至逆时针30度；第五步，动作的完成时间为0.2S，左侧第一舵机从顺时针30度摆动至顺时针65度；左侧第二舵机从顺时针65度摆动至顺时针30度；右侧第一舵机从逆时针65度摆动至逆时针30度；右侧第二舵机从逆时针30度摆动至逆时针65度；第六步，动作的完成时间为0.4S，左侧第一舵机从顺时针65度摆动至逆时针0度；左侧第二舵机从顺时针30度摆动至30度；右侧第一舵机从逆时针30度摆动至顺时针30度；右侧第二舵机从逆时针65度摆动至0度；第七步，返回第二步，循环往复。

所述右转指令的控制方法如下：第一步,同时进行如下动作，动作的完成时间为0.2S:从鱼的后部往前部看，左侧第一个舵机逆时针摆动30度；左侧第二个舵机保持不动；右侧第一个舵机保持不动；右侧第二个舵机顺时针摆动30度；第二步，动作的完成时间为0.4S，左侧第一舵机从逆时针30度摆动至逆时针65度；左侧第二舵机从逆时针0度摆动至逆时针35度；右侧第一舵机从0度摆动至顺时针35度；右侧第二舵机从顺时针30度摆动至顺时针65度；第三步，动作的完成时间为0.2S，左侧第一舵机从逆时针65度摆动至逆时针30度；左侧第二舵机从逆时针35度摆动至逆时针65度；右侧第一舵机从顺时针35度摆动至顺时针65度；右侧第二舵机从顺时针65度摆动至顺时针30度；第四步，动作的完成时间为0.8S，左侧第一舵机从逆时针30度摆动至顺时针65度；左侧第二舵机从逆时针65度摆动至顺时针30度；右侧第一舵机从顺时针65度摆动至逆时针30度；右侧第二舵机从顺时针30度摆动至逆时针65度；第五步，动作的完成时间为0.2S，左侧第一舵机从顺时针65度摆动至顺时针30度；左侧第二舵机从顺时针30度摆动至顺时针65度；右侧第一舵机从逆时针30度摆动至逆时针65度；右侧第二舵机从逆时针65度摆动至逆时针30度；第六步，动作的完成时间为0.4S，左侧第一舵机从顺时针30度摆动至逆时针30度；左侧第二舵机从顺时针65度摆动至0度；右侧第一舵机从逆时针65度摆动至顺时针0度；右侧第二舵机从逆时针30度摆动至30度；第七步，返回第二步，循环往复；

所述的上升指令的控制方法为：在前进指令的基础上，中间的步进电机移动至后端；

所述的下潜指令的控制方法为：在前进指令的基础上，中间的步进电机移动至前端。