CN109080803B - 一种具备高机动性的仿鱼水下航行器 - Google Patents

一种具备高机动性的仿鱼水下航行器 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种具备高机动性的仿鱼水下航行器，包括头部、中段壳体、后段壳体、尾部、第一胸鳍、第二胸鳍和头部底壳；头部、中段壳体、后段壳体和尾部依次通过舵机连接；尾鳍固定于尾部两侧；头部内安装有微控制器、电源、第一舵机；第一胸鳍和第二胸鳍安装在头部两侧，并通过连杆与第一舵机连接，能够调节第一胸鳍和第二胸鳍的俯仰角；在第一胸鳍和第二胸鳍上安装有第一电机和第二电机，电机下端连接螺旋桨。本发明提高仿鱼水下航行器的机动性和灵活性，提升仿鱼水下航行器的规避障碍的能力；丰富仿鱼水下航行器的运动形式，不仅可以稳定前行，还可以实现紧急制动、上浮，快速改变运动方向，增强了仿鱼水下航行器对复杂环境的适应能力。

Description

一种具备高机动性的仿鱼水下航行器
技术领域
本发明涉及水下仿生航行器技术领域，具体为一种可在水下高机动运动情况下实现灵活避障的仿鱼水下航行器。
背景技术
随着陆地资源储量的快速减少以及开采难度的逐渐增大，越来越多的国家将目光转向蕴藏着巨量资源的海洋。然而，目前世界各国所研发的实用型水下航行器多数需要消耗大量的能源，导致在自身能源有限的情况下，其水下作业时间、水下作业区域等受到极大的限制。因此，具有推进效率高、阻力小、行动灵活、机动性高等特点的仿鱼型水下航行器成为了当今水下航行器研究的热点之一。
目前国内外关于仿鱼型水下航行器的研究已经取得了许多显著的成果，使得仿鱼型水下航行器能够在实验室的三维环境条件下出色地完成前进、倒退、上浮、下潜、转弯等既定任务。然而，相较于近似理想的实验条件，现实环境中的条件更加复杂，突发情况较多，对仿鱼型水下航行器的识别与规避障碍物的能力，以及受到外界冲击后良好的稳定性控制能力都提出了较高的要求。然而，现在多数的仿鱼水下航行器存在在规避障碍、抵抗外界干扰时，机动性、灵活性不高，受到水中高速游动的生物撞击等外界干扰后，调整周期过长、稳定性较差等问题。因此，设计一种推进效率高、耗能少、机动性强，对外界干扰反应快的仿鱼水下航行器，对应用仿鱼型水下航行器来探测海洋环境、记录海洋生物生活习性、测绘海底地形等研究有着极其重要的作用。
发明内容
为了防止仿鱼航行器在发现障碍物之后，由于自身机动性不够高，运动轨迹调整周期长而与障碍物发生碰撞，从而对仿鱼水下航行器造成损坏，以及防止仿鱼水下航行器在受到外界干扰之后，无法快速调整自身的航行姿态，而造成仿鱼水下航行器失去对运动的控制，本发明提供了一种具备高机动性的仿鱼水下航行器，能够在海洋探测的过程中，充分发挥仿鱼型水下航行器的自身优势，提高仿鱼型水下航行器的环境适应能力。
本发明在仿造鱼类的身体结构特征及推进原理的基础上，在仿鱼水下航行器的胸鳍上安装电机及螺旋桨，通过连杆与仿鱼水下航行器头部内安装的舵机连接在一起，连杆与胸鳍采用螺栓连接的方式固定在一起。通过对尾部摆动、胸鳍俯仰角以及螺旋桨转速和转向的调节控制，极大的提高了仿鱼水下航行器的机动性和灵活性，使得在遭遇障碍物时，仿鱼水下航行器可以采取紧急制动、快速转向等调整航行轨迹，避开障碍物。通过对两侧螺旋桨转速和转向的调节控制，使两侧的螺旋桨具有不同的转速或转向，同时对仿鱼水下航行器尾部摆动的角度和速度进行调节，使仿鱼水下航行器在受到外界冲击之后，迅速恢复稳定状态，降低仿鱼水下航行器的失控风险。同时，可通过改变两侧螺旋桨的转向与转速，实现仿鱼水下航行器的快速沉浮运动，替代浮力调节系统，达到整体减重的效果。
本发明的技术方案为：
所述一种具备高机动性的仿鱼水下航行器，其特征在于：包括头部、中段壳体、后段壳体、尾部、第一胸鳍、第二胸鳍和头部底壳；
其中头部、中段壳体、后段壳体和尾部依次通过第二舵机、第三舵机和第四舵机连接；第一尾鳍和第二尾鳍固定于尾部两侧；
所述头部内安装有微控制器、电源、第一舵机，并通过头部底壳封闭；电源为仿鱼水下航行器中所有用电设备供电，微控制器向第一舵机、第二舵机、第三舵机和第四舵机发出控制信号；第一胸鳍和第二胸鳍安装在头部两侧，并通过连杆与第一舵机连接，通过第一舵机以及连杆能够调节第一胸鳍和第二胸鳍的俯仰角；
在第一胸鳍上安装有第一电机，在第二胸鳍上安装有第二电机，第一电机下端连接第一螺旋桨，第二电机下端连接第二螺旋桨。
进一步的优选方案，所述一种具备高机动性的仿鱼水下航行器，其特征在于：所述头部内还安装有红外探测器，并将探测信号传递给微控制器，用于探测仿鱼水下航行器航行轨迹上的障碍物。
进一步的优选方案，所述一种具备高机动性的仿鱼水下航行器，其特征在于：所述头部内还安装有压力传感器，并将压力信号传递给微控制器，用于仿鱼水下航行器实时监控航行深度。
进一步的优选方案，所述一种具备高机动性的仿鱼水下航行器，其特征在于：所述微控制器根据红外探测器的探测信号以及压力传感器的压力信号，能够调整第一舵机、第二舵机、第三舵机和第四舵机的控制信号，以及第一电机和第二电机的控制信号。
进一步的优选方案，所述一种具备高机动性的仿鱼水下航行器，其特征在于：所述头部内还安装有摄像机，用于实时记录下仿鱼水下航行器航行过程中的水下环境并存储。
进一步的优选方案，所述一种具备高机动性的仿鱼水下航行器，其特征在于：所述头部内还安装有LED显示屏，能够直观的为操作人员显示仿鱼水下航行器各系统运行状况。
有益效果
本发明的有益效果是：利用技术方案所述的具有高机动性仿鱼水下航行器能够实现的功能有：一、提高仿鱼水下航行器的机动性和灵活性，提升仿鱼水下航行器的规避障碍的能力；二、丰富仿鱼水下航行器的运动形式，不仅可以稳定前行，还可以实现紧急制动、上浮，快速改变运动方向，增强了仿鱼水下航行器对复杂环境的适应能力。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明的整体结构正视图。
图2是本发明的整体结构后视图。
图3是本发明的胸鳍结构示意图。
图4是本发明的头部内部结构示意图。
图5是本发明的系统框图。
图中：1-头部，2-中段壳体，3-后段壳体，4-尾部，5-第一尾鳍，6-第四舵机，7-第一电机，8-第一胸鳍，9-第二胸鳍，10-第二电机，11-第二舵机，12-第三舵机，13-第二尾鳍，14-连杆，15-摄像机，16-微控制器，17-LED显示屏，18-第一舵机，19-电源，20-压力传感器，21-红外探测器，22-头部底壳，23-第一螺旋桨，24-第二螺旋桨。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
参照图1-4，本实施例中的一种具备高机动性的仿鱼水下航行器，包括头部1，中段壳体2，后段壳体3、尾部4、第一胸鳍8、第二胸鳍9和头部底壳22七部分。所述头部1，中段壳体2，后段壳体3和尾部4通过第二舵机11、第三舵机12和第四舵机6连接，使得仿鱼水下航行器躯体具有高度灵活性，以及通过尾部4的摆动来给仿鱼水下航行器提供主要前进动力。同时，第一尾鳍5和第二尾鳍13固定于尾部4，提高了仿鱼水下航行器的稳定性。
在头部1内，安装了第一舵机18，通过连杆14与第一胸鳍8和第二胸鳍9连接，使第一胸鳍8和第二胸鳍9的俯仰角具有可调节性，增加仿鱼水下航行器的上浮和下沉的速度，提升仿鱼水下航行器上升、下沉的机动性和灵活性，同时，通过调节第一胸鳍8、第二胸鳍9的俯仰角的大小，增强仿鱼水下航行器保持定深航行的能力及运动航行过程中航行深度的稳定性。第一电机7与第二电机10分别固定在第一胸鳍8和第二胸鳍9上的密封壳内，并分别连接第一螺旋桨23和第二螺旋桨24，能够随胸鳍一起绕连杆14转动，这样增强了仿鱼水下航行器的机动性和灵活性，并由于第一胸鳍8、第二胸鳍9俯仰角的可调节性，第一螺旋桨23、第二螺旋桨24转速、转向的可控制性，提高了仿鱼水下航行器上浮、下沉的调节速度，从而进一步增强了仿鱼水下航行器的机动性和灵活性。
参照图4-5，在头部1中安装了众多高精尖设备仪器，包括红外探测器21，摄像机15，压力传感器20，微控制器16，LED显示屏17，电源19，组成了仿鱼水下航行器的控制系统，动力系统和探测系统，使得仿鱼水下航行器拥有自主航行能力，自主识别与避障能力。
头部1中安装红外探测器21，可以为仿鱼水下航行器在航行过程中，探测航行轨迹上的障碍物，为仿鱼水下航行器规划合理的航行轨迹，提供有用的信息支持。安装摄像机15，实时记录下仿鱼水下航行器航行过程中的水下环境，提升仿鱼水下航行器数据采集的可视化，为科学研究提供更多有价值的信息。安装压力传感器20，使仿鱼水下航行器实时监控并及时调整航行深度，增强仿鱼水下航行器在恒定深度条件下航行的能力。安装电源19，为仿鱼水下航行器的航行、科研活动提供动力。安装LED显示屏17，直观的为操作人员显示仿鱼水下航行器各系统运行状况，降低操作人员的检修和保养的工作任务量，同时，方便操作人员直观的了解仿鱼水下航行器航行状况与运行环境条件。微控制器16是仿鱼水下航行器的核心部件，通过各传感器反馈回来的信息，通过汇总、归类、分析，然后发出指令，增强仿鱼水下航行器自主决策能力，提升任务执行过程中的安全性。头部1和头部底壳22通过螺钉连接，方便技术人员对仿鱼水下航行器的检修与保养。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种具备高机动性的仿鱼水下航行器，其特征在于：包括头部、中段壳体、后段壳体、尾部、第一胸鳍、第二胸鳍和头部底壳；
其中头部、中段壳体、后段壳体和尾部依次通过第二舵机、第三舵机和第四舵机连接；第一尾鳍和第二尾鳍固定于尾部两侧；
所述头部内安装有微控制器、电源、第一舵机，并通过头部底壳封闭；电源为仿鱼水下航行器中所有用电设备供电，微控制器向第一舵机、第二舵机、第三舵机和第四舵机发出控制信号；第一胸鳍和第二胸鳍安装在头部两侧，并通过连杆与第一舵机连接，通过第一舵机以及连杆能够调节第一胸鳍和第二胸鳍的俯仰角；
在第一胸鳍上安装有第一电机，在第二胸鳍上安装有第二电机，第一电机下端连接第一螺旋桨，第二电机下端连接第二螺旋桨。
2.根据权利要求1所述一种具备高机动性的仿鱼水下航行器，其特征在于：所述头部内还安装有红外探测器，并将探测信号传递给微控制器，用于探测仿鱼水下航行器航行轨迹上的障碍物。
3.根据权利要求2所述一种具备高机动性的仿鱼水下航行器，其特征在于：所述头部内还安装有压力传感器，并将压力信号传递给微控制器，用于仿鱼水下航行器实时监控航行深度。
4.根据权利要求3所述一种具备高机动性的仿鱼水下航行器，其特征在于：所述微控制器根据红外探测器的探测信号以及压力传感器的压力信号，能够调整第一舵机、第二舵机、第三舵机和第四舵机的控制信号，以及第一电机和第二电机的控制信号。
5.根据权利要求1所述一种具备高机动性的仿鱼水下航行器，其特征在于：所述头部内还安装有摄像机，用于实时记录下仿鱼水下航行器航行过程中的水下环境并存储。
6.根据权利要求4或5所述一种具备高机动性的仿鱼水下航行器，其特征在于：所述头部内还安装有LED显示屏，能够直观的为操作人员显示仿鱼水下航行器各系统运行状况。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111003128B (zh) * 2019-12-26 2022-05-13 四川九强通信科技有限公司 一种无人机避障的雷达和单目视觉传感器融合及悬挂机构
CN111559482B (zh) * 2020-04-28 2021-10-08 浙江大学 尾部被动变形式仿生蝌蚪机器人及其运动实现方法
CN113148087B (zh) * 2021-05-06 2024-02-06 李云飞 一种联动式探测机器鱼
CN113341974B (zh) * 2021-06-08 2022-07-26 西北工业大学 一种基于扑翼偏置的仿蝠鲼水下航行器滑翔航向控制方法
CN113650764B (zh) * 2021-09-14 2022-11-01 西湖大学 一种仿生航行器

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101643113A (zh) * 2009-07-31 2010-02-10 中国科学技术大学 水下航行器
CN104015904A (zh) * 2014-05-29 2014-09-03 王跃成 多组合推进式柔性仿生机器鱼
CN106864712A (zh) * 2017-03-29 2017-06-20 西北工业大学 仿生机械海豚
CN206766307U (zh) * 2017-04-11 2017-12-19 合肥工业大学 一种串联驱动式仿生机器鱼
CN206766306U (zh) * 2017-06-06 2017-12-19 厦门大学 一种适用于水下噪声监测的机器鱼
CN207607626U (zh) * 2017-06-14 2018-07-13 兰州交通大学 一种仿箱鲀科自主机器鱼

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101643113A (zh) * 2009-07-31 2010-02-10 中国科学技术大学 水下航行器
CN104015904A (zh) * 2014-05-29 2014-09-03 王跃成 多组合推进式柔性仿生机器鱼
CN106864712A (zh) * 2017-03-29 2017-06-20 西北工业大学 仿生机械海豚
CN206766307U (zh) * 2017-04-11 2017-12-19 合肥工业大学 一种串联驱动式仿生机器鱼
CN206766306U (zh) * 2017-06-06 2017-12-19 厦门大学 一种适用于水下噪声监测的机器鱼
CN207607626U (zh) * 2017-06-14 2018-07-13 兰州交通大学 一种仿箱鲀科自主机器鱼

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