CN110329470A - 基于海洋牧场水下环境探测的仿生柔性线驱动蝠鲼 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水下航行与探测装置技术领域，提供了一种基于海洋牧场水下环境探测的仿生柔性线驱动蝠鲼，包括：蝠鲼本体、蝠鲼尾部以及一对仿生柔性线驱动胸鳍，一个所述仿生柔性线驱动胸鳍通过第一驱动机构与所述蝠鲼本体左侧连接，另一个所述仿生柔性线驱动胸鳍通过第二驱动机构与所述蝠鲼本体右侧连接；所述蝠鲼尾部通过第三驱动机构与所述蝠鲼本体的下端连接。该基于海洋牧场水下环境探测的仿生柔性线驱动蝠鲼适用于观测包括大型海洋牧场周围洋流的分布状态以及海洋环境要素，其仿生特性使观察时不影响海流分布，对环境的扰动性更小，准确度更高；能够实现全柔性仿生运动，产生高的推进效率。

Description

基于海洋牧场水下环境探测的仿生柔性线驱动蝠鲼

技术领域

本发明涉及水下航行与探测装置技术领域，特别是涉及一种基于海洋牧场水下环境探测的仿生柔性线驱动蝠鲼。

背景技术

作为探索和利用海洋、发展生态智能水产养殖的重要技术手段，水下航行器已成为航行器领域研究的热点之一。

英国哥伦比亚大学采用记忆合金丝作为驱动器，建立了二维摆动胸鳍的试验平台。新加坡理工大学研制出一种仿鳐鱼长鳍波动水下航行器RoMan-Ⅱ美国弗吉尼亚大学根据优化结果，采用舵机制作了简单的仿生胸鳍实物模型。新加坡南洋理工大学设计了带状长鳍推进器柔性波动鳍为仿生对象研制了仿乌贼波动鳍推进器，但存在结构不够紧凑、鳍条薄膜脱落等问题。日本理化学研究所和名古屋大学设计了鳐鱼仿生柔性线驱动蝠鲼，一对胸鳍由聚乙烯薄膜和与其连的8片IPMC组成，并通过电压信号以不同的幅度先后摆动，实现向前推进。北京航空航天大学机器人所相关研究人员利用柔性橡胶薄板作为鲳面材料，碳纤维杆作为前缘鳍骨，制作了简化的仿蝠鲼胸鳍。

这些传统的刚性水下机器人具有可调性好，精度高等优点，然而，刚性结构也存在灵活性低，与环境共融性差等不足。此外，传统的“螺旋桨+舵”模式的水下航行器虽然游速较快，但推进效率低，噪音大，受流体扰动影响大，低速时机动性能较差，使其在许多要求较高的场合无法应用。

与此同时，我国海洋牧场的发展还处于起步阶段，而仿生型水下航行器能够代替人从事水产养殖劳动，进行生态监测和分析，使得海洋牧场趋向低能耗、低成本，节省人力物力，实现高效生态精准智能检测和养殖。建立的海洋牧场生态监测与分析系统，可密切监控海洋牧场内海洋环境的动态变化，且各个海洋牧场间可实现信息共享，通过大数据分析出近海鱼类养殖最佳环境，对实现海洋生物持续可再生利用、维护海洋权益、开发海洋资源、预警海洋灾害、保护海洋生态环境方面具有重大意义。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种基于海洋牧场水下环境探测的仿生柔性线驱动蝠鲼，以解决目前用于MPF推进模式游动仿生柔性线驱动蝠鲼的仿生鱼都很难实现全柔性的线驱动仿生运动的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于海洋牧场水下环境探测的仿生柔性线驱动蝠鲼，包括：蝠鲼本体、蝠鲼尾部以及一对仿生柔性线驱动胸鳍，一个所述仿生柔性线驱动胸鳍通过第一驱动机构与所述蝠鲼本体左侧连接，另一个所述仿生柔性线驱动胸鳍通过第二驱动机构与所述蝠鲼本体右侧连接；所述蝠鲼尾部通过第三驱动机构与所述蝠鲼本体的下端连接。

其中，所述第一驱动机构、所述第二驱动机构以及所述第三驱动机构均包括舵机支架以及设置在所述舵机支架内的舵机。

其中，所述仿生柔性线驱动胸鳍包括与鳍线效应结合的仿生线驱动肌腱，所述仿生柔性线驱动胸鳍还包括以前、后两部分反向活动的肌肉对组成的多自由度控制驱动系统。

其中，所述第一驱动机构的舵机与所述仿生柔性线驱动胸鳍的舵机驱动杆相连接，所述舵机驱动杆与所述仿生线驱动肌腱相连，所述仿生线驱动肌腱为柔软尼伦绳材料制备。

其中，所述仿生柔性线驱动胸鳍设置为双凸翼型的非线性外形，且所述仿生柔性线驱动胸鳍采用软体硅橡胶材料浇灌而成。

其中，所述蝠鲼本体设置有电控仓和平衡调控仓，所述电控仓包括水密封控制仓以及水密封电池仓；

所述水密封控制仓内设置有控制电路板，所述水密封控制仓的前盖设置第一水密接口，所述水密封控制仓的后盖设置第二水密接口；传感器组安装于所述蝠鲼本体的头部预留槽口和所述水密封控制仓内；所述水密封控制仓出线口处设置有接线水密头。

其中，所述传感器组包括温度传感器、九轴加速度传感器、姿态指引仪、压力传感器、超声波测距模块和摄影装置。

其中，所述水密封控制仓内设置有所述九轴加速度传感器和所述姿态指引仪；

所述九轴加速度传感器用于为水下路径规划及自身纠正提供数据支持；所述姿态指引仪用于检测航行方向以及姿态，从而实现高精度的路径规划运动检测。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明具有以下优点：提供了一种基于海洋牧场水下环境探测的仿生柔性线驱动蝠鲼，包括：蝠鲼本体、蝠鲼尾部以及一对仿生柔性线驱动胸鳍，一个仿生柔性线驱动胸鳍通过第一驱动机构与蝠鲼本体左侧连接，另一个仿生柔性线驱动胸鳍通过第二驱动机构与蝠鲼本体右侧连接；蝠鲼尾部通过第三驱动机构与蝠鲼本体的下端连接。左右两个仿生柔性线驱动胸鳍不同频率下的摆动姿态可实现蝠鲼的直行、艏摇、横滚动作；第一驱动机构、第二驱动机构高频同振幅震动配合第三驱动机构偏移可实现蝠鲼的俯仰大回旋、直线上升、出水腾飞动作。

附图说明

图1为本发明实施例一种基于海洋牧场水下环境探测的仿生柔性线驱动蝠鲼的结构示意图；

图2为本发明实施例一种基于海洋牧场水下环境探测的仿生柔性线驱动蝠鲼中蝠鲼本体的结构示意图；

图3为本发明实施例一种基于海洋牧场水下环境探测的仿生柔性线驱动蝠鲼中蝠鲼尾部的结构示意图；

图4为本发明实施例一种基于海洋牧场水下环境探测的仿生柔性线驱动蝠鲼中第一仿生柔性线驱动胸鳍的结构示意图；

图5为本发明实施例一种基于海洋牧场水下环境探测的仿生柔性线驱动蝠鲼中第二仿生柔性线驱动胸鳍的结构示意图；

图6为本发明实施例一种基于海洋牧场水下环境探测的仿生柔性线驱动蝠鲼中传感器组布置的结构示意图；

图7为本发明实施例一种基于海洋牧场水下环境探测的仿生柔性线驱动蝠鲼的总流程图；

图8为本发明实施例一种基于海洋牧场水下环境探测的仿生柔性线驱动蝠鲼的指令流程图。

图中：1、蝠鲼本体；101、图像获取单元；102、LED照明灯；103、传感器替换口；103-1、温度传感器；103-2、压力传感器；103-3、超声波测距模块；103-4、摄影装置；104、电控仓；104-1、水密封控制仓；104-2、水密封电池仓；104-3、电控仓盖；105、平衡调控仓；105-1、沉浮调控仓；105-2、沉浮调控仓盖；2、仿生柔性线驱动胸鳍；201、第二舵机；202、碳纤维板；203、仿生鳍条；204、硅胶胸鳍本体；205、第三舵机；3、蝠鲼尾部；301、第一舵机；302、尾柄结构件；303、硅橡胶尾巴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

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”、“轴向”、“径向”、“周向”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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明实施例一种基于海洋牧场水下环境探测的仿生柔性线驱动蝠鲼的结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供的基于海洋牧场水下环境探测的仿生柔性线驱动蝠鲼，包括：蝠鲼本体1、蝠鲼尾部3以及一对仿生柔性线驱动胸鳍2，一个仿生柔性线驱动胸鳍通过第一驱动机构与蝠鲼本体左侧连接，另一个仿生柔性线驱动胸鳍通过第二驱动机构与蝠鲼本体右侧连接；蝠鲼尾部通过第三驱动机构与蝠鲼本体的下端连接。传感器组安置于蝠鲼本体头部预留槽口处。

需要说明的是，一对仿生柔性线驱动胸鳍分别为第一仿生柔性线驱动胸鳍和第二仿生柔性线驱动胸鳍。第一仿生柔性线驱动胸鳍通过第一驱动机构安装在蝠鲼本体的左侧，第二仿生柔性线驱动胸鳍通过第二驱动机构安装在蝠鲼本体的右侧。第一仿生柔性线驱动胸鳍和第二仿生柔性线驱动胸鳍关于蝠鲼本体的中心线对称布置。

在一个具体实施例中，第一驱动机构、第二驱动机构、第三驱动机构均包括舵机支架以及设置在所述舵机支架内的舵机。

第一驱动机构包括第二舵机201、第二驱动机构包括第三舵机205、第三驱动机构包括第一舵机301。

如图3所示，蝠鲼尾部3包括尾柄结构件302以及与尾柄结构件相连接的硅橡胶尾巴303，蝠鲼尾部通过第三驱动机构与蝠鲼本体下端相连。长柔性软体的蝠鲼尾巴有益于保持平衡。

在本发明实施例中，仿生柔性线驱动胸鳍通过第一驱动机构、第二驱动机构分别与蝠鲼本体左右侧连接，第一仿生柔性线驱动胸鳍和第二仿生柔性线驱动胸鳍不同频率下的摆动姿态可实现蝠鲼的直行、艏摇、横滚动作；第一驱动机构、第二驱动机构高频同振幅震动配合第三驱动机构偏移可实现蝠鲼的俯仰大回旋动作。该基于海洋牧场水下环境探测柔性仿生蝠鲼采用分布式线驱动，柔性胸鳍模拟真实蝠鲼的胸鳍摆动推进模式，可用于观测大型海洋牧场周围洋流的分布状态，其仿生特性使观察时不影响海流分布，环境共容性强，仿生效果好，稳定性更高，能够实现全柔性仿生运动，具有高的推进效率。

在一个具体实施例中，如图4和图5所示，第一仿生柔性线驱动胸鳍和第二仿生柔性线驱动胸鳍分别通过第一驱动机构、第二驱动机构分别与蝠鲼本体左右侧连接，第一仿生柔性线驱动胸鳍和第二仿生柔性线驱动胸鳍同频，同振幅摆动，可实现直行动作；第一仿生柔性线驱动胸鳍和第二仿生柔性线驱动胸鳍同频，不同振幅差动可实现首摇动作；第一仿生柔性线驱动胸鳍和第二仿生柔性线驱动胸鳍不同振幅反向差动可实现横滚动作。

进一步地，该仿生蝠鲼的具体实施首摇的过程为：通过第一仿生柔性线驱动胸鳍和第二仿生柔性线驱动胸鳍不同的拍动振幅实现转弯，振幅更大的一侧获得较大推进力，从而仿生蝠鲼转向振幅小的或无拍动振幅的一侧。

进一步地，该仿生蝠鲼的具体实施横滚的过程为：第一仿生柔性线驱动胸鳍和第二仿生柔性线驱动胸鳍拍动到最下端时，第二仿生柔性线驱动胸鳍向上拍动，后缘明显翘起，说明波动的传递由尾部传递到头部；此时第一仿生柔性线驱动胸鳍波动依然从前向后传递，从而形成第二仿生柔性线驱动胸鳍的负向推进力，第一仿生柔性线驱动胸鳍正向推进力，构成向右转弯的力矩，实现大幅度转弯，在水中滑翔姿态时可实现横滚动作。

在一个具体实施例中，蝠鲼本体通过第三驱动机构与蝠鲼尾部的一端连接。第一仿生柔性线驱动胸鳍和第二仿生柔性线驱动胸鳍高频同振幅摆动配合第三驱动机构偏移可实现蝠鲼的俯仰大回旋，直线上升、出水腾飞动作。

进一步地，该仿生蝠鲼的具体实施俯仰的过程为：仿生蝠鲼前游或滑翔姿态过程中，仅通过蝠鲼尾部偏转来实现俯仰运动。这种俯仰方式需要依赖游动速度，是一种被动产生俯仰力矩的方式。观测中发现这种方式多用于大俯仰角变化的下沉姿态和爬升微调姿态。

进一步地，该仿生蝠鲼的具体实施俯仰大回旋，直线上升、出水腾飞的过程为：仿生蝠鲼前游或滑翔姿态过程中，基于胸鳍的俯仰姿态，这种方式主要利用第一仿生柔性线驱动胸鳍和第二仿生柔性线驱动胸鳍的快速下拍实现爬升的俯仰力矩。观测中发现，第一仿生柔性线驱动胸鳍和第二仿生柔性线驱动胸鳍快速下拍与蝠鲼尾部配合运动，形成快速爬升姿态。第一仿生柔性线驱动胸鳍和第二仿生柔性线驱动胸鳍开始向下拍动时，蝠鲼尾部开始向上摆动，这样第一仿生柔性线驱动胸鳍和第二仿生柔性线驱动胸鳍产生的升力与蝠鲼尾部的下压力形成爬升俯仰力矩，从而快速改变俯仰姿态，通过第一仿生柔性线驱动胸鳍和第二仿生柔性线驱动胸鳍振幅改变和蝠鲼尾部偏角抬升实现俯仰大回旋、直线上升、出水腾飞动作组。

在一个具体实施例中，第一仿生柔性线驱动胸鳍和第二仿生柔性线驱动胸鳍使用了与鳍线效应结合的仿生线驱动肌腱，设计并制作出以前、后两部分反向活动的肌肉对组成的多自由度控制驱动系统。

进一步的，第一驱动机构的舵机与仿生柔性线驱动胸鳍的舵机驱动杆相连接，舵机驱动杆与仿生线驱动肌腱相连，仿生线驱动肌腱为柔软尼伦绳材料制备。舵机驱动杆由碳纤维板202制备。

进一步的，仿生柔性线驱动胸鳍包括硅胶胸鳍本体204，硅胶胸鳍本体可以为框架本体，仿生柔性线驱动胸鳍的框架本体内布设打有五个通孔的舵机驱动杆，通孔用于连接仿生鳍条，仿生鳍条203为柔软尼龙绳材料制备，仿生柔性线驱动胸鳍将多根联动线分布式嵌入人体硅胶中，构成仿生柔性线驱动胸鳍内部放射性仿生鳍条，由线驱动同软体材料模拟蝠鲼的肌肉纤维组织，能够实现仿生仿生柔性线驱动胸鳍的运动，仿生效果逼真推进效率高。这一具有鳍线效应的结构是通过对蝠鲼鳍条进行功能性解剖所得出线驱动为核心驱动方式，运动肌腱与鳍线效应结合，高度模仿自然蝠鲼的鳍条摆动，节能驱动，推进效率高，是仿生蝠鲼续航时间久。

在一个具体实施例中，仿生柔性线驱动胸鳍翼型仿生真实蝠鲼，设置为双凸翼型的非线性外形。第一仿生柔性线驱动胸鳍和第二仿生柔性线驱动胸鳍采用软体硅橡胶材料浇灌而成。

硅橡胶材料具有优良的化学稳定性，环保无毒，线收缩率低，操作性强。采用软体硅橡胶材料浇筑而成的仿生柔性线驱动胸鳍，能够较大程度的在水中做类正弦曲线的柔性摆动并产生有效的推进力推动身体前进，实现高度柔性摆动。

进一步的，仿生柔性线驱动胸鳍的框架本体内安装有30根仿生鳍条，仿生柔性线驱动胸鳍在纵向上厚部逐渐变薄，在纵向面上仿生柔性线驱动胸鳍上半部分较厚，下半部分厚度相对较薄。基于蝠鲼的外形，我们在流线型柔性胸鳍的下部设计了薄边，通过非线性设计，避免舵机驱动胸鳍与材料产生共振现象，降低结构损坏的可能性。

在一个具体实施例中，如图2和图6所示，蝠鲼本体设置有电控仓和平衡调控仓，电控仓104包括水密封控制仓104-1、水密封电池仓104-2以及电控仓盖104-3。水密封控制仓内有控制电路板，水密封控制仓前盖设置水密接口与传感器组相连，水密封控制仓后盖设置水密接口与舵机相连，控制仓出线口处有接线水密头。平衡调控仓105包括沉浮调控仓105-1及沉浮调控仓盖105-2。

进一步的，在蝠鲼本体中预留180mm×200mm的槽口放置电池仓104-2和控制仓，并设置固定底座，蝠鲼本体中同时预留各线路过线槽，用于方便顺理外部电路走线。

进一步的，蝠鲼本体设置100mm×160mm的槽口放置浮体材料和配重材料控制蝠鲼整体在水中平衡。平衡调控仓仓盖设置有5行3列，规格为M10的通水孔，使平衡调控仓105与外界相通，水可进入平衡调控仓。

进一步的，所述水密封控制仓内有控制电路板，所述水密封控制仓前盖设置水密接口与传感器组相连，进行传感器信号输出与传感器数据回收；所述水密封控制仓后盖设置水密接口与舵机相连，进行舵机信号输出及控制，实现各种仿生行为的控制。

在一个具体实施例中，本电路以Arduino板为主控芯片，配备有温度传感器103-1、加速度传感器、陀螺仪、压力传感器103-2、超声波测距模块103-3和摄影装置103-4。其中超声波测距模块可为避障系统以及测速算法服务；加速度传感器可用于仿生柔性线驱动蝠鲼在水下航行中的惯性导航系统和航行器自身所受外力的情况，为仿生柔性线驱动蝠鲼的自身纠正提供数据支持；压力传感器主要用于检测自身动作的检测和舱体耐压情况，便于自身安全和动作编程；陀螺仪用于检测自身航行方向以及姿态，是仿生柔性线驱动蝠鲼航行方向和姿态自调整的基础。仿生柔性线驱动蝠鲼在水下运用惯性导航系统进行定位，并用超声波测距模块测得的两次距离值测算速度，来矫正惯性导航系统的误差，这些传感器的应用大大提高了系统的稳定性，实现准确控制。

进一步的蝠鲼携带传感器组安置于蝠鲼本体头部预留槽口处和水密封控制仓内，并设置有过线槽。蝠鲼携带的传感器组有温度传感器103-1、九轴加速度传感器、姿态指引仪、压力传感器103-2、超声波测距模块和摄影装置。传感器的应用大大提高了系统的稳定性，实现准确控制。

进一步的，控制仓内有九轴加速度传感器和姿态指引仪，控制仓内有九轴加速度传感器可用于仿生柔性线驱动蝠鲼在水下航行中的惯性导航系统和航行器自身所受外力的情况，为仿生柔性线驱动蝠鲼的水下路径规划及自身纠正提供数据支持。姿态指引仪用于检测自身航行方向以及姿态，是仿生柔性线驱动蝠鲼航行方向和姿态自调整的基础，从而实现高精度的路径规划运动检测。

进一步的，蝠鲼本体设有图像获取单元101和多个传感器替换口103，图像获取单元包括一个高清微型摄像头，高清微型摄像头的周围设有LED照明灯102，LED照明灯为高清微型摄像头的水下摄影提供光线。高清微型摄像头和激光标尺搭配使用，可对高清微型摄像头视线内的物体大小进行测量，可观察渔礁形态、形状、状态变化、鱼群群体的密度以及个体长度大小。

在一个具体实施例中，如图7和图8所示，蝠鲼的主程序启动后会等待上位机的指令并对自身参数进行初始化，主要初始化参数设定有：姿态仪参数、PID参数、电池电量、模块工作状态参数、时钟、通信频率等，主控芯片程序通过接受控制信号来控制仿生柔性线驱动蝠鲼，并同时返回自身状态信息给上位机，当接受到控制信号后，程序会根据信号调整动作参数，完成动作。主控芯片会定时采集周围信息处理(碰撞检测)、存储和回传上位机。

在一个具体实施例中，基于海洋牧场水下环境探测的仿生柔性线驱动蝠鲼还包括电源，控制电路板的电源端、多路舵机控制板的电源端、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。通过设置该电源可以保证该基于海洋牧场水下环境探测的仿生柔性线驱动蝠鲼长时间进行水下试验，同时提高基于海洋牧场水下环境探测的仿生柔性线驱动蝠鲼的使用便捷性。

本发明实施例提供的基于海洋牧场水下环境探测型蝠鲼是一种具备了探测识别、信息传递、军事侦察、海洋救生等功能的智能仿生柔性线驱动蝠鲼。随着海洋强国的理念普及，海洋资源的优势展现，水下仿生柔性线驱动蝠鲼领域开始逐步发展。

作为一种新型的基于海洋牧场水下环境探测的仿生柔性线驱动蝠鲼，所述蝠鲼仿生柔性线驱动胸鳍采用零度柔性的人体硅胶浇筑而成，内部采用分布式线驱动模拟蝠鲼胸鳍的肌肉纤维组织，使其具有高推进效率，高机动性和环境共融性。仿生柔性线驱动胸鳍截面成双凸翼型，在展向上逐渐变薄，边缘设有薄边，具有流线型结构，同时非线性设计避免发生共振，降低结构损坏的可能。所述蝠鲼本体设置有平衡调控仓，可以有效增加蝠鲼在水中的浮力，使其游动姿态更佳灵活自如。所述蝠鲼仿生柔性线驱动对鳍通过不同频率下的摆动姿态可实现蝠鲼的直行、艏摇、横滚动作；通过第一驱动机构、第二驱动机构高频同振幅震动配合第三驱动机构偏移可实现蝠鲼的俯仰大回旋、直线上升、出水腾飞动作。所述蝠鲼的机动性高，环境共融性强，可以应用于海洋牧场管理渔业资源，将所述蝠鲼做为载体，可搭载高清微型摄像头、成像声呐实时动态观测海底水域情况，进行鱼类集群诱导。蝠鲼的仿生柔性也增加了蝠鲼的环境共融性，很好地提高水下的作业效率。所以，本发明提供的一种新型的基于海洋牧场水下环境探测的仿生柔性线驱动蝠鲼对于海洋牧场的精准化智能养殖具有十分重要的现实意义和推广前景。

第一、本发明提供了一种基于海洋牧场水下环境探测的仿生柔性线驱动蝠鲼，第一仿生柔性线驱动胸鳍和第二仿生柔性线驱动胸鳍通过第一驱动机构、第二驱动机构分别与蝠鲼本体左右侧连接，第一仿生柔性线驱动胸鳍和第二仿生柔性线驱动胸鳍不同频率下的摆动姿态可实现蝠鲼的直行、艏摇、横滚动作；蝠鲼尾部通过第三驱动机构与蝠鲼本体的下端连接。第一驱动机构、第二驱动机构高频同振幅震动配合第三驱动机构偏移可实现蝠鲼的俯仰大回旋、直线上升、出水腾飞动作。

第二、本发明提供了一种基于海洋牧场水下环境探测的仿生柔性线驱动蝠鲼，蝠鲼采用软体硅橡胶材料制作仿生柔性线驱动胸鳍，硅橡胶材料具有优良的化学稳定性，环保无毒，线收缩率低，操作性强。硅橡胶材料铸造胸鳍具备高度仿生外形，能够较大程度的在水中做类正弦曲线的柔性摆动并产生有效的推进力推动身体前进，实现全柔性摆动，流体扰动小，环境共融性强。

第三、本发明提供了一种基于海洋牧场水下环境探测的仿生柔性线驱动蝠鲼，蝠鲼参照多自由度对鳍推进运动模型，使用了与鳍线效应结合的仿生线驱动肌腱，设计并制作出以前、后两部分反向活动的肌肉对组成的多自由度控制驱动系统。这一具有鳍线效应的结构是通过对蝠鲼鳍条进行功能性解剖所得出的构造。使仿生胸鳍波动姿态的具有较高的可控性和控制精度，驱动效率高，机动性好。

第四、本发明提供了一种基于海洋牧场水下环境探测的仿生柔性线驱动蝠鲼，蝠鲼在柔性仿生胸鳍的展向上，其横截面的纵向厚度逐渐变薄，

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于海洋牧场水下环境探测的仿生柔性线驱动蝠鲼，其特征在于，包括：蝠鲼本体、蝠鲼尾部以及一对仿生柔性线驱动胸鳍，一个所述仿生柔性线驱动胸鳍通过第一驱动机构与所述蝠鲼本体左侧连接，另一个所述仿生柔性线驱动胸鳍通过第二驱动机构与所述蝠鲼本体右侧连接；所述蝠鲼尾部通过第三驱动机构与所述蝠鲼本体的下端连接。

2.如权利要求1所述的基于海洋牧场水下环境探测的仿生柔性线驱动蝠鲼，其特征在于，所述第一驱动机构、所述第二驱动机构以及所述第三驱动机构均包括舵机支架以及设置在所述舵机支架内的舵机。

3.如权利要求1所述的基于海洋牧场水下环境探测的仿生柔性线驱动蝠鲼，其特征在于，所述仿生柔性线驱动胸鳍包括与鳍线效应结合的仿生线驱动肌腱，所述仿生柔性线驱动胸鳍还包括以前、后两部分反向活动的肌肉对组成的多自由度控制驱动系统。

4.如权利要求3所述的基于海洋牧场水下环境探测的仿生柔性线驱动蝠鲼，其特征在于，所述第一驱动机构的舵机与所述仿生柔性线驱动胸鳍的舵机驱动杆相连接，所述舵机驱动杆与所述仿生线驱动肌腱相连，所述仿生线驱动肌腱为柔软尼伦绳材料制备。

5.如权利要求1所述的基于海洋牧场水下环境探测的仿生柔性线驱动蝠鲼，其特征在于，所述仿生柔性线驱动胸鳍设置为双凸翼型的非线性外形，且所述仿生柔性线驱动胸鳍采用软体硅橡胶材料浇灌而成。

6.如权利要求1所述的基于海洋牧场水下环境探测的仿生柔性线驱动蝠鲼，其特征在于，所述蝠鲼本体设置有电控仓和平衡调控仓，所述电控仓包括水密封控制仓以及水密封电池仓；

所述水密封控制仓内设置有控制电路板，所述水密封控制仓的前盖设置第一水密接口，所述水密封控制仓的后盖设置第二水密接口；传感器组安装于所述蝠鲼本体的头部预留槽口和所述水密封控制仓内；所述水密封控制仓出线口处设置有接线水密头。

7.如权利要求6所述的基于海洋牧场水下环境探测的仿生柔性线驱动蝠鲼，其特征在于，所述传感器组包括温度传感器、九轴加速度传感器、姿态指引仪、压力传感器、超声波测距模块和摄影装置。

8.如权利要求7所述的基于海洋牧场水下环境探测的仿生柔性线驱动蝠鲼，其特征在于，所述水密封控制仓内设置有所述九轴加速度传感器和所述姿态指引仪；

所述九轴加速度传感器用于为水下路径规划及自身纠正提供数据支持；所述姿态指引仪用于检测航行方向以及姿态，从而实现高精度的路径规划运动检测。