CN110588934A - 一种水下柔性仿生鱿鱼 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水下柔性仿生鱿鱼，包括鱿鱼本体，所述鱿鱼本体包括鱿鱼尾部、鱿鱼胴体前部、鱿鱼头部、若干鱿鱼腕足，所述鱿鱼尾部、鱿鱼胴体前部和鱿鱼头部的外表皮分别由软体材料浇铸在一起，整体构成了一个流线型结构，所述鱿鱼尾部两侧分别设有肉鳍，所述鱿鱼头部设有螺旋桨推进器，所述鱿鱼尾部设置一组用于控制肉鳍做上下摆动的尾部驱动器，该尾部驱动器通过一组固定在肉鳍内部横向设置的左右尾部驱动器支架固定在肉鳍上，所述鱿鱼胴体前部内设有一密封桶，该密封桶内设置有电路元件，所述电路元件通过电线分别与所述头部驱动器、尾部驱动器电连接。一种搭载多种传感器的柔性仿生鱿鱼，具有环境扰动小，游动空间大，能耗低等优点。
Description
技术领域
本发明属于水下机器人技术领域，具体涉及一种水下柔性仿生鱿鱼。
背景技术
21世纪以来，探索和开发新能源是各国所面临的重要课题，而水下机器人作为探索和利用海洋的重要技术手段，其中仿生类水下机器人能弥补其他传统水下航行器噪声大，推进效率低等缺点。
现阶段国内外对于仿生鱿鱼的研究很少，大多数仿生机器鱼多以刚性材料为主，而鱿鱼的游动依靠其体内射出的喷流来实现运动，其柔软的生物外表特征使其具有游动效率高，功耗低，高稳定性，游动空间大等优点，能弥补现阶段大部分水下机器人推进效率低，功耗大，机运动性差等缺点。仿生柔性鱿鱼不仅具备自然鱿鱼良好的游动优势，且其通过搭载多种传感器满足不同领域的具体应用需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水下柔性仿生鱿鱼，以解决现有技术中海洋机器人的仿真效果差，推进效率低，机动性弱等缺点。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种水下柔性仿生鱿鱼，包括鱿鱼本体，所述鱿鱼本体包括鱿鱼尾部、鱿鱼胴体前部、鱿鱼头部、若干鱿鱼腕足，所述鱿鱼尾部、鱿鱼胴体前部和鱿鱼头部的外表皮分别由软体材料浇铸在一起，整体构成了一个流线型结构，所述鱿鱼尾部、鱿鱼胴体前部及鱿鱼头部均为刚性结构，且采用刚性连接，有利于将鱿鱼腕足所产生的推力有效传递至鱿鱼尾部，增加鱿鱼推进力，减少水流对鱿鱼产生的阻力，所述鱿鱼本体的外部采用软体材料蒙皮，使结构更加紧凑，减少水对鱿鱼本体外表皮产生的摩擦，且外部蒙皮有利于减震，保护内部刚性结构，防止振动引起损失，所述鱿鱼尾部两侧分别设有肉鳍，所述鱿鱼头部设有螺旋桨推进器，所述鱿鱼尾部设置一组用于控制肉鳍做上下摆动的尾部驱动器，该尾部驱动器通过一组固定在肉鳍内部横向设置的左右尾部驱动器支架固定在肉鳍上，所述鱿鱼胴体前部内设有一密封桶，该密封桶内设置有电路元件，所述电路元件通过电线分别与所述头部驱动器、尾部驱动器电连接，每个鱿鱼腕足对应由一个U型支架支撑，各U型支架分别连接一带动鱿鱼腕足上下摆动的头部驱动器的一侧，所述头部驱动器的另一侧连接在所述鱿鱼腕足上，所述鱿鱼头部中央设置一法兰盘，所述鱿鱼头部内部安置一架子，该架子连接所述头部驱动器中央一纵向放置的U型支架的，所述架子底部通过螺丝固定连接提供推力的喷水推进器，可采用螺杆、花键、楔销等零部件，所述架子将所述密封桶和鱿鱼头部连接固定一起。
进一步，所述肉鳍包括左肉鳍、右肉鳍，所述尾部驱动器包括左侧尾部驱动器、右侧尾部驱动器，所述左侧尾部驱动器通过u型支架的一侧连接，该u型支架的另一侧设置于左肉鳍的内部，用于控制左肉鳍上下摆动，所述右侧尾部驱动器通过u型支架的一侧连接，该u型支架的另一侧设置于右肉鳍的内部，用于控制右肉鳍上下摆动。
进一步，所述鱿鱼尾部的内部采用刚性长锥形材料体支撑，所述带耳环的法兰盘一段连接所述密封桶，另一端连接所述鱿鱼尾部内部的刚性长锥形材料体，刚性长锥型材料的左半边利用左u型支架一侧连接，支左架另一侧连接左部尾部驱动器的另一侧，左半边利用右u型支架一侧连接，右左架另一侧连接右部尾部驱动器的另一侧。
进一步，所述左肉鳍、右肉鳍分别对称，呈扁平三角状结构。
进一步，所述鱿鱼腕足包括八条，分别分布在鱿鱼头部的周围，所述鱿鱼腕足由软体材料仿生浇筑而成，呈扁平长条状，所述鱿鱼腕足之间设置有仿生类软皮模拟自然鱿鱼的蹼。
进一步，所述鱿鱼尾部、胴体前部及头部内部为刚性结构，有利于将鱿鱼腕足所产生的推力有效传递至鱿鱼尾部，增加鱿鱼推进力。
进一步，所述用于连接电路元件和所述头部驱动器、尾部驱动器的电线以密封隔水形式穿出所述密封桶。
进一步，所述鱿鱼胴体前部上设置有传感器，所述传感器包括摄像头、自动避障系统。
进一步，所述鱿鱼本体能能通过电力载波实现有线遥控，所述鱿鱼本体通过内部安置接收器连接天线至浮漂，或通过无线模块实现无线遥控。
进一步，所述软体材料为人体硅胶。
有益效果：本发明提供了一种搭载多种传感器的柔性仿生鱿鱼，以整体采用富有弹性的人体硅胶填充，高度仿生鱿鱼的外形结构，使柔性仿生鱿鱼整体保持流线型结构，同时在鱿鱼尾部内部设置刚性长锥形材料体，达到支撑鱿鱼尾部，增大其尾部的破水力的目的，刚性长锥形，头部刚性，刚性连接，从前到后力的传递，有利于推进，大程度减阻，转换推进力，等同于内壳。蒙皮结构紧凑，水摩擦，减阻；外部蒙皮减震，保护内部振动，防止内部刚性的断裂，减少内部噪音。本发明具有环境扰动小，游动空间大，能耗低等优点。
附图说明
图1是本发明一种水下柔性仿生鱿鱼的整体结构示意图。
图2是本发明一种水下柔性仿生鱿鱼的鱿鱼尾部结构示意图。
图3是本发明一种水下柔性仿生鱿鱼的鱿鱼胴体前部结构示意图。
图4是本发明一种水下柔性仿生鱿鱼的鱿鱼头部和鱿鱼腕足结构示意图。
图5是本发明一种水下柔性仿生鱿鱼的鱿鱼头部结构示意图。
各符号代表：鱿鱼尾部1；鱿鱼胴体前部2；鱿鱼头部3；鱿鱼腕足4；尾部驱动器5；左侧尾部驱动器51；右侧尾部驱动器52；肉鳍6；左肉鳍61；右肉鳍62；左侧尾部驱动器支架71；右侧尾部驱动器支架72；左驱动器支架73；右驱动器支架74；头部驱动器8；头部驱动器支架9；螺旋桨推进器10；刚性长锥形材料体11。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1、2、5所示，图中包括鱿鱼本体，该鱿鱼本体包括鱿鱼尾部1、鱿鱼胴体前部2、鱿鱼头部3、若干鱿鱼腕足4，所述鱿鱼尾部1、鱿鱼胴体前部2和鱿鱼头部2的外表皮分别由软体材料(如硅胶)浇铸在一起，整体构成了一个流线型结构，所述鱿鱼尾部、鱿鱼胴体前部和鱿鱼头部的外表皮分别由软体材料浇铸在一起，整体构成了一个流线型结构，鱿鱼尾部1、鱿鱼胴体前部2及鱿鱼头部3均为刚性结构，且采用刚性连接，有利于将鱿鱼腕足3所产生的推力有效传递至鱿鱼尾部，增加鱿鱼推进力，减少水流对鱿鱼产生的阻力，所述鱿鱼本体的外部采用软体材料蒙皮，使结构更加紧凑，减少水对鱿鱼本体外表皮产生的摩擦，且外部蒙皮有利于减震，保护内部刚性结构，防止振动引起损失。鱿鱼本体能能通过电力载波实现有线遥控，所述鱿鱼本体通过内部安置接收器连接天线至浮漂，或通过无线模块实现无线遥控。
所述鱿鱼尾部1两侧分别设有肉鳍6，所述肉鳍6包括左肉鳍61、右肉鳍62，所述左肉鳍61、右肉鳍62分别对称，呈扁平三角状结构。
所述尾部驱动器5包括左侧尾部驱动器51、右侧尾部驱动器52，所述左侧尾部驱动器51设置在左肉鳍61内部，用于控制左肉鳍61上下摆动，所述右侧尾部驱动器52设置在右肉鳍62内部，用于控制右肉鳍62上下摆动，所述左侧尾部驱动器51通过一固定在左肉鳍61内部横向设置的左尾部驱动器支架71固定在左肉鳍61上，所述右侧尾部驱动器52通过一固定在右肉鳍62内部横向设置的右尾部驱动器支架72固定在右肉鳍62上。所述左侧尾部驱动器51通过一固定于刚性长锥形材料体11左侧长方体凹槽的左驱动器支架73，所述右侧尾部驱动器52通过一固定于刚性长锥形材料体11右侧长方体凹槽的右驱动器支架74。
所述左侧尾部驱动器51、右侧尾部驱动器52能够实现左肉鳍61、右肉鳍62的上下拍打动作，协同鱿鱼腕足4和螺旋桨推进器10完成前进，转弯及沉浮动作，在本申请的仿生鱿鱼在执行悬停动作时能够保持自身平衡。鱿鱼通过改变肉鳍及腕足的运动趋势，改变鱿鱼整体重心，使鱿鱼保持平衡。
所述鱿鱼头部3设有八个鱿鱼腕足4、螺旋桨推进器10，所述鱿鱼尾部1设置一组用于控制肉鳍做上下摆动的尾部驱动器5，所述鱿鱼胴体前部2内设有一密封桶，该密封桶内设置有电路元件，所述电路元件通过电线分别与所述头部驱动器8、尾部驱动器5电连接。所述用于连接电路元件和所述头部驱动器8、尾部驱动器5的电线以密封隔水形式穿出所述密封桶。所述鱿鱼胴体前部2上设置有传感器，所述传感器包括摄像头、自动避障系统。
如图3所示，在呈三角形的鱿鱼尾部1内安置一刚性长锥形材料体11支撑，用以固定鱿鱼尾部1，并增加鱿鱼尾部1的破水力。鱿鱼头部中央设置一法兰盘，所述鱿鱼头部内部安置一架子，该架子连接所述头部驱动器中央一纵向放置的U型支架的，所述架子底部通过螺丝固定提供推力的喷水推进器10，所述架子将所述密封桶和鱿鱼头部连接固定一起鱿鱼胴体前部2及其鱿鱼尾部1的外表皮由软体材料(如硅胶)浇筑而成。
如图4所示，所述鱿鱼头部3底部设有八个鱿鱼腕足，所述八个鱿鱼腕足分别由软体材料(如硅胶)仿生浇筑而成，以更逼真地模拟天然鱿鱼腕足的柔软性，每个鱿鱼腕足对应由一个U型支架支撑，各U型支架分别连接一带动鱿鱼腕足上下摆动的头部驱动器8的一侧，所述头部驱动器8的另一侧连接在所述鱿鱼腕足上，每个头部驱动器8分别控制对应鱿鱼腕足的运动。
鱿鱼头部3内部安置一架子，该架子一侧连接所述头部驱动器8，架子中央一纵向放置的U型支架的一侧，支架底部通过螺丝固定提供推力的所述喷水推进器10。所述八个鱿鱼腕足分别分布在鱿鱼头部3的周围，所述鱿鱼腕足由软体材料(如硅胶)仿生浇筑而成，呈扁平长条状。所述鱿鱼腕足之间设置有仿生类软皮模拟自然鱿鱼的蹼。
本发明仿生鱿鱼通过控制鱿鱼头部3的八只腕足4的收缩频率和两侧鱿鱼肉鳍6的拍打频率和幅度改变仿生鱿鱼的前进速度，并实现鱿鱼的沉浮动作，通过控制鱿鱼头部3八只腕足4的运动趋势，协同两侧肉鳍6不同拍打频率及幅度，来实现鱿鱼的三维空间的转弯运动及控制其转弯半径大小。在鱿鱼头部1的八只鱿鱼腕足的中心处设有利用U型支架固定辅助鱿鱼前进的螺旋桨推进器10，螺旋桨推进器10通过电线与密封桶内的电路元件电连接，螺旋桨推进器10将水从桨叶的吸入面吸入，从排出面排出，利用水的反作用力辅助推动鱿鱼前进。严格配置电子控制舱重心在控制舱的纵轴上，使得喷水推进器轴线与控制舱轴线在同一条轴线上，保持本仿生鱿鱼直行。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种水下柔性仿生鱿鱼，包括鱿鱼本体，所述鱿鱼本体包括鱿鱼尾部、鱿鱼胴体前部、鱿鱼头部、若干鱿鱼腕足，所述鱿鱼尾部、鱿鱼胴体前部和鱿鱼头部的外表皮分别由软体材料浇铸在一起，整体构成了一个流线型结构，所述鱿鱼尾部两侧分别设有肉鳍，所述鱿鱼头部设有螺旋桨推进器，所述鱿鱼尾部设置一用于控制肉鳍做上下摆动的尾部驱动器，该尾部驱动器通过一固定在肉鳍内部横向设置的左右尾部驱动器支架固定在肉鳍上，所述鱿鱼胴体前部内设有一密封桶，该密封桶内设置有电路元件，所述电路元件通过电线分别与所述头部驱动器、尾部驱动器电连接，每个鱿鱼腕足对应由一个U型支架支撑，各U型支架分别连接一带动鱿鱼腕足上下摆动的头部驱动器的一侧，所述头部驱动器的另一侧连接在所述鱿鱼腕足上，所述鱿鱼头部中央设置一法兰盘，所述鱿鱼头部内部安置一架子，该架子连接所述头部驱动器中央一纵向放置的U型支架的，所述架子底部通过螺丝固定连接提供推力的喷水推进器，可采用螺杆、花键、楔销等零部件，所述架子将所述密封桶和鱿鱼头部连接固定一起。
2.根据权利要求1所述的一种水下柔性仿生鱿鱼，其特征是，所述肉鳍包括左肉鳍、右肉鳍，所述尾部驱动器包括左侧尾部驱动器、右侧尾部驱动器，所述左侧尾部驱动器通过u型支架的一侧连接，该u型支架的另一侧设置于左肉鳍的内部，用于控制左肉鳍上下摆动，所述右侧尾部驱动器通过u型支架的一侧连接，该u型支架的另一侧设置于右肉鳍的内部，用于控制右肉鳍上下摆动。
3.根据权利要求1所述的一种水下柔性仿生鱿鱼，其特征是，所述鱿鱼尾部的内部采用刚性长锥形材料体支撑，所述带耳环的法兰盘一端连接所述密封桶，另一端连接所述鱿鱼尾部内部的刚性长锥形材料体。
4.根据权利要求2所述的一种水下柔性仿生鱿鱼，其特征是，所述左肉鳍、右肉鳍分别对称，呈扁平三角状结构。
5.根据权利要求1所述的一种水下柔性仿生鱿鱼，其特征是，所述鱿鱼腕足包括八条，分别分布在鱿鱼头部的周围。
6.根据权利要求1所述的一种水下柔性仿生鱿鱼，其特征是，所述鱿鱼尾部、胴体前部及头部内部为刚性结构，有利于将鱿鱼腕足所产生的推力有效传递至鱿鱼尾部，增加鱿鱼推进力。
7.根据权利要求1所述的一种水下柔性仿生鱿鱼，其特征是，所述用于连接电路元件和所述头部驱动器、尾部驱动器的电线以密封隔水形式穿出所述密封桶。
8.根据权利要求1所述的一种水下柔性仿生鱿鱼，其特征是，所述鱿鱼胴体前部上设置有传感器，所述传感器包括摄像头、自动避障系统。
9.根据权利要求1所述的一种水下柔性仿生鱿鱼，其特征是，所述鱿鱼本体能通过电力载波实现有线遥控，所述鱿鱼本体通过内部安置接收器连接天线至浮漂，或通过无线模块实现无线遥控。
10.根据权利要求1所述的一种水下柔性仿生鱿鱼，其特征是，所述鱿鱼腕足由软体材料仿生浇筑而成，呈扁平长条状，所述鱿鱼腕足之间设置有仿生类软皮模拟自然鱿鱼的蹼。
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