CN110775233B - 一种具有滑翔、扑翼运动的仿生柔体潜水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有滑翔、扑翼运动的仿生柔体潜水器；由主体、联翼、扑翼，镁钛电池组、扑翼骨架、驱动电机、电池仓和电子仓组成；主体两侧分别连接有第一、第二联翼和第一、第二扑翼，通信天线位于主体尾部上方，摄像机位于主体前部下方；四个钓钩依质心均布设置在主体上部；电池仓和电子仓位于主体内后部，且分别固连有二次锂电池组用于给系统提供电源，镁钛电池组设置在两联翼内部，利用海水发电并给二次锂电池组充电；两扑翼通过连杆机构和翼型框架组成扑翼骨架，并通过电机带动轮盘上的钢丝带动骨架动作。柔体潜水器实现滑翔和扑翼一体化推进，有较高的灵活性和水动力性能；其推进速度快，减小阻力，可增加滑翔距离。

Description

一种具有滑翔、扑翼运动的仿生柔体潜水器

技术领域

本发明涉及水下仿生推进技术，具体地说，涉及一种具有滑翔、扑翼运动的仿生柔体潜水器。

技术背景

水下仿生柔体潜水器是一种能够在海水中长时间自主航行的智能水下推进装置，由于其高效率节能的推进效率，能够在深海域水下长时间执行环境监测、科学考察多项任务。水下仿生柔体潜水器结合滑翔机的滑翔推进和水下鱼类生物的柔性推进特点于一体，相比于已有的固定翼水下滑翔机，其具有更好的隐身性能、机动性能和高效率。水下滑翔机是利用重心调节系统改变滑翔机重心位置进而改变滑翔方向，利用重力和浮力来推进的一种水下推进装置。

推进装置则是基于水下鱼类生物的游动机理，利用柔性材料仿其运动方式，其运动方式仿生鱼有胸鳍扑动和身体加尾部摆动推进。

发明专利CN101003301A中公开了一种“水下仿水翼推进装置”，该推进装置采用两个电机和控制系统，实现水翼拍动和旋转运动的两个自由度的旋转。这种仿水翼推进装置结构复杂，并且需要精确的控制，须配置复杂的单片机控制系统。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种具有滑翔、扑翼运动的仿生柔体潜水器；该柔体潜水器结构简单、重量轻，且更换便捷。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括主体、第一联翼、第一扑翼、第二联翼、第二扑翼、通信天线、第一钓钩、第二钓钩、第三钓钩、第四钓钩、摄像机、第一铅块、第二铅块、镁钛电池组、扑翼骨架、驱动电机、第一电池仓、电子仓、第二电池仓和油馕，所述第一联翼、第二联翼分别位于主体两侧，第一联翼和第二联翼与主体通过螺栓连接，通信天线位于主体尾部上方，用于主体浮出水面后接收和发送信息，摄像机位于主体前部下方，主体上部固连有第一钓钩、第二钓钩、第三钓钩和第四钓钩，四个钓钩依质心均布设置在主体上部用于吊放与回收；第一电池仓、第二电池仓和电子仓位于主体内后部，第一电池仓、第二电池仓固定在电子仓两侧，两电池仓内分别对称布设有二次锂电池组，二次锂电池组用于为系统提供电源，镁钛电池组位于第一联翼和第二联翼内部，其利用海水发电并给二次锂电池组充电；

所述第一扑翼、第二扑翼分别与第一联翼、第二联翼连接，第一扑翼和第二扑翼位于第一联翼和第二联翼侧端，第一扑翼和第二扑翼通过连杆机构和翼型框架组成扑翼骨架，并通过驱动电机带动轮盘上的钢丝带动扑翼骨架做扑动动作。

所述第一联翼和第二联翼、第一扑翼和第二扑翼均以NACA00系列翼型为基础翼型，通过二维翼型优化系统进行优化，将优化系统寻优得到的翼型作为仿生滑翔、扑翼的剖面形状。

所述油馕安装在主体的尾部，通过浮力调节系统调节油馕内油的体积进而改变总浮力大小。

所述第一铅块、第二铅块位于主体下部，用于机体自动上浮、下沉减小重力。

有益效果

本发明提出的一种具有滑翔、扑翼运动的仿生柔体潜水器；由主体、联翼和扑翼，海水镁钛电池组、扑翼骨架、驱动电机、电池仓和电子仓组成；主体两侧分别连接有第一联翼、第二联翼和第一扑翼、第二扑翼，通信天线位于主体尾部上方，用于主体浮出水面后接收和发送信息，摄像机位于主体前部下方；四个钓钩依质心均布设置在主体上部，用于吊放与回收；第一电池仓、第二电池仓和电子仓位于主体内后部，电池仓内分别固连有二次锂电池组且对称布设，二次锂电池组用于给系统提供电源，海水镁钛电池组分布在第一联翼和第二联翼内部，利用海水发电并给二次锂电池组充电；第一扑翼和第二扑翼通过连杆机构和翼型框架组成扑翼骨架，并通过驱动电机带动轮盘上的钢丝带动框架做扑动动作。潜水器的主体头部下方设有设备舱，可安装照明，摄像，以及小型机械爪多种智能设备。仿生柔体潜水器实现滑翔与扑翼一体化推进，有较高的灵活性和水动力性能。

本发明具有滑翔、扑翼运动的仿生柔体潜水器，可实现滑翔与扑翼一体化推进，有较高的灵活性和水动力性能。当机体做滑翔运动时，若两侧扑翼不做扑动变形时，可把整体作为一个滑翔机。当机体做滑翔运动时，若两侧扑翼在电机驱动下主动扑动变形时，可把整体当作一个仿生机器鱼，此时，机体与单独滑翔相比，推进速度更快，转弯半径小，效率更高，灵活性显著增加。

本发明具有滑翔、扑翼运动的仿生柔体潜水器，柔性扑翼可实现被动变形减小阻力，节约能源，增加滑翔总距离。

本发明具有滑翔、扑翼运动的仿生柔体潜水器，机体腹部有抛载机构，在遇到紧急情况时可抛弃部分载荷，使机体大部分浮出水面，减小损失。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种具有滑翔、扑翼运动的仿生柔体潜水器作进一步详细说明。

图1为本发明具有滑翔、扑翼运动的仿生柔体潜水器俯视图。

图2为本发明具有滑翔、扑翼运动的仿生柔体潜水器结构示意图。

图3为本发明仿生柔体潜水器结构侧视图。

图4为本发明仿生柔体潜水器内部结构示意图。

图中

1.主体 2.第一联翼 3.第一扑翼 4.第二联翼 5.第二扑翼 6.通信天线 7.第一钓钩 8.第二钓钩 9.第三钓钩 10.第四钓钩 11.摄像机 12.第一铅块 13.第二铅块 14.镁钛电池组 15.扑翼骨架 16.驱动电机 17.第一电池仓 18.电子仓 19.油馕 20.第二电池仓

具体实施方式

本实施例是一种具有滑翔、扑翼运动的仿生柔体潜水器。

参阅图1～图4，本实施例具有滑翔、扑翼运动的仿生柔体潜水器，由主体1、第一联翼2、第一扑翼3、第二联翼4、第二扑翼5、通信天线6、第一钓钩7、第二钓钩8、第三钓钩9、第四钓钩10、摄像机11、第一铅块12、第二铅块13、镁钛电池组14、扑翼骨架15、驱动电机16、第一电池仓17、电子仓18、油馕19、第二电池仓20组成；其中，所述第一联翼2、第二联翼4分别位于主体1两侧，第一联翼2和第二联翼4与主体1通过螺栓连接。通信天线6安装在主体1尾部上方，用于主体1浮出水面后接收和发送信息。摄像机11安装在主体1前部下方；主体1上部固连有第一钓钩7、第二钓钩8、第三钓钩9和第四钓钩10，四个钓钩依质心均布设置，用于吊放与回收；第一电池仓17、第二电池仓20和电子仓18安装在主体1内后部，第一电池仓17、第二电池仓20分布于电子仓18两侧，两个电池仓内分别固连有二次锂电池组，且对称布设，二次锂电池组用于给系统提供电源，镁钛电池组14分布在第一联翼2和第二联翼4内部，其利用海水发电并给二次锂电池组充电。

第一扑翼3和第二扑翼5分别与第一联翼2和第二联翼4通过螺栓连接，第一扑翼3和第二扑翼5位于第一联翼2和第二联翼4侧端，第一扑翼3和第二扑翼5通过连杆机构和翼型框架组成扑翼骨架15，并通过驱动电机16接收控制指令，驱动电机16带动轮盘上的钢丝带动框架做扑动动作；使扑翼产生一定变形，给机体提供动力使机体加速滑翔或者侧向力使机体变航向。第一联翼2和第二联翼4，第一扑翼3和第二扑翼5以NACA00系列翼型为基础翼型，通过二维翼型优化系统进行优化，将优化系统寻优得到的翼型作为仿生滑翔、扑翼的剖面形状。

本实施例中，电子仓18内部包括控制系统、浮力调节系统、质心调节系统。

本实施例中，油馕19安装在主体的尾部，油馕19是浮力调节系统的一部分，当需要增加浮力时，通过浮力调节系统调节油馕19内油的体积进而改变总浮力大小。第一铅块12、第二铅块13位于主体下方，用于机体自动上浮下沉减小重力。其作用是在遇到紧急情况时，系统自动抛弃铅块12与铅块13，减小重力，使机体自动上浮，起到减小损失的作用。

本实施例执行任务过程

系统开机，下位机执行自检程序并通过通信天线6发送状态信息给上位机，上位机确定系统正常后发送任务指令给下位机，下位机解码后按照任务指令自主控制仿生柔体潜水器执行任务。执行任务过程中，电子控制系统按照规划的任务路径航行，遇到障碍物自行规避，并记录航行信息。执行任务结束后，仿仿生柔体潜水器浮出水面并发送任务结束信号给上位机。浮力质心调节系统根据控制指令完成仿生柔体潜水器的姿态调节与浮力调节。当收到下潜指令时，通过调节质心位置使潜水器质心前移，通过调节浮力大小使浮力减小，潜水器由于重力作用下潜。当收到上浮指令时，通过调节质心位置使潜水器质心后移，通过调节浮力大小使浮力增加，潜水器由于浮力作用上浮。

本实施例仿生柔体潜水器的运动方式有两种，一种是像滑翔机一样只依靠重、浮力下潜和上浮，另一种是滑翔与扑翼推动一体推进。仿生柔体潜水器在以第二种方式运动时，由于扑翼的扑动可以提供向前的推力，滑翔速度大大提高了；另外，在改变航向和规避障碍物时，可以通过质心调节系统与扑翼一起控制机体的姿态，明显提高了自身的灵活性。

Claims (3)

1.一种具有滑翔、扑翼运动的仿生柔体潜水器，其特征在于:包括主体、第一联翼、第一扑翼、第二联翼、第二扑翼、通信天线、第一钓钩、第二钓钩、第三钓钩、第四钓钩、摄像机、第一铅块、第二铅块、镁钛电池组、扑翼骨架、驱动电机、第一电池仓、电子仓、第二电池仓和油馕，所述第一联翼、第二联翼分别位于主体两侧，第一联翼和第二联翼与主体通过螺栓连接，通信天线位于主体尾部上方，用于主体浮出水面后接收和发送信息，摄像机位于主体前部下方，主体上部固连有第一钓钩、第二钓钩、第三钓钩和第四钓钩，四个钓钩依质心均布设置在主体上部用于吊放与回收；第一电池仓、第二电池仓和电子仓位于主体内后部，第一电池仓、第二电池仓固定在电子仓两侧，两电池仓内分别对称布设有二次锂电池组，二次锂电池组用于为系统提供电源，镁钛电池组位于第一联翼和第二联翼内部，其利用海水发电并给二次锂电池组充电；

所述第一扑翼、第二扑翼分别与第一联翼、第二联翼连接，第一扑翼和第二扑翼位于第一联翼和第二联翼侧端，第一扑翼和第二扑翼通过连杆机构和翼型框架组成扑翼骨架，并通过驱动电机带动轮盘上的钢丝带动扑翼骨架做扑动动作；

所述第一联翼和第二联翼、第一扑翼和第二扑翼均以NACA00系列翼型为基础翼型，通过二维翼型优化系统进行优化，将优化系统寻优得到的翼型作为仿生滑翔、扑翼的剖面形状。

2.根据权利要求1所述的具有滑翔、扑翼运动的仿生柔体潜水器，其特征在于:所述油馕安装在主体的尾部，通过浮力调节系统调节油馕内油的体积进而改变总浮力大小。

3.根据权利要求1所述的具有滑翔、扑翼运动的仿生柔体潜水器，其特征在于:所述第一铅块、第二铅块位于主体下部，用于机体自动上浮、下沉减小重力。

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