CN112918644A - 基于mpf多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的仿生运动方法 - Google Patents

Abstract

这是一种基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的仿生运动方法，属于机器人的研究领域。其身体主体主要的结构包括一块碳纤维主体底板、控制元器件盒、树脂打印外壳、水压传感器、陀螺仪、摄像头；胸鳍结构包括胸鳍叶、L型支架、U型支架、轴承、舵机支架、法兰盘、水下舵机。该机器人灵活性高，采用无线遥控方式进行仿生游动，实现运动路径的快速调整。模拟鳐鱼的MPF运动模式研究，在实现机动性及稳定性的同时，提高推进效率，探究不同MPF运动参数条件下仿生鱼机器人运动调控机理。其对于隐蔽伪装、水下勘探、水下救援等领域具有重要研究意义和应用价值。

Description

基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的仿生运动方法

技术领域

该发明属于机器人技术应用领域，具体涉及到一种基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的仿生运动方法，可以应用在自然环境观测野生生物活动，为野外研究提供新的解决方案。此外也可应用于商业、科研等其它领域。

背景技术

适应各种水下复杂环境的机器人是当今机器人研究领域最为前沿的课题之一，它集机械、电子、计算机、材料、传感器、控制技术及人工智能等多门学科于一体，反映了一个国家的智能化和自动化研究水平，同时也作为一个国家高科技实力的重要标志，各发达国家在该领域相继投入巨资开展研究。

胸鳍摆动推进模式(类似空气中鸟类的翅膀拍动飞行)是鱼类胸鳍推进模式的一种。随着仿生鱼研究领域的不断拓展，以胸鳍为主要推进力来源的推进模式虽然在速度方面胸鳍推进模式可能较尾鳍推进模式稍为逊色，但在推进效率、转弯机动性、游动稳定性等方面胸鳍推进模式具有较为明显优势。同时，秉承了胸鳍推进的高机动性特征，可实现原地转弯机动。胸鳍摆动推进模式具有低阻、低噪、运动平稳、机动灵活且结构高度集成等诸多优点。现有仿生机器鱼考虑到设计实现的简单性，对自然原型的复杂机体结构特征和运动特征进行了大量简化。如简化的薄板状胸鳍，串联式（辐条式）摆动胸鳍，或者前部单置主动驱动仿生鳍骨结合鳍面被动柔性变形的胸鳍仅实现了推进功能，而不能实现胸鳍摆动式鱼类在运动过程中的复杂鳍面运动变形。这制约仿生鱼样机无法达到与其自然原型等同性能。如何克服上述缺点是一个当下的研究热点。通过研究鱼类生物特性，我们发现依靠胸鳍推进的鱼类中，有一部鱼在主胸鳍摆动推进时，身体后部小的副鳍同时参与自身运动协调，可实现运动的高机动性并在复杂海底岩石面和水植物之间灵活游动，结合上述的仿生对象优点，仿生设计一种依靠多对并行胸鳍的栖仿生机器鱼，将具有重要的研究意义和工程价值。

比较国内外较为著名的仿生机器人，美国海军实验局ONR和Pliant EnergySystems发明两栖机器人Velox（http://www.elecfans.com/jiqiren/838180.html）；这款仿生机器人依据仿生学原理，两侧“长”有一对波浪形飘带。这种柔性鳍状物，是一种具有双曲线几何形状的四维体，它通过各种变化后能为机器人的前进和转向提供动力。德国费斯托公司研制的Aqua_ray，（http://blog.sina.com.cn/s/blog_152ca9bac0102w3am.html）。样机以刚塑性材料构建仿生样机的内部驱动骨架，以柔性防水或透水材料制作胸鳍。样机外部构型与仿生原型接近或能够实现较为复杂的鳍面运动，部分实现了功能仿生与形态仿生相结合。兰州交通大学的仿生鳐鱼胸鳍的压电耦合推进机构（CN201410194509.4）通过四拐曲轴的每个拐轴上均设置导杆。以实现减小结构尺寸和鱼体重量且实现弦向的波动推进的功能。西北工业大学的仿生鳐鱼机器人（CN201810249697.4）通过差动轮与传动轮组成的仿生差动波动结构，多对波动杆与软膜连接，实现仿生机械模拟和对鳐鱼的外形模拟和较复杂的运动。目前仿生鳐鱼机器人有采用由全柔性机体和分布式柔性鳍骨的复合而成的一体式柔性鳍叶实现胸鳍的摆动运动；有采用内部多鳍简化的薄板状胸鳍，串联式（辐条式）摆动胸鳍，或者前部单置主动驱动仿生鳍骨等。这类仿生鳐鱼机器人功能有限且各胸鳍之间运动关联性强，无法实现特定独立运动，进而一定程度上限制了仿生鳐鱼的运动灵巧性。而一种具有变刚度，非串联式多对并行的胸鳍仿生机器鱼及其仿生运动方式尚未报道过，也并未开展过研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有较好的水下高效运动功能、满足自然环境下非结构水下地形表面自适应要求，同时在水中游动时具有“滑翔”的高效游动模式，又可以通过调节多对胸鳍不同姿态而实现原地转弯等高仿生性运动，可作为复杂水下环境移动平台的MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人。

这种基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的仿生运动方法，其特征在于：

包括身体主体、N个左胸鳍、N个右胸鳍；

其中左胸鳍由以下结构组成：

包括左胸鳍叶、第一L型支架、第一U型支架、第一轴承、第一舵机支架、第一法兰盘、第一水下舵机；上述第一L型支架具有上侧面和右侧面；上述第一U型支架具有左侧面、前侧面、后侧面；上述左胸鳍叶固定在第一L型支架的上平面；第一L型支架右外侧面固定在第一U型支架左外侧面；上述第一法兰盘固定在第一水下舵机的输出旋转轴处；上述第一U型支架的后侧面的同轴固定孔与固定在第一水下舵机的输出旋转轴处的第一法兰盘固定；上述第一轴承安装于第一U型支架的前侧面的同轴固定孔，并与第一水下舵机底部配合；上述第一水下舵机固定在第一舵机支架上；上述左胸鳍叶呈现“薄叶片”型，采用柔性材料，并且左胸鳍叶的厚度是沿着前缘至后缘逐渐变薄，靠近固定孔处至左边缘逐渐变薄；

其中右胸鳍由以下结构组成：

包括右胸鳍叶、第二L型支架、第二U型支架、第二轴承、第二舵机支架、第二法兰盘、第二水下舵机；上述第二L型支架具有上侧面和左侧面；上述第二U型支架具有右侧面、前侧面、后侧面；上述右胸鳍叶固定在第二L型支架的上平面；第二L型支架左外侧面固定在第二U型支架右外侧面；上述第二法兰盘固定在第二水下舵机的输出旋转轴处；上述第二U型支架的后侧面的同轴固定孔与固定在第二水下舵机的输出旋转轴处的第二法兰盘固定；上述第二轴承安装于第二U型支架的前侧面的同轴固定孔，并与第二水下舵机底部配合；上述第二水下舵机固定在第二舵机支架上；上述右胸鳍叶呈现“薄叶片”型，采用柔性材料，并且右胸鳍叶的厚度是沿着前缘至后缘逐渐变薄，靠近固定孔处至右边缘逐渐变薄；

上述左胸鳍的第一舵机支架，右胸鳍的第二舵机支架，它们的下底部与主体底板的上平面重合配合，它们的挡板边置前，使对应的水下舵机的输出轴置后；

还包括控制器、水压传感器、陀螺仪、摄像头。

所述的基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的运动方法，其特征在于包括以下过程：

将胸鳍与身体水平面之间的夹角称为摆动角，胸鳍在水平面上方时夹角称为正角度，胸鳍在水平面下方时夹角称为负角度；

整体前向游动：所有左胸鳍及右胸鳍的初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样，并且胸鳍按照摆动角“正-0-负”方式上下摆动；

采用柔性的胸鳍叶片，在胸鳍叶片前缘是较为刚性的材料，之后向后依次刚性减弱，柔性加强，在上下摆动的时候，较柔性面，变形明显，从而对水产生向后的作用力，水对机器人产生向前的推力。实现整体前向运动

整体向左侧或右侧转向游动：所有左胸鳍的初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样，所有右胸鳍的初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样；并且胸鳍按照摆动角“正-0-负”方式上下摆动；左胸鳍和右胸鳍的初始摆动角、摆动频率一样，摆动幅度不一样；

采用柔性的胸鳍叶片，在胸鳍叶片前缘是较为刚性的材料，之后向后依次刚性减弱，柔性加强，在上下摆动的时候，较柔性面，变形明显，从而对水产生向后的作用力，水对机器人产生向前的推力。

当左胸鳍的摆动幅度小于右胸鳍，水对右胸鳍的推力大于左胸鳍，产生不平衡的力，实现左转；

当左胸鳍的摆动幅度大于右胸鳍，水对左胸鳍的推力大于右胸鳍，产生不平衡的力，实现右转。

整体向上或向下游动：将N个左胸鳍和N个右胸鳍分成N对胸鳍，其中左、右对称的1个左胸鳍和1个右胸鳍称为一对胸鳍；将N对胸鳍从头部向尾部依次称为第1对胸鳍... 第2i对胸鳍、第2i+1对胸鳍...第N对胸鳍；

将第1对胸鳍、第3对胸鳍…第2i+1对胸鳍…构成的所有奇数序列胸鳍称为奇数组胸鳍；所有奇数序列胸鳍初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样；

将第2对胸鳍、第4对胸鳍…第2i对胸鳍…构成的所有偶数序列胸鳍称为偶数组胸鳍；所有偶数序列胸鳍初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样；

奇数序列胸鳍和偶数序列胸鳍的摆动频率、摆动幅度完全一样，初始摆动角不一样；

采用柔性的胸鳍叶片，在胸鳍叶片前缘是较为刚性的材料，之后向后依次刚性减弱，柔性加强，在上下摆动的时候，较柔性面，变形明显，从而对水产生向后的作用力，水对机器人产生向前的推力。

当奇数组胸鳍初始摆动角正角度，偶数组胸鳍初始摆动角负角度，奇数组胸鳍摆动时，产生向前的推力，并且推力作用在正角度方向，偶数组胸鳍摆动时，产生向前的推力，并且推力作用在负角度方向。两种推力不在一个水平方向上，因此产生向上的扭矩，实现整体上游；

当奇数组胸鳍初始摆动角负角度，偶数组胸鳍初始摆动角正角度，奇数组胸鳍摆动时，产生向前的推力，并且推力作用在负角度方向，偶数组胸鳍摆动时，产生向前的推力，并且推力作用在正角度方向。两种推力不在一个水平方向上，因此产生向下的扭矩，实现整体下游。

所述的基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人，其特征在于：上述N为4-8。

本发明与现有技术相比有如下优点：

1、本发明能够实现仿生鳐鱼机器人在水中高机动性能的游动，具有高效，低耗，环境适应性强的特点。

2、本发明的结构简单、运动原理清晰、运动实现方便。

3、本发明中的MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人在较小的空间实现原地转弯等复杂运动。

4、本发明的结构巧妙、体积小、重量轻、加工方便、经济可行，可为复杂水下环境移动平台提供解决方案。

所述的一种MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人,其特征在于: 身体主体结构左侧的胸鳍和右侧的胸鳍沿身体轴向对称；各个胸鳍结构均相同。该对称结构设计，结构简单、运动原理清晰，有利于多栖机器人的运动稳定。

附图说明

图1是本发明一种基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的仿生运动方法斜视图总体图；

图2是本发明一种基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的仿生运动方法俯视图总体图；

图3是本发明一种基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的仿生运动方法结构分解示意图；

图4是本发明一种基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的仿生运动方法总体分解示意图；

图5是本发明一种基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的仿生运动方法身体主体分解示意图；

图6是本发明一种基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的仿生运动方法左前胸鳍侧视1分解示意图；

图7是本发明一种基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的仿生运动方法左前胸鳍侧视2分解示意图；

图8是本发明一种基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的仿生运动方法两对胸鳍上下摆动实现向前运动侧视图示意图；

图9是本发明一种基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的仿生运动方法两对胸鳍上下摆动实现向前运动主视图示意图；

图10是本发明一种基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的仿生运动方法右边一对胸鳍摆动幅度大于左边一对胸鳍摆动幅度实现左侧转向运动侧视图示意图；

图11是本发明一种基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的仿生运动方法右边一对胸鳍摆动幅度大于左边一对胸鳍摆动幅度实现左侧转向运动俯视图示意图；

图12是本发明一种基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的仿生运动方法左边一对胸鳍摆动幅度大于右边一对胸鳍摆动幅度实现右侧转向运动侧视图示意图；

图13是本发明一种基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的仿生运动方法左边一对胸鳍摆动幅度大于右边一对胸鳍摆动幅度实现右侧转向运动俯视图示意图；

图14是是本发明一种基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的仿生运动方法前边一对胸鳍初始摆动角为正角度、后边一对胸鳍初始摆动角为负角度实现向上运动侧视图示意图；

图15是是本发明一种基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的仿生运动方法前边一对胸鳍初始摆动角为负角度、后边一对胸鳍初始摆动角为正角度实现向下运动侧视图示意图；

图1-7中标号名称：左胸鳍叶1；第一L型支架2；第一U型支架3；第一轴承4；第一舵机支架5；第一法兰盘6；第一水下舵机7；陀螺仪8；摄像头9；控制元器件盒10；主体底板11；水压传感器12；第二舵机支架13；第二U型支架14；第二法兰盘15；第二轴承16；第二L型支架17；右胸鳍叶18；第二水下舵机19；左前胸鳍L1；左后胸鳍L2；右前胸鳍R1；右后胸鳍R2；身体主体。其中X、Y、Z为对应三维空间坐标系。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明：

结合图1-7，本实施例为一种基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的仿生运动方法，包括左胸鳍叶1；第一L型支架2；第一U型支架3；第一轴承4；第一舵机支架5；第一法兰盘6；第一水下舵机7；陀螺仪8；摄像头9；控制元器件盒10；主体底板11；水压传感器12；第二舵机支架13；第二U型支架14；第二法兰盘15；第二轴承16；第二L型支架17；右胸鳍叶18；第二水下舵机19；左前胸鳍L1；左后胸鳍L2；右前胸鳍R1；右后胸鳍R2；身体主体。

结合图2、3和图4，本实施例为一种基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的仿生运动方法，包括身体主体、左前胸鳍L1、左后胸鳍L2、右前胸鳍R1、右后胸鳍R2。左前胸鳍L2的第一舵机支架的下底部与主体底板1的上平面重合配合，第一舵机支架和主体底板都沿Y轴固定，第一舵机支架的四个定位孔与主体底板定位孔左前方的四个定位孔同轴配合，第一舵机支架的挡板边置前，使第一水下舵机输出轴置后。右前胸鳍R1的第二舵机支架的下底部与主体底板的上平面重合配合，第二舵机支架和主体底板都沿Y轴固定，第二舵机支架的四个定位孔与主体底板定位孔右前方的四个定位孔同轴配合，第二舵机支架的挡板边置前，使第二水下舵机输出轴置后。右后胸鳍R2同右前胸鳍R1的结构一样，左后胸鳍L2同左前胸鳍L1的结构一样。

结合图2、图3和图5，本实施例为一种基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的仿生运动方法，包括主体底板、控制元器件盒、水压传感器、陀螺仪、摄像头。其中主体底板y轴向、控制元器件盒与主体底板对应孔同轴配合、水压传感器模块水压传感器z轴向、陀螺仪模块和摄像头模块的摄像头y轴向。摄像头的位置位于主体底板的前侧，并且摄像头下侧的定位孔与主体底板上的定位孔配合，摄像头镜头对准y轴正轴向。

结合图2、图4、图6和图7，本实施例为一种基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的仿生运动方法，包括左前胸鳍L1、左后胸鳍L2、右前胸鳍R1、右后胸鳍R2。左前胸鳍L1和左后胸鳍L2结构一样；右前胸鳍R1和右后胸鳍R2结构相同。左前胸鳍L1和右前胸鳍R1沿身体主体中轴面结构对称；左后胸鳍L2和右后胸鳍R2沿身体主体中轴面结构对称。

结合图6和图7，本实施例为一种基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的仿生运动方法，包括左胸鳍叶、第一L型支架、第一U型支架、第一轴承、第一舵机支架、第一法兰盘、第一水下舵机；上述第一L型支架具有上侧面和右侧面；上述第一U型支架具有左侧面、前侧面、后侧面；上述左胸鳍叶固定在第一L型支架的上平面；第一L型支架右外侧面固定在第一U型支架左外侧面；上述第一法兰盘固定在第一水下舵机的输出旋转轴处；上述第一U型支架的后侧面的同轴固定孔与固定在第一水下舵机的输出旋转轴处的第一法兰盘固定；上述第一轴承安装于第一U型支架的前侧面的同轴固定孔，并与第一水下舵机底部配合；上述第一水下舵机固定在第一舵机支架上；上述左胸鳍叶呈现“薄叶片”型，采用柔性材料，并且左胸鳍叶的厚度是沿着前缘至后缘逐渐变薄，靠近固定孔处至左边缘逐渐变薄；

结合图8和图9，本实施例为一种基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的仿生运动方法，将胸鳍与身体水平面之间的夹角称为摆动角，胸鳍在水平面上方时夹角称为正角度，胸鳍在水平面下方时夹角称为负角度；左胸鳍和右胸鳍的初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样，并且胸鳍按照摆动角“正-0-负”方式上下摆动；可以实现仿生机器人模拟胸鳍水平往复摆动，推动水流，实现整体前向游动方式。

结合图10和图11，本实施例为一种基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的仿生运动方法，将胸鳍与身体水平面之间的夹角称为摆动角，胸鳍在水平面上方时夹角称为正角度，胸鳍在水平面下方时夹角称为负角度；左胸鳍的初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样，右胸鳍的初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样；并且胸鳍按照摆动角“正-0-负”方式上下摆动；左胸鳍和右胸鳍的初始摆动角、摆动频率一样，摆动幅度不一样；当左胸鳍的摆动幅度小于右胸鳍，实现左转；实现仿生机器人模拟胸鳍水平水下往复摆动，推动水流，实现整体向左侧转向游动方式。

结合图12和图13，本实施例为一种基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的仿生运动方法，将胸鳍与身体水平面之间的夹角称为摆动角，胸鳍在水平面上方时夹角称为正角度，胸鳍在水平面下方时夹角称为负角度；左胸鳍的初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样，右胸鳍的初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样；并且胸鳍按照摆动角“正-0-负”方式上下摆动；左胸鳍和右胸鳍的初始摆动角、摆动频率一样，摆动幅度不一样；当左胸鳍的摆动幅度大于右胸鳍，实现右转；实现仿生机器人模拟胸鳍水平水下往复摆动，推动水流，实现整体向右侧转向游动方式。

结合图8、图9和图14，本实施例为一种基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的仿生运动方法，将胸鳍与身体水平面之间的夹角称为摆动角，胸鳍在水平面上方时夹角称为正角度，胸鳍在水平面下方时夹角称为负角度；前面一对胸鳍初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样；后面一对胸鳍初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样；前面一对胸鳍初始摆动角正角度，后边一对胸鳍初始摆动角负角度，结合往复循环运动控制，推动水流。实现整体向上游动方式。

结合图8、图9和图15，本实施例为一种基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的仿生运动方法，将胸鳍与身体水平面之间的夹角称为摆动角，胸鳍在水平面上方时夹角称为正角度，胸鳍在水平面下方时夹角称为负角度；前面一对胸鳍初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样；后面一对胸鳍初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样；前面一对胸鳍初始摆动角负角度，后边一对胸鳍初始摆动角正角度，结合往复循环运动控制，推动水流。实现整体向下游动方式。

结合图8、图9、图10、图1和图14，本实施例为一种基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的仿生运动方法，将胸鳍与身体水平面之间的夹角称为摆动角，胸鳍在水平面上方时夹角称为正角度，胸鳍在水平面下方时夹角称为负角度；前面一对胸鳍初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样；后面一对胸鳍初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样；前面一对胸鳍初始摆动角正角度，后边一对胸鳍初始摆动角负角度，结合往复循环运动控制，推动水流，短时间改变俯仰角。之后通过调整胸鳍，左胸鳍的初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样，右胸鳍的初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样；并且胸鳍按照摆动角“正-0-负”方式上下摆动；左胸鳍和右胸鳍的初始摆动角、摆动频率一样，摆动幅度不一样；当左胸鳍的摆动幅度小于右胸鳍，结合往复循环运动控，同时向左侧转向，推动水流，实现整体向左上转向，之后再通过调整胸鳍，左胸鳍和右胸鳍的初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样，并且胸鳍按照摆动角“正-0-负”方式上下摆动，实现整体左上侧游动方式。

结合图8、图9、图12、图13和图14，本实施例为一种基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的仿生运动方法，将胸鳍与身体水平面之间的夹角称为摆动角，胸鳍在水平面上方时夹角称为正角度，胸鳍在水平面下方时夹角称为负角度；前面一对胸鳍初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样；后面一对胸鳍初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样；前面一对胸鳍初始摆动角正角度，后边一对胸鳍初始摆动角负角度，结合往复循环运动控制，推动水流，短时间改变俯仰角。之后通过调整胸鳍，左胸鳍的初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样，右胸鳍的初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样；并且胸鳍按照摆动角“正-0-负”方式上下摆动；左胸鳍和右胸鳍的初始摆动角、摆动频率一样，摆动幅度不一样；当左胸鳍的摆动幅度大于右胸鳍，结合往复循环运动控，同时向右侧转向，推动水流，实现整体向右上转向，之后再通过调整胸鳍，左胸鳍和右胸鳍的初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样，并且胸鳍按照摆动角“正-0-负”方式上下摆动，实现整体右上侧游动方式。

结合图8、图9、图10、图11和图15，本实施例为一种基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的仿生运动方法，将胸鳍与身体水平面之间的夹角称为摆动角，胸鳍在水平面上方时夹角称为正角度，胸鳍在水平面下方时夹角称为负角度；前面一对胸鳍初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样；后面一对胸鳍初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样；前面一对胸鳍初始摆动角负角度，后边一对胸鳍初始摆动角正角度，结合往复循环运动控制，推动水流，短时间改变俯仰角。之后通过调整胸鳍，左胸鳍的初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样，右胸鳍的初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样；并且胸鳍按照摆动角“正-0-负”方式上下摆动；左胸鳍和右胸鳍的初始摆动角、摆动频率一样，摆动幅度不一样；当左胸鳍的摆动幅度小于右胸鳍，结合往复循环运动控，同时向右侧转向，推动水流，实现整体向左下转向，之后再通过调整胸鳍，左胸鳍和右胸鳍的初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样，并且胸鳍按照摆动角“正-0-负”方式上下摆动，实现整体左下侧游动方式。

结合图8、图9、图12、图13和图15，本实施例为一种基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的仿生运动方法，将胸鳍与身体水平面之间的夹角称为摆动角，胸鳍在水平面上方时夹角称为正角度，胸鳍在水平面下方时夹角称为负角度；前面一对胸鳍初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样；后面一对胸鳍初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样；前面一对胸鳍初始摆动角负角度，后边一对胸鳍初始摆动角正角度，结合往复循环运动控制，推动水流，短时间改变俯仰角。之后通过调整胸鳍，左胸鳍的初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样，右胸鳍的初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样；并且胸鳍按照摆动角“正-0-负”方式上下摆动；左胸鳍和右胸鳍的初始摆动角、摆动频率一样，摆动幅度不一样；当左胸鳍的摆动幅度大于右胸鳍，结合往复循环运动控，同时向右侧转向，推动水流，实现整体向左下转向，之后再通过调整胸鳍，左胸鳍和右胸鳍的初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样，并且胸鳍按照摆动角“正-0-负”方式上下摆动，实现整体右下侧游动方式。

结合图8和图9，本实施例为一种基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的仿生运动方法，其中通过两对胸鳍往复循环运动，可以实现仿生机器人模拟胸鳍水下往复摆动，改变两对胸鳍的往复循环运动频率，推动水流，可增大运动推力、提高运动速度、提高运动机动性。

结合图8-图13，本实施例为一种基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的仿生运动方法，其中通过两对胸鳍往复循环运动，可以实现仿生机器人模拟胸鳍水下往复摆动，单独改变一个或同时改变多个胸鳍的往复循环运动幅度，推动水流，可增大运动推力，提高运动速度、同时减少转弯半径、提高转弯效率。

Claims (3)

1.一种基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人，其特征在于：

包括身体主体、N个左胸鳍、N个右胸鳍；

其中左胸鳍由以下结构组成：

包括左胸鳍叶（1）、第一L型支架（2）、第一U型支架（3）、第一轴承（4）、第一舵机支架（5）、第一法兰盘（6）、第一水下舵机（7）；上述第一L型支架（2）具有上侧面和右侧面；上述第一U型支架（3）具有左侧面、前侧面、后侧面；上述左胸鳍叶（1）固定在第一L型支架（2）的上平面；第一L型支架（2）右外侧面固定在第一U型支架（3）左外侧面；上述第一法兰盘（6）固定在第一水下舵机（7）的输出旋转轴处；上述第一U型支架（3）的后侧面的同轴固定孔与固定在第一水下舵机（7）的输出旋转轴处的第一法兰盘（6）固定；上述第一轴承（4）安装于第一U型支架（3）的前侧面的同轴固定孔，并与第一水下舵机（7）底部配合；上述第一水下舵机（7）固定在第一舵机支架（5）上；上述左胸鳍叶（1）呈现“薄叶片”型，采用柔性材料，并且左胸鳍叶的厚度是沿着前缘至后缘逐渐变薄，靠近固定孔处至左边缘逐渐变薄；

其中右胸鳍由以下结构组成：

包括右胸鳍叶（18）、第二L型支架（17）、第二U型支架（14）、第二轴承（16）、第二舵机支架（13）、第二法兰盘（15）、第二水下舵机（19）；上述第二L型支架（17）具有上侧面和左侧面；上述第二U型支架（14）具有右侧面、前侧面、后侧面；上述右胸鳍叶（18）固定在第二L型支架（17）的上平面；第二L型支架（17）左外侧面固定在第二U型支架（14）右外侧面；上述第二法兰盘（15）固定在第二水下舵机（19）的输出旋转轴处；上述第二U型支架（14）的后侧面的同轴固定孔与固定在第二水下舵机（19）的输出旋转轴处的第二法兰盘（15）固定；上述第二轴承（16）安装于第二U型支架（14）的前侧面的同轴固定孔，并与第二水下舵机（19）底部配合；上述第二水下舵机（19）固定在第二舵机支架（13）上；上述右胸鳍叶（18）呈现“薄叶片”型，采用柔性材料，并且右胸鳍叶的厚度是沿着前缘至后缘逐渐变薄，靠近固定孔处至右边缘逐渐变薄；

上述左胸鳍的第一舵机支架（5），右胸鳍的第二舵机支架（13），它们的下底部与主体底板（1）的上平面重合配合，它们的挡板边置前，使对应的水下舵机的输出轴置后；

还包括控制器、水压传感器、陀螺仪、摄像头。

2.根据权利要求1所述的基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人，其特征在于：上述N为4-8。

3.根据权利要求1所述的基于MPF多对并行胸鳍仿生鳐鱼机器人的运动方法，其特征在于包括以下过程：

将胸鳍与身体水平面之间的夹角称为摆动角，胸鳍在水平面上方时夹角称为正角度，胸鳍在水平面下方时夹角称为负角度；

整体前向游动：所有左胸鳍及右胸鳍的初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样，并且胸鳍按照摆动角“正-0-负”方式上下摆动；

整体向左侧或右侧转向游动：所有左胸鳍的初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样，所有右胸鳍的初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样；并且胸鳍按照摆动角“正-0-负”方式上下摆动；左胸鳍和右胸鳍的初始摆动角、摆动频率一样，摆动幅度不一样；

当左胸鳍的摆动幅度小于右胸鳍，实现左转；当左胸鳍的摆动幅度大于右胸鳍，实现右转；

整体向上或向下游动：将N个左胸鳍和N个右胸鳍分成N对胸鳍，其中左、右对称的1个左胸鳍和1个右胸鳍称为一对胸鳍；将N对胸鳍从头部向尾部依次称为第1对胸鳍、第2对胸鳍... 第2i对胸鳍、第2i+1对胸鳍...第N对胸鳍；

将第1对胸鳍、第3对胸鳍…第2i+1对胸鳍…构成的所有奇数序列胸鳍称为奇数组胸鳍；所有奇数序列胸鳍初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样；

将第2对胸鳍、第4对胸鳍…第2i对胸鳍…构成的所有偶数序列胸鳍称为偶数组胸鳍；所有偶数序列胸鳍初始摆动角、摆动频率、摆动幅度完全一样；

奇数序列胸鳍和偶数序列胸鳍的摆动频率、摆动幅度完全一样，初始摆动角不一样；当奇数组胸鳍初始摆动角正角度，偶数组胸鳍初始摆动角负角度，实现整体上游；当奇数组胸鳍初始摆动角负角度，偶数组胸鳍初始摆动角正角度，实现整体下游。

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