CN113734390A - 一种柔性体波动鳍水下机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性体波动鳍水下机器人，包括多个串联的柔性躯体模块、多个柔顺张拉机构、多个波动鳍面、旋转驱动模块、电源模块。柔性躯体模块由多个躯体单元串联组成，相邻躯体单元通过柔性板连接，相邻柔性板互相垂直；躯体单元周向安装的鳍面夹持件与波动鳍面相连，相邻躯体单元内的曲轴模块通过万向铰相连，在旋转驱动模块作用下，曲轴模块带动多个波动鳍形成类正弦波形运动；柔顺张拉机构包括四组周向布置的张拉驱动件和张拉绳，张拉绳依次穿过躯体单元上的穿线孔，在张拉驱动件作用下，躯体单元绕柔性板弯曲，多个柔性躯体模块可实现不同方向的弯曲动作。该柔性体波动鳍水下机器人具备高机动性，在狭小水域兼备高通过性和优良的稳定性。

Description

一种柔性体波动鳍水下机器人

技术领域

本发明属于水下机器人技术领域，具体涉及一种柔性体波动鳍水下机器人。

背景技术

随着现代科学技术的蓬勃发展，各领域对海洋资源探索开发的需求日益明显，但受水下洋流湍急、地形崎岖、植被丛生等实际复杂问题的束缚，目前多数水下航行器体积庞大、结构复杂、灵活性受限、稳定性难以得到有效提高，因此，研制一种结构简单、体积小巧、在狭小水域仍具备高机动性、高通过性、强稳定性的适应复杂水下环境的机器人具有十分重要的应用价值和实际意义。

传统水下机器人如ROV等普遍采用螺旋桨类的推进方式，结构复杂、效率低下、机动能力不足，在狭窄水域的通过性能较差，尤其在植被丛生的水域很容易发生螺旋桨缠绕现象，另外，在波浪湍急的水域难以保持自身稳定性。目前基于生物启发原理的水下机器人是一个热点方向，众多仿生对象之中，基于蛇类推进原理和基于波动鳍式推进原理的水下机器人为解决上述问题提供了较好的思路。仿生蛇水下机器人主要通过躯体的弯曲扭转实现机器人水下的运动，在狭窄水域具备极强的通过性，但在湍急的水流中很难做到较好的稳定性；仿生波动鳍水下机器人主要通过柔性鳍面的类正弦波动式推进原理实现机器人水下的运动，该运动方式具备低速稳定性强的显著特点。当前基于波动鳍式推进原理的研究成果普遍采用刚性躯体结构，本质上很难摆脱由刚性躯体带来的机动性不足的缺陷，另外，当前已有采用可弯曲活动躯体的波动鳍式机器人相关技术成果，但是这类成果普遍采用刚性铰接件，机器人的整体柔顺度和整体刚性难以得到保证，难以实现较好的运动控制；同时这类成果仅能实现单一方向的弯曲运动，对于复杂的狭窄水域仍难以实现较好的通过性。

综上所述，目前水下机器人普遍存在结构复杂、效率低下、机动能力不足、稳定性欠佳、复杂狭窄水域通过性能差等问题，因此设计一种兼具强机动性、优通过性和高稳定性的水下机器人，对于水下资源探索开发等领域具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种柔性体波动鳍水下机器人，水下机动性能强、通过性能好、稳定性能高。

本发明采用以下技术方案：

一种柔性体波动鳍水下机器人，包括柔性躯体模块，柔性躯体模块的一端连接旋转驱动模块，另一端连接电源模块；柔性躯体模块上设置有柔性蒙皮，沿柔性躯体模块的周向间隔设置有多个波动鳍面，每个波动鳍面沿柔性躯体模块的轴向设置；柔性躯体模块包括若干躯体单元，若干躯体单元依次串联连接构成第一柔性躯体和第二柔性躯体，若干第一柔性躯体和第二柔性躯体依次串联连接构成柔性躯体模块，每个第一柔性躯体和第二柔性躯体上均设置有柔顺张拉机构，通过旋转驱动模块带动波动鳍面形成类正弦波形运动。

具体的，相邻两个躯体单元之间通过一组柔性板连接，相邻的两组柔性板相互垂直设置。

进一步的，当第一柔性躯体和第二柔性躯体上设置的躯体单元数量为奇数时，第一柔性躯体和第二柔性躯体上相邻两个躯体单元之间的柔性板的正交安装方式相差半个周期。

具体的，躯体单元包括躯体单元外壳，躯体单元外壳上周向间隔设置有旋转摆臂，旋转摆臂能绕固定轴线转动，旋转摆臂的一侧通过对应的鳍面夹持件与波动鳍面连接；另一端与躯体单元外壳内部设置的曲轴模块连接，相邻躯体单元的曲轴模块之间通过万向铰连接，并沿同一旋转方向互呈90°布置。

进一步的，曲轴模块包括曲轴，曲轴贯穿躯体单元外壳轴线上的中心孔设置，能够相对躯体单元外壳发生相对转动，曲轴上设置有能绕曲轴转动的摆杆，摆杆的一端贯穿旋转摆臂与鳍面夹持件的一端连接。

进一步的，鳍面夹持件与旋转摆臂之间能够发生相对转动，鳍面夹持件的转动轴与旋转摆臂的转轴相互垂直设置，波动鳍面的展开形状为圆弧段，鳍面夹持件沿圆弧段的内弧线与波动鳍面连接。

具体的，柔顺张拉机构包括四组周向布置的张拉驱动件，四组张拉驱动件分别设置在第一柔性躯体或第二柔性躯体的两端，每组张拉驱动件之间通过对应的张拉绳连接，张拉绳贯穿躯体单元上的穿线孔设置。

具体的，旋转驱动模块包括驱动件支撑架，驱动件支撑架的一侧设置有旋转驱动件，旋转驱动件通过驱动件支撑架另一侧设置的旋转驱动连接件与对应的躯体单元连接，驱动件支撑架上周向间隔设置有连接架，驱动件支撑架通过连接架与对应的躯体单元连接。

进一步的，旋转驱动连接件通过万向铰与躯体单元上设置的曲轴模块连接。

具体的，电源模块包括电源支撑架，电源支撑架的一侧设置有电源，另一侧通过周向间隔设置的连接架与对应的躯体单元连接。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种柔性体波动鳍水下机器人，通过依次正交布置的柔性板、躯体单元及相应的柔顺张拉机构实现机器人躯体的弯曲运动，通过曲轴串联整体和柔性波动鳍面实现机器人特有的波动式运动模式，同时，依次串联的柔性躯体模块之间的柔顺张拉机构各自独立，使机器人躯体具备多段弯曲功能。通过对各组张拉驱动件的协调控制实现机器人躯体沿各个方向、多个节段的弯曲运动，在柔性波动鳍面的推进力作用下，可实现浮潜、偏航、俯仰、滚转等多种运动模态。在植被丛生水域，波动式推进方式能够很好地避免植被对驱动结构的缠绕、阻滞作用；在洋流湍急水域，多波动鳍式机器人具备宽而长的鳍面结构，可有效保持机器人整体的稳定性；尤其在狭小水域，机器人具备优良的通过性，通过机器人躯体的多段弯曲控制，机器人可根据实际情况形成相适应的躯体姿态，从而顺利通过狭窄空间。

进一步的，相邻两个躯体单元之间通过一组柔性板连接，相邻的两组柔性板相互垂直设置，在柔顺张拉机构的作用下，相邻躯体单元之间沿受力方向发生自适应相对转动，使得第一柔性躯体和第二柔性躯体具备沿各个方向弯曲的能力，同时也保证了第一柔性躯体和第二柔性躯体的弯曲程度可控可调。

进一步的，当第一柔性躯体和第二柔性躯体上设置的躯体单元数量为奇数时，相邻两组柔性板也为奇数，同时由于相邻两组柔性板互相垂直设置，因此第一柔性躯体和第二柔性躯体上相邻两个躯体单元之间的柔性板的正交安装方式相差半个周期；同理，当第一柔性躯体和第二柔性躯体上设置的躯体单元数量为偶数时，第一柔性躯体与第二柔性躯体相同。

进一步的，躯体单元外壳上周向间隔设置有旋转摆臂，旋转摆臂可绕固定轴线转动，旋转摆臂上的通孔穿过摆杆，摆杆的一端通过对应的鳍面夹持件与波动鳍面连接；摆杆另一端与躯体单元外壳内部设置的曲轴模块连接。通过摆杆的运动传递作用，旋转摆臂可将曲轴模块的旋转运动转变为摆杆的摆动运动，进而为柔性鳍面的波动运动提供直接驱动力。另外，相邻躯体单元的曲轴模块之间通过万向铰连接，使曲轴模块能够沿任意方向传递旋转驱动力，从而使波动鳍面运动所需驱动力在柔性躯体模块弯曲状态下也能够顺利传递；相邻曲轴模块沿同一旋转方向互呈90°布置设置，保证了相邻摆杆的摆动运动相差1/4周期，从而实现波动鳍面的类正弦波形运动。

进一步的，曲轴模块作为柔性体波动鳍水下机器人的驱动力传递关键部分，能够将产生自旋转驱动模块的旋转驱动力沿柔性躯体模块传递至每个躯体单元，同时曲轴模块内的曲轴和摆杆能够在旋转摆臂的作用下，将曲轴模块传递而来的旋转形式的间接驱动力转变为摆杆的摆动形式的直接驱动力。

进一步的，鳍面夹持件与旋转摆臂之间能够发生相对转动，鳍面夹持件的转动轴与旋转摆臂的转轴相互垂直设置，由于波动鳍面运动过程中，同一鳍面上相邻两鳍面夹持件之间的距离会发生周期性变动，从而对波动鳍面产生一定的拉扯作用；同时波动鳍面运动时，由于要形成连续、完整的类正弦波形，每个鳍面夹持件处沿波动鳍面的切线方向也会发生周期性的摆动运动，因此，在鳍面夹持件与旋转摆臂之间设置一个旋转自由度，该旋转自由度的设置能够使鳍面夹持件在波动鳍面的内应力作用下，相对于旋转摆臂产生被动的自适应旋转，从而使波动鳍面的波动运动更为连续、波形更为完整。为使波动鳍面运动过程中产生的内应力损耗最小，波动鳍面的展开面采用圆弧段形状，将圆弧段内弧线拉伸为直线，即可得到波动鳍面的空间曲面形状，鳍面夹持件沿圆弧段的内弧线与波动鳍面连接设置。

进一步的，柔顺张拉机构中通过对四组张拉驱动件的协调控制，可实现对张拉绳的拉拽作用，在柔性板的弯曲变形作用下，可实现第一柔性躯体或第二柔性躯体在任意方向上的单向弯曲运动，同时由于第一柔性躯体和第二柔性躯体之间的柔顺张拉机构互不影响，因此可以实现每个第一柔性躯体或第二柔性躯体的独立弯曲运动；配合波动鳍面波动运动产生的推进力，可使柔性体波动鳍水下机器人具备更多的自由度、更高的机动性。

进一步的，旋转驱动模块可产生供柔性体波动鳍水下机器人波动鳍面的波动运动所需驱动力，结构简单，避免动力源分散造成的复杂结构。

进一步的，旋转驱动连接件通过万向铰与躯体单元上设置的曲轴模块连接设置将旋转驱动模块产生的旋转驱动力传递至柔性躯体模块。

进一步的，电源模块可提供柔性体波动鳍水下机器人运动所需电源，使柔性体波动鳍水下机器人具备独立运动能力。

综上所述，本发明具备高机动能力，在狭小水域兼备高通过性和优良的稳定性。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为柔性体波动鳍水下机器人的立体结构示意图。

图2为柔性体波动鳍水下机器人去除柔性蒙皮后的立体结构示意图。

图3为第一柔性躯体模块的立体结构示意图。

图4为第二柔性躯体模块的立体结构示意图。

图5为电源模块的立体结构示意图。

图6为旋转驱动模块的立体结构示意图。

图7为躯体单元与柔顺张拉机构的立体结构示意图。

图8为躯体单元外壳的立体结构示意图。

图9为曲轴单元的立体结构示意图。

图10为躯体单元外壳与内部曲轴单元安装的立体结构剖视示意图；

图11为鳍面夹持件的立体结构示意图；

图12为旋转摆臂的立体结构示意图。

其中：1.柔性躯体模块；11.躯体单元；111.万向铰；1121.躯体单元外壳；1122.鳍面夹持件；1123.旋转摆臂；1124.穿线孔；113.曲轴模块；1131.曲轴；1132.摆杆；12.柔性板；13.连接架；2.柔顺张拉机构；21.张拉驱动件；22.张拉绳；3.旋转驱动模块；31.旋转驱动件；32.驱动件支撑架；33.旋转驱动连接件；4.波动鳍面；5.电源模块；51.电源；52.电源支撑架；6.柔性蒙皮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”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，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

本发明提供了一种柔性体波动鳍水下机器人，包括多个串联的柔性躯体模块、多个柔顺张拉机构、多个波动鳍面、旋转驱动模块、电源模块、柔性蒙皮。柔性躯体模块由多个躯体单元串联组成，相邻躯体单元通过柔性板连接，相邻柔性板互相垂直；躯体单元周向安装的鳍面夹持件与波动鳍面相连，相邻躯体单元内的曲轴模块通过万向铰相连，在旋转驱动模块作用下，曲轴模块带动多个波动鳍形成类正弦波形运动；柔顺张拉机构包括四组周向布置的张拉驱动件和张拉绳，张拉绳依次穿过躯体单元上的穿线孔，在张拉驱动件作用下，躯体单元绕柔性板弯曲，多个柔性躯体模块可实现不同方向的弯曲动作。该柔性体波动鳍水下机器人具备高机动性，在狭小水域兼备高通过性和优良的稳定性。

请参阅图1、图2、图7和图8，本发明一种柔性体波动鳍水下机器人，包括柔性躯体模块1、多个安装于柔性躯体模块1上的柔顺张拉机构2、多个波动鳍面4、旋转驱动模块3、电源模块5和柔性蒙皮6。柔性蒙皮6设置在柔性躯体模块1的表面，多个波动鳍面4轴向间隔设置在依次串联的多个柔性躯体模块1上，旋转驱动模块3设置在柔性躯体模块1的一端，电源模块5设置在柔性躯体模块1的另一端。

请参阅图2，柔性躯体模块1由若干第一柔性躯体1a和第二柔性躯体1b交替串联连接组成，第一柔性躯体1a和第二柔性躯体1b均由多个躯体单元11串联组成。

请参阅图3，相邻两个躯体单元11之间通过一组柔性板12连接，相邻两组柔性板12互相垂直设置。

请参阅图6、图7和图8，每个躯体单元11上周向间隔安装有多个鳍面夹持件1122，每个鳍面夹持件1122用于连接对应的柔性波动鳍面4；躯体单元11上设置有曲轴模块113，两个相邻躯体单元11内的曲轴模块113之间通过万向铰111连接形成串联整体，柔性躯体模块1一端的躯体单元11与旋转驱动模块3连接，在旋转驱动模块3作用下，曲轴串联整体带动多个波动鳍面4形成类正弦波形运动；

请参阅图3、图4、图7和图8，柔顺张拉机构2包括四组周向布置的张拉驱动件21和张拉绳22，四组张拉驱动件21分别设置在第一柔性躯体1a和第二柔性躯体1b的两端，并通过对应的张拉绳22连接，张拉绳22依次穿过多个躯体单元11上的穿线孔1124，在张拉驱动件21作用下，每个躯体单元11绕柔性板12弯曲，柔性躯体模块1实现弯曲动作，同时，多个柔性躯体模块1可实现不同方向的弯曲动作。

其中，柔性体波动鳍水下机器人使用的柔性波动鳍面4数量大于等于一片均可，且必须保证与柔性波动鳍面4相配套的相关零部件的数量与之相匹配，如摆杆1132、旋转摆臂1123和鳍面夹持件1122。

请参阅图3和图4，第一柔性躯体1a和第二柔性躯体1b内的躯体单元11数量可随意设置(至少两个)，且为实现更好的控制效果，其数量应当尽可能多且一致，且由于相邻柔性板12之间互相垂直的设置方式。

当第一柔性躯体1a和第二柔性躯体1b内躯体单元11数量为奇数时，相邻第一柔性躯体1a和第二柔性躯体1b的结构不同，具体表现为柔性板12的正交安装方式相差半个周期；

当第一柔性躯体1a和第二柔性躯体1b内躯体单元11数量为偶数时，相邻第一柔性躯体1a和第二柔性躯体1b的结构相同。

请参阅图8、图9和图10，每个鳍面夹持件1122的一端通过旋转摆臂1123与摆杆1132的一端连接，每个摆杆1132的另一端设置在曲轴1131上，每个躯体单元11内部包括至少一个曲轴模块113，且应当保证多个曲轴模块113之间沿同一旋转方向按相等的角度间隔依次设置。

每个曲轴模块113内部包括至少一根摆杆1132，且应当保证摆杆1132数量与波动鳍面4数量一致。

无论采用以上任何布置方法，必须保证每片柔性波动鳍面4安装至相应位置后呈现类正弦式周期规律形状。

躯体单元外壳1121外观形状没有明确限定，但为更好的控制效果和美观性，尽可能采用中心对称结构，如圆柱体、棱柱体等，且必须保证每个躯体单元外壳1121周向旋转摆臂1123的安装孔数量与波动鳍面4数量一致。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例的柔性体波动鳍水下机器人采用四片柔性波动鳍面4，所有第一柔性躯体1a或第二柔性躯体1b均包括五个躯体单元11，每个躯体单元11的躯体单元外壳1121呈圆柱体形状，每个躯体单元11内设置一个曲轴模块113。

本实施例中每个第一柔性躯体1a或第二柔性躯体1b内包括五个躯体单元11，故相邻第一柔性躯体1a和第二柔性躯体1b结构不同。

请参阅图4和图7，本实施例中，柔性体波动鳍水下机器人由第一柔性躯体1a、第二柔性躯体1b和第一柔性躯体1a串联组成，第一柔性躯体1a和第二柔性躯体1b之间通过连接架13固定，第一柔性躯体1a和第二柔性躯体1b内的曲轴模块113之间通过万向铰111相连。

请参阅图3和图4，本实施例中，第一柔性躯体1a或第二柔性躯体1b均由五个躯体单元11串联而成，相邻两个躯体单元11之间通过一组柔性板12连接，相邻两组柔性板12之间互相垂直，保证柔性躯体模块1a/1b具备正交弯曲能力。

请参阅图7和图8，本实施例中，柔顺张拉机构2包括四组环绕第一柔性躯体1a或第二柔性躯体1b周向等间隔布置的张拉驱动件21和张拉绳22，张拉驱动件21固定在第一柔性躯体1a或第二柔性躯体1b一端躯体单元外壳1121上，张拉绳一端固定于第一柔性躯体1a或第二柔性躯体1b另一端躯体单元外壳1121上，张拉绳22依次穿过一个第一柔性躯体1a或第二柔性躯体1b中所有躯体单元外壳1121上对应位置的穿线孔1124，张拉绳22的另一端与张拉驱动件21相连，通过对四组张拉驱动件21的协调控制，实现对所述张拉绳22的拉拽作用，从而实现第一柔性躯体1a或第二柔性躯体1b在任意方向上的单向弯曲运动。

请参阅图2至图4，本实施例中，每个柔顺张拉机构2分别对应一个第一柔性躯体1a或第二柔性躯体1b，第一柔性躯体1a和第二柔性躯体1b之间的柔顺张拉机构2互不影响，各自独立，可以实现每个第一柔性躯体1a或第二柔性躯体1b独立弯曲运动。

请参阅图7和图9，本实施例中，曲轴模块113包括一根曲轴1131和绕曲轴1131转动的四根摆杆1132，曲轴1131穿过设置在躯体单元外壳1121轴线上的中心孔，可相对于躯体单元外壳1121发生相对转动，且相邻两个曲轴模块113之间通过万向铰111相连，所有曲轴模块113由此形成曲轴串联整体，万向铰111的设置保证了曲轴模块113可以在适应柔性躯体模块1a/1b弯曲运动的同时实现绕自身转轴的旋转运动。

请参阅图2至图4，本实施例中，相邻曲轴模块113沿同一旋转方向互呈90°布置。

请参阅图8，本实施例中，躯体单元外壳1121呈圆柱体形状，沿躯体单元外壳1121周向等距安装有四个旋转摆臂1123，四个所述旋转摆臂1123沿躯体单元外壳1121轴向呈等间隔布置，四个所述旋转摆臂1123可分别相对于躯体外壳单元1121发生相对转动，且转动轴与躯体单元外壳1121轴向方向一致。

请参阅图1、图2、图8、图11和图12，本实施例中，每个旋转摆臂1123外侧均设置有一个鳍面夹持件1122，鳍面夹持件1122一端与旋转摆臂1123相连，另一端与波动鳍面4相连。且鳍面夹持件1122与旋转摆臂1123之间可发生相对转动，鳍面夹持件1122的转动轴与旋转摆臂1123转轴相互垂直，目的是在鳍面夹持处增加冗余自由度，鳍面夹持件1122在波动鳍面4波动运动时可产生随动转动，提高波动鳍面4在波动运动时的柔顺度。

请参阅图10和图12，本实施例中，摆杆1132穿过对应位置的旋转摆臂1123上的通孔，形成曲柄滑块机构，当曲轴模块113发生旋转运动时，通过摆杆1132进行运动传递，最终将曲轴1132的旋转运动转化为旋转摆臂1123的摆动运动。

请参阅图6，本实施例中，旋转驱动模块3包括驱动曲轴串联整体实现旋转运动的旋转驱动件31、固定旋转驱动件31的驱动件支撑架32和将旋转动力传输至曲轴串联整体的旋转驱动连接件33。

请参阅图5，本实施例中，电源模块5包括电源51和电源支撑架52。

请参阅图1，本实施例中，第一柔性躯体1a和第二柔性躯体1b外部包覆有柔性蒙皮6。

本实施例中，可根据实际情况对第一柔性躯体1a和第二柔性躯体1b的个数、对第一柔性躯体1a和第二柔性躯体1b内的躯体单元11个数进行灵活改变。

波动鳍面4的展开形状为圆弧段，通过将柔性波动鳍面4内弧线依次安装在鳍面夹持件1122一侧，保证柔性波动鳍面4在曲轴模块113旋转至任何位置时都具有一定的预紧力。

本发明一种柔性体波动鳍水下机器人的工作原理如下：

柔性体波动鳍水下机器人通过曲轴模块将旋转驱动模块产生的旋转驱动力传递至各个躯体单元，通过各个躯体单元内的摆杆和旋转摆臂，将曲轴的旋转运动转变为摆动运动，从而实现波动鳍面的驱动，由于相邻曲轴模块之间沿同一旋转方向互呈90°布置，因此波动鳍面形成类正弦波形，通过波动运动，从而实现柔性体波动鳍水下机器人的推进力；通过对柔顺张拉机构中张拉驱动件的控制，相邻躯体单元绕柔性板偏转，可实现柔性躯体模块沿任意方向的独立弯曲运动。柔性体波动鳍水下机器人工作时可根据实际环境配合控制波动鳍面的波动方向和频率，从而实现对机器人进退、游速的控制；同时在狭小水域或需要紧急机动的情况下，可通过配合控制各个柔顺张拉机构的偏转方向、偏转角度，从而实现对机器人转弯、浮潜的控制。

综上所述，本发明一种柔性体波动鳍水下机器人，通过依次正交布置的柔性板、躯体单元及相应的柔顺张拉机构实现机器人躯体的弯曲运动，通过曲轴串联整体和柔性波动鳍面实现机器人特有的波动式运动模式，同时，依次串联的柔性躯体模块之间的柔顺张拉机构各自独立，使机器人躯体具备多段弯曲功能。通过对各组张拉驱动件的协调控制，可以实现机器人躯体沿各个方向、多个节段的弯曲运动，在柔性波动鳍面的推进力作用下，可实现浮潜、偏航、俯仰、滚转等多种运动模态。在植被丛生水域，采用波动式推进方式能够很好地避免植被对驱动结构的缠绕、阻滞作用；在洋流湍急水域，该多波动鳍式机器人具备宽而长的鳍面结构，可有效保持机器人整体的稳定性；尤其在狭小水域，具备优良的通过性，通过机器人躯体的多段弯曲控制，机器人可根据实际情况形成相适应的躯体姿态，从而顺利通过狭窄空间；具备高机动能力，在狭小水域兼备高通过性和优良的稳定性。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种柔性体波动鳍水下机器人，其特征在于，包括柔性躯体模块(1)，柔性躯体模块(1)的一端连接旋转驱动模块(3)，另一端连接电源模块(5)；柔性躯体模块(1)上设置有柔性蒙皮(6)，沿柔性躯体模块(1)的周向间隔设置有多个波动鳍面(4)，每个波动鳍面(4)沿柔性躯体模块(1)的轴向设置；

柔性躯体模块(1)包括若干躯体单元(11)，若干躯体单元(11)依次串联连接构成第一柔性躯体(1a)和第二柔性躯体(1b)，若干第一柔性躯体(1a)和第二柔性躯体(1b)依次串联连接构成柔性躯体模块(1)，每个第一柔性躯体(1a)和第二柔性躯体(1b)上均设置有柔顺张拉机构(2)，通过旋转驱动模块(3)带动波动鳍面(4)形成类正弦波形运动。

2.根据权利要求1所述的柔性体波动鳍水下机器人，其特征在于，相邻两个躯体单元(11)之间通过一组柔性板(12)连接，相邻的两组柔性板(12)相互垂直设置。

3.根据权利要求2所述的柔性体波动鳍水下机器人，其特征在于，当第一柔性躯体(1a)和第二柔性躯体(1b)上设置的躯体单元(11)数量为奇数时，第一柔性躯体(1a)和第二柔性躯体(1b)上相邻两个躯体单元(11)之间的柔性板(12)的正交安装方式相差半个周期。

4.根据权利要求1所述的柔性体波动鳍水下机器人，其特征在于，躯体单元(11)包括躯体单元外壳(1121)，躯体单元外壳(1121)上周向间隔设置有旋转摆臂(1123)，旋转摆臂(1123)能绕固定轴线转动，旋转摆臂(1123)的一侧通过对应的鳍面夹持件(1122)与波动鳍面(4)连接；另一端与躯体单元外壳(1121)内部设置的曲轴模块(113)连接，相邻躯体单元(11)的曲轴模块(113)之间通过万向铰(111)连接，并沿同一旋转方向互呈90°布置。

5.根据权利要求4所述的柔性体波动鳍水下机器人，其特征在于，曲轴模块(113)包括曲轴(1131)，曲轴(1131)贯穿躯体单元外壳(1121)轴线上的中心孔设置，能够相对躯体单元外壳(1121)发生相对转动，曲轴(1131)上设置有能绕曲轴(1131)转动的摆杆(1132)，摆杆(1132)的一端贯穿旋转摆臂(1123)与鳍面夹持件(1122)的一端连接。

6.根据权利要求4所述的柔性体波动鳍水下机器人，其特征在于，鳍面夹持件(1122)与旋转摆臂(1123)之间能够发生相对转动，鳍面夹持件(1122)的转动轴与旋转摆臂(1123)的转轴相互垂直设置，波动鳍面(4)的展开形状为圆弧段，鳍面夹持件(1122)沿圆弧段的内弧线与波动鳍面(4)连接。

7.根据权利要求1所述的柔性体波动鳍水下机器人，其特征在于，柔顺张拉机构(2)包括四组周向布置的张拉驱动件(21)，四组张拉驱动件(21)分别设置在第一柔性躯体(1a)或第二柔性躯体(1b)的两端，每组张拉驱动件(21)之间通过对应的张拉绳(22)连接，张拉绳(22)贯穿躯体单元(11)上的穿线孔(1124)设置。

8.根据权利要求1所述的柔性体波动鳍水下机器人，其特征在于，旋转驱动模块(3)包括驱动件支撑架(32)，驱动件支撑架(32)的一侧设置有旋转驱动件(31)，旋转驱动件(31)通过驱动件支撑架(32)另一侧设置的旋转驱动连接件(33)与对应的躯体单元(11)连接，驱动件支撑架(32)上周向间隔设置有连接架(13)，驱动件支撑架(32)通过连接架(13)与对应的躯体单元(11)连接。

9.根据权利要求8所述的柔性体波动鳍水下机器人，其特征在于，旋转驱动连接件(33)通过万向铰(111)与躯体单元(11)上设置的曲轴模块(113)连接。

10.根据权利要求1所述的柔性体波动鳍水下机器人，其特征在于，电源模块(5)包括电源支撑架(52)，电源支撑架(52)的一侧设置有电源(51)，另一侧通过周向间隔设置的连接架(13)与对应的躯体单元(11)连接。

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