CN114590376A - 一种基于仿生海龟的滑扑一体水下滑翔机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于仿生海龟的滑扑一体水下滑翔机，包括仿生海龟壳体以及设于仿生海龟壳体上的控制系统、仿生扑翼机构、仿生尾翼机构、浮力调节机构、前后重心调节机构、水下有缆控制机构及水下摄像机构，由控制系统控制各机构运行；所述仿生扑翼机构设于仿生海龟壳体的两侧，所述仿生尾翼机构设于仿生海龟壳体的尾部，所述前后重心调节机构由仿生海龟壳体的前端延伸至尾端。本发明基于对水生生物海龟的仿生，通过机械结构和控制程序设计，模拟其生物形态和运动机理，同时融入水下滑翔机的功能，具有噪声低、能耗小等特点，可用于水下侦察等途径，同时在水翼法推进仿生载体、水翼法柔性推进性能等相关技术上也有研究性用途。

Description

一种基于仿生海龟的滑扑一体水下滑翔机
技术领域
本发明涉及水下机器人技术领域，尤其涉及一种基于仿生海龟的滑扑一体水下滑翔机。
背景技术
海龟独特的柔性前肢水翼法推进作为水中生物推进方式之一，具有灵活性好、噪声低、涡流利用率高、姿态控制独特等优点，将其应用于小尺寸、低雷诺数下的微小型水下航行载体推进中，对于探索水下新型驱动方式，提高载体隐蔽性和灵活性具有重要的研究意义和使用价值。水下滑翔机是一种新型的水下机器人。由于其利用净浮力和姿态角调整获得推进力，能源消耗极小，只在调整净浮力和姿态角时消耗少量能源，并且具有效率高、续航力大(可达上千公里)的特点。虽然水下滑翔机的航行速度较慢，但其制造成本和维护费用低、可重复使用、并可大量投放等特点，满足了长时间、大范围海洋探索的需要。
发明内容
发明目的：为了克服背景技术的不足，本发明公开了一种基于仿生海龟的滑扑一体水下滑翔机。
技术方案：本发明所公开的基于仿生海龟的滑扑一体水下滑翔机，包括仿生海龟壳体以及设于仿生海龟壳体上的控制系统、仿生扑翼机构、仿生尾翼机构、浮力调节机构、前后重心调节机构、水下有缆控制机构及水下摄像机构，由控制系统控制各机构运行；所述仿生扑翼机构设于仿生海龟壳体的两侧，所述仿生尾翼机构设于仿生海龟壳体的尾部，所述前后重心调节机构由仿生海龟壳体的前端延伸至尾端。
进一步的，所述控制系统包括Arduino控制板、电机驱动模块及DC电压调节模块组成。
进一步的，所述仿生扑翼机构包括第一舵机、第二舵机、第三舵机、摇杆、摆臂、第一固定件、第二固定件、柔性密封件及仿生柔性水翼，所述摆臂上设有摆臂转轴，通过摆臂转轴与仿生海龟壳体连接，由仿生海龟壳体延伸出，所述第一舵机固定于仿生海龟壳体上，通过摇杆连接摆臂的内端，所述摆臂的外端通过第二舵机连接第一固定件，控制其水平往复摆动，所述第一固定件通过第三舵机连接第二固定件，控制其沿一侧纵向往复摆动，所述仿生柔性水翼固定于第二固定件上。
进一步的，所述仿生尾翼机构包括第三固定件、第四舵机、第四固定件、柔性密封件及仿生柔性尾翼，所述第三固定件固定于仿生海龟壳体上，并通过第四舵机连接第四固定件，控制其往复摆动，所述仿生柔性尾翼固定于第四固定件上。
进一步的，所述浮力调节机包括活塞注射器电动推杆，所述电动推杆与活塞注射器连接，同步运动，所述活塞注射器通过连接管与外部空气连通，通过活塞注射器内腔调节，实现浮力改变。
进一步的，所述前后重心调节机构包括前配重舱、前配重舱滑轨、传动杆、电池舱、电池舱滑轨、电动推杆、尾配重舱及尾配重舱滑轨，所述前配重舱滑轨、电池舱滑轨及尾配重舱滑轨由仿生海龟壳体首部至尾部间隔固定设置，同时对应滑动设置前配重舱、电池舱及尾配重舱，并通过传动杆连接传动，所述电池舱滑轨上设有电动推杆，所述电动推杆的传动端与传动杆连接，通过电动推杆运动，使前配重舱、电池舱及尾配重舱一起前后移动，实现首尾重心调节。
进一步的，所述水下有缆控制机构包括航空插头接口、USB转接头、水下缆线、Arduino控制板及远程控制端，所述水下缆线将Arduino控制板与远程控制端串口连接，实现有缆控制。
进一步的，所述水下摄像机构包括摄像头模块、存储模块、传输模块及远程接收端，通过摄像头拍摄的画面将被保存至存储模块，同时通过传输模块实现在远程接收端游览拍摄的画面。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为：基于对水生生物海龟的仿生，通过机械结构和控制程序设计，模拟其生物形态和运动机理，同时融入水下滑翔机的功能，具有噪声低、能耗小等特点，可用于水下侦察等途径，同时在水翼法推进仿生载体、水翼法柔性推进性能等相关技术上也有研究性用途。
附图说明
图1为本发明整体结构布置示意图；
图2为本发明仿生扑翼机构结构示意图；
图3为本发明仿生尾翼机构结构示意图；
图4为本发明浮力调节机构结构示意图；
图5为本发明前后重心调节机构结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1所示的基于仿生海龟的滑扑一体水下滑翔机，包括仿生海龟壳体1以及设于仿生海龟壳体1上的控制系统、仿生扑翼机构2、仿生尾翼机构3、浮力调节机构4、前后重心调节机构5、水下有缆控制机构及水下摄像机构6，由控制系统控制各机构运行；所述仿生扑翼机构2设于仿生海龟壳体1的两侧，所述仿生尾翼机构3设于仿生海龟壳体1的尾部，所述前后重心调节机构5由仿生海龟壳体1的前端延伸至尾端。仿生海龟壳体1是基于对水生生物海龟的外形模拟，设计的一个扁平状异形结构，通过CFD水动力性能分析，不断优化完善，最终得到该壳体结构。
所述控制系统包括Arduino控制板、电机驱动模块及DC电压调节模块组成，，通过运行程序，分别控制各个机构完成相应运动。
如图2所示，所述仿生扑翼机构2包括第一舵机201、第二舵机202、第三舵机203、摇杆204、摆臂205、第一固定件206、第二固定件207、柔性密封件及仿生柔性水翼208，所述摆臂205上设有摆臂转轴209，通过摆臂转轴209与仿生海龟壳体1连接，由仿生海龟壳体1延伸出，所述第一舵机201固定于仿生海龟壳体1上，通过摇杆204连接摆臂205的内端，所述摆臂205的外端通过第二舵机202连接第一固定件206，控制其水平往复摆动，所述第一固定件206通过第三舵机203连接第二固定件207，控制其沿一侧纵向往复摆动，所述仿生柔性水翼208固定于第二固定件207上，通过三个舵机的转动实现模拟海龟的“8”字形扑翼运动。
如图3所示，所述仿生尾翼机构3包括第三固定件301、第四舵机302、第四固定件303、柔性密封件及仿生柔性尾翼304，所述第三固定件301固定于仿生海龟壳体1上，并通过第四舵机302连接第四固定件303，控制其往复摆动，所述仿生柔性尾翼304固定于第四固定件303上。
柔性密封件通过对仿生扑翼机构2和仿生尾翼机构3的机械传动部分进行柔性包裹，实现整体的密封要求。
如图4所示，所述浮力调节机构4包括活塞注射器401及电动推杆402，所述电动推杆402与活塞注射器401连接，同步运动，所述活塞注射器401通过连接管与外部空气连通，通过活塞注射器401内腔调节，实现浮力改变。
如图5所示，所述前后重心调节机构5包括前配重舱501、前配重舱滑轨502、传动杆503、电池舱504、电池舱滑轨505、电动推杆506、尾配重舱507及尾配重舱滑轨508，所述前配重舱滑轨502、电池舱滑轨505及尾配重舱滑轨508由仿生海龟壳体1首部至尾部间隔固定设置，同时对应滑动设置前配重舱501、电池舱504及尾配重舱507，并通过传动杆503连接传动，所述电池舱滑轨505上设有电动推杆506，所述电动推杆506的传动端与传动杆503连接，通过电动推杆506运动，使前配重舱501、电池舱504及尾配重舱507一起前后移动，实现首尾重心调节。
所述水下有缆控制机构包括航空插头接口、USB转接头、水下缆线、Arduino控制板及远程控制端，所述水下缆线将Arduino控制板与远程控制端串口连接，实现有缆控制。
所述水下摄像机构6包括摄像头模块、存储模块、传输模块及远程接收端，通过摄像头拍摄的画面将被保存至存储模块，同时通过传输模块实现在远程接收端游览拍摄的画面。

Claims (8)

1.一种基于仿生海龟的滑扑一体水下滑翔机，其特征在于：包括仿生海龟壳体(1)以及设于仿生海龟壳体(1)上的控制系统、仿生扑翼机构(2)、仿生尾翼机构(3)、浮力调节机构(4)、前后重心调节机构(5)、水下有缆控制机构及水下摄像机构(6)，由控制系统控制各机构运行；所述仿生扑翼机构(2)设于仿生海龟壳体(1)的两侧，所述仿生尾翼机构(3)设于仿生海龟壳体(1)的尾部，所述前后重心调节机构(5)由仿生海龟壳体(1)的前端延伸至尾端。
2.根据权利要求1所述的基于仿生海龟的滑扑一体水下滑翔机，其特征在于：所述控制系统包括Arduino控制板、电机驱动模块及DC电压调节模块组成。
3.根据权利要求1所述的基于仿生海龟的滑扑一体水下滑翔机，其特征在于：所述仿生扑翼机构(2)包括第一舵机(201)、第二舵机(202)、第三舵机(203)、摇杆(204)、摆臂(205)、第一固定件(206)、第二固定件(207)、柔性密封件及仿生柔性水翼(208)，所述摆臂(205)上设有摆臂转轴(209)，通过摆臂转轴(209)与仿生海龟壳体(1)连接，由仿生海龟壳体(1)延伸出，所述第一舵机(201)固定于仿生海龟壳体(1)上，通过摇杆(204)连接摆臂(205)的内端，所述摆臂(205)的外端通过第二舵机(202)连接第一固定件(206)，控制其水平往复摆动，所述第一固定件(206)通过第三舵机(203)连接第二固定件(207)，控制其沿一侧纵向往复摆动，所述仿生柔性水翼(208)固定于第二固定件(207)上。
4.根据权利要求1所述的基于仿生海龟的滑扑一体水下滑翔机，其特征在于：所述仿生尾翼机构(3)包括第三固定件(301)、第四舵机(302)、第四固定件(303)、柔性密封件及仿生柔性尾翼(304)，所述第三固定件(301)固定于仿生海龟壳体(1)上，并通过第四舵机(302)连接第四固定件(303)，控制其往复摆动，所述仿生柔性尾翼(304)固定于第四固定件(303)上。
5.根据权利要求1所述的基于仿生海龟的滑扑一体水下滑翔机，其特征在于：所述浮力调节机构(4)包括活塞注射器(401)及电动推杆(402)，所述电动推杆(402)与活塞注射器(401)连接，同步运动，所述活塞注射器(401)通过连接管与外部空气连通，通过活塞注射器(401)内腔调节，实现浮力改变。
6.根据权利要求1所述的基于仿生海龟的滑扑一体水下滑翔机，其特征在于：所述前后重心调节机构(5)包括前配重舱(501)、前配重舱滑轨(502)、传动杆(503)、电池舱(504)、电池舱滑轨(505)、电动推杆(506)、尾配重舱(507)及尾配重舱滑轨(508)，所述前配重舱滑轨(502)、电池舱滑轨(505)及尾配重舱滑轨(508)由仿生海龟壳体(1)首部至尾部间隔固定设置，同时对应滑动设置前配重舱(501)、电池舱(504)及尾配重舱(507)，并通过传动杆(503)连接传动，所述电池舱滑轨(505)上设有电动推杆(506)，所述电动推杆(506)的传动端与传动杆(503)连接，通过电动推杆(506)运动，使前配重舱(501)、电池舱(504)及尾配重舱(507)一起前后移动，实现首尾重心调节。
7.根据权利要求2所述的基于仿生海龟的滑扑一体水下滑翔机，其特征在于：所述水下有缆控制机构包括航空插头接口、USB转接头、水下缆线、Arduino控制板及远程控制端，所述水下缆线将Arduino控制板与远程控制端串口连接，实现有缆控制。
8.根据权利要求1所述的基于仿生海龟的滑扑一体水下滑翔机，其特征在于：所述水下摄像机构(6)包括摄像头模块、存储模块、传输模块及远程接收端，通过摄像头拍摄的画面将被保存至存储模块，同时通过传输模块实现在远程接收端游览拍摄的画面。
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