CN117246489A - 一种软体仿生蝠鲼 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种软体仿生蝠鲼，蝠鲼本体包括软体外壳、浮体主干、软体腹盖、浮体尾部件。软体外壳利用软体材料浇筑成型，软体外壳由软体躯干以及对称分布于软体躯干两侧的软体胸鳍组成，两侧的软体胸鳍内设有第一软体胸鳍骨架、第二软体胸鳍骨架，第一软体胸鳍骨架、第二软体胸鳍骨架均设置有若干呈发散状分布的鳍条神经，各鳍条神经设有至少一个神经节点；浮体主干安装在软体躯干的腹部开口内，软体腹盖用于将开口密封并使得腹部的曲表面完整且光滑；可摆动的浮体尾部件位于软体躯干的尾部。本发明可以模拟生物蝠鲼胸鳍的非线性运动，使蝠鲼本体的胸鳍产生柔性波动变形，使得水下游行姿态更接近蝠鲼。

Description

一种软体仿生蝠鲼

技术领域

本发明涉及水下仿生机器人，具体涉及到一种软体仿生蝠鲼。

背景技术

20世纪90年代以前，受鱼类、头足类等海洋生物启发，科学家对水下仿生机器人结构的研究主要是理论研究和模型分析。水下仿生机器人的研究最初以尾鳍推进模式的设计研究为主，典型代表生物为金枪鱼，海豚等，随着仿生推进机理研究的发展，逐渐关注胸鳍摆动模式的设计研究，典型代表生物为蝠鲼，牛鼻鲼等，依靠宽大胸鳍的摆动，灵活转向浮潜，同时稳定性强于尾鳍推进模式鱼类，并且扁平式的生物结构更利于搭载载荷，因此，近年来越来越多的研究机构投入蝠鲼型航行器的设计与制作当中，为蝠鲼型机器人研究注入新材料、新技术，同时也存在一些不足之处。

目前一些软体仿生蝠鲼机器鱼存在如下缺陷：

(1)体积较小，无法挂载功能性传感器，应用性较低；

(2)采用模块化设计，但各模块连接之间存在间隙，既影响美观又会影响胸鳍扑翼的推进效果；

(3)软体材料占比不足，仅用于胸鳍部分，其他结构均为刚体；

(4)胸鳍骨架设计简单，不易体现生物蝠鲼的胸鳍结构；

(5)外表面的软体材料覆盖率不足，刚体裸露部分过多。

发明内容

本发明提供了一种软体仿生蝠鲼，所述软体仿生蝠鲼包含有利用软体材料浇筑成一体的软体外壳，软体外壳由软体躯干以及对称分布于软体躯干两侧的软体胸鳍组成，两侧的软体胸鳍内设有第一软体胸鳍骨架、第二软体胸鳍骨架，第一软体胸鳍骨架、第二软体胸鳍骨架均设置有若干呈发散状分布的鳍条神经，鳍条神经位于软体胸鳍内并与软体胸鳍固定连接，鳍条神经的一端指向软体躯干，另一端向软体胸鳍的外沿鳍尖发散，各鳍条神经设有至少一个神经节点；

在软体躯干内设有主干空腔，主干空腔设有位于软体躯干腹部的开口，在主干空腔内安装有浮体主干，浮体主干包含有浮体舱和软体腹盖，浮体舱和软体躯干固定连接，浮体舱设有控制舱空腔，在控制舱空腔内安装有核心控制板、软体胸鳍骨架核心结构件和第三驱动关节，软体胸鳍骨架核心结构件用于驱动两侧的第一软体胸鳍骨架、第二软体胸鳍骨架进行转动以实现两侧软体胸鳍的仿生摆动，位于软体躯干腹部开口处的软体腹盖密封扣合在控制舱空腔，软体腹盖的下表面设有与核心控制板相连的高度传感器；

在软体躯干尾部内固定设有浮体尾部件，浮体尾部件与第三驱动关节相连，第三驱动关节用于驱动浮体尾部件转动以实现软体躯干尾部的仿生摆动；

软体躯干在头部设有摄像机凹槽，摄像机凹槽内安装有与核心控制板相连的视觉传感器(例如双目摄像机)。

进一步的，软体胸鳍弦向横截面的轮廓特征符合翼型NACA0020，翼型NACA0020方程为：

z_up＝0.4082x^0.5-0.1260x-0.1860x²+0.0796x³-0.0150x⁴

z_down＝-z_up

其中，z_up表示z轴方向的上部轮廓特征值，z_down为z轴方向的下部轮廓特征值，x为x轴方向的特征值。

进一步的，浮体舱靠近头部设有电池仓，在电池仓内安装有电池，电池包括灌封锂电池、水密接插件母头，电池仓与控制舱空腔之间设有供水密接插件母头穿过的线槽，灌封锂电池通过水密接插件母头与核心控制板插接连接。

进一步的，软体胸鳍骨架核心结构件包括驱动关节连接件以及对称安装在驱动关节连接件两侧的第一驱动关节和第二驱动关节，第一驱动关节、第二驱动关节分别穿过浮体舱两侧的开口与第一软体胸鳍骨架、第二软体胸鳍骨架相连，

第一驱动关节第二驱动关节分别设有用于驱动第一软体胸鳍骨架、第二软体胸鳍骨架的第一驱动电机、第二驱动电机。

进一步的，第一、第二软体胸鳍骨架均包含胸鳍支架、驱动支架和螺纹紧固件；

胸鳍支架通过螺纹紧固件与驱动支架固定连接，驱动支架部分裸露在主干空腔的外部并利用螺纹紧固件与软体胸鳍骨架核心结构件两侧的输出轴连接，

胸鳍支架为长度沿头尾方向分布的NACA0020长条翼型翅片，且胸鳍支架长度方向上设有一排鳍条神经安装孔，每根鳍条神经的一端与鳍条神经安装孔固定连接，另一端向软体胸鳍的鳍尖发散；

鳍条神经为绷直发散位于软体胸鳍内的柔性尼龙线材，中间的鳍条神经长度较长且头尾两侧的鳍条神经长度较短，发散的鳍条神经所围成形状与软体胸鳍形状相当，每根鳍条神经在各自长度方向上布置至少一个塑料圆块作为神经节点，神经节点的数量与鳍条神经长度成正比。

进一步的，软体躯干的尾部一体成型有柔性背鳍；

且软体躯干以及软体胸鳍的靠近尾部的一侧设有连贯的后缘薄边，后缘薄边的最大厚度为2-2.5毫米，最大宽度为20-20毫米，后缘薄边的轮廓特征与软体外壳的轮廓特征相同，且后缘薄边与软体胸鳍的鳍尖位置连接处设置有倒角。

进一步的，第三驱动关节设有第三驱动电机，

浮体尾部件包含有尾浮力件、第三驱动支架，尾浮力件为扁平状的楔形块，在尾浮力件一侧设有凹槽，第三驱动支架固定安装在凹槽内，第三驱动支架与第三驱动电机的输出轴连接。

本发明的优点在于：

(1)软体外壳由软体材料浇筑形成一体，在软体外壳腹部预留有浮体舱开口并用软体腹盖密封，软体外壳与软体腹盖紧密贴合，使蝠鲼本体背部和腹部的曲表面完整且光滑，使蝠鲼本体内部均被软体材料包裹，即表面全软，软体材料具有良好的柔韧性和可拉伸性的特点，两侧软体胸鳍内的第一软体胸鳍骨架与第二软体胸鳍骨架依靠软体材料的特性，可以模拟生物蝠鲼胸鳍的非线性运动，使蝠鲼本体的胸鳍产生柔性波动变形；

(2)在两侧的软体胸鳍内设有发散的鳍条神经，发散方向为胸鳍支架中心线向所述蝠鲼本体前缘、后缘轮廓线，鳍条选用柔性线材料，在每根鳍条上可布置1至4个神经节点，神经节点由硬质且有弹性材料圆块组成。通过鳍条神经可以使得软体胸鳍的弦向、展向方向上的波动传递，使蝠鲼本体两侧的胸鳍可发生柔滑的非线性波动，并且增强柔韧效果，避免软体胸鳍整体过软导致游行姿态不稳定；

(3)搭载视觉传感器、高度传感器，获取视觉图像、水底高度等数据，且在蝠鲼本体内部设有电池、核心控制版，电池可为驱动关节供电，核心控制通过水密接插件与电池、视觉传感器、高度传感器连接，对各模块数据及时通讯并处理，使蝠鲼本体能够进行水下照明、图像采集与处理、定高航行；

(4)在软体躯干的尾部一体成型有柔性背鳍，且软体躯干以及软体胸鳍的靠近尾部的一侧设有连贯的后缘薄边，在蝠鲼本体推进过程中起稳流、导尾流作用，可增强环境共融性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施实例一种软体仿生蝠鲼的前视结构示意图；

图2为本发明实施实例一种软体仿生蝠鲼的侧视结构示意图；

图3为本发明实施实例一种软体仿生蝠鲼的俯视结构示意图；

图4为本发明实施实例一种软体仿生蝠鲼的整体结构示意图；

图5为本发明实施实例一种软体仿生蝠鲼的软体外壳结构示意图；

图6为本发明实施实例一种软体仿生蝠鲼的浮体主干结构示意图；

图7为本发明实施实例一种软体仿生蝠鲼的软体腹盖结构示意图；

图8为本发明实施实例一种软体仿生蝠鲼的浮体尾部件结构示意图；

图9为本发明实施实例一种软体仿生蝠鲼的软体外壳背部结构示意图；

图10为本发明实施实例一种软体仿生蝠鲼的第一鳍条神经结构示意图；

图11为本发明实施实例一种软体仿生蝠鲼与生物蝠鲼结构对比示意图；

图12为本发明实施实例一种软体仿生蝠鲼与NACA0020翼型轮廓对比示意图；

图13为本发明实施实例一种软体仿生蝠鲼的第一驱动关节连接关系结构示意图；

图14为本发明实施实例一种软体仿生蝠鲼的高度传感器结构示意图；

图15为本发明实施实例一种软体仿生蝠鲼的视觉传感器结构示意图。

附图标记说明：

1-软体外壳；101-软体躯干；1011-后缘薄边；1012-背鳍；102-第一软体胸鳍骨架；1021-第一鳍条神经；1022-第一胸鳍支架；1023-第一驱动支架；1024-第一螺纹紧固件；103-第二软体胸鳍骨架；1031-第二鳍条神经；1032-第二胸鳍支架；1033-第二驱动支架；1034-第二螺纹紧固件；104-双目摄像机；

2-浮体主干；201-浮体舱；202-电池；2021-锂电池灌封板；2022-水密接插件母头；203-软体胸鳍核心结构件；2031-驱动关节连接件；2032-第一驱动关节；2033-第二驱动关节；204-核心控制板；2041-电路灌封板；2023-水密接插件母头；

3-软体腹盖；301-软体舱盖；302-舱盖螺纹紧固件；303-高度传感器；

4-浮体尾部件；401-尾浮力件；402-第三驱动支架；403-尾部螺纹紧固件。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

本发明主要对仿生机器蝠鲼从结构设计方面，优化驱动关节处软体材料断层、胸鳍驱动时柔韧性不足、外围软体材料覆盖率不高、传感器实际挂载等问题。为优化胸鳍驱动时柔韧性不足问题，本发明设计了由软体材料浇筑成型的胸鳍，软体材料属于现有技术在此不予赘述，具有良好的弹性和柔韧性，且胸鳍内置模拟生物蝠鲼的鳍条神经网络，鳍条神经网络由鳍条神经和神经节点组成，增强柔韧效果；为优化驱动关节处软体材料断层、软体材料覆盖率不高问题，本发明设计了由软体材料浇筑成型一体的软体躯干，将一对胸鳍、尾部、头部都连成整体，提高了外围软体材料覆盖率，也避免了驱动关节处软体材料出现断层。为解决传感器实际挂载问题，本发明设计了带有视觉传感器凹槽的浮体主干，可实际安装一定规格的摄像头和LED照明灯，本发明还设计了带有高度传感器凹槽的软体腹盖，可实际安装一定规格的高度计。具体方案的描述如下。

在本发明实例中，如图1至图4所示，包括蝠鲼本体，蝠鲼本体包括软体外壳1、浮体主干2、软体腹盖3、浮体尾部件4。

软体外壳1由软体躯干101以及对称分布于软体躯干101两侧的软体胸鳍组成。软体躯干101以及两侧的软体胸鳍是通过一定形状的模具，利用软体材料浇筑成一体，目的是获得曲线表面光滑完整的软体躯干。软体躯干101设有摄像机凹槽、主干空腔、后缘薄边、背鳍。两侧的软体胸鳍内设有靠近软体躯干101的第一软体胸鳍骨架102、第二软体胸鳍骨架103，第一软体胸鳍骨架102与第二软体胸鳍骨架103二者内部对称，均设置有鳍条神经、胸鳍支架、驱动关节支架、支架螺纹紧固件。鳍条神经由12根柔性尼龙线材组成，每根线材可布置1至4个神经节点，用于软体躯干弦向、展向的波动传递，使蝠鲼本体可发生柔滑的非线性波动，鳍条神经与生物蝠鲼鳍条神经发散特征相同，发散特征表现为胸鳍根部指向尖部。

浮体主干2包括浮体舱201、电池202、软体胸鳍骨架核心结构件203、核心控制板204、第三驱动关节205，浮体舱201由浮体材料组成，浮体材料耐压深度为300m及以上，胸鳍支架最大弦向横截面的轮廓特征符合翼型NACA0020，软体胸鳍骨架核心结构件203包括驱动关节连接件2031、第一驱动关节2032、第二驱动关节2033，核心控制板204与电池20、第一驱动关节2032、第二驱动关节2033、第三驱动关节205、双目摄像机104、高度传感器303通过水密接插件相连。其中，核心控制板204由环氧树脂材料灌封固化而成保证防水效果，软体腹盖3包括软体舱盖301、高度传感器303，软体舱盖301与浮体舱201的腹部紧密配合，保证软体外壳1从背部到腹部的软体材料全覆盖，浮体尾部件4包括尾浮力件401，第三驱动支架402、第三驱动支架螺纹紧固件403，浮体尾部件4对软体外壳1的尾部起支撑作用。

软体外壳1如图5所示，包括软体躯干101、第二软体胸鳍骨架102、第二软体胸鳍骨架103、双目摄像机104，软体躯干101头部设有摄像机凹槽，摄像机凹槽内部形状与双目摄像机104底部形状相同，有一定深度但不会完全嵌套双目摄像机104，摄像机凹槽内壁涂一定胶水，即可固定双目摄像机104，软体躯干101腹部设有主干空腔，主干空腔半封闭式，开口方向朝下，主干空腔有一定空间，且空间形状与浮体主干2与尾部浮体3的装配体基本相同，故获得紧紧包裹的安装效果，软体躯干101尾部设有后缘薄边、背鳍，软体躯干101左右两部分为软体胸鳍，是传递柔性波动的关键结构。

在本发明实例中，第一软体胸鳍骨架102与第二软体胸鳍骨架103关于软体外壳101最大厚度处的截面对称(即图3的中轴线)，此厚度沿z轴方向。第一软体胸鳍骨架102设有第一胸鳍支架1022、第一驱动支架1023、第一螺纹紧固件1024。第一胸鳍支架1022最大横截面的轮廓特征满足NACA0020，第一胸鳍支架1022头部通孔通过第一螺纹紧固件1024连接第一驱动支架1023，第一胸鳍支架1022上的通孔可被M3螺丝通过，第一驱动支架1023部分裸露在主干空腔的内部，供与驱动关节连接件2031相连，即利用第一螺纹紧固件1024连接。结合图10，第一胸鳍支架1022长度方向上设有一排位于中心线上的12根鳍条神经安装孔，每根第一鳍条神经1021的一端与鳍条神经安装孔固定连接，且每根第一鳍条神经1021处于绷直状态。第一鳍条神经1021为柔性尼龙线材，每根线材可布置1至4个塑料圆块作为神经节点，布置方式参考生物蝠鲼结构图，见图11，第一鳍条神经1021用于软体躯干101左部的第一软体胸鳍的弦向、展向方向上的波动传递，使蝠鲼本体左部可发生柔滑的非线性波动。

第二软体胸鳍骨架103设有第二鳍条神经1031、第二胸鳍支架1032、第二驱动支架1033、第二螺纹紧固件1034。第二胸鳍支架1032最大横截面的轮廓特征满足NACA0020，第二胸鳍支架1032头部通孔通过第二螺纹紧固件1034连接第二驱动支架1033，第二胸鳍支架1032上的通孔可被M3螺丝通过，第二驱动支架1033部分裸露在主干空腔的外部，供与驱动关节连接件2031相连，即利用第二螺纹紧固件1034连接。结合图10，第二胸鳍支架1032长度方向上设有一排位于中心线上的12根鳍条神经安装孔，每根第二鳍条神经1031的一端与鳍条神经安装孔固定连接，且每根第二鳍条神经1031处于绷直状态。每根第二鳍条神经1031为柔性尼龙线材，每根线材可布置1至4个塑料圆块作为神经节点，布置方式参考生物蝠鲼结构图，第二鳍条神经1031用于软体躯干101右部的第二软体胸鳍的弦向、展向方向上的波动传递，使蝠鲼本体右部可发生柔滑的非线性波动。

其中，神经节点的数量与鳍条神经长度成正比，即鳍条神经的长度越长布置的神经节点越多。鳍条神经与生物蝠鲼鳍条神经发散特征相同，发散特征表现为胸鳍根部指向尖部。

在本实例中，蝠鲼软体外壳弦向横截面的轮廓特征符合翼型NACA0020，如图12所示，胸鳍支架弦向横截面的轮廓特征符合翼型NACA0020，翼型NACA0020方程为：

z_up＝0.4082x^0.5-0.1260x-0.1860x²+0.0796x³-0.0150x⁴

z_down＝-z_up

其中z_up表示z轴方向的上部轮廓特征值，z_down为z轴方向的下部轮廓特征值，x为x轴方向的特征值。

在本发明实例中，如图6所示，浮体主干2包括浮体舱201、电池202、软体胸鳍骨架核心结构件203、核心控制板204、第三驱动关节205，浮体舱201由浮体材料组成，浮体材料表现刚性，既能安装内部零件，又能为蝠鲼本体提供较大浮力，浮体材料要求耐压深度达到300m及以上，浮体舱201的头部设有电池凹槽，电池凹槽具有一定深度，可以充分安放电池，因为电池202较小，不需要其他固定方式，软体躯干101的包裹会避免电池202脱落，电池凹槽靠控制舱的内壁设有方形槽，用于水密接插件通过，浮体舱201腹部设有开放式的控制舱空腔，用于安放核心控制板204、软体胸鳍骨架核心结构件203，浮体舱201尾部设有舱尾螺纹孔，通过螺纹紧固件与浮体尾部3连接。电池202包括灌封锂电池2021、水密接插件母头2022，通过水密接插件连接到核心控制板的一个水密接插件母头2022，用于连接的水密接插件的两端均为公头，水密接插件具有较好的防水性能。

软体胸鳍骨架核心结构件203包括驱动关节连接件2031、第一驱动关节2032、第二驱动关节2033，驱动关节连接件2031两侧对称设置螺纹孔，通过螺纹紧固件连接第一驱动关节2032、螺纹紧固件连接第二驱动关节2033，核心控制板204包括灌封电路板2041、水密接插件母头2042，灌封电路板2041是通过环氧树脂材料浇灌得来的，具有良好的防水性，可以把控制系统的体积最小化，且形状规则，便于安装，通过水密接插件连接到电池202、软体胸鳍骨架核心结构件203、双目摄像机104、高度传感器303，是蝠鲼本体执行动作、获得水下图像，根据距水底高度航行等的关键。

如图7所示，软体腹盖包括软体舱盖、高度传感器、舱盖螺纹紧固件，软体舱盖设有高度传感器凹槽、舱盖通孔，高度传感器凹槽两面均开口，用于嵌套高度传感器，再利用胶水固定，高度机凹槽含有线槽，用于高度传感器的线缆通过，根据高度传感器使用方法，安装方向为背部朝腹部，高度传感器部分裸露在蝠鲼本体外部，利于更精准获取距水底高度，舱盖通孔设有8个M3通孔，用于连接软体舱盖和浮体舱，起到连接紧密不会脱落的效果。

如图8所示，浮体尾部件4包括尾浮力件401、第三驱动支架402、尾部螺纹紧固件403，尾浮力件401设有支架凹槽，支架凹槽开口向上，底部设置8个螺纹通孔，用于第三驱动支架402的安放和固定，第三驱动支架402部分裸露在尾浮力件401外部，第三驱动支架通过尾部螺纹紧固件403与尾浮力件相连。

本实例中，如图4所示，描述的是软体外壳1、浮体主干2、软体腹盖3、浮体尾部件4之间连接方式，浮体主干2被软体外壳紧紧包裹，且浮体主干2为软体外壳1起主要支撑作用，且便于浮体主干2的拆卸与安装，同时使蝠鲼本体在静态或者动态下的流体外形与生物蝠鲼相似，另外，第一软体胸鳍骨架102通过螺纹紧固件连接第一驱动支架1023与驱动关节连接件2031来与浮体主干2连接，第二软体胸鳍骨架103通过螺纹紧固件连接第二驱动支架1033与第二驱动关节2033来与浮体主干2连接，软体腹盖3的通过舱盖螺纹紧固件302连接至浮体舱201来实现与浮体主干2的连接，同时软体腹盖3对浮体主干2中浮体舱内置核心电控板204起支撑和保护作用，可达到与软体外壳1紧密贴合的效果，使蝠鲼本体的腹部曲面完整且光滑，软体舱盖301尺寸不宜过大，否则可能出现软体过渡断层的现象，浮体尾部件4位于主干空腔的尾部，通过螺纹紧固件与浮体主干2相连，与浮体主干2一起支撑软体外壳1，但浮体尾部件4主要对软体外壳1的尾部起支撑作用。

本实例中，蝠鲼本体包含第一驱动关节2032、第二驱动关节2033、第三驱动关节205，三个驱动关节结构相同，以第一驱动关节2032为例，结构示意图如图13所示，包括电机、驱动支架、短驱动支架、有齿舵盘、无齿舵盘，均通过螺纹紧固件相连，软体躯干纵向可分为第一胸鳍、第二胸鳍两个部分，第一驱动关节2032是第一软体胸鳍产生展向、弦向波动的动力源，第二驱动关节2033是第二软体胸鳍产生展向、弦向波动的动力源，第三驱动关节205是蝠鲼本体尾部摆动的动力源。当第一驱动关节2032、第二驱动关节2033以一定幅度地同步摆动，第三驱动关节2034处于零位，蝠鲼本体获得向前推力，执行前进动作，当第一驱动关节2032以一定幅度地同步摆动、且第二驱动关节2033和第三驱动关节205处于零位时，蝠鲼本体执行左转动作，当第二驱动关节2033以一定幅度摆动、第一驱动关节2031和第三驱动关节2033处于零位时，蝠鲼本体执行左转动作，当第一驱动关节2031和第二驱动关节2033以一定幅度同步摆动，第三驱动关节2033固定上摆位置，蝠鲼本体获得向上升力，执行上浮动作，当第一驱动关节2032和第二驱动关节2033以一定幅度同步摆动、第三驱动关节205固定下摆位置，蝠鲼本体获得向下升力，执行下潜动作，本发明的一种柔体仿生蝠鲼，运动仿生度高，推进性能高效。

蝠鲼本体背部和腹部的曲表面完整、光滑、无断层，软体表面积占比接近100％，第一软体胸鳍骨架102与第二软体胸鳍骨架103被第一驱动关节2032、第二驱动关节2033带动，依靠软体材料的柔韧性，可以模拟生物蝠鲼胸鳍的非线性运动，与传统螺旋桨推进对比，对水流扰动低，环境共融性更强。

第一鳍条神经1021与第二鳍条神经1031分别对称布置在软体躯干的内部，以右侧软体胸鳍内的第一鳍条神经1021为例进行说明，如图10所示，右侧软体胸鳍内设有12根长短不同的鳍条1021-1作为第一鳍条神经1021，鳍条1021-1选用柔韧性良好的尼龙线并可布置1至4个塑料圆块作为神经节点1021-2，模拟鳍条交错处的挠骨结构。其中，右侧软体胸鳍内的第一鳍条神经1021上下非对称，在头尾方向上，中间的鳍条1021-1长且上下两侧短，发散方向为胸鳍支架中心线向蝠鲼本体前缘、后缘轮廓线。

蝠鲼本体主要结构与生物蝠鲼对比，蝠鲼本体对生物蝠鲼尾部进行简化，如图11所示为生物蝠鲼与本申请蝠鲼本体的对比图，软体外壳1的尾部设有后缘薄边1011、背鳍1012，可对尾部水流进行整流，后缘薄边最大厚度为2.37毫米，最大宽度W为16毫米，后缘薄边的轮廓特征与软体外壳的轮廓特征相同，后缘薄边与软体胸鳍骨架鳍尖位置连接处设置倒角，倒角便于工艺实现，后缘薄边1011、背鳍1012在蝠鲼本体推进过程中起稳流、导尾流作用，可增强环境共融性。

由图4可见，软体外壳2头部设有摄像机凹槽，并利用胶水固定如图15所示的视觉传感器，使蝠鲼本体可获得前视的水下图像、前视水下照明的功能，软体腹部设有高度传感器槽，并利用胶水固定如图15所示的高度传感器，使蝠鲼本体获得距水面高度的数据，可根据高度数据执行定高航行，蝠鲼本体内部设有电池202，为双目摄像机104、第一驱动关节2032、第二驱动关节2033、核心控制板204、高度传感器303等电子元器件供电，核心控制板204通过水密接插件与双目摄像机104、高度传感器303连接，处理各功能模块的信号和数据。

综上所述，本发明提供的软体仿生蝠鲼，外围软体覆盖率接近100％，胸鳍可以产生良好柔性波动，使仿生蝠鲼在水下环境共融性强，整体静态仿生程度更高；能够模仿生物蝠鲼的左右转弯、上浮和下潜，具有机动性高的优点；另外搭载了视觉传感器和高度传感器，可在水下实现水下照明、水下图像采集与传输、定高航行等功能。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种软体仿生蝠鲼，其特征在于，所述软体仿生蝠鲼包含有利用软体材料浇筑成一体的软体外壳(1)，软体外壳(1)由软体躯干(101)以及对称分布于软体躯干(101)两侧的软体胸鳍组成，两侧的软体胸鳍内设有第一软体胸鳍骨架(102)、第二软体胸鳍骨架(103)，第一软体胸鳍骨架(102)、第二软体胸鳍骨架(103)均设置有若干呈发散状分布的鳍条神经，鳍条神经位于软体胸鳍内并与软体胸鳍固定连接，鳍条神经的一端指向软体躯干(101)，另一端向软体胸鳍的外沿鳍尖发散，各鳍条神经设有至少一个神经节点；

在软体躯干(101)内设有主干空腔，在主干空腔内安装有浮体主干(2)，浮体主干(2)包含有浮体舱(201)和软体腹盖(3)，浮体舱(201)和软体躯干(101)固定连接，浮体舱(201)设有控制舱空腔，在控制舱空腔内安装有核心控制板(204)、软体胸鳍骨架核心结构件(203)和第三驱动关节(205)，软体胸鳍骨架核心结构件(203)用于驱动两侧的第一软体胸鳍骨架(102)、第二软体胸鳍骨架(103)进行转动以实现两侧软体胸鳍的仿生摆动，软体腹盖(3)与控制舱空腔密封扣合连接，且软体腹盖(3)与软体躯干(101)的腹部开口密封配合，软体腹盖(3)的下表面设有与核心控制板(204)相连的高度传感器(303)；

在软体躯干(101)尾部内固定设有浮体尾部件(4)，浮体尾部件(4)与第三驱动关节(205)相连，第三驱动关节(205)用于驱动浮体尾部件(4)转动以实现软体躯干(101)尾部的仿生摆动；

软体躯干(101)在头部设有摄像机凹槽，摄像机凹槽内安装有与核心控制板(204)相连的视觉传感器。

2.如权利要求1所述的一种软体仿生蝠鲼，其特征在于，软体胸鳍弦向横截面的轮廓特征符合翼型NACA0020，翼型NACA0020方程为：

z_up＝0.4082x^0.5-0.1260x-0.1860x²+0.0796x³-0.0150x⁴

z_down＝-z_up

其中，z_up表示z轴方向的上部轮廓特征值，z_down为z轴方向的下部轮廓特征值，x为x轴方向的特征值。

3.如权利要求1所述的一种软体仿生蝠鲼，其特征在于，浮体舱(201)靠近头部设有电池仓，在电池仓内安装有电池(202)，电池(202)包括灌封锂电池(2021)、水密接插件母头(2022)，电池仓与控制舱空腔之间设有供水密接插件母头(2022)穿过的线槽，灌封锂电池(2021)通过水密接插件母头(2022)与核心控制板(204)插接连接。

4.如权利要求1所述的一种软体仿生蝠鲼，其特征在于，软体胸鳍骨架核心结构件(203)包括驱动关节连接件(2031)以及对称安装在驱动关节连接件(2031)两侧的第一驱动关节(2032)和第二驱动关节(2033)，第一驱动关节(2032)、第二驱动关节(2033)分别穿过浮体舱(201)两侧的开口与第一软体胸鳍骨架(102)、第二软体胸鳍骨架(103)相连，

第一驱动关节(2032)、第二驱动关节(2033)分别设有用于驱动第一软体胸鳍骨架(102)、第二软体胸鳍骨架(103)的第一驱动电机、第二驱动电机。

5.如权利要求1或4所述的一种软体仿生蝠鲼，其特征在于，第一软体胸鳍骨架(102)、第二软体胸鳍骨架(103)均包含胸鳍支架、驱动支架和螺纹紧固件；

胸鳍支架通过螺纹紧固件与驱动支架固定连接，驱动支架部分裸露在主干空腔的外部并利用螺纹紧固件与软体胸鳍骨架核心结构件(203)两侧的输出轴连接，

胸鳍支架为长度沿头尾方向分布的NACA0020长条翼型翅片，且胸鳍支架长度方向上设有一排鳍条神经安装孔，每根鳍条神经的一端与鳍条神经安装孔固定连接，另一端向软体胸鳍的鳍尖发散；

鳍条神经为绷直发散位于软体胸鳍内的柔性尼龙线材，中间的鳍条神经长度较长且头尾两侧的鳍条神经长度较短，发散的鳍条神经所围成形状与软体胸鳍形状相当，每根鳍条神经在各自长度方向上布置至少一个塑料圆块作为神经节点，神经节点的数量与鳍条神经长度成正比。

6.如权利要求1所述的一种软体仿生蝠鲼，其特征在于，软体躯干(101)的尾部一体成型有柔性背鳍(1012)；

且软体躯干(101)以及软体胸鳍的靠近尾部的一侧设有连贯的后缘薄边(1011)，后缘薄边(1011)的最大厚度为2-2.5毫米，最大宽度为20-20毫米，后缘薄边(1011)与软体胸鳍的连接处设置有倒角。

7.如权利要求1所述的一种软体仿生蝠鲼，其特征在于，第三驱动关节(205)设有第三驱动电机，

浮体尾部件(4)包含有尾浮力件(401)、第三驱动支架(402)，尾浮力件(401)为扁平状的楔形块，在尾浮力件(401)一侧设有凹槽，第三驱动支架(402)固定安装在凹槽内，第三驱动支架(402)与第三驱动电机的输出轴连接。