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原文传递一种水空两栖跨介质仿生机器飞鱼

专利名称：	一种水空两栖跨介质仿生机器飞鱼
摘要：	本发明实施例涉及一种水空两栖跨介质仿生机器飞鱼，包括本体、俯仰胸鳍、变结构胸鳍、尾部推进模块、检测传感器和控制器。本发明通过控制尾部推进模块实现身体/尾鳍式的水下仿鱼推进，通过调节变结构胸鳍机构实现仿生机器飞鱼空中的滑翔运动以及快速溅落式入水运动，通过控制尾部推进模块与俯仰胸鳍机构间的配合实现水空跨介质过渡的出水运动，通过检测传感器检测周围环境，通过控制器控制仿生飞鱼运动模式。本发明有益效果为：本发明兼具水下高速、高机动性游动及空中滑翔的水空两栖跨介质运动能力，采用小型化和轻量化设计，有效降低成本及能量消耗，同时有效提高了水下运动性能及推进效率，实现低扰动游动并缩短了跨介质过渡时间。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	中国科学院自动化研究所
发明人：	喻俊志;吴正兴;陈迪
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-10T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-17T00:00:00+0800
申请号：	CN201910617884.8
公开号：	CN110239712A
代理机构：	北京市恒有知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	郭文浩;尹文会
分类号：	B64C35/00(2006.01);B;B64;B64C;B64C35
申请人地址：	100190 北京市海淀区中关村东路95号
主权项：	1.一种水空两栖跨介质仿生机器飞鱼，其特征在于，包括本体、俯仰胸鳍、变结构胸鳍、尾部推进模块、检测传感器和控制器，其中，所述俯仰胸鳍为两个，所述两个俯仰胸鳍对称布置在所述本体的左右两侧，所述俯仰胸鳍在第一动力装置的驱动下绕左右方向的轴线可转动地安装于所述本体；所述变结构胸鳍为两个，所述两个变结构胸鳍对称布置在所述本体的左右两侧，所述变结构胸鳍在第二动力装置的驱动下沿从前向后的方向可收拢地安装于所述本体；所述尾部推进模块安装在所述水空两栖跨介质仿生机器飞鱼的后方；所述检测传感器安装于所述本体，配置为检测所述本体的姿态、所述俯仰胸鳍的转动角度、所述仿生机器飞鱼在水体环境中的深度以及空中滑翔的高度、所述变结构胸鳍的打开/收拢状态、所述尾部推进模块的摆动频率和所述本体的周围环境中的至少一者，所述检测传感器的信号输出端、所述第一动力装置的控制端、所述第二动力装置的控制端和所述第三动力装置的控制端均与所述控制器信号连接。 2.根据权利要求1所述的一种水空两栖跨介质仿生机器飞鱼，其特征在于，所述第一动力装置通过第一传动机构驱动所述俯仰胸鳍转动，所述第一传动机构包括主动齿轮、从动齿轮、轴承和第一传动轴，所述第一动力装置的动力输出端与所述主动齿轮传动连接，所述主动齿轮和所述从动齿轮均可转动地安装于所述本体并且啮合，所述第一传动轴与所述从动齿轮同轴固定连接，所述第一传动轴通过所述轴承可转动地安装于所述本体，所述第一传动轴的两端分别与一个所述俯仰胸鳍固定连接。 3.根据权利要求1所述的一种水空两栖跨介质仿生机器飞鱼，其特征在于，所述变结构胸鳍包括鳍条和鳍膜，其中，每个所述变结构胸鳍均包括前缘鳍条和后缘鳍条，所述后缘鳍条固定于所述本体，所述前缘鳍条在所述第二动力装置的驱动下沿从前向后的方向可收拢地安装于所述本体，借以将固定于所述前缘鳍条和所述后缘鳍条的所述鳍膜展开或折叠，以实现所述水空两栖跨介质仿生机器飞鱼的空中滑翔运动以及溅落式入水运动。 4.根据权利要求3所述的一种水空两栖跨介质仿生机器飞鱼，其特征在于，所述变结构胸鳍还包括可转动地安装于所述本体的第二传动轴，所述第二传动轴与所述第二动力装置传动连接，所述前缘鳍条固定于所述第二传动轴；所述鳍条还包括中间鳍条，所述中间鳍条设置有D型孔，所述第二传动轴上设置有与所述D型孔间隙配合的滑动转动部，所述滑动转动部包括沿所述第二传动轴连接并封闭的平面区和圆柱面区，所述滑动转动部设置有作用槽，所述作用槽贯通所述平面区和所述圆柱面区，所述作用槽与所述圆柱面区的连接处、所述作用槽与所述平面区的连接处沿着所述第二传动轴的转动方向依次布置；所述作用槽的角度等于所述鳍膜完全展开状态下所述前缘鳍条与所述中间鳍条之间的夹角，所述作用槽与所述平面区的连接处和所述作用槽与所述圆柱面区的连接处之间的连线为第一连线，所述作用槽的角度为所述第一连线与所述平面区之间的夹角；所述鳍膜为两个，所述两个鳍膜对称布置在所述本体的左右两侧，所述鳍膜与所述前缘鳍条、所述中间鳍条和所述后缘鳍条固定连接。 5.根据权利要求1所述的一种水空两栖跨介质仿生机器飞鱼，其特征在于，所述水空两栖跨介质仿生机器飞鱼还包括尾部推进模块、偏心轮和滑轨，其中，所述尾部推进模块包括尾部驱动模块和尾部关节模块，其中，所述尾部驱动模块包括第三动力装置和减速箱，所述减速箱固定连接于所述第三动力装置的输出端，所述偏心轮固定连接于所述减速箱的输出端，所述第三动力装置驱动所述减速箱、所述偏心轮转动；所述尾部关节模块包括尾部关节和尾鳍，所述尾部关节铰接于所述本体，所述滑轨铰连接于所述尾部关节，并用于将所述减速箱的输出轴的单方向连续转动转化为所述尾部关节的左右往复摆动；所述尾鳍铰接于所述尾部关节，或者，所述尾鳍固定于所述尾部关节。 6.根据权利要求5所述的一种水空两栖跨介质仿生机器飞鱼，其特征在于，还包括作用杆，所述偏心轮在所述水空两栖跨介质仿生机器飞鱼的长度方向垂直的平面内可转动地安装，所述作用杆固定于所述偏心轮并且到所述偏心轮的转动轴线保持距离；所述滑轨包括两个作用部，所述两个作用部对称布置在所述主体的左右两侧，所述作用杆的自由端到所述滑轨的铰接轴的距离＞所述作用部朝向所述偏心轮的侧面到所述滑轨的铰接轴的距离。 7.根据权利要求5所述的一种水空两栖跨介质仿生机器飞鱼，其特征在于，所述尾部关节包括两个作用部，所述两个作用部呈V字形固定连接，所述尾部关节的两作用部连接端末端设置有限位挡板，所述限位挡板用来调整所述尾鳍的最大摆动角度，以实现和尾部关节摆动角度的配合，达到最优的游动性能。 8.根据权利要求1所述的一种水空两栖跨介质仿生机器飞鱼，其特征在于，所述水空两栖跨介质仿生机器飞鱼还包括通信模块，所述通信模块与外界通讯连接，用于发送所述水空两栖跨介质仿生机器飞鱼运动姿态信息以及接收外部发送的控制指令。 9.根据权利要求1所述的一种水空两栖跨介质仿生机器飞鱼，其特征在于，所述水空两栖跨介质仿生机器飞鱼还包括尾部防水蒙皮，所述尾部防水蒙皮覆盖于所述本体的尾部，用于所述水空两栖跨介质仿生机器飞鱼的防水密封。 10.根据权利要求1至9中任一项所述的一种水空两栖跨介质仿生机器飞鱼，其特征在于，所述控制器通过控制所述两个俯仰胸鳍转动、所述变结构胸鳍的收拢或展开以及所述尾部关节的摆动以执行所述水空两栖跨介质仿生机器飞鱼的水下高速高机动运动、水空介质过渡运动和空中滑翔运动三种工作模式，其中，在水下高速高机动运动模式下，所述第三动力装置作为尾部推进机构驱动所述尾部关节左右往复摆动并带动所述尾鳍左右往复摆动提供所述水空两栖跨介质仿生机器飞鱼前进的动力，通过控制所述尾部关节摆动的频率控制仿生机器飞鱼前进的速度，所述第一动力装置通过第一传动机构控制所述俯仰胸鳍运动，通过控制所述俯仰胸鳍的俯仰角实现水中的上浮下潜运动，所述变结构胸鳍收拢于所述本体两侧；在水空介质过渡运动模式下，所述水空两栖跨介质仿生机器飞鱼通过控制所述俯仰胸鳍的俯仰角并配合所述尾部关节的快速摆动，实现所述水空两栖跨介质仿生机器飞鱼跃出水面，在所述变结构胸鳍离开水面后，快速展开所述变结构胸鳍；在空中滑翔运动模式下，所述水空两栖跨介质仿生机器飞鱼跃出水面后，展开的变结构胸鳍提供滑翔运动的升力，实现空中滑翔运动，通过控制所述变结构胸鳍展开的角度，控制所述仿生机器飞鱼的滑翔姿态，当在空中完全收拢变结构胸鳍时，能够实现快速的溅落式入水运动。
所属类别：	发明专利