一种滑翔机器海豚的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水下机器人，更具体地涉及一种滑翔机器海豚。
【背景技术】
[0002]海膝是一种具有快速、尚机动运动能力的海洋哺乳动物，在水中拥有近乎完美的运动技能。海豚的身体呈流线形，肌肉发达，依靠尾部和尾鳍的上下摆动及鳍肢的配合，瞬时游速可超过llm/s (约3?5倍体长/秒)。海豚的转弯半径可以小至0.11至0.17倍体长，转弯速度高达450度/秒。此外，由于海豚躯干有两个摆动自由度，因此海豚在跃出水面后，在空中还能完成空中转体等复杂动作，这些高难度动作是鱼类所不能实现的。
[0003]海豚优异的运动能力，引起了水下仿生机器人领域研宄学者们的热切关注，他们试图将生物海豚高效的运动机制应用到水下机器人上，从而催生了机器海豚的研宄。随着对新一代集高效性、机动性、灵活性和隐形性于一体的无人水下航行器的需求的增长，机器海豚已经成为一个新的研宄热点。一方面，与传统的基于螺旋桨推进的水下航行器相比，机器海豚实现了推进器与舵的统一，具有高效、高机动、低扰动等优点，从而更适合在狭窄、复杂和动态的水下环境中进行监测、搜索、勘探、救援等作业；另一方面，以机器海豚为实验平台，还可以进行一些无法在活体海豚上进行的实验，以进一步加深对生物海豚运动机理及减阻机制的理解。近年来，国内外的一些高校和科研院所进行了机器海豚的研宄，并研制出了一些机器海豚的原型样机。
[0004]但是，目前的机器海豚运动的能量基本来源于内部携带的电池，而驱动机器海豚尾部摆动的电机耗能较大，电池能量不足以供机器海豚进行长时间运动。所以，目前的机器海豚虽然具备一定的机动性能，但续航时间较短，这一点限制了机器海豚的推广和应用。因此，有必要设计一种新型的机器海豚，使之具备长续航能力。受生物海豚能够通过滑翔运动节省能量和水下滑翔器通过浮力驱动实现低能耗的启发，本专利申请将水下滑翔器上的浮力驱动机制引入到机器海豚上，使之兼具高机动性和长续航能力的优点。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，针对目前的机器海豚能耗高、续航能力弱的技术问题，本发明的主要目的在于提供一种滑翔机器海豚，以提供一种高机动、续航能力强、模块化的新型水下仿生运载与观测平台。
[0006]为实现上述目的，本发明提出了一种滑翔机器海豚，躯体仿照生物海豚躯体设计，其特征在于，所述滑翔机器海豚能够实现背腹式推进和浮力驱动推进的两种运动方式。
[0007]所述的滑翔机器海豚采用模块化设计，至少包括位于所述滑翔机器海豚胸鳍部的胸鳍舱模块、位于所述滑翔机器海豚后部的腰关节舱模块和尾关节舱模块，所述胸鳍舱模块包括吸排水机构，所述腰关节舱模块包括尾部驱动机构，所述尾关节舱模块包括尾鳍驱动机构；
[0008]其中，所述滑翔机器海豚通过所述尾部驱动机构和所述尾鳍驱动机构使尾部两关节上下摆动，实现背腹式推进，或者通过所述吸排水机构调节整体净浮力，实现浮力驱动推进。
[0009]其中，所述吸排水机构中设置有液囊，所述液囊与所述滑翔机器海豚的壳体外部相通；所述吸排水机构能够使所述液囊吸水或者排水，以使所述滑翔机器海豚下潜或者上浮。
[0010]其中，所述腰关节舱模块还包括偏航驱动机构，所述偏航驱动机构用来驱动所述腰关节舱模块横向摆动，以使所述滑翔机器海豚进行转向。
[0011]其中，所述尾关节舱模块还包括尾鳍，所述尾鳍仿照生物海豚的尾鳍制作，用来在所述滑翔机器海豚进行背腹式推进时产生推进力，在所述滑翔机器海豚进行浮力驱动推进时调节运动的俯仰角。
[0012]其中，所述胸鳍舱模块还包括胸鳍和胸鳍驱动机构，所述胸鳍驱动机构可以驱动所述胸鳍转动，所述胸鳍仿照生物海豚的胸鳍制作，用来当所述滑翔机器海豚进行背腹式推进或者浮力驱动推进时，调节所述滑翔机器海豚的俯仰角和横滚角。
[0013]其中，所述胸鳍舱模块还包括舱体抛载机构，当遇到紧急情况时，所述舱体抛载机构使所述胸鳍舱模块与所述滑翔机器海豚分离；其中，所述舱体抛载机构通过永磁铁来实现所述分离动作。
[0014]所述的滑翔机器海豚还包括头部舱模块，所述头部舱模块包括传感器，所述传感器用来测量所述滑翔机器海豚自身的运动状态和四周的环境信息。
[0015]所述的滑翔机器海豚还包括任务舱模块，用于根据任务需求在其中安装仪器设备和载荷。
[0016]所述的滑翔机器海豚还包括控制舱模块，所述控制舱模块包括重心调节机构和控制电路板；
[0017]其中，所述重心调节机构用来消除所述滑翔机器海豚质量分布不均匀而导致的重心偏移，并在所述滑翔机器海豚运动时调节俯仰角和横滚角；所述控制电路板用来对所述滑翔机器海豚的运动进行控制。
[0018]基于上述技术方案可知，本发明提出的滑翔机器海豚兼具机器海豚和水下滑翔器的优点，能够实现机器海豚的高机动性能与水下滑翔器长续航能力的优势互补；可以通过切换不同的工作模式来适应不同的水下环境和任务要求:在滑翔时，所述的滑翔机器海豚采用浮力驱动的方式，消耗能源少，续航能力强，能够进行远距离、长时间的航行；在海豚的背腹式推进方式下，所述的滑翔机器海豚航行速度快，机动性能强，适用于要求速度快和机动性较高的任务；可以将胸鳍作为控制翼面，改变运动时的俯仰角和滚转角，还可以利用尾鳍调节俯仰角，与已有的水下滑翔器通过移动质量滑块进行姿态调节的方式相比，调节速度快，调节范围大；流线型躯干、胸鳍和尾鳍在滑翔模式下能够提供较大升力，所以其翼展明显小于水下滑翔器的翼展，能更方便地在复杂水域中执行任务；采用模块化设计，方便在维护时或者进行不同的任务时对相应模块进行拆卸、更换；胸鳍舱模块采用了可分离的机构设计，因而可以在水中抛弃，以避免在翼面被水草缠绕或者吸排水管道被异物阻塞等紧急情况下机器海豚或者滑翔器无法回收的问题。
【附图说明】
[0019]图1为本发明的滑翔机器海豚的整体结构示意图；
[0020]图2为本发明的滑翔机器海豚的头部舱模块的外部示意图；
[0021]图3为本发明的滑翔机器海豚的头部舱模块的内部示意图；
[0022]图4为本发明的滑翔机器海豚的任务舱模块的外部示意图；
[0023]图5为本发明的滑翔机器海豚的任务舱模块的内部示意图；
[0024]图6为本发明的滑翔机器海豚的胸鳍舱模块的外部示意图；
[0025]图7为本发明的滑翔机器海豚的胸鳍舱模块的内部示意图(I);
[0026]图8为本发明的滑翔机器海豚的胸鳍舱模块的内部示意图(2);
[0027]图9为本发明的滑翔机器海豚的控制舱模块的外部示意图；
[0028]图10为本发明的滑翔机器海豚的控制舱模块的内部示意图(I);
[0029]图11为本发明的滑翔机器海豚的控制舱模块的内部示意图(2);
[0030]图12为本发明的滑翔机器海豚的腰关节舱模块的外部示意图；
[0031]图13为本发明的滑翔机器海豚的腰关节舱模块的内部示意图；
[0032]图14为本发明的滑翔机器海豚的尾关节舱模块的外部示意图；
[0033]图15为本发明的滑翔机器海豚的尾关节舱模块的内部示意图；
[0034]图16为本发明的滑翔机器海豚滑翔时的运动轨迹示意图。
【具体实施方式】
[0035]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0036]本发明公开了一种滑翔机器海豚，躯体仿照生物海豚躯体设计，能够实现背腹式推进和浮力驱动推进的两种运动方式。
[0037]所述滑翔机器海豚采用模块化设计，至少包括位于所述滑翔机器海豚胸鳍部的胸鳍舱模块、位于所述滑翔机器海豚后部的腰关节舱模块和尾关节舱模块，所述胸鳍舱模块包括吸排水机构，所述腰关节舱模块包括尾部驱动机构，所述尾关节舱模块包括尾鳍驱动机构；其中，所述滑翔机器海豚通过所述尾部驱动机构和所述尾鳍驱动机构使尾部两关节上下摆动，实现背腹式推进，或者通过所述吸排水机构调节整体净浮力，实现浮力驱动推进。
[0038]其中，所述吸排水机构中设置有液囊，所述液囊与所述滑翔机器海豚的壳体外部相通；所述吸排水机构能够使所述液囊吸水或者排水，以使所述滑翔机器海豚下潜或者上浮。
[0039]其中，所述腰关节舱模块还包括偏航驱动机构，所述偏航驱动机构用来驱动所述腰关节舱模块横向摆动，以使所述滑翔机器海豚进行转向。
[0040]其中，所述尾关节舱模块还包括尾鳍，所述尾鳍仿照生物海豚的尾鳍制作，用来在所述滑翔机器海豚进行背腹式推进时产生推进力，在所述滑翔机器海豚进行浮力驱动推进时调节运动的俯仰角。
[0041]其中，所述胸鳍舱模块还包括胸鳍和胸鳍驱动机构，所述胸鳍驱动机构可以