一种分离式MPF推进的水下机器人及其移动方法

本发明涉及海洋设备航行器领域，尤其是一种分离式mpf推进的水下机器人及其移动方法。

背景技术：

1、海洋设备的开发也逐渐成为大家关注的焦点。传统的航行器采用螺旋桨作为驱动装置，这种驱动方式具有较大噪音且生物亲和性差。仿生学通过研究和模仿生物结构来解决具体问题的科学。

2、鱼类的推进模式根据推进器官的不同分为身体/尾推进模式(body and/orcaudalfin，bcf)和中央/对推进模式(median and/or paired fin，mpf)两大类bcf模式的鱼类约占鱼类总量的85%,mpf模式的约占15%。整体而言,bcf模式比mpf模式能够达到更高的游泳速度,mpf模式在机动性,稳定性等方面相较于bcf模式都有着巨大的优势。因此，mpf推进模式更适合在水下作业机器人上应用。

3、水下机器人在进行水下工作的时候，往往需要进行某一个方向的单向移动，例如进行海洋剖面观测需要进行z方向的移动。传统mpf推进方式的水下机器人在进行某一个方向的运动时，往往会产生其他方向的分力。这使得它的单向运动变得困难，传统的mpf推进形式的水下机器人仅可以实现x方向的移动和绕z方向的定向。

4、传统实现mpf六自由度的方法包括：添加螺旋桨或增加重心调节装置。上述方法均具有一定的局限性。添加螺旋桨的方法在进行生物观测任务或执行军事任务时，其产生的噪音容易引起任务的失败。通过添加重心调节装置，让机器人产生倾覆，从而完成六自由度的实现，这种方法速度较慢，且控制难度较大，在实际使用过程中，极其容易受到外部的干扰。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种分离式mpf推进的水下机器人。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 一种分离式mpf推进的水下机器人，包括波动鳍、底板、外壳、控制舱、驱动系统，所述外壳底部设置有底板，所述外壳和底板形成的空腔内设置有控制舱和驱动系统，所述外壳上预留有安装孔用于安装波动鳍，所述波动鳍与驱动系统连接，所述波动鳍包括四个，四个所述波动鳍形状符合正弦曲线，四个所述波动鳍均能实现正反方向波动。

3、上述的一种分离式mpf推进的水下机器人，所述驱动系统包括舵机、连接杆，所述舵机固定安装于底板上，所述舵机与舵机臂连接，所述舵机臂通过连接杆与转向座连接，所述转向座与转向杆固定连接，所述转向杆与波动鳍固定连接。

4、上述的一种分离式mpf推进的水下机器人，所述外壳为树脂材料，所述底板为碳纤维材料。

5、上述的一种分离式mpf推进的水下机器人，所述波动鳍形状具体表达式为：

6、;

7、其中，a表示波动鳍的幅值，z表示波动鳍的z坐标，f表示波动鳍的波动频率，t表示时间，φ表示相位，λ表示波数，x1表示前波动鳍的x坐标，x2表示后波动鳍的x坐标，y1表示前波动鳍的y坐标，y2表示后波动鳍的y坐标。

8、一种分离式mpf推进的水下机器人的移动方法，基于上述的一种分离式mpf推进的水下机器人，具体包括：

9、水下机器人水平放置时建立坐标系，以平行于外壳方向为x轴，以垂直于外壳方向为z轴，以横穿外壳方向为y轴波动鳍，在y轴和z轴组成的二维坐标系中，自右上角开始逆时针依次为象限1、象限2、象限3、象限4；四个波动鳍自右上角开始顺时针依次为波动鳍一、波动鳍二、波动鳍三、波动鳍四；验证x轴正方向的波动为正运动，验证x轴负方向的运动为反运动；

10、水下机器人沿x轴方向移动：四个波动鳍均采用正运动，波动鳍一、波动鳍二在象限1、象限4运动，波动鳍三、波动鳍四在象限2、象限3运动；

11、水下机器人沿y轴方向移动：波动鳍一、波动鳍二保持不动，波动鳍三在象限2、象限3内正运动，波动鳍四在象限2、象限3内反运动；

12、水下机器人沿z轴方向移动：波动鳍一、波动鳍四正运动，波动鳍二、波动鳍三反运动，波动鳍一、波动鳍二在象限4内运动，波动鳍三、波动鳍四在象限3内运动；

13、绕x轴转动：波动鳍一、波动鳍四采用正运动，波动鳍二、波动鳍三采用反运动，波动鳍一、波动鳍二在象限1运动，波动鳍三、波动鳍四在象限3运动；

14、绕y轴转动：波动鳍一、波动鳍四采用正运动，波动鳍二、波动鳍三采用反运动，波动鳍一在象限1运动，波动鳍二在象限4运动，波动鳍四在象限2运动，波动鳍三在象限3运动；

15、绕z轴转动：波动鳍一、波动鳍二采用正运动，波动鳍三、波动鳍四采用反运动，波动鳍一、波动鳍二在象限1、象限4运动，波动鳍三、波动鳍四在象限2、象限3运动。

16、本发明的有益效果是，依靠mpf推进方式自身即可实现六自由度移动，无需增加任何机构，本发明具有高机动性，稳定可靠，低噪音、低扰动的优点。

技术特征：

1.一种分离式mpf推进的水下机器人，其特征在于，包括波动鳍、底板、外壳、控制舱、驱动系统，所述外壳底部设置有底板，所述外壳和底板形成的空腔内设置有控制舱和驱动系统，所述外壳上预留有安装孔用于安装波动鳍，所述波动鳍与驱动系统连接，所述波动鳍包括四个，四个所述波动鳍形状符合正弦曲线，四个所述波动鳍均能实现正反方向波动。

2.根据权利要求1所述的一种分离式mpf推进的水下机器人，其特征在于，所述驱动系统包括舵机、连接杆，所述舵机固定安装于底板上，所述舵机与舵机臂连接，所述舵机臂通过连接杆与转向座连接，所述转向座与转向杆固定连接，所述转向杆与波动鳍固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种分离式mpf推进的水下机器人，其特征在于，所述外壳为树脂材料，所述底板为碳纤维材料。

4.根据权利要求1所述的一种分离式mpf推进的水下机器人，其特征在于，所述波动鳍形状具体表达式为：

5.一种分离式mpf推进的水下机器人的移动方法，其特征在于，基于权利要求1-4任一项所述的一种分离式mpf推进的水下机器人，具体包括：

技术总结本发明公开了一种分离式MPF推进的水下机器人及其移动方法，涉及海洋设备航行器领域，包括波动鳍、底板、外壳、控制舱、驱动系统，所述外壳底部设置有底板，所述外壳和底板形成的空腔内设置有控制舱和驱动系统，所述外壳上预留有安装孔用于安装波动鳍，所述波动鳍与驱动系统连接，所述波动鳍包括四个，四个所述波动鳍形状符合正弦曲线，四个所述波动鳍均能实现正反方向波动。本发明依靠MPF推进方式自身即可实现六自由度移动，无需增加任何机构，具有高机动性，稳定可靠，低噪音、低扰动的优点。技术研发人员：李广浩,刘贵杰,王文谦,许传新,姚兵受保护的技术使用者：中国海洋大学技术研发日：技术公布日：2024/4/22