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专利号: 2022102071951
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种仿生蝠鲼装置,包括基体,所述基体两侧通过连接件连接胸鳍,其特征在于,所述基体内设置有动力总成、动量轮机构和控制总成,所述动力总成包括动力舵机、齿轮组和传动组件,所述动力舵机安装在基体内,其输出轴与齿轮组连接,所述齿轮组通过传动组件与连接件连接驱动胸鳍动作,所述连接件包括连接板、连接座和传动轴,所述连接板设置在胸鳍上,所述连接座对应连接板设置在基体上,所述连接板和连接座之间通过传动轴连接;

所述传动组件包括花键轴、锥齿轮传动件,所述花键轴穿过齿轮组后两端通过基体外的锥齿轮传动件与两侧胸鳍相连的传动轴连接;所述动量轮机构包括动量轮舵机,电机,动量轮支架和动量轮,所述动量轮固定在动量轮支架上,所述动量轮舵机与动量轮支架连接驱动动量轮支架转动,所述电机连接动量轮驱动动量轮转动;所述动量轮机构并列设有两组,其法兰轴方向与基体头尾方向相同,当仿生蝠鲼装置需要进行俯仰运动时,两组动量轮机构的动量轮进动角增量大小相同、方向相反;当仿生蝠鲼装置需要进行偏航转弯时,两组动量轮机构的动量轮进动角增量大小相同、方向相同;所述控制总成包括主控板,所述主控板控制动力舵机和动量轮舵机动作。

2.根据权利要求1所述的仿生蝠鲼装置,其特征在于,所述胸鳍包括侧板、鳍条组、和柔性蒙皮,所述柔性蒙皮覆盖在鳍条组上并与侧板粘结,所述鳍条组包括主鳍条、副鳍条和支撑条,所述主鳍条一端固定在侧板上,沿主鳍条长度方向间隔平行排布若干副鳍条,每个副鳍条上间隔平行排布若干支撑条,所述柔性蒙皮内表面与每个支撑条的末端相切。

3.根据权利要求1所述的仿生蝠鲼装置,其特征在于,所述锥齿轮传动件包括左锥齿轮和右锥齿轮,左锥齿轮和右锥齿轮的齿轮轴穿过基体与花键轴连接,所述传动轴上设置有与左锥齿轮或右锥齿轮啮合的锥齿轮。

4.根据权利要求1所述的仿生蝠鲼装置,其特征在于,所述基体包括上壳体和下壳体,所述上壳体和下壳体通过螺钉连接,所述上壳体和下壳体扣合后侧面为NACA0012标准翼型截面。

5.根据权利要求1所述的仿生蝠鲼装置,其特征在于,所述动量轮支架为矩形中空框架结构,动量轮机构包括左动量轮机构和右动量轮机构,所述左动量轮机构和右动量轮机构的动量轮支架的一侧长边与对应的动量轮连接,两侧短边通过法兰轴与基体内的动量轮机构固定座连接。

6.根据权利要求4所述的仿生蝠鲼装置,其特征在于,所述上壳体的靠近头部一侧设置有摄像头,所述下壳体远离头部一侧设置有陀螺仪、深度传感器和GPS模块,所述控制总成还包括运动控制板和传感器控制板,所述主控板通过运动控制板控制与动力舵机和动量轮舵机电连接,所述主控板通过传感器控制板控制陀螺仪、深度传感器和GPS模块。

7.如权利要求1‑6任一项所述的仿生蝠鲼装置的工作方法,其特征在于,包括如下步骤:

(1)主控板根据仿生蝠鲼装置的初始位置P0和预设目标位置Pn进行路径规划,生成路径坐标序列P0,…Pi,…Pn,其中1≤i≤n,Pi为第i时刻仿生蝠鲼装置的目标位置;

(2)当仿生蝠鲼装置在水面上主控板控制GPS模块获取当前实际位置 当仿生蝠鲼装置潜入水下,则主控板根据陀螺仪、深度传感器采集的信息得到相对于上一时刻实际位置的增量,从而获得当前实际位置(3)主控板根据当前实际位置和路径序列对应的位置的偏差计算目标俯仰角 偏航角γi、航速Vi;

(4)主控板根据陀螺仪、深度传感器传感器采集的信息得到当前时刻实际的俯仰角偏航角γt、航速Vt;

(5)主控板根据步骤(3)和步骤(4)得到的数据计算得到俯仰角偏差 偏航角偏差eγ、航速偏差eV,将 作为俯仰运动PID闭环控制算法的输入量,通过PID闭环控制算法来计算动量轮进动角的俯仰运动控制增量 将eγ作为转向运动PID闭环控制算法的输入量,通过PID闭环控制算法来计算动量轮的进动角的偏航运动控制增量 将eV作为航速调节PID闭环控制算法的输入量,通过PID闭环控制算法来计算动力舵机的摆动频率增量 和振幅增量(6)主控板根据得到的俯仰运动控制增量 和偏航运动控制增量 计算得到下一时刻的动量轮舵机偏转角度,根据摆动频率增量 和振幅增量 计算得到下一时刻的动力舵机摆动频率fi和振幅θi;

(7)重复步骤(2)~(6),直至控制仿生蝠鲼装置到达预设目标位置。

8.根据权利要求7所述的仿生蝠鲼装置的工作方法,其特征在于,所述步骤(3)中目标俯仰角 偏航角γi、航速Vi的计算公式为:其中,Δxi,Δyi,Δzi为 和Pi的位置坐标偏差;

所述步骤(6)中左动量轮舵机偏转角度为 和右动量轮舵机偏转角度为 的计算公式如下:

动力舵机摆动频率fi和振幅θi的计算公式如下: