仿生长鳍水下航行器

1.本发明涉及水下航行技术领域，尤其涉及一种高机动的仿生长鳍水下航行器。


背景技术：

2.目前的水下航行器主要采用螺旋桨推进，在低速或悬停状态下容易出现机动困难的现象，并且，在螺旋桨作小幅运动调整时容易出现非全程旋转的工作状态，造成工作效率低、脉冲力不足、运动控制精度低等缺陷。
3.鱼类经过长期的自然选择和进化拥有了非凡的水中巡游性能和机动性能，其游动模式成为水下潜航器仿生研究的对象，仿生鱼类水下航行器应运而生。但现有的仿生鱼类水下航行器机动性不佳，影响航行效率和航行精度。


技术实现要素：

4.为至少部分地克服上述提及的至少一种或者其它发明的技术缺陷，本发明的至少一种实施例提供一种仿生长鳍水下航行器，通过分别控制多个长鳍组件波动，实现改变仿生长鳍水下航行器的航行姿态。
5.根据本发明的一个方面，提供了一种仿生长鳍水下航行器，包括：转动装置，包括转动壳体，上述转动壳体内形成有第一容纳空间，上述转动壳体两侧分别开设有多个第一开孔；连接装置，与上述转动装置固定连接，被构造成驱动上述转动装置转动；扁平装置，连接在上述连接装置的与上述转动装置相对的一侧，包括扁平壳体，上述扁平壳体内形成有第二容纳空间，上述扁平壳体两侧分别开设有多个第二开孔；多个长鳍组件，分别穿过上述第一开孔和上述第二开孔向上述转动壳体和上述扁平壳体的外部延伸，每个上述长鳍组件被构造成相对于上述转动壳体和上述扁平壳体波动，以改变上述仿生长鳍水下航行器的航行姿态。
6.在一些实施例中，每个上述长鳍组件包括鳍条和驱动部，上述驱动部被配置为驱动上述鳍条相对上述第一开孔或上述第二开孔的径向方向的摆动或/和转动。
7.在一些实施例中，上述扁平装置还包括设置在上述第二容纳空间内的重心调节部，包括：两个相对设置的第一支撑座；驱动机构，安装在两个上述第一支撑座上；配重组件，被构造成在上述驱动机构的驱动下在两个上述第一支撑座之间移动，以改变上述扁平装置的重心。
8.在一些实施例中，上述驱动机构包括：螺杆，安装在上述两个第一支撑座之间，上述配重组件可转动地与上述螺杆啮合；第一电机，安装在两个上述第一支撑座中的一个上，并与螺杆连接，上述第一电机被构造成通过驱动上述螺杆转动带动上述配重组件在两个上述第一支撑座之间移动。
9.在一些实施例中，上述配重组件包括：移动基座，与上述螺杆螺纹结合，以在上述螺杆的驱动下移动；连接框架，连接在上述移动基座的下部；配重块，可拆卸地安装在上述连接框架上。
10.在一些实施例中，上述配重组件还包括：摆动机构，被构造成驱动上述配重块相对于上述螺杆在垂直于上述螺杆的延伸方向的平面内摆动，以改变上述配重组件的重心位置。
11.在一些实施例中，摆动机构包括：导向杆，安装在两个上述第一支撑座之间；第二电机，安装在上述移动基座上；套筒，安装在上述移动基座上，并可滑动地套设在上述导向杆上，以随上述移动基座沿上述导向杆往复直线滑动；转动齿轮，可转动地套设在上述套筒上，并与安装在上述第二电机的输出轴上的驱动齿轮啮合，上述连接框架安装在上述转动齿轮的端部，使得上述连接框架和上述配重块通过上述转动齿轮在上述第二电机的驱动下绕上述导向杆转动，从而改变上述配重块在垂直于导向杆的平面上的位置。
12.在一些实施例中，上述连接框架包括：连接臂，上述连接臂的第一端安装在上述转动齿轮的端部，相对于上述导向杆径向延伸；支撑轴，连接在上述连接臂的第二端并平行于上述导向杆延伸；其中，上述配重块包括可拆卸地套设在上述支撑轴上的多个子配重块，通过改变上述子配重块的数量和/或重量改变上述配重组件的总重量。
13.在一些实施例中，上述连接装置包括：连接壳体，上述连接壳体内形成有第三容纳空间；连接座，在上述连接壳体外部与上述转动壳体连接；转轴，安装在上述第三容纳空间内，并与上述连接座连接，上述转轴的与上述连接座相对的一端安装有连接齿轮；至少一个第三电机，安装在上述第三容纳空间内，上述第三电机的一侧安装有与上述连接齿轮啮合的电机齿轮，上述第三电机通过驱动上述电机齿轮转动带动上述连接齿轮转动和上述转轴转动，以驱动上述转动装置转动。
14.在一些实施例中，上述连接装置还包括：空心管，可转动的套设于上述转轴上，上述空心管和上述转轴之间形成有密封腔，上述密封腔内填充有密封液体；连接法兰，从上述空心管的外部沿径向向外延伸，上述空心管通过上述连接法兰安装在上述连接壳体上。
15.在一些实施例中，每个上述长鳍组件还包括：第二支撑座，安装在上述第一容纳空间或上述第二容纳空间内，上述驱动部安装在上述第二支撑座上；上述驱动部包括：第四电机，安装在上述第二支撑座上；第一转盘，安装在上述第四电机的输出轴上；第二转盘，可拆卸地安装在上述第一转盘上，以在上述第四电机的驱动下转动，上述第二转盘上设有延伸到上述第一容纳空间或上述第二容纳空间外部的驱动轴；传动机构，安装在上述驱动轴上，上述鳍条安装在上述传动机构上，以在上述第四电机的驱动下摆动。
16.在一些实施例中，上述传动机构包括：伞齿轮架，安装在上述转动壳体或上述扁平壳体的与上述第一开孔或上述第二开孔对应的安装槽上；摆动轴，垂直于上述驱动轴可转动地安装在上述伞齿轮架上，上述鳍条安装在上述摆动轴上并相对于上述摆动轴径向延伸；两个啮合的伞齿，其中一个上述伞齿套设于上述摆动轴上，另一个上述伞齿安装在上述驱动轴上。
17.在一些实施例中，上述鳍条通过摆动座安装在上述摆动轴上，上述鳍条可拆卸地安装在上述摆动座上。
18.在一些实施例中，上述传动机构还包括密封圈在上述第二转盘和上述另一个伞齿之间密封地套设在上述驱动轴上，上述伞齿轮架将上述密封圈抵靠在上述转动壳体或上述扁平壳体上。
19.在一些实施例中，上述扁平装置的重心低于上述仿生长鳍水下航行器的浮心；所
述转动装置的重心与上述仿生长鳍水下航行器的浮心处于同一高度。
20.在一些实施例中，相邻的两个鳍条之间连接有弹性的鳍面。
21.根据本发明实施例，通过设置多个长鳍组件，并且多个长鳍组件分别穿过第一开孔和第二开孔向转动壳体和扁平壳体的外部延伸，可以实现分别控制多个长鳍组件处于相同或不同的波动姿态，具有良好的机动性，可以调节仿生长鳍水下航行器在任意平面内的航行驱动力，进而可以改变仿生长鳍水下航行器的航行姿态，多个长鳍组件分别控制，可以提高航行效率和航行精度。
附图说明
22.图1示意性示出了根据本发明实施例的仿生长鳍水下航行器的立体图；
23.图2示意性示出了根据本发明实施例的仿生长鳍水下航行器的主视图；
24.图3示意性示出了根据本发明实施例的仿生长鳍水下航行器的俯视图；
25.图4示意性示出了根据本发明实施例的仿生长鳍水下航行器的分解图；
26.图5示意性示出了根据本发明实施例的仿生长鳍水下航行器的另一视角的分解图；
27.图6示意性示出了根据本发明实施例的仿生长鳍水下航行器的内部结构装配图；
28.图7示意性示出了根据本发明实施例的长鳍组件的分解图；
29.图8示意性示出了根据本发明实施例的重心调节部的立体图；
30.图9示意性示出了根据本发明实施例的连接装置去除连接壳体的立体图；
31.图10示意性示出了根据本发明实施例的连接装置去除连接壳体的主视图；
32.图11示意性示出了如图10所示实施例的i位置的放大图；
33.图12示意性示出了如图11所示实施例的a-a方向的剖视图；
34.图13示意性示出了根据本发明实施例的仿生长鳍水下航行器在长鳍组件位置的局部放大图；
35.图14示意性示出了根据本发明实施例的长鳍组件局部的立体图；
36.图15示意性示出了如图14所示实施例的侧视图；
37.图16示意性示出了如图14所示实施例的俯视图；
38.图17示意性示出了如图15所示实施例的j-j方向的剖视图；
39.图18示意性示出了根据本发明实施例的仿生长鳍水下航行器在转动装置两侧的对鳍处于水平面位置情况下的立体图；
40.图19示意性示出了根据本发明实施例的仿生长鳍水下航行器在对鳍a和对鳍b与水面的夹角大于零的情况下的立体图；
41.图20示意性示出了根据本发明实施例的仿生长鳍水下航行器在对鳍a和对鳍b与水面垂直的情况下的立体图。
42.附图标记
43.1：转动装置；
44.11：转动壳体；
45.12：第一容纳空间；
46.13：第一开孔；
47.2：连接装置；
48.21：连接壳体；
49.22：第三容纳空间；
50.23：连接座；
51.24：转轴；
52.25：连接齿轮；
53.26：第三电机；
54.27：电机齿轮；
55.28：空心管；
56.29：连接法兰；
57.210：轴承；
58.3：扁平装置；
59.31：扁平壳体；
60.32：第二容纳空间；
61.33：第二开孔；
62.34：重心调节部；
63.341：第一支撑座；
64.342：驱动机构；
65.3421：螺杆；
66.3422：第一电机；
67.343：配重组件；
68.3431：移动基座；
69.3432：连接框架；
70.34321：连接臂；
71.34322：支撑轴；
72.3433：配重块；
73.3434：摆动机构；
74.34341：导向杆；
75.34342：第二电机；
76.34343：套筒；
77.34344：转动齿轮；
78.34345：驱动齿轮；
79.4：长鳍组件；
80.41：鳍条；
81.42：驱动部；
82.421：第四电机；
83.422：第一转盘；
84.423：第二转盘；
85.424：驱动轴；
86.425：传动机构；
87.4251：伞齿轮架；
88.4252：摆动轴；
89.4253：伞齿；
90.4254：摆动座；
91.4255：密封圈；
92.43：第二支撑座；
93.44：安装条；
94.5：安装槽；
95.6：鳍面；
96.7：信号接收装置。
具体实施方式
97.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。但是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大，自始至终相同附图标记表示相同元件。
98.以下，将参照附图来描述本发明的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
99.在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
100.在此使用的所有术语（包括技术和科学术语）具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
101.为便于本领域技术人员理解本发明技术方案，现对如下技术术语进行解释说明。
102.在使用类似于“a、b和c等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释（例如，“具有a、b和c中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有a、单独具有b、单独具有c、具有a和b、具有a和c、具有b和c、和/或具有a、b、c的系统等）。在使用类似于“a、b或c等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释（例如，“具有a、b或c中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有a、单独具有b、单独具有c、具有a和b、具有a和c、具有b和c、和/或具有a、b、c的系统等）。
103.鱼类的游动可以分为身体/尾鳍推进模式（bcf）和中央鳍/对鳍推进模式（mpf）。mpf推进模式以背鳍、臀鳍、胸鳍和腹鳍作为主要的推进部位，依靠多种柔性鳍产生不同方
向的推进力，在实现本发明构思的过程中，发明人发现mpf推进模式与bcf推进模式相比，在低速场合下具有更高的机动性、稳定性和抗干扰能力，适用于对机动性、精确性要求较高的复杂环境。
104.进一步地，mpf推进模式可以分为波动模式和对鳍摆动模式。发明人发现相比于对鳍摆动模式推进，波动模式推进具有极佳的隐蔽性。同时，波动模式下长鳍的可调节参数更多，具有更加精确的操控能力。为此，本发明实施例基于对鳍波动推进模式，提出了一种高机动的仿生长鳍水下航行器。
105.图1示意性示出了根据本发明实施例的仿生长鳍水下航行器的立体图。图2示意性示出了根据本发明实施例的仿生长鳍水下航行器的主视图。图3示意性示出了根据本发明实施例的仿生长鳍水下航行器的俯视图。图4示意性示出了根据本发明实施例的仿生长鳍水下航行器的分解图。图5示意性示出了根据本发明实施例的仿生长鳍水下航行器的另一视角的分解图。图6示意性示出了根据本发明实施例的仿生长鳍水下航行器的内部结构装配图。
106.本发明的实施例提供一种仿生长鳍水下航行器，如图1至图6所示，包括转动装置1、连接装置2、扁平装置3和多个长鳍组件4。具体地，转动装置1一般作为仿生长鳍水下航行器的头部，并包括转动壳体11，转动壳体11内形成有第一容纳空间12，转动壳体11两侧分别开设有布置成一排的多个第一开孔13。连接装置2与转动装置1固定连接，连接装置2被构造成驱动转动装置1转动。扁平装置3连接在连接装置2的与转动装置1相对的一侧，扁平装置3一般作为仿生长鳍水下航行器的尾部，并包括扁平壳体31，扁平壳体31内形成有第二容纳空间32，扁平壳体31两侧分别开设有布置成一排的多个第二开孔33。多个长鳍组件4分别穿过第一开孔13和第二开孔33向转动壳体11和扁平壳体31的外部延伸，每个长鳍组件4被构造成相对于转动壳体11和扁平壳体31波动，以通过改变长鳍组件4与水的相互作用力改变仿生长鳍水下航行器的航行姿态。
107.转动壳体11可以包括转动壳体上盖和转动壳体下盖，第一开孔13可以设置在转动壳体上盖或转动壳体下盖上，转动壳体上盖和转动壳体下盖之间可以通过多个螺栓连接。同样地，扁平壳体31可以包括扁平壳体上盖和扁平壳体下盖，第二开孔33可以设置在扁平壳体上盖或扁平壳体下盖上，扁平壳体上盖和扁平壳体下盖之间可以通过多个螺栓连接。
108.根据本发明实施例，通过设置多个长鳍组件4，并且多个长鳍组件4分别穿过第一开孔13和第二开孔33向转动壳体11和扁平壳体31的外部延伸，可以实现分别控制多个长鳍组件4处于相同或不同的波动姿态，具有良好的机动性，可以调节仿生长鳍水下航行器在任意平面内的航行驱动力，进而可以改变仿生长鳍水下航行器的航行姿态，多个长鳍组件4分别控制，可以提高航行稳定性和航行精度。如图1所示，扁平装置3和转动装置1的两侧分别均匀设置9个长鳍组件4，仿生长鳍水下航行器共设置36个长鳍组件4。
109.图7示意性示出了根据本发明实施例的长鳍组件的分解图。
110.如图1至7所示，在一些实施例中，每个长鳍组件4包括鳍条41和驱动部42。驱动部42被配置为驱动鳍条41相对第一开孔13或第二开孔33的径向方向的摆动或/和转动。每个鳍条41可以分别对应一个驱动部42，每个驱动部42可以通过齿轮驱动对应的鳍条41相对第一开孔13或第二开孔33的径向方向的摆动或/和转动（如沿图2中的上下方向上摆动或/和转动），驱动部42的转动方向可以与鳍条41摆动或/和转动的方向相同或不同。
111.图8示意性示出了根据本发明实施例的重心调节部的立体图。
112.如图1至图8所示，在一些实施例中，扁平装置3还包括设置在第二容纳空间32内的重心调节部34，重心调节部34适用于调节整个仿生长鳍水下航行器的重心，从而辅助长鳍组件改变仿生长鳍水下航行器在水中的姿态，例如前后倾斜、左右倾斜等。重心调节部34包括两个相对设置的第一支撑座341、驱动机构342和配重组件343。具体地，驱动机构342安装在两个第一支撑座341上。配重组件343被构造成在驱动机构342的驱动下在两个第一支撑座341之间移动，以改变扁平装置3的重心。通过设置驱动机构342可以驱动配重组件343沿重心调节部34的水平方向（如图8中的x方向）上移动，以改变重心调节部34的重心位置，进而改变扁平装置3和仿生长鳍水下航行器的重心位置。驱动机构342可以通过螺纹的方式驱动配重组件343移动，也可以通过牵引的方式驱动配重组件343移动，例如，通过缠绕丝、缠丝轴和导丝轮配合组成牵引件，牵引配重组件343沿重心调节部34的水平方向上移动。为增加重心调节部34的稳定性可以适量增加第一支撑座341的个数，如图8设置了3个第一支撑座341。
113.在仿生长鳍水下航行器航行处于初始状态时，可以通过调整重心调节部34使仿生长鳍水下航行器的重心处于浮心到水面的垂线上，在航行过程中受到干扰姿态产生异常变动的情况下，可以通过调节重心调节部34微调仿生长鳍水下航行器的重心使航行器稳定。
114.在一些实施例中，驱动机构342包括螺杆3421和第一电机3422。具体地，螺杆3421安装在两个第一支撑座341之间，配重组件343可转动地与螺杆3421啮合。第一电机3422安装在两个第一支撑座341中的一个上，并与螺杆3421连接，第一电机3422被构造成通过驱动螺杆3421转动带动配重组件343在两个第一支撑座341之间移动。
115.如图8所示，在一些实施例中，配重组件343包括移动基座3431、连接框架3432和配重块3433。具体地，移动基座3431与螺杆3421螺纹结合，以在螺杆3421的驱动下直线移动。连接框架3432连接在移动基座3431的下部。配重块3433可拆卸地安装在连接框架3432上。第一电机3422通过驱动螺杆3421转动带动配重组件343中的移动基座3431沿重心调节部34的水平方向上移动，进一步地，连接框架3432可以与移动基座3431固定连接，移动基座3431通过连接框架3432带动配重块3433沿重心调节部34的水平方向上移动，以改变扁平装置3的重心在水平方向（如图8中的x方向）上的位置。
116.在一些实施例中，配重组件343还包括摆动机构3434。摆动机构3434被构造成驱动配重块3433相对于螺杆3421在垂直于螺杆3421的延伸方向的平面内摆动，以改变配重组件343的重心位置。
117.连接框架3432可以通过摆动机构3434与移动基座3431固定连接，移动基座3431可以通过摆动机构3434带动连接框架3432移动，进而带动配重块3433沿重心调节部34的水平方向上移动，摆动机构3434可以通过驱动连接框架3432相对于螺杆3421在垂直于螺杆3421的延伸方向的平面内摆动，进而驱动配重块3433相对于螺杆3421在垂直于螺杆3421的延伸方向（如图8中的x方向可以为螺杆3421的延伸方向）的平面内摆动，以改变扁平装置3在垂直于螺杆3421的方向上的重心位置。重心调节部34可以通过设置驱动机构342和摆动机构3434分别改变扁平装置3的重心在水平方向（如图8中的x方向）上的位置和在垂直于水平方向上的位置，进而可以实现扁平装置3重心位置的全方面调节，进而改变仿生长鳍水下航行器的姿态。
118.在一些实施例中，摆动机构3434包括导向杆34341、第二电机34342、套筒34343和转动齿轮34344。具体地，导向杆34341安装在两个第一支撑座341之间。第二电机34342安装在移动基座3431上。套筒34343安装在移动基座3431上，并可滑动地套设在导向杆34341上，以随移动基座3431沿导向杆34341往复直线滑动。转动齿轮34344可转动地套设在套筒34343上，并与安装在第二电机34342的输出轴上的驱动齿轮34345啮合，连接框架3432安装在转动齿轮34344的端部，使得连接框架3432和配重块3433通过转动齿轮34344在第二电机34342的驱动下绕导向杆34341转动，从而改变配重块3433在垂直于导向杆34341的平面上的位置。
119.导向杆34341与螺杆3421可以平行设置，移动基座3431通过套筒34343带动摆动机构3434沿导向杆34341方向移动，进而带动配重块3433沿导向杆34341方向移动，第二电机34342上的驱动齿轮34345与转动齿轮34344沿导向杆34341方向同步移动，通过控制驱动齿轮34345的转动，可以控制转动齿轮34344的转动，进而控制配重块3433绕导向杆34341转动，从而改变配重块3433在垂直于导向杆34341的平面上的位置，实现扁平装置3重心位置的全方面调节。
120.在一些实施例中，连接框架3432包括连接臂34321和支撑轴34322。具体地，连接臂34321的第一端（如图8中连接臂34321的上端）安装在转动齿轮34344的端部，相对于导向杆34341径向延伸。支撑轴34322连接在连接臂34321的第二端（如图8中连接臂34321的下端）并平行于导向杆34341延伸。配重块3433包括可拆卸地套设在支撑轴34322上的多个子配重块，通过改变子配重块的数量和/或重量可以改变配重组件343的总重量。
121.通过控制驱动齿轮34345的转动，可以控制连接臂34321绕导向杆34341转动，通过设置支撑轴34322，并平行于导向杆34341可以增加重心调节部34的空间利用率，且便于增加子配重块的数量。
122.图9示意性示出了根据本发明实施例的连接装置去除连接壳体的立体图。图10示意性示出了根据本发明实施例的连接装置去除连接壳体的主视图。图11示意性示出了如图10所示实施例的i位置的放大图。图12示意性示出了如图11所示实施例的a-a方向的剖视图。
123.如图1至图12所示，在一些实施例中，连接装置2包括连接壳体21、连接座23、转轴24和至少一个第三电机26。具体地，连接壳体21内形成有第三容纳空间22。连接座23在连接壳体21外部与转动壳体11连接。转轴24安装在第三容纳空间22内，并与连接座23连接，转轴24的与连接座23相对的一端安装有连接齿轮25。至少一个第三电机26安装在第三容纳空间22内，第三电机26的一侧安装有与连接齿轮25啮合的电机齿轮27，第三电机26通过驱动电机齿轮27转动带动连接齿轮25转动和转轴24转动，以驱动转动装置1转动。可以设置多个第三电机26以提高转轴24的转动精度和速度，如图9中设置了2个第三电机26。通过控制第三电机26转动，可以控制转轴24转动，进而控制连接座23转动，从而实现控制与连接座23固定连接的转动装置1的转动。扁平壳体31可以呈扁平状，连接壳体21连接在扁平壳体31和转动壳体11之间并可以设置为平滑过渡结构，连接壳体21与扁平壳体31可以设置为一体成型。
124.如图9至图12所示，在一些实施例中，连接装置2还包括空心管28和连接法兰29。具体地，空心管28可转动的套设于转轴24上，空心管28和转轴24之间形成有密封腔，密封腔内填充有密封液体。连接法兰29从空心管28的外部沿径向向外延伸，空心管28通过连接法兰
29安装在连接壳体21上。通过连接法兰29与连接壳体21的紧密配合及空心管28和转轴24之间的密封腔填充的密封液体，可以实现第三容纳空间22与外部环境的密封隔离并便于拆卸。
125.如图1至图12所示，在一些实施例中，连接装置2还包括两个轴承210，分别安装在转轴24的两端，可以控制转轴24的转动方向，限制转轴24绕两个轴承210轴心所在直线转动。
126.图13示意性示出了根据本发明实施例的仿生长鳍水下航行器在长鳍组件位置的局部放大图。
127.如图1至图7所示，在一些实施例中，每个长鳍组件4还包括第二支撑座43。具体地，第二支撑座43安装在第一容纳空间12或第二容纳空间32内，驱动部42安装在第二支撑座43上。驱动部42包括第四电机421、第一转盘422、第二转盘423和传动机构425。
128.进一步地，第四电机421装在第二支撑座43上。第一转盘422安装在第四电机421的输出轴上。第二转盘423可拆卸地安装在第一转盘422上，以在第四电机421的驱动下转动，第二转盘423上设有延伸到第一容纳空间12或第二容纳空间32外部的驱动轴424。传动机构425安装在驱动轴424上，鳍条41安装在传动机构425上，以在第四电机421的驱动下摆动。
129.如图1至图13所示，长鳍组件4可以通过第二支撑座43安装在第一容纳空间12或第二容纳空间32内，并穿过第一开孔13或第二开孔33向转动壳体11和扁平壳体31的外部延伸。第四电机421、第一转盘422和第二转盘423可以通过第二支撑座43安装在第一容纳空间12或第二容纳空间32内，并穿过第一开孔13或第二开孔33向转动壳体11和扁平壳体31的外部延伸。可以通过控制第四电机421转动驱动第一转盘422转动，进而带动第二转盘423和传动机构425转动，从而实现鳍条41摆动。
130.如图1至图13所示，在一些实施例中，传动机构425包括伞齿轮架4251和摆动轴4252。具体地，伞齿轮架4251安装在转动壳体11或扁平壳体31的与第一开孔13或第二开孔33对应的安装槽5上。摆动轴4252垂直于驱动轴424可转动地安装在伞齿轮架4251上，鳍条41安装在摆动轴4252上并相对于摆动轴4252径向延伸；两个啮合的伞齿4253，其中一个伞齿4253套设于摆动轴4252上，另一个伞齿4253安装在驱动轴424上。转动壳体11和扁平壳体31的两侧可以均匀设置有安装槽5，安装槽5可以分别与第一开孔13或第二开孔33对应，伞齿轮架4251上可以设置有用于安装摆动轴4252的安装孔，并且安装槽5和伞齿轮架4251在垂直于摆动轴4252的方向上可以设置有用于另一个伞齿4253与驱动轴424安装的通孔。另一个伞齿4253上可以设置有凸起，驱动轴424上可以设置有与凸起配合的凹槽，驱动轴424和伞齿4253之间也可以通过顶丝连接。
131.图14示意性示出了根据本发明实施例的长鳍组件局部的立体图。图15示意性示出了如图14所示实施例的侧视图。图16示意性示出了如图14所示实施例的俯视图。图17示意性示出了如图15所示实施例的j-j方向的剖视图。
132.如图14所示，在一些实施例中，鳍条41通过摆动座4254安装在摆动轴4252上，鳍条41可拆卸地安装在摆动轴4252座上。
133.鳍条41可以如图7所示，直接套设于摆动轴4252上，鳍条41也可以通过摆动座4254安装在摆动轴4252上，便于鳍条41的更换维修，例如，鳍条41可以插设在摆动座4254的鳍条41安装孔中，鳍条41安装孔与鳍条41之间可以设置有相互配合的凸块和凹槽。以便根据实
际需求更换不同材质和不同形状的鳍条41。
134.在一些实施例中，传动机构425还包括密封圈4255，密封圈4255在第二转盘423和另一个伞齿4253之间密封地套设在驱动轴424上，伞齿轮架4251将密封圈4255抵靠在转动壳体11或扁平壳体31上。如图14至图17所示，密封圈4255可以设置为凹槽型硅胶垫，利用伞齿轮架4251紧密压合在转动壳体11或扁平壳体31上，密封圈4255中间可以开一个略小于驱动轴424轴端的小孔，进而可以起到防水密封作用且不影响驱动轴424转动。
135.在一些实施例中，扁平装置3的重心低于仿生长鳍水下航行器的浮心。可以通过重心调节部34调节配重块3433的位置，进而调节扁平装置3的重心位置，在扁平装置3的重心低于仿生长鳍水下航行器的浮心的情况下，可以提高仿生长鳍水下航行器的稳定性。
136.通过加宽扁平壳体31可以增加仿生长鳍水下航行器的稳定性，并且可以防止转动装置1旋转时出现反向转的现象。电池和电控板等配件可以设置在第二容纳空间32或第三容纳空间22内，增大第二容纳空间或第三容纳空间相对于第一容纳空间的质量，进一步提升仿生长鳍水下航行器转动装置1旋转时的稳定性。
137.在一些实施例中，转动装置1的重心与仿生长鳍水下航行器的浮心处于同一高度，可以提高转动装置1的转动效率。通过控制转动装置1旋转和长鳍组件4波动，可以使仿生长鳍水下航行器具有任意平面内的航行驱动力。
138.在一些实施例中，可以在转动壳体11和扁平壳体31上设置信号接收装置7，例如天线，以接收运动指令至仿生长鳍水下航行器内部，进而控制仿生长鳍水下航行器执行指令。
139.在一些实施例中，鳍条41可以为扁平结构，鳍条41可以选用具有延展性的材料，可以设置相邻鳍条41相互连接，通过控制各鳍条41的转动和/摆动，进而可以控制多个鳍条41形成波动面，由此改变仿生长鳍水下航行器的航行姿态。在一些实施例中，如图1至图13所示，相邻的两个鳍条41之间可以连接有弹性的鳍面6。鳍面6可以选用弹性蒙皮，以提升鳍面6的弹性和延展性。可以通过安装条44将鳍面6安装在安装条44与鳍条41之间。
140.转动装置1和扁平装置3可以看作在两侧设置了一对对鳍（即转动装置1或扁平装置3一侧的鳍条41和鳍面6共同组成一个对鳍），对鳍长度与波动波长相当是波动模式中推进效率、推进速度与推进稳定性较佳的平衡点（单个对鳍波数为1左右），可以在预设仿生长鳍水下航行器的总体长度的情况下，缩小对鳍面积，如本实施例所示的在转动装置1和扁平装置3两侧分别设置一对对鳍而不是设置从转动装置1延伸到扁平装置3的对鳍，可以提高航行效率。
141.图18示意性示出了根据本发明实施例的仿生长鳍水下航行器在转动装置1两侧的对鳍处于水平面位置情况下的立体图。
142.在转动装置1两侧的对鳍（如图18中的a，b）处于水平面位置，且转动装置1和扁平装置3两侧的对鳍（如图18中的a，b，c和d）的波动方向一致的情况下，仿生长鳍水下航行器可以实现快速巡航。在单侧对鳍波动（如图18中的a、c）或对角线上的对鳍波动（如图18中的a、d）一致，且传播方向一致（如由转动装置11向扁平装置3传播），另两个对鳍静止时，仿生长鳍水下航行器可以在前进的同时发生转向（如由扁平装置3向旋转装置1方向行驶的情况下，可以产生图18视角的逆时针转向）。当对角线上的对鳍波动（如图18中的a、d）且传播方向均指向连接装置2的情况下，仿生长鳍水下航行器可以发生原地转向（图18视角的逆时针转动）。
143.图19示意性示出了根据本发明实施例的仿生长鳍水下航行器在对鳍a和对鳍b与水面的夹角大于零的情况下的立体图。
144.在对鳍a和对鳍b与水面的夹角大于零的情况下，仿生长鳍水下航行器可以产生夹角所在平面的偏航力矩。
145.图20示意性示出了根据本发明实施例的仿生长鳍水下航行器在对鳍a和对鳍b与水面垂直的情况下的立体图。
146.在对鳍a和对鳍b与水面垂直的情况下，仿生长鳍水下航行器可以产生俯仰力矩，以实现上浮、下潜机动。
147.通过调节各鳍条41的波动状态，控制四个对鳍（如图18中的a，b，c和d）波动对称或不对称，进而可以形成各个方向的推进力，从而可以精确控制仿生长鳍水下航行器的航行状态。如控制为完全对称波动，可以仅产生推力，侧向力及力矩均为零，仿生长鳍水下航行器稳定巡游；非对称波动则形成各个方向的航行驱动力，进而使仿生长鳍水下航行器具有六个方向的自由度。
148.转动装置1两侧的对鳍处于水平面时，可以与扁平装置3两侧的对鳍共同提供水平面内的偏航力矩。可以通过调节各鳍条41的波动状态，控制鳍条41产生的侧向力和推进力。进一步地，也可以实现消除推进力和侧向力，仅产生偏航力矩，实现原地旋转机动。
149.在转动装置1两侧的对鳍和扁平装置3两侧的对鳍共同提供推进力的情况下，由于扁平装置3两侧的对鳍处于转动装置1两侧的对鳍的尾流中，可以通过调节扁平装置3两侧的对鳍的波动状态，更好的利用转动装置1两侧的对鳍的尾流，获得更大推力。
150.在转动装置1和扁平装置3均设置9根鳍条41的情况下，各鳍条41的波动角度可以表示为：
151.（1）
152.其中，下标是对鳍编号（如图18中的a，b，c和d）；是同一对鳍内鳍条编号；为鳍条位置；为摆动频率；t为摆动时间； 为鳍条摆动或波动幅度，在本实施例中最大为60
°
；表明对鳍波动时包含的波数目，每段对鳍上的9根鳍条取值相同；为各鳍条摆动相位。
153.其中，，l为对鳍的长度，为对鳍波动的波长。
154.通过控制鳍条41的波动状态，可以控制对鳍产生确定方向的波动运动，波动振幅从鳍条41靠近转动装置1和/或扁平装置3的一端向远离转动装置1和/或扁平装置3的一端线性增加。在同一对鳍内鳍条41的摆动相位相同的情况下，该对鳍做规则的正弦波动；在同一组对鳍（如图18中的a和b或c和d）内鳍条41的波动的参数相同时，对鳍做对称波动。
155.还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本发明的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造，并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本发明实施例的内容。
156.除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本发明的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到“约”的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中
±
10%的变化、在一些实施例中
±
5%的变化、在一些实施例中
±
1%的变化、在一些实施例中
±
0.5%的变化。
157.说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
158.此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
159.以上的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种仿生长鳍水下航行器，其特征在于，包括：转动装置，包括转动壳体，所述转动壳体内形成有第一容纳空间，所述转动壳体两侧分别开设有多个第一开孔；连接装置，与所述转动装置固定连接，被构造成驱动所述转动装置转动，所述连接装置包括连接壳体；扁平装置，连接在所述连接装置的与所述转动装置相对的一侧，包括扁平壳体，所述扁平壳体内形成有第二容纳空间，所述扁平壳体两侧分别开设有多个第二开孔；多个长鳍组件，分别穿过所述第一开孔和所述第二开孔向所述转动壳体和所述扁平壳体的外部延伸，每个所述长鳍组件被构造成相对于所述转动壳体和所述扁平壳体波动，以改变所述仿生长鳍水下航行器的航行姿态；其中，所述扁平壳体呈扁平状，连接壳体与扁平壳体为一体成型。2.根据权利要求1所述的仿生长鳍水下航行器，其特征在于，每个所述长鳍组件包括鳍条和驱动部，所述驱动部被配置为驱动所述鳍条相对所述第一开孔或所述第二开孔的径向方向的摆动或/和转动。3.根据权利要求1所述的仿生长鳍水下航行器，其特征在于，所述扁平装置还包括设置在所述第二容纳空间内的重心调节部，包括：两个相对设置的第一支撑座；驱动机构，安装在两个所述第一支撑座上；配重组件，被构造成在所述驱动机构的驱动下在两个所述第一支撑座之间移动，以改变所述扁平装置的重心。4.根据权利要求3所述的仿生长鳍水下航行器，其特征在于，所述驱动机构包括：螺杆，安装在两个所述第一支撑座之间，所述配重组件可转动地与所述螺杆啮合；第一电机，安装在两个所述第一支撑座中的一个上，并与螺杆连接，所述第一电机被构造成通过驱动所述螺杆转动带动所述配重组件在两个所述第一支撑座之间移动。5.根据权利要求4所述的仿生长鳍水下航行器，其特征在于，所述配重组件包括：移动基座，与所述螺杆螺纹结合，以在所述螺杆的驱动下移动；连接框架，连接在所述移动基座的下部；配重块，可拆卸地安装在所述连接框架上。6.根据权利要求5所述的仿生长鳍水下航行器，其特征在于，所述配重组件还包括：摆动机构，被构造成驱动所述配重块相对于所述螺杆在垂直于所述螺杆的延伸方向的平面内摆动，以改变所述配重组件的重心位置。7.根据权利要求6所述的仿生长鳍水下航行器，其特征在于，摆动机构包括：导向杆，安装在所述两个第一支撑座之间；第二电机，安装在所述移动基座上；套筒，安装在所述移动基座上，并可滑动地套设在所述导向杆上，以随所述移动基座沿所述导向杆往复直线滑动；转动齿轮，可转动地套设在所述套筒上，并与安装在所述第二电机的输出轴上的驱动齿轮啮合，所述连接框架安装在所述转动齿轮的端部，使得所述连接框架和所述配重块通过所述转动齿轮在所述第二电机的驱动下绕所述导向杆转动，从而改变所述配重块在垂直
于所述导向杆的平面上的位置。8.根据权利要求7所述的仿生长鳍水下航行器，其特征在于，所述连接框架包括：连接臂，所述连接臂的第一端安装在所述转动齿轮的端部，相对于所述导向杆径向延伸；支撑轴，连接在所述连接臂的第二端并平行于所述导向杆延伸；其中，所述配重块包括可拆卸地套设在所述支撑轴上的多个子配重块，通过改变所述子配重块的数量和/或重量改变所述配重组件的总重量。9.根据权利要求1-8中的任一项所述的仿生长鳍水下航行器，其特征在于，所述连接装置包括：连接壳体，所述连接壳体内形成有第三容纳空间；连接座，在所述连接壳体外部与所述转动壳体连接；转轴，安装在所述第三容纳空间内，并与所述连接座连接，所述转轴的与所述连接座相对的一端安装有连接齿轮；至少一个第三电机，安装在所述第三容纳空间内，所述第三电机的一侧安装有与所述连接齿轮啮合的电机齿轮，所述第三电机通过驱动所述电机齿轮转动带动所述连接齿轮转动和所述转轴转动，以驱动所述转动装置转动。10.根据权利要求9所述的仿生长鳍水下航行器，其特征在于，所述连接装置还包括：空心管，可转动的套设于所述转轴上，所述空心管和所述转轴之间形成有密封腔，所述密封腔内填充有密封液体；连接法兰，从所述空心管的外部沿径向向外延伸，所述空心管通过所述连接法兰安装在所述连接壳体上。11.根据权利要求2所述的仿生长鳍水下航行器，其特征在于，每个所述长鳍组件还包括：第二支撑座，安装在所述第一容纳空间或所述第二容纳空间内，所述驱动部安装在所述第二支撑座上；所述驱动部包括：第四电机，安装在所述第二支撑座上；第一转盘，安装在所述第四电机的输出轴上；第二转盘，可拆卸地安装在所述第一转盘上，以在所述第四电机的驱动下转动，所述第二转盘上设有延伸到所述第一容纳空间或所述第二容纳空间外部的驱动轴；传动机构，安装在所述驱动轴上，所述鳍条安装在所述传动机构上，以在所述第四电机的驱动下摆动。12.根据权利要求11所述的仿生长鳍水下航行器，其特征在于，所述传动机构包括：伞齿轮架，安装在所述转动壳体或所述扁平壳体的与所述第一开孔或所述第二开孔对应的安装槽上；摆动轴，垂直于所述驱动轴可转动地安装在所述伞齿轮架上，所述鳍条安装在所述摆动轴上并相对于所述摆动轴径向延伸；两个啮合的伞齿，其中一个所述伞齿套设于所述摆动轴上，另一个所述伞齿安装在所述驱动轴上。13.根据权利要求12所述的仿生长鳍水下航行器，其特征在于，所述鳍条通过摆动座安
装在所述摆动轴上，所述鳍条可拆卸地安装在所述摆动座上。14.根据权利要求12所述的仿生长鳍水下航行器，其特征在于，所述传动机构还包括密封圈，所述密封圈在所述第二转盘和所述另一个所述伞齿之间密封地套设在所述驱动轴上，所述伞齿轮架将所述密封圈抵靠在所述转动壳体或所述扁平壳体上。15.根据权利要求1所述的仿生长鳍水下航行器，其特征在于：所述扁平装置的重心低于所述仿生长鳍水下航行器的浮心；所述转动装置的重心与所述仿生长鳍水下航行器的浮心处于同一高度。16.根据权利要求1所述的仿生长鳍水下航行器，其特征在于，相邻的两个鳍条之间连接有弹性的鳍面。

技术总结
一种仿生长鳍水下航行器，包括：转动装置，包括转动壳体，转动壳体内形成有第一容纳空间，转动壳体两侧分别开设有多个第一开孔；连接装置，与转动装置固定连接，被构造成驱动转动装置转动；扁平装置，连接在连接装置的与转动装置相对的一侧，包括扁平壳体，扁平壳体内形成有第二容纳空间，扁平壳体两侧分别开设有多个第二开孔；以及多个长鳍组件，分别穿过第一开孔和第二开孔向转动壳体和扁平壳体的外部延伸，每个长鳍组件被构造成相对于转动壳体和扁平壳体波动，以改变仿生长鳍水下航行器的航行姿态。航行姿态。航行姿态。


技术研发人员：刘寸宇 秦丰华 高东奇 王彤
受保护的技术使用者：中国科学技术大学
技术研发日：2023.03.03
技术公布日：2023/6/20