基于MPF长波运动推进原理的仿生水下机器人

基于mpf长波运动推进原理的仿生水下机器人
技术领域
1.本发明涉及机器人应用技术领域，具体地，涉及一种基于mpf长波运动推进原理的仿生水下机器人。


背景技术：

2.针对陆地资源与空间日益枯竭的现实背景，海洋资源的探索与开拓成为了当下热议的话题，适应海洋工作环境的水下推进器与水下机器人也成为了各国科研工作者研究的热点。仿生水下机器人是模仿自然界中水生生物的游动模式和推进方式设计而成的可在水体环境下作业的机器人。充裕的水生生物资源为水下仿生机器人的运动模式、操作策略、抗压和减阻设计等提供了丰富的启示。
3.仿生水下机器人的推进原理分为bcf(身体/尾鳍推进)与mpf(中央鳍/对鳍推进)两种，基于mpf长波推进原理的仿生水下机器人具有机动性高、抗干扰能力强、环境友好性优良等优点，因此对这种仿生水下机器人的研究具有十分广阔的市场前景与应用价值。
4.专利文献cn113428329a(申请号：cn202110776831.8)公开了一种仿类蝙蝠鱼推进方式的水下机器人，该装置包括水下机器人耐压舱体、舵机、柔性鳍，水下机器人内部有重心调节机构、控制模块、摄像头、支撑板、电池模块；水下机器人耐压舱体由壳体和端盖两部分组成，舵机沿耐压舱体中轴线两侧对称布置，每侧各5个，舵机上设有铝制鳍条，用于与柔性鳍相连，柔性鳍共2片，分别与两侧舵机相连，在鳍条的摆动下，会产生柔性变形，当舵机间存在初始相位差并往复运动时，鳍条将正弦运动传至柔性鳍，行进波沿着柔性鳍面传播，产生推力。然而该专利无法满足本发明的需求。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于mpf长波运动推进原理的仿生水下机器人。
6.根据本发明提供的基于mpf长波运动推进原理的仿生水下机器人，包括：用于产生前端推进力的前端推进机构，用于调节机器人俯仰位姿的中央俯仰机构，用于产生中端推进力的中端推进机构，用于提供整体驱动的末端电机驱动机构和机器人控制系统；
7.所述前端推进机构末端与所述中央俯仰机构前端相连，所述中央俯仰机构末端与所述中端推进机构前端相连，所述中端推进机构末端与所述末端电机驱动机构前端相连，所述机器人控制系统与所述中央俯仰机构、所述末端电机驱动机构相连并输出控制指令。
8.优选的，所述前端推进机构包括：第一传动推进单元、第二传动推进单元、第一前端鳍条轴、第二前端鳍条轴、第一前端主轴，第二前端主轴和第一传动骨架钣金件；
9.第一前端鳍条轴、第二前端鳍条轴穿过第一传动推进单元、第二传动推进单元并用套筒固定轴向位置；第一前端主轴与第二前端主轴穿过第一传动推进单元与第二传动推进单元，并以销连接与传动推进单元的齿轮系相连；第一传动骨架钣金件的前侧与第一传动推进单元末侧相连，第一传动骨架钣金件的末侧与第二传动推进单元的前侧相连。
10.优选的，所述中端推进机构包括：第三传动推进单元、第四传动推进单元、第五传动推进单元、第二传动骨架钣金件、第三传动骨架钣金件、第一后端鳍条轴、第二后端鳍条轴、第一后端主轴和第二后端主轴；
11.第一后端鳍条轴、第二后端鳍条轴穿过第三传动推进单元、第四传动推进单元、第五传动推进单元使三者相连并用套筒固定轴向位置；第一后端主轴与第二后端主轴穿过第三传动推进单元、第四传动推进单元、第五传动推进单元，并以销连接与传动推进单元的齿轮系相连；第二传动骨架钣金件的前侧与第三传动推进单元末侧以螺栓相连，第二传动骨架钣金件的末侧与第四传动推进单元的前侧以螺栓相连；第三传动骨架钣金件的前侧与第四传动推进单元末侧以螺栓相连，第三传动骨架钣金件的末侧与第五传动推进单元的前侧以螺栓相连。
12.优选的，所述中央俯仰机构包括：第一俯仰固定骨架、第二俯仰固定骨架、第一万向节、第二万向节、第一俯仰骨架钣金件、第二俯仰骨架钣金件和俯仰传动组件；
13.俯仰传动组件前侧与第一俯仰固定骨架用螺栓相连，俯仰传动组件末侧与第二俯仰固定骨架用螺栓相连；第一万向节的前端与穿过第一俯仰固定骨架的第一前端主轴用销相连，第一万向节的末端与穿过第二俯仰固定骨架的第一后端主轴用销相连；第二万向节的前端与穿过第一俯仰固定骨架的第二前端主轴用销相连，第二万向节的末端与穿过第二俯仰固定骨架的第二后端主轴用销相连；第一俯仰骨架钣金件的前侧与第二传动推进单元的末侧用螺栓相连，第一俯仰骨架钣金件的末侧与第一俯仰固定骨架的前侧用螺栓相连；第二俯仰骨架钣金件的前侧与第二俯仰固定骨架的末侧用螺栓相连，第二俯仰骨架钣金件的末侧与中端推进机构的前侧用螺栓相连。
14.优选的，所述末端电机驱动机构包括：第一联轴器、第二联轴器、第一防水电机、第二防水电机、电机支撑件、末端电机骨架和电机骨架钣金件；
15.第一联轴器的前端与第一后端主轴相连，第一联轴器的末端与第一防水电机轴相连；第二联轴器的前端与第二后端主轴相连，第二联轴器的末端与第二防水电机轴相连；电机骨架钣金件的前侧与第五传动推进单元的末侧以螺栓相连，电机骨架钣金件的末侧与末端电机骨架的前侧相连；第一防水电机、第二防水电机穿过电机支撑件与末端电机骨架，第一防水电机的前端轴与第一联轴器相连，第二防水电机的前端轴与第二联轴器相连。
16.优选的，传动推进单元包括第一传动推进单元、第二传动推进单元、第三传动推进单元、第四传动推进单元和第五传动推进单元；
17.主轴包括第一前端主轴、第二前端主轴、第一后端主轴和第二后端主轴；
18.鳍条轴包括第一前端鳍条轴、第二前端鳍条轴、第一后端鳍条轴和第二后端鳍条轴；
19.传动推进单元为对称结构，传动推进单元包括：传动推进骨架、齿轮系、轴承、短轴、曲柄、连杆和鳍条；
20.主轴依次穿过轴承、传动推进骨架、齿轮系内侧齿轮，与齿轮系内侧齿轮通过销连接相连；短轴依次穿过曲柄、轴承、传动推进骨架、齿轮系外侧齿轮，与曲柄、齿轮系外侧齿轮通过销连接相连；连杆一端与曲柄小孔相连，连杆另一端与鳍条内侧孔相连，鳍条通过中部孔套接在鳍条轴上，并用套筒固定轴向位置。
21.优选的，所述俯仰传动组件包括：上端防水舵机、下端防水舵机、左右侧俯仰传动
连杆对、左右侧俯仰主杆、前侧耳片和末侧耳片；
22.上端防水舵机和下端防水舵机的左右侧各用螺栓连接左右侧俯仰传动连杆对，左右侧俯仰传动连杆对的另一端与对应的左右侧俯仰主杆中部用螺栓相连；左右侧俯仰主杆一侧与末侧耳片用螺栓相连，左右侧俯仰主杆另一侧槽孔与前侧耳片用螺栓相连。
23.优选的，所述机器人控制系统包括电机驱动控制模块、舵机驱动控制模块；
24.第一防水电机、第二防水电机、上端防水舵机、下端防水舵机的控制模块相互独立，电机驱动控制模块发出控制信号控制电机的转速，舵机驱动控制模块发出控制信号控制舵机的转角，进而对机器人的运动进行控制。
25.优选的，机器人的运动推进机理为：在鳍条面连续包覆柔性硅胶以形成柔性鳍面，安装时通过调试传动推进单元中鳍条的初始相位来完成运动波形的设置；
26.具体操作方法为：对齿轮系内外侧齿轮进行装配时，对外侧齿轮的各齿进行标号，前后相邻的两个外侧齿轮在依次间隔一定齿数完成装配，进而使得前后相邻鳍条位置依次形成一定的相位差，从而使鳍面形成推进机器人运动的设定波形；控制第一防水电机与第二防水电机等速正向转动，产生向后传播的波形，从而产生向前的推进力，机器人完成运动前进动作；控制第一防水电机与第二防水电机等速反向转动，产生向前传播的波形，从而产生向后的推进力，机器人完成运动后退动作。
27.优选的，机器人的运动转弯机理为：通过差异化两个防水电机的转速，使得左右鳍面波的波速出现差别，进而产生左右推进力的差别，由此完成机器人的转弯动作，具体为：当右侧电机的转速大于左侧电机的转速，机器人完成向左转弯的动作；当右侧电机的转速小于左侧电机的转速，机器人完成向右转弯的动作；
28.机器人俯仰动作机理为：上端防水舵机与下端防水舵机同向调整舵机轴角度，通过左右侧俯仰传动连杆对带动左右侧俯仰主杆转动，从而传递舵机力矩至前端，带动机器人前端以第一万向节、第二万向节为中心转动，完成俯仰位姿调整动作。
29.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
30.本发明整体解决了现有技术中单电机驱动单鳍条导致所需电机数目多、耗能大、控制模块复杂、成本高等问题，建立了单电机驱动多鳍条的结构，实现了结构简单、易装配、耗能低、降低成本的目的；此外，本发明依靠自身形态变化而非排水量变化实现了水下机器人的俯仰运动，提高了空间利用率与水下游动性能。
附图说明
31.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
32.图1为本发明整体结构示意图；
33.图2为本发明前端推进机构结构示意图；
34.图3为本发明中央俯仰机构结构示意图；
35.图4为本发明中端推进机构结构示意图；
36.图5为本发明末端电机驱动机构结构示意图；
37.图6为本发明传动推进单元结构示意图；
38.图7为本发明完整造型示意图；
39.图中：前端推进机构1、中央俯仰机构2、中端推进机构3、末端电机驱动机构4、第一传动推进单元5、第二传动推进单元6、第一前端鳍条轴7、第二前端鳍条轴8、第一前端主轴9，第二前端主轴10、第一传动骨架钣金件11、第一俯仰固定骨架12、第二俯仰固定骨架13、第一万向节14、第二万向节15、第一俯仰骨架钣金件16、第二俯仰骨架钣金件17、俯仰传动组件18、第三传动推进单元19、第四传动推进单元20、第五传动推进单元21、第二传动骨架钣金件22、第三传动骨架钣金件23、第一后端鳍条轴24、第二后端鳍条轴25、第一后端主轴26、第二后端主轴27、第一联轴器28、第二联轴器29、第一防水电机30、第二防水电机31、电机支撑件32、末端电机骨架33、电机骨架钣金件34、前端外壳35、后端外壳36、传动推进骨架37、齿轮系38、轴承39、短轴40、曲柄41、连杆42、鳍条43、上端防水舵机44、下端防水舵机45、左右侧俯仰传动连杆对46、左右侧俯仰主杆47、前侧耳片48、末侧耳片49。
具体实施方式
40.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
41.实施例：
42.如图1，本发明提供了一种基于mpf长波运动推进原理的仿生水下机器人，其中包含：用于产生前端推进力前端推进机构1，用于调节机器人俯仰位姿的中央俯仰机构2，用于产生中端推进力的中端推进机构3，用于提供整体驱动的末端电机驱动机构4和机器人控制系统，其中：前端推进机构1末端与中央俯仰机构2前端相连，中央俯仰机构2末端与中端推进机构3前端相连，中端推进机构3末端与末端电机驱动机构4前端相连，机器人控制系统与中央俯仰机构2、末端电机驱动机构4相连并输出控制指令；如图7，前端外壳35、后端外壳36用于包裹仿生水下机器人的前端和后端。
43.如图2，所述的前端推进机构1包括：第一传动推进单元5、第二传动推进单元6、第一前端鳍条轴7、第二前端鳍条轴8、第一前端主轴9，第二前端主轴10、第一传动骨架钣金件11，其中：第一前端鳍条轴7、第二前端鳍条8轴穿过第一传动推进单元5、第二传动推进单元6并用套筒固定轴向位置，第一前端主轴9与第二前端主轴10穿过第一传动推进单元5与第二传动推进单元6，并以销连接与传动推进单元的齿轮系相连，第一传动骨架钣金件11的前侧与第一传动推进单元5末侧相连，末侧与第二传动推进单元6的前侧相连。
44.如图3，所述的中央俯仰机构2包括：第一俯仰固定骨架12、第二俯仰固定骨架13、第一万向节14、第二万向节15、第一俯仰骨架钣金件16、第二俯仰骨架钣金件17、俯仰传动组件18，其中：俯仰传动组件18前侧与第一俯仰固定骨架12用螺栓相连，俯仰传动组件18末侧与第二俯仰固定骨架13用螺栓相连，第一万向节前端14与穿过第一俯仰固定骨架12的第一前端主轴9用销相连，末端与穿过第二俯仰固定骨架13的第一后端主轴26用销相连，第二万向节15前端与穿过第一俯仰固定骨架12的第二前端主轴10用销相连，末端与穿过第二俯仰固定骨架13的第二后端主轴27用销相连，第一俯仰骨架钣金件16的前侧与第二传动推进单元6的末侧用螺栓相连，末侧与第一俯仰固定骨架的前侧用螺栓相连，第二俯仰骨架钣金件17的前侧与第二俯仰固定骨架13的末侧用螺栓相连，末侧与中端推进机构3的前侧用螺
栓相连。
45.如图4，所述的中端推进机构3包括：第三传动推进单元19、第四传动推进单元20、第五传动推进单元21、第二传动骨架钣金件22、第三传动骨架钣金件23、第一后端鳍条轴24、第二后端鳍条轴25、第一后端主轴26、第二后端主轴27，其中：第一后端鳍条轴24、第二后端鳍条轴25穿过第三传动推进单元19、第四传动推进单元20、第五传动推进单元21使三者相连并用套筒固定轴向位置，第一后端主轴26与第二后端主轴27穿过第三传动推进单元19、第四传动推进单元20、第五传动推进单元21，并以销连接与传动推进单元的齿轮系相连，第二传动骨架钣金件22的前侧与第三传动推进单元19末侧以螺栓相连，末侧与第四传动推进单元20的前侧以螺栓相连，第三传动骨架钣金件23的前侧与第四传动推进单元20末侧以螺栓相连，末侧与第五传动推进单元21的前侧以螺栓相连。
46.如图5，所述的末端电机驱动机构4包括：第一联轴器28、第二联轴器29、第一防水电机30、第二防水电机31、电机支撑件32、末端电机骨架33、电机骨架钣金件34，其中：第一联轴器28的前端与第一后端主轴26相连，末端与第一防水电机30轴相连，第二联轴器29的前端与第二后端主轴27相连，末端与第二防水电机31轴相连，电机骨架钣金件34的前侧与第五传动推进单元21的末侧以螺栓相连，末侧与末端电机骨架33的前侧相连，第一防水电机30、第二防水电机31穿过电机支撑件32与末端电机骨架33，其前端轴与联轴器相连。
47.如图6，所述的传动推进单元(5-6、19-21)包括：传动推进骨架37、齿轮系38、轴承39、短轴40、曲柄41、连杆42、鳍条43，其中，传动推进单元(5-6、19-21)为对称结构，主轴(9-10、26-27)依次穿过轴承39、传动推进骨架37、齿轮系38内侧齿轮，与齿轮系38内侧齿轮通过销连接相连，短轴40依次穿过曲柄41、轴承39、传动推进骨架37、齿轮系38外侧齿轮，与曲柄41、齿轮系38外侧齿轮通过销连接相连，连杆42一端与曲柄41小孔相连，另一端与鳍条43内侧孔相连，鳍条43通过中部孔套接在鳍条轴(7-8、24-25)上，并用套筒固定轴向位置。
48.所述的俯仰传动组件18包括：上端防水舵机44、下端防水舵机45、左右侧俯仰传动连杆对46、左右侧俯仰主杆47、前侧耳片48、末侧耳片49，其中：上下端防水舵机44的左右侧各用螺栓连接左右侧俯仰传动连杆对46，俯仰传动连46杆的另一端与对应侧的俯仰主杆47中部用螺栓相连，左右侧俯仰主杆47一侧与末侧耳片49用螺栓相连，另一侧槽孔与前侧耳片48用螺栓相连。
49.所述的机器人控制系统包括电机驱动控制模块、舵机驱动控制模块，其中：第一防水电机30、第二防水电机31、上端防水舵机44、下端防水舵机45的控制模块相互独立，电机驱动控制模块发出控制信号控制电机的转速、舵机驱动控制模块发出控制信号控制舵机的转角，进而对机器人的运动进行控制。
50.工作方法：
51.结合图1对机器人的运动推进机理进行说明：本机器人的运动基于mpf长波推进原理进行设计，在鳍条面连续包覆柔性硅胶以形成柔性鳍面，安装时通过调试各传动推进单元(5-6、19-21)中鳍条43的初始相位来完成运动波形的设置，具体操作方法为：对齿轮系38内外侧齿轮进行装配时，对外侧齿轮的各齿进行标号，前后相邻的两个外侧齿轮在依次间隔一定齿数完成装配，进而使得前后相邻鳍条43位置依次形成一定的相位差，从而使鳍面形成推进机器人运动的设定波形。控制第一防水电机30与第二防水电机31等速正向转动，产生向后传播的波形，从而产生向前的推进力，机器人完成运动前进动作；类似的，控制第
一防水电机30与第二防水电机31等速反向转动，产生向前传播的波形，从而产生向后的推进力，机器人完成运动后退动作。
52.结合图1对机器人的运动转弯机理进行说明：由mpf推进的科学研究可知，鳍面波形的波速越高，产生的推进力越大，在此提出的机器人通过差异化两个防水电机的转速，使得左右鳍面波的波速出现差别，进而产生左右推进力的差别，由此完成机器人的转弯动作，具体的，当右侧电机的转速大于左侧电机的转速，机器人完成向左转弯的动作；当右侧电机的转速小于左侧电机的转速，机器人完成向右转弯的动作。
53.结合图3对机器人俯仰动作机理进行说明：上端防水舵机44与下端防水舵机45同向调整舵机轴角度，通过左右侧俯仰传动连杆对46带动左右侧俯仰主杆47转动，从而传递舵机力矩至前端，带动机器人前端以第一万向节14、第二万向节15为中心转动，完成俯仰位姿调整动作。
54.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
55.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

技术特征：
1.一种基于mpf长波运动推进原理的仿生水下机器人，其特征在于，包括：用于产生前端推进力的前端推进机构(1)，用于调节机器人俯仰位姿的中央俯仰机构(2)，用于产生中端推进力的中端推进机构(3)，用于提供整体驱动的末端电机驱动机构(4)和机器人控制系统；所述前端推进机构(1)末端与所述中央俯仰机构(2)前端相连，所述中央俯仰机构(2)末端与所述中端推进机构(3)前端相连，所述中端推进机构(3)末端与所述末端电机驱动机构(4)前端相连，所述机器人控制系统与所述中央俯仰机构(2)、所述末端电机驱动机构(4)相连并输出控制指令。2.根据权利要求1所述的基于mpf长波运动推进原理的仿生水下机器人，其特征在于，所述前端推进机构(1)包括：第一传动推进单元(5)、第二传动推进单元(6)、第一前端鳍条轴(7)、第二前端鳍条轴(8)、第一前端主轴(9)，第二前端主轴(10)和第一传动骨架钣金件(11)；第一前端鳍条轴(7)、第二前端鳍条(8)轴穿过第一传动推进单元(5)、第二传动推进单元(6)并用套筒固定轴向位置；第一前端主轴(9)与第二前端主轴(10)穿过第一传动推进单元(5)与第二传动推进单元(6)，并以销连接与传动推进单元的齿轮系相连；第一传动骨架钣金件(11)的前侧与第一传动推进单元(5)末侧相连，第一传动骨架钣金件(11)的末侧与第二传动推进单元(6)的前侧相连。3.根据权利要求2所述的基于mpf长波运动推进原理的仿生水下机器人，其特征在于，所述中端推进机构(3)包括：第三传动推进单元(19)、第四传动推进单元(20)、第五传动推进单元(21)、第二传动骨架钣金件(22)、第三传动骨架钣金件(23)、第一后端鳍条轴(24)、第二后端鳍条轴(25)、第一后端主轴(26)和第二后端主轴(27)；第一后端鳍条轴(24)、第二后端鳍条轴(25)穿过第三传动推进单元(19)、第四传动推进单元(20)、第五传动推进单元(21)使三者相连并用套筒固定轴向位置；第一后端主轴(26)与第二后端主轴(27)穿过第三传动推进单元(19)、第四传动推进单元(20)、第五传动推进单元(21)，并以销连接与传动推进单元的齿轮系相连；第二传动骨架钣金件(22)的前侧与第三传动推进单元(19)末侧以螺栓相连，第二传动骨架钣金件(22)的末侧与第四传动推进单元(20)的前侧以螺栓相连；第三传动骨架钣金件(23)的前侧与第四传动推进单元(20)末侧以螺栓相连，第三传动骨架钣金件(23)的末侧与第五传动推进单元(21)的前侧以螺栓相连。4.根据权利要求3所述的基于mpf长波运动推进原理的仿生水下机器人，其特征在于，所述中央俯仰机构(2)包括：第一俯仰固定骨架(12)、第二俯仰固定骨架(13)、第一万向节(14)、第二万向节(15)、第一俯仰骨架钣金件(16)、第二俯仰骨架钣金件(17)和俯仰传动组件(18)；俯仰传动组件(18)前侧与第一俯仰固定骨架(12)用螺栓相连，俯仰传动组件(18)末侧与第二俯仰固定骨架(13)用螺栓相连；第一万向节(14)的前端与穿过第一俯仰固定骨架(12)的第一前端主轴(9)用销相连，第一万向节(14)的末端与穿过第二俯仰固定骨架(13)的第一后端主轴(26)用销相连；第二万向节(15)的前端与穿过第一俯仰固定骨架(12)的第二前端主轴(10)用销相连，第二万向节(15)的末端与穿过第二俯仰固定骨架(13)的第二后端主轴(27)用销相连；第一俯仰骨架钣金件(16)的前侧与第二传动推进单元(6)的末侧用
螺栓相连，第一俯仰骨架钣金件(16)的末侧与第一俯仰固定骨架(12)的前侧用螺栓相连；第二俯仰骨架钣金件(17)的前侧与第二俯仰固定骨架(13)的末侧用螺栓相连，第二俯仰骨架钣金件(17)的末侧与中端推进机构(3)的前侧用螺栓相连。5.根据权利要求4所述的基于mpf长波运动推进原理的仿生水下机器人，其特征在于，所述末端电机驱动机构(4)包括：第一联轴器(28)、第二联轴器(29)、第一防水电机(30)、第二防水电机(31)、电机支撑件(32)、末端电机骨架(33)和电机骨架钣金件(34)；第一联轴器(28)的前端与第一后端主轴(26)相连，第一联轴器(28)的末端与第一防水电机(30)轴相连；第二联轴器(29)的前端与第二后端主轴(27)相连，第二联轴器(29)的末端与第二防水电机(31)轴相连；电机骨架钣金件(34)的前侧与第五传动推进单元(21)的末侧以螺栓相连，电机骨架钣金件(34)的末侧与末端电机骨架(33)的前侧相连；第一防水电机(30)、第二防水电机(31)穿过电机支撑件(32)与末端电机骨架(33)，第一防水电机(30)的前端轴与第一联轴器(28)相连，第二防水电机(31)的前端轴与第二联轴器(29)相连。6.根据权利要求5所述的基于mpf长波运动推进原理的仿生水下机器人，其特征在于，传动推进单元包括第一传动推进单元(5)、第二传动推进单元(6)、第三传动推进单元(19)、第四传动推进单元(20)和第五传动推进单元(21)；主轴包括第一前端主轴(9)、第二前端主轴(10)、第一后端主轴(26)和第二后端主轴(27)；鳍条轴包括第一前端鳍条轴(7)、第二前端鳍条轴(8)、第一后端鳍条轴(24)和第二后端鳍条轴(25)；传动推进单元为对称结构，传动推进单元包括：传动推进骨架(37)、齿轮系(38)、轴承(39)、短轴(40)、曲柄(41)、连杆(42)和鳍条(43)；主轴依次穿过轴承(39)、传动推进骨架(37)、齿轮系(38)内侧齿轮，与齿轮系(38)内侧齿轮通过销连接相连；短轴(40)依次穿过曲柄(41)、轴承(39)、传动推进骨架(37)、齿轮系(38)外侧齿轮，与曲柄(41)、齿轮系(38)外侧齿轮通过销连接相连；连杆(42)一端与曲柄(41)小孔相连，连杆(42)另一端与鳍条(43)内侧孔相连，鳍条(43)通过中部孔套接在鳍条轴上，并用套筒固定轴向位置。7.根据权利要求6所述的基于mpf长波运动推进原理的仿生水下机器人，其特征在于，所述俯仰传动组件(18)包括：上端防水舵机(44)、下端防水舵机(45)、左右侧俯仰传动连杆对(46)、左右侧俯仰主杆(47)、前侧耳片(48)和末侧耳片(49)；上端防水舵机(44)和下端防水舵机(45)的左右侧各用螺栓连接左右侧俯仰传动连杆对(46)，左右侧俯仰传动连杆对(46)的另一端与对应的左右侧俯仰主杆(47)中部用螺栓相连；左右侧俯仰主杆(47)一侧与末侧耳片(49)用螺栓相连，左右侧俯仰主杆(47)另一侧槽孔与前侧耳片(48)用螺栓相连。8.根据权利要求7所述的基于mpf长波运动推进原理的仿生水下机器人，其特征在于，所述机器人控制系统包括电机驱动控制模块、舵机驱动控制模块；第一防水电机(30)、第二防水电机(31)、上端防水舵机(44)、下端防水舵机(45)的控制模块相互独立，电机驱动控制模块发出控制信号控制电机的转速，舵机驱动控制模块发出控制信号控制舵机的转角，进而对机器人的运动进行控制。9.根据权利要求8所述的基于mpf长波运动推进原理的仿生水下机器人，其特征在于，
机器人的运动推进机理为：在鳍条面连续包覆柔性硅胶以形成柔性鳍面，安装时通过调试传动推进单元中鳍条(43)的初始相位来完成运动波形的设置；具体操作方法为：对齿轮系(38)内外侧齿轮进行装配时，对外侧齿轮的各齿进行标号，前后相邻的两个外侧齿轮在依次间隔一定齿数完成装配，进而使得前后相邻鳍条(43)位置依次形成一定的相位差，从而使鳍面形成推进机器人运动的设定波形；控制第一防水电机(30)与第二防水电机(31)等速正向转动，产生向后传播的波形，从而产生向前的推进力，机器人完成运动前进动作；控制第一防水电机(30)与第二防水电机(31)等速反向转动，产生向前传播的波形，从而产生向后的推进力，机器人完成运动后退动作。10.根据权利要求9所述的基于mpf长波运动推进原理的仿生水下机器人，其特征在于，机器人的运动转弯机理为：通过差异化两个防水电机的转速，使得左右鳍面波的波速出现差别，进而产生左右推进力的差别，由此完成机器人的转弯动作，具体为：当右侧电机的转速大于左侧电机的转速，机器人完成向左转弯的动作；当右侧电机的转速小于左侧电机的转速，机器人完成向右转弯的动作；机器人俯仰动作机理为：上端防水舵机(44)与下端防水舵机(45)同向调整舵机轴角度，通过左右侧俯仰传动连杆对(46)带动左右侧俯仰主杆(47)转动，从而传递舵机力矩至前端，带动机器人前端以第一万向节(14)、第二万向节(15)为中心转动，完成俯仰位姿调整动作。

技术总结
本发明提供了一种基于MPF长波运动推进原理的仿生水下机器人，包括：用于产生前端推进力的前端推进机构，用于调节机器人俯仰位姿的中央俯仰机构，用于产生中端推进力的中端推进机构，用于提供整体驱动的末端电机驱动机构和机器人控制系统；所述前端推进机构末端与所述中央俯仰机构前端相连，所述中央俯仰机构末端与所述中端推进机构前端相连，所述中端推进机构末端与所述末端电机驱动机构前端相连，所述机器人控制系统与所述中央俯仰机构、所述末端电机驱动机构相连并输出控制指令。本发明实现了结构简单、易装配、耗能低、降低成本的目的；此外依靠自身形态变化而非排水量变化实现了水下机器人的俯仰运动，提高了空间利用率与水下游动性能。下游动性能。下游动性能。


技术研发人员：叶璟天 姬厚企 张朝阳 李唯一 刘虹妤 林艳萍
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2023.02.27
技术公布日：2023/6/12