CN104443332A 说明书 1/3页 一种由主动关节和被动关节联合驱动的仿生机器鱼 技术领域 [0001]本发明涉及一种仿生推进水下机器人，特别是一种由主动关节和被动关节联合驱 动的仿生机器鱼。 背景技术 [0002]仿生机器鱼是一种模仿鱼类运动实现推进的新型水下潜器，与传统螺旋桨推进的 水下潜器相比，仿生机器鱼具有能量效率高、机动性能好、低噪声和易于隐蔽等优点，因此 近年来得到了广泛的研究。仿生机器鱼的关节通常由大力矩、高增益反馈的伺服驱动系统 来控制，可以精确跟踪预定义轨迹，有效抑制流场扰动对游动步态的影响。由于仿生机器 鱼的尾部做往复摆动，关节电机处于持续的加速一制动一反向加速的过程中，与电机连续 旋转的螺旋桨推进器相比，仿生机器鱼尾鳍推进器的整体效率并没有明显的提高。生物学 研究表明，动物肌肉具有弹性储能的作用，鱼类可以利用肌肉实现机械能的循环利用，并通 过有效利用身体一流场耦合系统的固有动力学特性减少肌肉能耗：鱼类还可以调节肌肉弹 性，使身体一流场耦合系统的固有频率与尾鳍拍动频率相吻合，从而实现不同游速下的高 效推进。受此启发，采用弹性储能元件可以模拟肌肉实现能量的存储和释放，使尾部拍动的 动能与弹性元件的势能互相转换，通过调节弹性元件的刚度，获得与不同游速相适应的机 械系统固有频率，可实现自适应高效游动。 发明内容 [0003]本发明的目的是提供一种由主动关节和被动关节联合驱动的仿生机器鱼，通过有 效利用机械系统固有动力学特性，提高仿生水下推进器的能量效率，实现自适应高效游动。 [0004] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案： [0005]该仿生机器鱼由密封舱体和尾鳍推进器构成：密封舱体具有鱼雷外形，其内容纳 包括主电机、调节电机、控制部件、电源及传感器在内的载荷部件； [0006]所述尾鳍推进器包括与密封舱体后端通过摆臂转轴转动连接的摆臂，以及摆臂末 端通过尾柄转轴与之转动连接的尾柄，尾柄上固接尾鳍：尾鳍推进器具有两自由度，带动尾 鳍做平动-转动复合运动： [0007]所述主电机的主电机输出轴通过一对锥齿轮与摆臂转轴连接，将主电机输出轴的 转动转化为摆臂的摆动： [0008]所述调节电机的调节电机输出轴与绕线轮连接，摆臂为中空杆，其内设置拉伸弹 簧，拉伸弹簧的一端与尾柄连接，另一端通过钢丝与绕线轮连接。 [0009] 所述密封舱体的尾部设置端盖，端盖外侧安装整流罩。 [0010] 所述主电机输出轴和调节电机输出轴分别通过动密封件安装在端盖上。 [0011] 所述主电机输出轴、调节电机输出轴分别与机器鱼的纵向平行。 [0012] 本发明的有益效果为： [0013] (1)所述仿生机器鱼的尾鳍可以做平动一转动复合运动，平动运动产生主要的击 3