绳驱动刚柔耦合机器鱼的创新设计
2025-01-11 18:13
No.1327704530397437952
技术概要
PDF全文
本技术介绍了一种新型绳驱动刚柔耦合机器鱼,该设计整合了刚性头部、柔性摆动部和绳驱张拉机构。刚性头部由上下刚性壳体构成,形成封闭空间并内置绳驱张拉机构,而柔性摆动部则负责机器鱼的灵活运动。
背景技术
海洋和水下环境占据了地球的大部分面积,其中蕴含着丰富的资源,随着机器人技术的进步,各种水下机器人的设计和应用为海洋勘探和开发提供了新的解决方案。近年来,仿生机器鱼作为一种新型水下机器人,因其出色的环境适应性和潜在应用价值得到了快速发展。 在现阶段的研究中,根据不同的应用场景和仿生对象,仿生机器鱼的驱动结构大致可分为单刚性关节、多刚性关节、软体智能材料和拉线结构。这些设计结构都共同促进了仿生机器鱼和水下机器人领域的发展。传统的单关节机器鱼一般采用刚性尾鳍来产生前进的动力,控制简单。但是该结构与真实的鱼类运动模态差别较大,仿生程度较低,同时存在推进效率不高的问题。多关节机器鱼可以实现更多的游动姿态,诸如直线迅游、C形转弯等,该种设计多为单电机驱动单关节,并通过关节间节律运动来有效模拟鱼类的柔顺摆动和游动姿态,但随着关节的引入,控制的复杂程度以及对驱动电机的要求也随之提高。各种新型软体材料的成功应用也为材料特性驱动下的机器鱼研发提供了新的可能。这些驱动大多数建立在功能性材料在不同特定条件下的形变基础上,因此也具有着绝大多数功能材料的明显局限,即严苛的触发条件和较低的驱动效率,并限制了机器鱼的搭载和作业能力。因此,一种新的,能模仿鱼类柔顺游动和运动模态的,保持较高推进效率,且控制相对简单的仿生机器鱼具有较高的科研价值和潜在工程应用能力。 综上,目前仍缺乏兼顾具有运动柔顺性的、结构相对简单的仿生机器鱼设计方法。也缺少一种控制模型相对简单、驱动效率较高的具有多场景普适性的设计方法,且运用现有的结构机制与设计理念难以进一步提升仿生机器鱼的能力上限。 需要说明的是,在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解,因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
实现思路
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该技术已申请专利,如用于商业用途,请联系技术所有人!
技术研发人员:
曲钧天  黄烨东  张晓峰
技术所属: 清华大学深圳国际研究生院
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