[發明專利]一種基于雙尾鰭驅動的仿生機器魚

有效

• 申請號: 201510921337.0
• 申請日: 2015-12-12
• 公開（公告）號: CN105501420B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 畢芃;勞子洲;馬宏偉
• 申請（專利權）人: 畢芃
• 主分類號: B63H1/36
• 分類號: B63H1/36;B63G8/14;B63H23/06
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所11255
• 代理人: 白改芳

技術領域

本發明涉及水下潛器，具體涉及一種基于雙尾鰭驅動的仿生機器魚。

背景技術

地球的海洋面積為3.61億平方千米，約占地球總面積的71％，廣闊的海洋蘊藏著豐富的礦產資源，而且海洋中的物種資源儲量巨大，隨著資源在全球范圍內成為關注的焦點以及海洋勘測技術的發展，對于海洋資源的開發和利用成為世界各國關注的焦點。水下機器人是從驅動和結構出發，實現對于水下生物(魚類)的外形及其運動方式的仿生，用智能設備代替人類實現水下探測，在軍用偵查等領域具有廣闊的應用前景和巨大的潛在價值。

按照推進運動所模仿的魚類身體部位的不同，目前的仿生機器魚主要分為兩種：一種是身體、尾鰭推進模式，即利用身體彎曲或尾鰭的周期性往復擺動產生推進力；另一種是中間鰭、對鰭推進模式，即利用中間鰭、對鰭的周期性擺動或波動產生推進力。中間鰭、對鰭推進模式普遍存在游動速度較慢的不足，而采用尾鰭推進模式驅動的仿生機器魚由于其具有優秀的加速及高效推進能力，因此在對速度及推進效率有要求的場合下，這種推進模式得到了人們更多的關注。

目前國內外研究機構已經開發了多種基于單尾鰭推進驅動的機器魚，單尾鰭驅動的機器魚的優點在于結構簡單、易于控制，但單尾鰭在擺動產生推進力時不可避免的會產生明顯的側向力，使得機器魚在運動過程中，會出現明顯的艏搖現象，從而影響其推進效率。

在此基礎上，出現了并行排列結構形式的雙尾鰭機器魚，通過雙尾鰭的反向運動可以產生一對大小相等、方向相反的側向力，使得機器魚整體的側向力為零，從而消除了機器魚的艏搖現象。但是，這種結構設計的出發點更像是通過劃槳實現前行的船，而與魚的游動前行機理并不吻合，此外，這樣的結構設計會使得機器魚的橫向尺寸增加，一定程度上降低了機器魚的機動性。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種基于雙尾鰭驅動的仿生機器魚，旨在通過尾鰭驅動的方式實現仿生機器魚的游動動作。

本發明采用的技術方案具體為：

一種基于雙尾鰭驅動的仿生機器魚，包括基體以及置于所述基體內的驅動部；其中：

所述驅動部包括內部固定架以及設于所述內部固定架的尾鰭驅動單元和重心調節機構，尾鰭驅動單元包括結構相同的兩組尾鰭驅動裝置，兩組所述尾鰭驅動裝置對稱分別置于所述內部固定架的兩側；

所述基體包括腔體和尾鰭組，所述腔體由第一殼體和第二殼體扣合而成，所述尾鰭組包括第一尾鰭和第二尾鰭，所述第一尾鰭和所述第二尾鰭縱向、對稱設于所述第二殼體，并分別連接至與之對應的所述尾鰭驅動裝置。

在上述基于雙尾鰭驅動的仿生機器魚中，所述重心調節機構包括舵機和平衡塊，其中：

所述舵機通過舵機支架固定于所述內部固定架；

所述平衡塊通過舵機臂與所述舵機相連接，所述舵機臂可沿設于舵機端的回轉中心轉動；

舵機輸出的轉動運動帶動舵機臂圍繞其回轉中心做擺動運動，從而帶動平衡運動，通過調節重心實現仿生機器魚上浮或者下潛運動。

在上述基于雙尾鰭驅動的仿生機器魚中，所述平衡塊為金屬塊。

在上述基于雙尾鰭驅動的仿生機器魚中，所述第一尾鰭和第二尾鰭分別通過尾鰭連接架與對應的所述尾鰭驅動裝置相連接，兩組所述尾鰭驅動裝置相互獨立，且所述尾鰭連接架與所述第二殼體采用星型圈進行動密封連接。

在上述基于雙尾鰭驅動的仿生機器魚中，所述尾鰭驅動裝置包括電機、可變向傳動機構和轉軸；其中：

所述電機固定于所述內部固定架，所述電機與所述可變向傳動機構的動力輸入端相連接；

所述轉軸的一端通與所述內部固定架相連接，貫穿所述可變向傳動機構的動力輸出端后，另一端連接至尾鰭連接架；

電機輸出的轉動運動經可變向傳動機構將輸出運動轉向后傳遞到尾鰭連接支架，進而使對應的尾鰭實現擺動。

在上述基于雙尾鰭驅動的仿生機器魚中，所述轉軸的兩端分別設有內銅套和外銅套，所述內銅套固定于所述內部固定架，所述外銅套固定于電機支架，所述電機經所述電機支架固定于所述內部固定架，所述轉軸經轉接件與和所述尾鰭連接架相連接。

在上述基于雙尾鰭驅動的仿生機器魚中，所述可變向傳動機構為錐齒輪副或者蝸輪蝸桿齒輪副。

本發明產生的有益效果是：

本發明的仿生機器魚在水中能夠實現如真魚一樣的游動狀態，雙尾鰭驅動之間互不干涉，可以通過聯合控制實現了仿生機器魚在水中的前進運動，通過腔體內部的重心調節機構實現了仿生機器魚在水中的上浮/下潛運動；