[發明專利]一種單電機驅動的兩關節機器魚

有效

• 申請號: 201610618146.1
• 申請日: 2016-07-29
• 公開（公告）號: CN106005337B
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 喻俊志;張程;劉金存;吳正興;任亮
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: B63H1/36
• 分類號: B63H1/36;B63C11/52;B63H21/17;B63H25/42
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 鐘文芳

技術領域

本發明涉及仿生機器魚技術領域，更具體地涉及一種單電機驅動的兩關節機器魚。

背景技術

隨著仿生技術的迅猛發展，作為模仿魚類游動的機器系統，仿生機器魚是仿生學與機電學高度發展相結合的產物，表現出非常強的游動性能，具有高機動、低擾動、無污染等優點。隨著研究的逐步深入，機器魚的高速游動性逐漸引起廣大研究者的廣泛關注。較快的游速對機器魚快速高效地完成水下作業具有十分重要的意義。

為了深入了解機器魚的游動機理，提高機器魚的游速，各國學者做了大量的研究工作。日本電器通訊大學的Jun Shintak等人于2010年成功開發了一款小型機器魚，實現4.3倍體長/秒的游速和27°/s的轉向速度。英國Essex大學于2014年成功研制了多款機器魚，最高游速可達到11.6倍體長/秒。然而，為了實現高游速的目的，上述研究的機器魚除了將電機安裝在機器魚的內部外，電池、主控電路板、驅動板、通訊模塊等均設置在機器魚的外部，這種設計嚴重限制了機器魚的應用。

另外，機器魚通過電機驅動尾部進行持續地往復運動來產生主推動力，拍動頻率越高，運動速度越快。傳統的控制方法是利用電機的正反轉來實現魚尾的擺動動作，這樣電機的利用效率低，不利于實現機器魚的高速游動。

發明內容

有鑒于此，針對上述存在的不足，本發明的主要目的是提供一種可實現高速游動的仿生機器魚。

為實現上述目的，本發明提出了一種單電機驅動的兩關節仿生機器魚，所述機器魚包括：

頭部；控制室，包括主控板和電機；所述電機在主控板的控制下轉動；

推進機構，包括：第一關節、第二關節、偏心輪、滑槽、偏心軸和尾鰭；

其中，偏心輪的一端與所述電機的輸出軸固定連接，另一端通過偏心軸與所述滑槽接觸；所述滑槽開在第一關節處；第一關節與第二關節可轉動連接；所述尾鰭與所述第二關節固定連接；當所述電機轉動時，偏心輪向某個方向轉動，偏心軸與滑槽接觸點產生作用力，從而帶動所述的第一關節進行偏轉；當第一關節擺動時，帶動第二關節運動。

本發明提出的一種單電機驅動的兩關節高游速機器魚，開發了以偏心輪機構為主驅動的新型高游速機器魚。通過電機的單方向旋轉以及第一關節和第二關節的位置配合關系，實現機器魚高速游動特性。通過電機不對稱快速正反轉來實現仿生機器魚的轉向控制。該仿生機器魚重量輕、體積小、結構設計簡潔有利于實現機器魚的高游速和高機動性。

附圖說明

圖1為本發明中單電機驅動的兩關節機器魚整體結構示意圖；

圖2為本發明中機器魚推進機構的結構示意圖。

圖3為本發明中機器的魚樣機示意圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明作進一步的詳細說明。

下面通過結合附圖對本發明的技術方案作進一步地闡述說明。

本發明的一種單電機驅動的兩關節快速游動仿生機器魚，結構如圖1所示，包括：C形鋁制頭部1，控制室2與推進機構3。其中：C形鋁制頭部1位于整個機器魚前端，該結構外形設計簡單并且有利于減少機器魚游動時的阻力。

所述控制室2位于C形鋁制頭部1的后方，主要包括：主控板4、鋰電池組6、電機驅動模塊13、直流電機14、無線通訊模塊5；所述的主控板4與無線通信模塊5、電機驅動模塊13相連，所述的電機驅動模塊13還與直流電機14相連，無線通信模塊5將接收到的控制指令傳給主控板4，進而控制電機驅動模塊13驅動直流電機14運轉。所述的鋰電池組6為整個系統供電。