[發明專利]一種三自由度仿鲹科自主機器魚

在審

• 申請號: 201710447609.7
• 申請日: 2017-06-14
• 公開（公告）號: CN107161305A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 李宗剛;嚴健;葛立明;石慧榮;麻有田;冀慶恩;夏文卿
• 申請（專利權）人: 蘭州交通大學;蘭州天佑機器人科技有限公司
• 主分類號: B63G8/00
• 分類號: B63G8/00;B63H1/36
• 代理公司: 北京挺立專利事務所(普通合伙)11265
• 代理人: 倪鉅芳

技術領域

本發明涉及仿生機器魚技術領域，特別是一種三自由度仿鲹科自主機器魚。通過胸尾鰭協同推進來實現仿生機器魚的前進、后退、轉彎等基本運動的仿生機器魚。

背景技術

近些年來，隨著科學技術的大力發展以及日益進步，海上作業受到了人們越來越多的關注，包括水下勘察、管道檢查、水質監測、海洋資源開采、電纜鋪設等方面。

傳統的水下探測器因其具有效率低、機動性差、噪音高等缺點已經不能滿足科研和工程上的需要。仿生學研究表明，仿生機器魚通過胸尾鰭的協同驅動，可實現快速啟動、前進后退、上升下潛、懸停定位以及機動轉彎等，具有高效率、高穩定性、優良的機動性、噪音低、對環境擾動小等優勢，市場急需研制效率高、機動性好和噪聲低的水下航行器滿足需求。但機械魚的協同驅動研制和協同工作存在很大難度，目前現有的絕大多數仿生機器魚都是利用胸鰭或尾鰭單一的驅動形式來實現機器魚的驅動，單自由度或二自由度運動機械魚居多，而三自由度運動機械魚很多設計不完善的地方，實際使用中存在很多不足導致機械魚無法滿足市場和科研需求。

發明內容

本發明解決現有技術的不足提供一種動作自如、運行穩定的三自由度仿鲹科自主機器魚。

本發明解決現有技術問題所采用的技術方案為：

一種三自由度仿鲹科自主機器魚，包括輸出軸、框架、仿生胸鰭、柔性蒙皮、仿生機器魚外殼、仿生尾鰭和驅動執行機構，所述執行機構包括胸鰭驅動組件和尾鰭驅動組件，驅動執行機構帶動仿生胸鰭和仿生尾鰭運動，所述框架上連接輸出軸、仿生機器魚外殼，輸出軸與仿生胸鰭連接，框架外側設有柔性蒙皮。

所述胸鰭驅動組件包括拍翼機構，所述拍翼機構的輸出軸設在中間滑塊上，中間滑塊上連接橫縱雙向的滑桿，框架上設有皮帶輪、機架和線軸承，機架之間設有連接桿，連接桿上設有移動塊，移動塊與滑桿連接，皮帶輪之間設有皮帶，拍翼步進電機驅動皮帶帶動移動塊、連接桿和滑桿運動，連接桿和滑桿帶動中間滑塊移動。

所述胸鰭驅動組件還包括搖翼機構，所述搖翼機構在框架上設置底板，底板上設有連接片，連接片上連接搖翼步進電機、齒輪對、軸承座；搖翼步進電機通過齒輪對帶動輸出軸旋轉。

所述仿生機器魚外殼上設有魚殼支撐片，魚殼支撐片上連接三節活動尾鰭驅動組件，三節活動尾鰭驅動組件上連接尾柄和仿生尾鰭片組成仿生尾鰭，第一節活動尾鰭驅動組件包括第一支架、第一舵機、第一連接件、第一圓片；第二節活動尾鰭驅動組件包括第二支架、第二舵機、第二連接件、第二圓片；第三節活動尾鰭驅動組件包括第三支架、第三舵機、第三連接件。

所述殼體包括機構支撐架、電池模塊區域和蒙皮位置，機構支撐架上連接框架，電池模塊區域上連接電池，電池與驅動執行機構連通，蒙皮位置上設有柔性蒙皮。

所述殼體還包括密封件，密封件為硅膠薄膜，密封件設在輸出軸與框架接觸處。

所述仿生機器魚外殼分為兩半，兩半殼體通過階梯狀凹槽扣合成一體。

所述階梯狀凹槽填充703硅橡膠。

所述仿生機器魚外殼的長400-500mm、寬200-260mm、高220-280mm。

所述柔性蒙皮通過703硅橡膠連接在仿生機器魚外殼上，柔性蒙皮4為仿魚皮橡膠。

本發明的有益效果為：

1、一種三自由度仿鲹科自主機器魚，包括輸出軸、框架、仿生胸鰭、柔性蒙皮、仿生機器魚外殼、仿生尾鰭和驅動執行機構，所述執行機構包括胸鰭驅動組件和尾鰭驅動組件，驅動執行機構帶動仿生胸鰭和仿生尾鰭運動，所述框架上連接輸出軸、仿生機器魚外殼，輸出軸與仿生胸鰭連接，框架外側設有柔性蒙皮。分設胸鰭驅動組件和尾鰭驅動組件，胸鰭和尾鰭聯合驅動使得使機器魚更加自如、穩定的游動，具有更高的機動性能，更高的效率，框架外側設有柔性蒙皮保證機械魚水下運行穩定。

2、胸鰭驅動組件包括拍翼機構和搖翼機構，可以實現仿生機器魚在水中的多種復雜動作，例如前進后退、上升下潛、懸停轉彎等等，同時配合仿生尾鰭聯合運動，實現了機器魚在空間中的復雜三維運動。運動性能更佳貼合仿生生物。

3、仿生機器魚外殼上設有魚殼支撐片，魚殼支撐片上連接三節活動尾鰭驅動組件，三節活動尾鰭驅動組件上連接尾柄和仿生尾鰭片組成仿生尾鰭，三節活動尾鰭驅動組件使得尾鰭具有更好的靈活度，尾鰭外側設有柔性蒙皮，密封件為硅膠薄膜，密封件設在輸出軸與框架接觸處，保證靈活度和運行安全，柔性蒙皮為仿魚皮橡膠，運動特性更接近仿生生物。