[發(fā)明專利]一種柔性體仿生魚及其驅(qū)動控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710590289.0
• 申請日: 2017-07-19
• 公開（公告）號: CN107458565B
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張鐳;張彥波;呂浩杰;王孟祿;鄧永超
• 申請（專利權(quán)）人: 河南大學(xué)
• 主分類號: B63H1/36
• 分類號: B63H1/36
• 代理公司: 鄭州優(yōu)盾知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41125
• 代理人: 鄭園;孫詩雨

1.一種柔性體仿生魚，包括魚尾推進(jìn)單元、方向控制單元，魚尾推進(jìn)單元包括可相對擺動的魚身組件和魚尾組件，其特征在于：所述方向控制單元包括設(shè)置在魚身組件前端的魚頭組件，魚頭組件內(nèi)設(shè)置有升降電機(jī)組和轉(zhuǎn)向電機(jī)，升降電機(jī)組包括分別橫置在魚頭組件左側(cè)的左側(cè)升降電機(jī)和橫置在魚頭組件右側(cè)的右側(cè)升降電機(jī)，左側(cè)升降電機(jī)的轉(zhuǎn)軸朝向魚頭組件的左側(cè)，右側(cè)升降電機(jī)的轉(zhuǎn)軸朝向魚頭組件的右側(cè)，轉(zhuǎn)向電機(jī)橫置在升降電機(jī)組的前端，轉(zhuǎn)向電機(jī)的轉(zhuǎn)軸朝向魚頭組件的前方，右側(cè)升降電機(jī)、左側(cè)升降電機(jī)和轉(zhuǎn)向電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上均設(shè)置有質(zhì)量塊，升降電機(jī)組中的兩個質(zhì)量塊的重量和形狀均相同，右側(cè)升降電機(jī)、左側(cè)升降電機(jī)和轉(zhuǎn)向電機(jī)均連接有MEMS陀螺儀，MEMS陀螺儀、右側(cè)升降電機(jī)、左側(cè)升降電機(jī)、轉(zhuǎn)向電機(jī)和電磁線圈分別與驅(qū)動控制電路相連。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性體仿生魚，其特征在于：所述驅(qū)動控制電路包括依次相連的信號處理模塊、光耦隔離模塊、功率驅(qū)動模塊，驅(qū)動控制電路還包括穩(wěn)壓電源模塊，穩(wěn)壓電源模塊外接直流電源，穩(wěn)壓電源模塊分別與信號處理模塊、光耦隔離模塊、功率驅(qū)動模塊相連，功率驅(qū)動模塊具有兩個與電磁線圈相連的PWM輸出端、兩個與轉(zhuǎn)向電機(jī)相連的PWM輸出端、兩個與左側(cè)升降電機(jī)相連的PWM輸出端、兩個與右側(cè)升降電機(jī)相連的PWM輸出端，MEMS陀螺儀與信號處理模塊相連，驅(qū)動控制電路還包括濕敏開關(guān)和藍(lán)牙接收器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性體仿生魚，其特征在于：所述魚身組件的具體結(jié)構(gòu)包括矩形固定板，矩形固定板平行于魚身組件的縱向截面固定設(shè)置，所述縱向截面為仿生魚左右方向的縱向截面，矩形固定板的水平方向上開設(shè)有兩個相互平行的條狀限位孔，矩形固定板的上下方向上設(shè)置有轉(zhuǎn)軸，所述轉(zhuǎn)軸穿過條狀限位孔長度方向的中間部位，沿仿生魚長度方向在兩個條狀限位孔內(nèi)分別插設(shè)有第一擺動板，第一擺動板的一端固定連接有擺動環(huán)，擺動環(huán)的軸向方向朝向仿生魚的左右方向，所述電磁線圈固定在擺動環(huán)的內(nèi)環(huán)面上，矩形固定板左右兩端的前側(cè)對應(yīng)設(shè)置有一對U形固定架，兩個U形固定架之間固定設(shè)置有一穿過擺動環(huán)軸心的空心筒，空心筒的兩端設(shè)置有一對同名磁極相對的柱狀磁鐵。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種柔性體仿生魚，其特征在于：所述魚尾組件包括新月形尾鰭，新月形尾鰭前端連接有第二擺動板，第二擺動板的前端通過轉(zhuǎn)盤與第一擺動板鉸接，第一擺動板和第二擺動板的外部密封設(shè)置有柔性魚尾外殼，柔性魚尾外殼的前端固定在矩形固定板位置，柔性魚尾外殼的后端固定在新月形尾鰭與第二擺動板的連接處。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種柔性體仿生魚，其特征在于：所述柔性魚尾外殼是由硅膠搭配硅油、硅膠固化劑制成，硅膠固化劑由正硅酸乙酯加二月桂酸二丁基錫和二甲基硅油稀釋而成。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的一種柔性體仿生魚，其特征在于：所述質(zhì)量塊為正方形質(zhì)量塊或者圓盤形質(zhì)量塊。

7.一種如權(quán)利要求4所述的柔性體仿生魚的驅(qū)動控制方法，其特征在于：所述驅(qū)動控制電路的信號處理模塊提供具有相同頻率的兩路互補(bǔ)的PWM波，兩路互補(bǔ)的PWM波由光耦隔離模塊輸入至功率驅(qū)動模塊，再由功率驅(qū)動模塊輸入至電磁線圈的兩個接線端，PWM波高低電平交互作用于電磁線圈，電磁線圈產(chǎn)生交變磁場與對置的柱狀磁鐵固有磁場相互作用，使電磁線圈帶動擺動環(huán)實現(xiàn)左右擺動，進(jìn)而帶動新月形尾鰭左右擺動，從而使柔性體仿生魚產(chǎn)生前進(jìn)推力。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種柔性體仿生魚的驅(qū)動控制方法，其特征在于：通過改變PWM波的占空比改變新月形尾鰭的擺動幅度，通過改變PWM波周期改變新月形尾鰭的擺動頻率，從而改變仿生魚在水中游動的速度，實現(xiàn)柔性體仿生魚在水中的多種模態(tài)游動方式。