[發明專利]一種柔性體仿生魚及其驅動控制方法

有效

• 申請號: 201710590289.0
• 申請日: 2017-07-19
• 公開（公告）號: CN107458565B
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 張鐳;張彥波;呂浩杰;王孟祿;鄧永超
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: B63H1/36
• 分類號: B63H1/36
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 鄭園;孫詩雨

本發明公開了一種柔性體仿生魚及其驅動控制方法，包括魚尾推進單元、方向控制單元魚尾推進單元包括可相對擺動的魚身組件和魚尾組件，魚身組件中設置有驅動控制電路和電磁線圈組合，所述方向控制單元升降電機組和轉向電機，升降電機組和轉向電機的轉軸上均設置有質量塊，升降電機組和轉向電機均連接有MEMS陀螺儀，MEMS陀螺儀、升降電機組、轉向電機和電磁線圈分別與驅動控制電路相連，驅動控制電路包括依次相連的信號處理模塊、光耦隔離模塊、功率驅動模塊，驅動控制電路還包括穩壓電源模塊、濕敏開關和藍牙接收器。本發明可靈活、精確地實現仿生魚的魚上浮、下潛和左右轉彎，而且可實現在水中多種模態的游動方式。

技術領域

本發明涉及一種仿生魚，特別是涉及一種柔性體仿生魚其驅動控制方法。

背景技術

魚類經過上億年的自然選擇形成了適合水下復雜環境的獨特形態和運動方式，仿生魚水下推進器在資源勘探、救災搶險和軍事國防方面都有著重要作用，這些運動方式主要分為身體/尾鰭（bodyand/or caudal fin,BCF）推進模式和中央鰭/對鰭（median and/orpaired fin, MPF）推進模式。其中BCF類型的魚類使用強有力的魚身和尾鰭做推進器，相較于MPF類型的魚類具有更快的速度和機動性。魚類的運動非常復雜，需要推進裝置具有眾多自由度，這些自由度可以使用多關節串并聯剛性結構來實現，但這樣降低了機械的傳動效率，增加控制和防水處理的難度。

現有申請日為2011.12.31、申請公布號為CN 102556310 A的發明專利公開了一種仿生魚的驅動與控制方法及仿生魚，包括可相對擺動的一魚身組件和魚尾部組件，在該身體組件中設置有一驅動控制電路；在身體組件包括左側殼體和右側殼體，其中各裝有一粒磁石，兩粒磁石相對面的極性相同，通過變化的磁場與磁石的相互作用，推動尾部產生擺動作用，進而推動整個身體前進和左右轉彎；為了實現仿生魚的上浮和下潛，在魚體內設置一對線圈和磁石，將其中的線圈固定在魚身體上，當在線圈中正反向通電時，線圈和磁石之間分別產生推力和吸力，將磁石固定在電池上，通過線圈和磁石的相互作用力帶動電池前后移動，從而改變其重心在魚身體內的位置。

上述一種仿生魚的驅動與控制方法及仿生魚的方案并不能很好地實現所述功能，利用仿生魚重心位置的變化，雖然理論上可以實現仿生魚魚頭的上傾和下傾，但是上述方案并未提出如何控制重心位置使仿生魚處于水平位置，則無法實現仿生魚在水平方向上游動，仿生魚只能處于上浮過程或者下潛過程；若仿生魚在上浮或者下潛的同時轉彎，則兩個電磁線圈會產生磁場的干涉現象，使仿生魚既不能有效的轉彎又不能很好的上浮和下潛；另外，采用電磁線圈直接帶動魚尾擺動，魚尾擺角范圍小而且不能自動恢復平衡位置，因此，現有仿生魚不能很好地實現全方位的游動。

發明內容

本發明為解決現有仿生魚不能很好地實現全方位游動的問題，而公開一種柔性體仿生魚及其驅動控制方法。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：一種柔性體仿生魚，包括魚尾推進單元、方向控制單元，魚尾推進單元包括可相對擺動的魚身組件和魚尾組件，所述方向控制單元包括設置在魚身組件前端的魚頭組件，魚頭組件內設置有升降電機組和轉向電機，升降電機組包括分別橫置在魚頭組件左側的左側升降電機和橫置在魚頭組件右側的右側升降電機，左側升降電機的轉軸朝向魚頭組件的左側，右側升降電機的轉軸朝向魚頭組件的右側，轉向電機橫置在升降電機組的前端，轉向電機的轉軸朝向魚頭組件的前方，右側升降電機、左側升降電機和轉向電機的轉軸上均設置有質量塊，升降電機組中的兩個質量塊的重量和形狀均相同，右側升降電機、左側升降電機和轉向電機均連接有MEMS陀螺儀，MEMS陀螺儀、右側升降電機、左側升降電機、轉向電機和電磁線圈分別與驅動控制電路相連。