[發明專利]微型磁驅動仿生機器魚及其運動控制方法

有效

• 申請號: 201711171478.0
• 申請日: 2017-11-22
• 公開（公告）號: CN108163168B
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發明（設計）人: 喻俊志;陳星宇;吳正興;孔詩涵
• 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;B63H21/21
• 代理公司: 11482 北京瀚仁知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 郭文浩;陳曉鵬<國際申請>=<國際公布>

本發明涉及仿生機器人技術領域，具體提供了一種微型磁驅動仿生機器魚及其運動控制方法，旨在解決如何降低仿生機器魚體積和能耗的技術問題。為此目的，本發明中的仿生機器魚包括魚身和尾鰭，其中，磁驅動模塊包括螺線管、驅動組件、圓柱滑軌和兩塊永磁鐵。兩塊永磁鐵分別固定在所述圓柱滑軌的兩端，螺線管設置在兩塊永磁鐵之間，且能夠沿圓柱滑軌在兩塊永磁鐵之間移動，以帶動驅動組件驅動尾鰭擺動。基于上述結構，不僅可以減小仿生機器魚的體積和能耗，還可以提高仿生機器魚的機動性能。

技術領域

本發明涉及仿生機器人技術領域，具體涉及一種微型磁驅動仿生機器魚及其運動控制方法。

背景技術

仿生機器魚是通過模仿魚類的游動方式來實現推進的，其可以依據魚類游動分類方式進行劃分。例如，根據魚類游動使用的身體部位不同可以將魚類游動分為身體-尾鰭推進模式和中鰭-對鰭推進模式，其中，身體-尾鰭推進模式指的是借助魚身體波動或尾鰭擺動運動產生推力，中鰭-對鰭推進模式指的是借助尾鰭以外的其它魚鰭運動產生推力。當前，仿生機器魚主要采用舵機驅動系統，而舵機驅動系統具有體積大和能耗高等缺點，因此不適于微型仿生機器魚，進而限制了微型仿生機器魚的研究和推廣。

發明內容

為了解決現有技術中的上述問題，即為了解決如何降低仿生機器魚體積和能耗的技術問題。本發明提供了一種微型磁驅動仿生機器魚及其運動控制方法。

在第一方面，本發明中仿生機器魚，包括魚身和尾鰭，所述魚身內設置有磁驅動模塊，其中，所述磁驅動模塊包括螺線管、驅動組件、圓柱滑軌和兩塊永磁鐵；

所述螺線管通過所述驅動組件與所述尾鰭連接；

所述兩塊永磁鐵分別固定在所述圓柱滑軌的兩端，所述螺線管進一步設置在所述兩塊永磁鐵之間，且能夠沿所述圓柱滑軌在所述兩塊永磁鐵之間移動，以帶動所述驅動組件驅動所述尾鰭擺動。

進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：

所述魚身內還設置有控制模塊；所述控制模塊與所述磁驅動模塊電連接，并配置為控制所述磁驅動模塊驅動所述尾鰭擺動。

進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：

所述控制模塊包括無線通信單元；所述無線通信單元，配置為與終端設備進行信息交互；所述控制模塊，進一步配置為執行下述操作：

接收所述終端設備發送的控制指令；所述控制指令包括偏轉角占空比和尾鰭擺動頻率，其中，所述偏轉角占空比為在尾鰭周期性擺動的情況下，一個擺動周期內正偏轉角對應的時間與所述的一個擺動周期的比值；

依據所接收的控制指令生成PWM信號；其中，所述PWM信號的頻率與所述尾鰭擺動頻率相同，占空比與所述偏轉角占空比相同；

將所生成的PWM信號輸入至所述螺線管，以驅動所述螺線管在兩塊永磁鐵之間移動，從而帶動所述尾鰭擺動。

進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：

所述驅動組件包括旋轉連接件、尾部連桿和尾柄；

所述旋轉連接件包括第一卡接件和第二卡接件，所述第一卡接件與所述螺線管固定連接，所述第二卡接件與所述尾部連桿的一端固定連接，并且所述第一卡接件與所述第二卡接件滑動連接，使得所述尾部連桿能夠在所述螺線管驅動下擺動；

所述尾部連桿的另一端貫穿出魚身底部后與所述尾柄連接；

所述尾柄與所述尾鰭插接連接。

進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：

所述磁驅動模塊還包括密封件；所述密封件設置在所述尾部連桿與所述魚身底部的內壁之間，用于防止水流流入所述魚身。

進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：