[發(fā)明專利]一種柔性潛浮式仿生機器魚及其控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810563779.6
• 申請日: 2018-06-04
• 公開（公告）號: CN108839783B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李輝;楊超
• 申請（專利權(quán)）人: 呂梁學(xué)院
• 主分類號: B63H1/36
• 分類號: B63H1/36
• 代理公司: 太原新航路知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 14112
• 代理人: 王云峰

本發(fā)明具體為一種柔性潛浮式仿生機器魚及其控制方法，解決了現(xiàn)有仿生機器魚存在速度較低、仿生效果差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且效率低下的問題。魚體后殼的尾部設(shè)置有尾鰭，魚體前殼的左右兩側(cè)設(shè)置有胸鰭，魚體前殼內(nèi)設(shè)置有升潛機構(gòu)和拍動機構(gòu)，魚體后殼內(nèi)設(shè)置有振動機構(gòu)；拍動機構(gòu)包括減速電機和傳動軸，傳動軸的兩端均設(shè)置有曲柄，曲柄上設(shè)置有連桿；升潛機構(gòu)包括舵機和配重塊，配重塊上端設(shè)置有L型連桿，舵機輸出軸上設(shè)置有舵盤；振動機構(gòu)包括振動盤，振動盤上設(shè)置有主動軸和從動軸，主動軸上設(shè)置有偏心輪I，從動軸上設(shè)置有偏心輪II，主動軸上設(shè)置有伺服電機。本發(fā)明實現(xiàn)了仿生機器魚直游、轉(zhuǎn)向、上浮、下潛等運動，同時提高了水下運動的能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水下仿生領(lǐng)域，具體為一種柔性潛浮式仿生機器魚及其控制方法。

背景技術(shù)

隨著國家的經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，航海強國和海洋強國等意識越來越深入人心；陸上資源的不斷減少、海洋資源的開發(fā)與利用也逐漸被重視起來。而作為國家海洋事業(yè)的重要組成部分，水下機器人能完成包括水下偵查、跟蹤、勘測、救撈和檢測在內(nèi)的多項任務(wù)，傳統(tǒng)的水下航行器一般采用螺旋槳式推進(jìn)裝置，其不可避免的帶來了能耗多、效率低、噪聲大和機動性差等問題，離尖端的水下機器人的要求相差甚遠(yuǎn)，然而魚類作為水下生物進(jìn)化億萬年的佼佼者，其游動過程中表現(xiàn)的高效性、快速性、機動性和低噪聲正好解決了傳統(tǒng)水下機器人存在的問題。因此，近幾十年來，仿生機器魚的研究工作引起了眾多學(xué)者的關(guān)注和重視，人們希望通過研制出接近真實魚類的仿生機器魚，來適應(yīng)復(fù)雜的水下環(huán)境，以進(jìn)行各項水下工作。

魚的游動方式多種多樣，但按照尾鰭的長度和擺動的頻率歸結(jié)起來大致可分為三類：1、鰻魚類：像鰻鱺一樣通過身體肌肉從頭到尾的擺動來產(chǎn)生推進(jìn)力；2、鲹科魚類：擺動尾鰭和尾部像鮭魚、金槍魚和旗魚；3、甲胄魚類：只是擺動尾鰭，但是沒有運動尾，像硬鱗魚。其中鲹科魚類的游動方式是機動性最好的一種游動方式。

自20世紀(jì)90年代，美國麻省理工學(xué)院成功研制出世界上第一條機器魚Robotuna以來，仿生機器魚的研究一直是世界范圍內(nèi)眾多學(xué)者關(guān)注的熱點和難點問題。根據(jù)游動時推進(jìn)所使用身體部位的不同，魚類的推進(jìn)模式主要分為兩類：身體-尾鰭推進(jìn)模式和中間鰭-對鰭推進(jìn)模式。由于通過身體和尾鰭擺動推進(jìn)的魚類在游動速度和效率方面有顯著的優(yōu)勢，因此，這方面的研究更早開始，研究也更加深入，成果也更加顯著。

目前，大多數(shù)的機器魚都采用單個關(guān)節(jié)驅(qū)動或多關(guān)節(jié)串聯(lián)的驅(qū)動方式，單個關(guān)節(jié)擺動方式僅僅模仿了部分魚類的游動方式，但是機器魚與真實魚體的生理組織相差甚遠(yuǎn)，很難在速度和效率上有較大突破，多個關(guān)節(jié)串聯(lián)驅(qū)動則導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制困難，效率低下等問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有仿生機器魚存在速度較低、仿生效果差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且效率低下的問題，提供了一種柔性潛浮式仿生機器魚及其控制方法。

本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種柔性潛浮式仿生機器魚，包括魚體前殼和魚體后殼，魚體后殼的尾部設(shè)置有尾鰭，魚體前殼的左右兩側(cè)設(shè)置有外側(cè)伸出魚體前殼的胸鰭，魚體前殼內(nèi)設(shè)置有升潛機構(gòu)和拍動機構(gòu)，魚體后殼內(nèi)設(shè)置有振動機構(gòu)；拍動機構(gòu)包括固定在魚體前殼內(nèi)的減速電機和位于減速電機上方且水平設(shè)置的傳動軸，減速電機的輸出軸上設(shè)置有主動錐齒輪，傳動軸上設(shè)置有與主動錐齒輪嚙合的從動錐齒輪，且傳動軸的兩端均設(shè)置有曲柄，每個曲柄上設(shè)置有一端與其鉸接、另一端和與其對應(yīng)的胸鰭內(nèi)側(cè)連接的連桿；升潛機構(gòu)包括固定在魚體前殼內(nèi)的舵機和位于舵機下方的配重塊，配重塊上端設(shè)置有底壁與其固定且側(cè)壁穿入舵機輸出軸的L型連桿，舵機輸出軸上設(shè)置有與L型連桿固定的舵盤；振動機構(gòu)包括漲緊在魚體后殼內(nèi)的振動盤，振動盤上設(shè)置有主動軸和從動軸，主動軸上設(shè)置有主動齒輪和位于主動齒輪軸向兩側(cè)的偏心輪I，從動軸上設(shè)置有與主動齒輪嚙合的從動齒輪和位于從動齒輪軸向兩側(cè)的偏心輪II，主動軸上的一端設(shè)置有伺服電機。