[發(fā)明專利]基于胸鰭輔助尾鰭運動的水面垃圾清潔機器魚

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110026587.3
• 申請日: 2021-01-08
• 公開（公告）號: CN112693570A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭李雯;戴懷軒;張澤宇
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號: B63B35/32
• 分類號: B63B35/32;E02B15/10
• 代理公司: 南京千語知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32394
• 代理人: 尚于杰;祁文彥

本發(fā)明公開了一種基于胸鰭輔助尾鰭運動的水面垃圾清潔機器魚，包括魚頭組件、胸鰭、尾部連接件、尾鰭、伸縮桿、垃圾收納網(wǎng)和魚形外殼；利用機器魚在水體中自由游動、沉潛的特點主要解決狹小水域固體垃圾的清理問題。本發(fā)明的垃圾收集裝置采用垃圾收納網(wǎng)，結(jié)構(gòu)簡單，且網(wǎng)可拆卸，網(wǎng)的大小可根據(jù)水域大小調(diào)整更換；網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)重量輕，接觸面大，降低成本的同時使垃圾存儲量擴大。本發(fā)明基于胸鰭輔助尾鰭運動的機器魚在配重塊與浮力作用下可沉潛入水，垃圾清潔由單純的水面范圍擴展到整個淺層水域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機器魚技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于胸鰭輔助尾鰭運動的水面垃圾清潔機器魚。

背景技術(shù)

對于水面垃圾的清理，現(xiàn)多采用人工打撈或大型綜合清污裝置，但兩者都體積龐大，在狹窄的水域移動不便，成本過高、效率較低；采用傳統(tǒng)螺旋槳推進器的水下機器人，在螺旋槳旋轉(zhuǎn)推進過程中會產(chǎn)生側(cè)向的渦流，增加阻力與能源消耗、降低推進效率且體積大、噪聲較大。模仿魚類的游動推進模式，研制出高效低噪靈活機動的仿生機器魚，用以進行水下復(fù)雜環(huán)境作業(yè)，已經(jīng)成為研究人員追求的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決水下機器人推進效率低、體積大、噪聲大，現(xiàn)有水面垃圾清理設(shè)備體積過大的問題，而提供一種水面垃圾清潔機器魚，利用機器魚胸鰭輔助尾鰭運動時靈活性高、體積小，優(yōu)化解決水域固體垃圾的清理問題，降低成本，提高清潔效率。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

一種基于胸鰭輔助尾鰭運動的水面垃圾清潔機器魚，包括魚頭組件、胸鰭、尾部連接件、尾鰭、伸縮桿、垃圾收納網(wǎng)和魚形外殼；胸鰭連接在魚頭組件上，能在魚頭組件的作用下轉(zhuǎn)動及上下拍打，尾部連接件連接在魚頭組件的末端，能夠驅(qū)動魚體擺動，尾鰭固連在尾部連接件的末端，魚頭組件和尾部連接件均位于魚形外殼內(nèi)，伸縮桿固連在魚形外殼的兩側(cè)，伸縮桿的末端通過螺紋連接夾式爪的一端，夾式爪的另一端具有夾爪，夾爪采用高彈性高硬度的碳纖維復(fù)合柔性材料，夾爪固定夾持在垃圾收納網(wǎng)的頂邊緣，垃圾收納網(wǎng)為頂部敞口的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

魚形外殼采用流線型，伸縮桿與在所述魚形外殼固接，兩伸縮桿分別與魚體成銳角對稱分布在魚體兩側(cè)，減小游動阻力，借助水體的反作用力將水域垃圾送至所述垃圾收納網(wǎng)，減少驅(qū)動能耗；伸縮桿末端的夾式爪與所述伸縮桿螺紋連接，可人為調(diào)節(jié)所述垃圾收納網(wǎng)的角度與距離，從而使所述垃圾收納網(wǎng)收集不同距離的水面垃圾，也可根據(jù)水域大小選擇不同的垃圾收納網(wǎng)，從而實現(xiàn)大范圍的垃圾收集的過程。垃圾收納網(wǎng)通過夾式爪、螺紋連接在伸縮桿上，方便可拆卸更換垃圾收納網(wǎng)以及傾倒垃圾收納網(wǎng)中的垃圾。

進一步地，尾部連接件包括多個單元，多個單元沿著魚體長度方向依次連接，除最后一個單元外，其他每個單元均包括一個舵機和一個固定連接塊，固定連接塊為U形結(jié)構(gòu)，舵機的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動連接在固定連接塊的開口一端，第一個單元的固定連接塊另一端固連在舵盤上，舵盤固定于魚頭組件末端；相鄰單元之間通過支撐環(huán)連接，支撐環(huán)整體為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部具有一個用于支撐舵機的安裝架，前一個單元的舵機支撐在支撐環(huán)內(nèi)，并于支撐環(huán)固定連接，下一個單元的固定連接塊與前一個單元的舵機固連，最后一個單元的固定連接塊一端與前一個單元的舵機固連，另一端固連尾鰭。

優(yōu)選地，支撐環(huán)、固定連接塊、舵盤、魚形外殼均為3D打印成形。

進一步地，魚頭組件包括魚頭外殼和底盤，底盤固定在魚頭外殼內(nèi)部，底盤上固設(shè)有四個舵機，分別為第一舵機、第二舵機、第三舵機和第四舵機，其中第一舵機與第二舵機相對魚頭呈左右對稱設(shè)置，兩個舵機的轉(zhuǎn)軸均朝向魚體外部，即第一舵機的轉(zhuǎn)軸指向魚體左側(cè)，第二舵機的轉(zhuǎn)軸指向魚體右側(cè)，第三舵機與第四舵機相對魚頭呈左右對稱設(shè)置，兩個舵機的轉(zhuǎn)軸均朝向魚背；第一舵機與第二舵機工作同步且轉(zhuǎn)動方向完全相反，第三舵機與第四舵機工作同步且轉(zhuǎn)動方向完全相同。