CN102556310A - 一种仿生鱼的驱动与控制方法及仿生鱼 - Google Patents

一种仿生鱼的驱动与控制方法及仿生鱼 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种仿生鱼的仿生驱动与控制方法，其包括以下步骤：1)设置一密封的鱼身体，及一可相对该身体摆动的鱼尾；2)在身体两侧对应线圈的位置各设置一粒磁石，当线圈充电时一边产生吸力一边产生推力；3)供电给线圈，通过控制供电的电流方向和通断时间长度的变化，来控制鱼尾摆动，实现前进或转弯。本发明还提供了一种采用上述方法的仿真鱼，其包括可相对摆动的一鱼身体组件和鱼尾部组件，在该身体组件1中设置有一驱动控制电路；在身体组件包括一左侧壳体和右侧壳体，其中各装有一粒磁石，两粒磁石相对面的极性相同；通过变化的磁场与磁石的相互作用，推动尾部产生摆动作用，进而推动整个身体前进。

Description

一种仿生鱼的驱动与控制方法及仿生鱼
技术领域
本发明涉及玩具或水下机器人领域，特别涉及一种可以模仿鱼类由尾部驱动前进、转弯及升降的仿生鱼的驱动与控制方法及仿生鱼。 
背景技术
现有技术中，仿生学是20世纪60年代出现的一门综合性边缘科学，它由生命科学与工程技术学科相互渗透、相互结合而成，通过学习、模仿、复制和再造生物系统的结构、功能、工作原理及控制机制，来改进现有的或创造性的机械、仪器、建筑和工艺过程。仿生机器人这门学科产生和存在的前提就在于，生物经过了长期的自然选择进化而来，在结构、功能执行、信息处理、环境适应、自主学习等多方面具有高度的合理性、科学性和进步性。而非结构化的、未知的工作环境、复杂的精巧的高难度的工作任务和对于高精确度、高灵活性、高可靠性、高智能性的目标需求则是仿生机器人提出和发展的客观动力。 
在玩具行业中，仿生学也得到了充分的应用，市面上充斥着琳琅满目的仿生电动鱼，但真正能在水中实现前进，转弯及升降的不多，而要在小尺寸上实现这些功能的还没有。 
发明内容
本发明的目的在于，提供一种仿生鱼的仿生驱动与控制方法，以及采用该仿生驱动与控制方法的设计合理的仿生鱼，通过巧妙的结构设计，逼真的模仿了鱼的前进转弯及升降时的动作，操作灵活、运行方便，支持各种自编程或遥 控控制。 
本发明为实现上述目的所采用的技术方案为： 
一种仿生鱼的驱动与控制方法，其特征在于，其包括以下步骤： 
1)设置一密封的鱼身体，及一可相对该身体摆动的鱼尾；所述的鱼身体内设有一驱动控制电路、电池及一条轴，所述的鱼尾固定在该轴的的一端，其另一端固定有一个线圈支架，线圈支架的中间固定有一个线圈，在轴的中间套有一个密封圈，密封圈的内孔与尾轴相对固定，密封圈的外圈与鱼身体相对固定，构成一浮动密封； 
2)在身体两侧对应线圈的位置各设置一粒磁石，朝向线圈的磁石面的极性相同，以保证当线圈充电时一边产生吸力一边产生推力； 
3)使所述驱动控制电路及电池供电给线圈，通过控制供电的电流方向和通断时间长度的变化，来控制鱼尾摆动，电流方向不同时鱼尾摆动的方向也不同，当正反向供电时间长度不同时，则鱼尾相应产生偏向推动力从而实现转弯。 
4)制备一对线圈和磁石，将其中的线圈固定在鱼身体上，当在线圈中正反向通电时，线圈和磁石之间分别产生推力和吸力； 
5)将磁石固定在所述电池上，这样通过线圈和磁石的相互作用力带动电池前后移动，从而改变其重心在鱼身体内的位置，实现调节整体鱼身体重心的目的。 
(6)制备一驱动控制电路振动开关，该开关通过外部振动使之产生触发信号，从而唤醒或关闭该驱动控制电路。 
(7)在所述密封圈上内侧设置一硬质胀紧圈，使所述密封圈与鱼身体贴紧。 
所述的步骤(1)、(2)中的线圈和磁石，是将磁石固定在支架上，而将两个 线圈分别固定在鱼身体两侧。 
所述的步骤(4)、(5)中的磁石和线圈，是将磁石固定在鱼身体上，而线圈固定在移动部件上；用以调节重心的零件是电池，或是单纯的线圈或磁石，或专用的重块。 
根据前述仿生鱼的驱动与控制方法制备的仿生鱼，其特征在于，其包括可相对摆动的一鱼身体组件和鱼尾部组件，在该身体组件1中设置有一驱动控制电路；在身体组件包括一左侧壳体和右侧壳体，其中各装有一粒磁石，两粒磁石相对面的极性相同；所述尾部组件包括一密封圈和一支持架；所述左侧壳体和右侧壳体通过尾部组件的密封圈和支持架而将尾部组件浮动支持；一尾部轴穿过密封圈中心的孔而固定，尾部轴的外侧端套设有鱼尾，内侧一端插入一个线圈支架的侧向小孔中，线圈支架的中间大孔中固定有一个线圈；当驱动控制电路输出电流到线圈时，产生的磁场与两个磁石的磁场相互作用，一侧产生的是吸力，另一侧产生的则是推力，当电流方向改变时，力的方向也随之改变，从而推动尾部产生摆动作用，进而推动整个身体前进。 
所述的的仿生鱼，其特征在于，所述的驱动控制电路包括PCB、振动开关、红外接收管、工作和充电LED指示灯；振动开关由中心柱和振动弹簧组成；当来自身体的振动传递到弹簧上时，弹簧会产生摆动，当摆动超过一定幅度时就会接触到中心柱，从而产生一个电信号唤醒驱动控制电路，此时就可以由红外接收管接收外面的遥控信号，控制电路再根据接收到的信号执行相应的操作。 
所述的仿生鱼，其特征在于，其还设有一导光件，所述的LED指示灯亮时光线入射面进入该导光件，经两处反射面分配到两侧，经两端射出到鱼眼睛位置，再经鱼眼睛射出到外面。 
所述的仿生鱼，其特征在于，在鱼身体内部设有一线圈，一磁石贴于电池 上；当线圈充电时产生的磁场与磁石相互作用产生吸力或推力，从而带动电池移动；向前移动时，重心将往前，鱼身体前倾，鱼尾部摆动前进时就有向下的分力，鱼就会下潜；当磁石带动电池向后移动时，重心后移，鱼头抬起，鱼尾部摆动前进时就有向上的分力，让鱼往上游。 
所述的仿生鱼，其特征在于，设置触发电路用以触发线圈的通电，该触发电路可以选自(a)振动开关或(b)湿敏元件或(c)电路或开关电路的终端，这就使所述仿生鱼在所处的水环境中，通过水的导电构成了电子回路。 
本发明的有益效果为：本发明结构简洁、合理，动力系统设计巧妙，通过线圈变化磁场与磁石固定磁场的相互作用、配合，灵活实现了驱动与重心调节，逼真的模仿了自然界中鱼类的活动时的动作，使用者可以通过多种控制手段方便、快捷的使其实现前进、左右转、下潜及上浮等功能，其灵活性高，可靠性强，支持遥控及自编程控制，简化了结构、便于制造和控制，相比现有技术具有实质性特点和显著的进步。 
本发明可以广泛应用于制造各种电动、遥控或自编程控制的玩具、教具等产品。 
下面结合附图与实施例，对本发明进一步说明。 
附图说明
图1是本发明实施例的外形结构示意图； 
图2是图1中去除一侧外壳的内部结构示意图； 
图3是图1中尾部横剖的结构示意图； 
图4是本发明实施例中充电座盖的示意图； 
图5是本发明实施例中尾部线圈支架的结构示意图； 
图6是本发明实施例中指示灯的光路结构示意图。 
图7是另一种形式的线圈和磁石结构的示意图。 
具体实施方式
实施例：参见图1至图6，本发明提供的一种仿生鱼的驱动与控制方法，其包括以下步骤： 
1)设置一密封的鱼身体，及一可相对该身体摆动的鱼尾；所述的鱼身体内设有一驱动控制电路、电池及一条轴，所述的鱼尾固定在该轴的的一端，其另一端固定有一个线圈支架，线圈支架的中间固定有一个线圈，在轴的中间套有一个密封圈，密封圈的内孔与尾轴相对固定，密封圈的外圈与鱼身体相对固定，构成一浮动密封； 
2)在身体两侧对应线圈的位置各设置一粒磁石，朝向线圈的磁石面的极性相同，以保证当线圈充电时一边产生吸力一边产生推力； 
3)使所述驱动控制电路及电池供电给线圈，通过控制供电的电流方向和通断时间长度的变化，来控制鱼尾摆动，电流方向不同时鱼尾摆动的方向也不同，当正反向供电时间长度不同时，则鱼尾相应产生偏向推动力从而实现转弯。 
4)制备一对线圈和磁石，将其中的线圈固定在鱼身体上，当在线圈中正反向通电时，线圈和磁石之间分别产生推力和吸力； 
5)将磁石固定在所述电池上，这样通过线圈和磁石的相互作用力带动电池前后移动，从而改变其重心在鱼身体内的位置，实现调节整体鱼身体重心的目的。 
(6)制备一驱动控制电路振动开关，该开关通过外部振动使之产生触发信号，从而唤醒或关闭该驱动控制电路。 
(7)在所述密封圈上内侧设置一硬质胀紧圈，使所述密封圈与鱼身体贴紧。 
所述的步骤(1)、(2)中的线圈和磁石，是将磁石固定在支架上，而将两个线圈分别固定在鱼身体两侧。 
所述的步骤(4)、(5)中的磁石和线圈，是将磁石固定在鱼身体上，而线圈固定在移动部件上；其他实施例中，用以调节重心的零件也可以是电池，或是单纯的线圈或磁石，或专用的重块。 
根据前述仿生鱼的驱动与控制方法制备的仿生鱼，其包括可相对摆动的一鱼身体组件和鱼尾部组件，在该身体组件1中设置有一驱动控制电路；在身体组件包括一左侧壳体和右侧壳体，其中各装有一粒磁石，两粒磁石相对面的极性相同；所述尾部组件包括一密封圈和一支持架；所述左侧壳体和右侧壳体通过尾部组件的密封圈和支持架而将尾部组件浮动支持；一尾部轴穿过密封圈中心的孔而固定，尾部轴的外侧端套设有鱼尾，内侧一端插入一个线圈支架的孔中，线圈支架的中间孔中固定有一个线圈；当驱动控制电路输出电流到线圈时，产生的磁场与两个磁石的磁场相互作用，一侧产生的是吸力，另一侧产生的则是推力，当电流方向改变时，力的方向也随之改变，从而推动尾部产生摆动作用，进而推动整个身体前进。 
所述的的仿生鱼，其特征在于，所述的驱动控制电路包括PCB、振动开关、红外接收管、工作和充电LED指示灯；振动开关由中心柱和振动弹簧组成；当来自身体的振动传递到弹簧上时，弹簧会产生摆动，当摆动超过一定幅度时就会接触到中心柱，从而产生一个电信号唤醒驱动控制电路，此时就可以由红外接收管接收外面的遥控信号，控制电路再根据接收到的信号执行相应的操作。 
所述的仿生鱼，其特征在于，其还设有一导光件，所述的LED指示灯亮时光线入射面进入该导光件，经两处反射面分配到两侧，经两端射出到鱼眼睛位置，再经鱼眼睛射出到外面。 
所述的仿生鱼，其特征在于，在鱼身体内部设有一线圈，一磁石贴于电池上；当线圈充电时产生的磁场与磁石相互作用产生吸力或推力，从而带动电池移动；向前移动时，重心将往前，鱼身体前倾，鱼尾部摆动前进时就有向下的分力，鱼就会下潜；当磁石带动电池向后移动时，重心后移，鱼头抬起，鱼尾部摆动前进时就有向上的分力，让鱼往上游。 
本实施例仿生鱼包括可相对摆动的身体组件1和尾部组件2，在该身体组件1中设置有一驱动控制电路3；在身体组件1的左侧壳体11和右侧壳体13中各装有一粒磁石12，两粒磁石相对面的极性相同；左侧壳体11和右侧壳体13通过尾部组件2的密封圈24和支持架23而将尾部组件浮动支持；尾部轴22穿过密封圈24中心的孔而固定，尾部轴22的外侧端套有鱼尾21，内侧一端插入一个线圈支架25的孔251中，线圈支架25的中间孔252中固定有一个线圈26；当控制电路3输出电流到线圈26时，产生的磁场与两个磁石12的磁场相互作用，一侧产生的是吸力，另一侧产生的则是推力，当电流方向改变时，力的方向也随之改变，从而推动尾部产生摆动作用，进而推动整个身体前进。 
当鱼在前进中如果鱼尾与鱼身成一定角度就会产生一个偏转力，鱼尾在摆动过程中如果在两侧停留的时间不一样这个偏转力就不对称，鱼在行进中就会转弯，为此只要改变由驱动控制电路3输出给线圈26的正向和反向的电流脉冲就可以改变前进方向。 
驱动控制电路3中包括PCB 31、振动开关32、红外接收管33、工作和充电LED指示灯34和35；振动开关32由中心柱321和振动弹簧322组成；当来自身体的振动传递到弹簧上时，弹簧会产生摆动，当摆动超过一定幅度时就会接触到中心柱，从而产生一个电信号唤醒驱动控制电路，此时就可以由红外接收管33接收外面的遥控信号，控制电路再根据接收到的信号执行相应的操作。 
指示灯34或35亮时光线入射面141进入导光件14，经两处反射面142分配到两侧，经两端143射出到眼睛位置，再经鱼的眼睛射出到外面。 
为了能够改变鱼的重心，从而调节鱼身倾斜方向，在鱼尾驱动就会产生一个偏转力；在鱼身内部固定有线圈15，磁石16贴于电池17上；当线圈15充电时产生的磁场与磁石16相互作用产生吸力或推力，从而带动电池17移动；向前移动时，重心将往前，身体1前倾，尾部2摆动前进时就有向下的分力，鱼就会下潜；当磁石16带动电池17向后移动时，重心后移，鱼头抬起，尾部2摆动前进时就有向上的分力，让鱼往上游。 
另一种改变重心的方法是磁石固定，让线圈移动，或线圈带动电池或其他配重件移动，此时移动件本身不能有是可磁化的铁质等材料，否则会与磁石之间产生吸力，从而影响线圈充电时应有的动作。 
装配充电盖18时，将柱183插入鱼身左壳中再从内侧拉柱183，直到182接入孔中，并与鱼身左壳13紧配，将柱184紧插入。 
当上述重心调节机构横向布置时就可以在左右方向上调节重心；而纵向布置时就可以在前后方向上调节重心。 
打开防水盖18就可以让Micro-USB插头插入充电座19，驱动控制电路3的充电系统设计成可采用USB电源，这样就可以采用带Micro-UBS充电头的充电器进行充电，因为大量手机采用这种充电器，此产品就无需配备专门的充电器，这样可以节约成本，当然仅功能而言也可以采用其他的插头插座。 
本实施例中采用的是红外线遥控，也可以采用无线电遥控，如果在鱼身内置入蓝牙接收器或WIFI则可以通过电脑或手机来控制。如果在鱼身内置能感应声光变化或触碰等的各种传感器和能处理这些传感器信号的微处理器就能实现自主控制。 
另外，还可设置触发电路用以触发线圈的通电，该触发电路可以选自(a)振动开关或(b)湿敏元件或(c)电路或开关电路的终端。湿敏元件的存在使所述仿生鱼在所处的水环境中，通过水的导电构成了电子回路。 
如本发明实施例所述，与本发明相同或相似结构的其他仿生鱼的仿生驱动与控制方法均在本发明保护范围内。 

Claims (11)

1.一种仿生鱼的驱动与控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：
1)设置一密封的鱼身体，及一可相对该身体摆动的鱼尾；所述的鱼身体内设有一驱动控制电路、电池及一条轴，所述的鱼尾固定在该轴的的一端，其另一端固定有一个线圈支架，线圈支架的中间固定有一个线圈，在轴的中间套有一个密封圈，密封圈的内孔与尾轴相对固定，密封圈的外圈与鱼身体相对固定，构成一浮动密封；
2)在身体两侧对应线圈的位置各设置一粒磁石，朝向线圈的磁石面的极性相同，以保证当线圈充电时一边产生吸力一边产生推力；
3)使所述驱动控制电路及电池供电给线圈，通过控制供电的电流方向和通断时间长度的变化，来控制鱼尾摆动，电流方向不同时鱼尾摆动的方向也不同，当正反向供电时间长度不同时，则鱼尾相应产生偏向推动力从而实现转弯。
2.根据权利要求1所述的仿生鱼的驱动与控制方法，其特征在于，其还包括以下步骤：
4)制备一对线圈和磁石，将其中的线圈固定在鱼身体上，当在线圈中正反向通电时，线圈和磁石之间分别产生推力和吸力；
5)将磁石固定在所述电池上，这样通过线圈和磁石的相互作用力带动电池前后移动，从而改变其重心在鱼身体内的位置，实现调节整体鱼身体重心的目的。
3.根据权利要求1或2所述的仿生鱼的驱动与控制方法，其特征在于，其还包括以下步骤：
(6)制备一驱动控制电路振动开关，该开关通过外部振动使之产生触发信号，从而唤醒或关闭该驱动控制电路。
4.根据权利要求1或2所述的仿生鱼的驱动与控制方法，其特征在于，其还包括以下步骤：
(7)在所述密封圈上内侧设置一硬质胀紧圈，使所述密封圈与鱼身体贴紧。
5.根据权利要求1或2所述的仿生鱼的驱动与控制方法，其特征在于，其还包括以下步骤：所述的步骤(1)、(2)中的线圈和磁石，是将磁石固定在支架上，而将两个线圈分别固定在鱼身体两侧。
6.根据权利要求1或2所述的仿生鱼的驱动与控制方法，其特征在于，其还包括以下步骤：所述的步骤(4)、(5)中的磁石和线圈，是将磁石固定在鱼身体上，而线圈固定在移动部件上；用以调节重心的零件是电池，或是单纯的线圈或磁石，或专用的重块。
7.根据权利要求1或2所述仿生鱼的驱动与控制方法制备的仿生鱼，其特征在于，其包括可相对摆动的一鱼身体组件和鱼尾部组件，在该身体组件1中设置有一驱动控制电路；在身体组件包括一左侧壳体和右侧壳体，其中各装有一粒磁石，两粒磁石相对面的极性相同；所述尾部组件包括一密封圈和一支持架；所述左侧壳体和右侧壳体通过尾部组件的密封圈和支持架而将尾部组件浮动支持；一尾部轴穿过密封圈中心的孔而固定，尾部轴的外侧端套设有鱼尾，内侧一端插入一个线圈支架的侧向小孔中，线圈支架的中间大孔中固定有一个线圈；当驱动控制电路输出电流到线圈时，产生的磁场与两个磁石的磁场相互作用，一侧产生的是吸力，另一侧产生的则是推力，当电流方向改变时，力的方向也随之改变，从而推动尾部产生摆动作用，进而推动整个身体前进。
8.根据权利要求7所述的仿生鱼，其特征在于，所述的驱动控制电路包括PCB、振动开关、红外接收管、工作和充电LED指示灯；振动开关由中心柱和振动弹簧组成；当来自身体的振动传递到弹簧上时，弹簧会产生摆动，当摆动超过一定幅度时就会接触到中心柱，从而产生一个电信号唤醒驱动控制电路，此时就可以由红外接收管接收外面的遥控信号，控制电路再根据接收到的信号执行相应的操作。
9.根据权利要求8所述的仿生鱼，其特征在于，其还设有一导光件，所述的LED指示灯亮时光线入射面进入该导光件，经两处反射面分配到两侧，经两端射出到鱼眼睛位置，再经鱼眼睛射出到外面。
10.根据权利要求7所述的仿生鱼，其特征在于，在鱼身体内部设有一线圈，一磁石贴于电池上；当线圈充电时产生的磁场与磁石相互作用产生吸力或推力，从而带动电池移动；向前移动时，重心将往前，鱼身体前倾，鱼尾部摆动前进时就有向下的分力，鱼就会下潜；当磁石带动电池向后移动时，重心后移，鱼头抬起，鱼尾部摆动前进时就有向上的分力，让鱼往上游。
11.根据权利要求7～10任一权利要求所述的仿生鱼，其特征在于，设置触发电路用以触发线圈的通电，该触发电路可以选自(a)振动开关或(b)湿敏元件或(c)电路或开关电路的终端，这就使所述仿生鱼在所处的水环境中通过水的导电构成了电子回路。
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