CN103950526A - 一种轻小型磁致摆动的仿生机器鱼 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻小型磁致摆动的仿生机器鱼，包括鱼身，磁动力鱼尾，U型块和充电桩，所述鱼身与所述磁动力鱼尾通过所述U型块连接，所述充电桩安装在所述鱼身的与所述鱼尾连接面的下端，所述鱼身包括红外传感探头，第二防水壳体，鱼身外表的第二防水壳体，控制开关和防水软塞，所述磁动力鱼尾包括磁感应线圈，转动轴，PVC筒管，圆形永磁体和柔性鱼尾。本发明结构简单，体积轻小；磁动力推进机构不需任何防水保护，大大降低了机构的复杂度；能耗低，提高了续航能力；磁动力模式的能耗功率仅为电机的1/4,而且工作电压范围较广；控制简单方便，通过控制线圈的电流方向和电流大小，便可以轻松地控制机器鱼前进、加速、转弯和沉浮等。

Description

一种轻小型磁致摆动的仿生机器鱼

技术领域

本发明涉及到一种仿生机器鱼，具体涉及一种轻小型磁致摆动的仿生机器鱼。

背景技术

    鱼类的游动，特别是鲹科鱼类的游动，主要靠体干波动以及鱼鳍的规律性非定常运动来实现，包括启动、巡游、转向、加减速以及沉浮等动作。鱼类的游动具有运动效率高、阻力小、机动性高和噪声小、对环境的扰动小的特点，正是这些卓越的游动性能，吸引了越来越多的科研人员投入到仿生机器鱼的研究行列当中。而模仿鱼类的外形以及游动机理，研制出仿生机器鱼系统使之具有高效、灵活的水下巡游能力，可以应用于复杂环境下的资源探测、生物研究和军事侦察等领域。

    目前大部分的仿生机器鱼都采用电机关节级连或人工肌肉的驱动方式来实现，主要存在着体积冗余、难于防水、控制复杂的问题，特别是运动机构的防水问题，给机器鱼的发展带来很大的制约。针对以上问题，本发明提出一种新型的采用磁动力作为前进推动力、体积轻小、低能耗的仿生机器鱼，不但不需要考虑驱动机构的防水问题，而且还极大地提高了续航能力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种轻小型磁致摆动的仿生机器鱼。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种轻小型磁致摆动的仿生机器鱼，包括鱼身，磁动力鱼尾，U型块和充电桩，所述鱼身与所述磁动力鱼尾通过所述U型块连接，所述充电桩安装在所述鱼身的与所述鱼尾连接面的下端，所述鱼身包括红外传感探头，第二防水壳体，鱼身外表的第二防水壳体，控制开关和防水软塞，所述红外传感探头安装在第一防水壳体的两侧，所述电源开关安装在所述U型块与所述鱼身的连接面的上端，且表面套有所述所述防水软塞；所述磁动力鱼尾包括磁感应线圈，转动轴，PVC筒管，圆形永磁体和柔性鱼尾，所述磁感应线圈绕在所述PVC筒管上，所述磁感应线圈旁边安装有转动轴，且所述转动轴穿过了所述PVC筒管，所述PVC筒管的内部设有所述圆形永磁体，所述圆形永磁体与所述柔性鱼尾连接。

进一步的，所述鱼身的内部安装有舵机，舵盘连杆，电路板，支架，配重块和大容量的锂电池和L型板，所述舵机和所述配重块组成了重心调整机构，且所述配重块固定在所述舵机上，所述舵机与所述舵盘连杆连接，所述舵机下方安装有所述电路板，所述电路板与所述L型板之间通过所述支架连接，所述L型板下方为大量的锂电池。

进一步的，所述机器鱼的驱动模式为磁动力摆动推进方式，且推进机构本身具有防水功能。

优选的，所述机器鱼的鱼体防水设计采用分体螺纹连接方式，且所述第一防水壳体和所述第二防水壳体采用PVC加工材料。

进一步的，所述机器鱼的所有缝隙都采用防水硅胶进行密封。

进一步的，所述柔性鱼尾是新月形的柔性乳胶板。

本发明的有益效果: 

本发明结构简单，体积轻小；磁动力推进机构不需要任何防水保护，大大降低了机构的复杂度；能耗低，提高了续航能力；与常用的舵机作为驱动源相比，磁动力模式的能耗功率仅为电机的1/4,而且工作电压范围较广； 控制简单方便，通过控制线圈的电流方向和电流大小，便可以轻松地控制机器鱼前进、加速、转弯和沉浮等。

附图说明

图1是本发明一种轻小型磁致摆仿生机器鱼的结构示意图。

图2是本发明机器鱼的鱼身部分的剖视结构示意图；

图3是本发明机器鱼的磁动力鱼尾部分的结构示意图。

图中标号说明：1、红外传感器探头，2、第一防水壳体，3、第二防水壳体，4、控制开关，5、防水软塞，6、U型块，7、磁感应线圈，8、转动轴，9、PVC筒管，10、圆形永磁体，11、柔性鱼尾，12、充电桩，13、舵机，14、舵盘连杆，15、电路板，16、之间，17、配重块，18、大量的锂电池，19、L型板。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

参照图1-图3所示，一种轻小型磁致摆动的仿生机器鱼，包括鱼身，磁动力鱼尾，U型块6和充电桩12，所述鱼身与所述磁动力鱼尾通过所述U型块6连接，所述充电桩12安装在所述鱼身的与所述鱼尾连接面的下端，所述鱼身包括红外传感探头1，第二防水壳体2，鱼身外表的第二防水壳体3，控制开关4和防水软塞5，所述红外传感探头1安装在第一防水壳体2的两侧，所述电源开关4安装在所述U型块6与所述鱼身的连接面的上端，且表面套有所述所述防水软塞5；所述磁动力鱼尾包括磁感应线圈7，转动轴8，PVC筒管9，圆形永磁体10和柔性鱼尾11，所述磁感应线圈7绕在所述PVC筒管9上，所述磁感应线圈7旁边安装有转动轴8，且所述转动轴8穿过了所述PVC筒管9，所述PVC筒管9的内部设有所述圆形永磁体10，所述圆形永磁体10与所述柔性鱼尾11连接。

进一步的，所述鱼身的内部安装有舵机13，舵盘连杆14，电路板15，支架16，配重块17和大容量的锂电池18和L型板19，所述舵机13和所述配重块17组成了重心调整机构，且所述配重块17固定在所述舵机13上，所述舵机13与所述舵盘连杆14连接，所述舵机13下方安装有所述电路板15，所述电路板15与所述L型板19之间通过所述支架16连接，所述L型板下方为大量的锂电池18。

进一步的，所述机器鱼的驱动模式为磁动力摆动推进方式，且推进机构本身具有防水功能。

优选的，所述机器鱼的鱼体防水设计采用分体螺纹连接方式，且所述第一防水壳体2和所述第二防水壳体3采用PVC加工材料。

进一步的，所述机器鱼的所有缝隙都采用防水硅胶进行密封。

进一步的，所述柔性鱼尾11是新月形的柔性乳胶板。

本发明的原理：

如图1所示，充电桩12为收纳于鱼身中的大容量的18锂电池充电，电源开关4表面套上了防水软塞5，有效地防止水进入到鱼身去。鱼身部分外表由第一防水壳体2和第二防水壳体3密封防水。当控制开关4打开后，机器鱼就能通过柔性的尾鳍左右摆动获得向前推进的动力。

如图2所示，防水壳体采用PVC材料通过激光快速成型技术加工而成，防水壳体采用分体设计，由第一防水壳体2和第二防水壳体3两个分型通过螺纹连接，既能有效防水，又方便装卸。红外传感器探头1用来检测障碍，实现自主巡游。重心调整机构通过舵机13控制配重17块前后移动，实现机器鱼重心的调整。当配重块17在前端时，鱼头朝下，柔性鱼尾11推着机器鱼下沉；当配重块17在后端时，鱼头朝上，机器鱼向上浮起。

如图3所示，磁感应线圈7采用丝径为0.5mm的漆包线在PVC筒管9上绕制而成，具有很强的电磁效应性能和很好的防水性能。圆形永磁体10选用汝铁硼材质的强磁，磁性强，不易消磁。永磁体与一个新月形乳胶柔性鱼尾11连接在一起，在磁感应线圈7有交变电流时，柔性鱼尾11就能在磁场的作用下绕着转动轴左右摆动。磁动力尾部在左右摆动当中，因其具有很好的柔韧性，能形成适当的击水角，为仿生机器鱼提供较大的推进力。通过调整控制模块的信号输出，可以控制鱼尾在水中的摆幅、频率，从而控制仿生机器鱼的游动速度。另外，通过控制柔性鱼尾11摆动的角度和范围，机器鱼可以实现双向转弯。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种轻小型磁致摆动的仿生机器鱼，其特征在于，包括鱼身，磁动力鱼尾，U型块（6）和充电桩（12），所述鱼身与所述磁动力鱼尾通过所述U型块（6）连接，所述充电桩（12）安装在所述鱼身的与所述鱼尾连接面的下端，所述鱼身包括红外传感探头（1），第二防水壳体（2），鱼身外表的第二防水壳体（3），控制开关（4）和防水软塞（5），所述红外传感探头（1）安装在第一防水壳体（2）的两侧，所述电源开关（4）安装在所述U型块（6）与所述鱼身的连接面的上端，且表面套有所述所述防水软塞（5）；所述磁动力鱼尾包括磁感应线圈（7），转动轴（8），PVC筒管（9），圆形永磁体（10）和柔性鱼尾（11），所述磁感应线圈（7）绕在所述PVC筒管（9）上，所述磁感应线圈（7）旁边安装有转动轴（8），且所述转动轴（8）穿过了所述PVC筒管（9），所述PVC筒管（9）的内部设有所述圆形永磁体（10），所述圆形永磁体（10）与所述柔性鱼尾（11）连接。

2.根据权利要求1所述的轻小型磁致摆动的仿生机器鱼，其特征在于，所述鱼身的内部安装有舵机（13），舵盘连杆（14），电路板（15），支架（16），配重块（17）和大容量的锂电池（18）和L型板（19），所述舵机（13）和所述配重块（17）组成了重心调整机构，且所述配重块（17）固定在所述舵机（13）上，所述舵机（13）与所述舵盘连杆（14）连接，所述舵机（13）下方安装有所述电路板（15），所述电路板（15）与所述L型板（19）之间通过所述支架（16）连接，所述L型板下方为大量的锂电池（18）。

3.根据权利要求1所述的轻小型磁致摆动的仿生机器鱼，其特征在于，所述机器鱼的驱动模式为磁动力摆动推进方式，且推进机构本身具有防水功能。

4.根据权利要求1所述的轻小型磁致摆动的仿生机器鱼，其特征在于，所述机器鱼的鱼体防水设计采用分体螺纹连接方式，且所述第一防水壳体（2）和所述第二防水壳体（3）采用PVC加工材料。

5.根据权利要求1所述的轻小型磁致摆动的仿生机器鱼，其特征在于，所述机器鱼的所有缝隙都采用防水硅胶进行密封。

6.根据权利要求1所述的轻小型磁致摆动的仿生机器鱼，其特征在于，所述柔性鱼尾（11）是新月形的柔性乳胶板。