CN106005333A - 一种鲹科类仿生机器鱼 - Google Patents

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武建国
张润锋
林兴华
成玉强
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Abstract

本发明提供了一种鲹科类仿生机器鱼，属于水下机器人技术领域，包括鱼尾、尾部传递机构、尾部舵机、电池、控制器、胸鳍舵机、开关和鱼身，还包括压力传感器、密封筒、电子罗盘、浮力调节缸、直线电位计、浮力电机、摄像头和胸鳍，所述的鱼尾通过尾部传动机构与尾部舵机连接，鱼身内设有密封筒和浮力调节缸，密封筒内设有电池、控制器和胸鳍舵机，浮力调节缸的后端设有浮力电机，鱼身头部设有开关和摄像头。本发明的有益效果为：结构合理，新颖巧妙，能够搭载多种信息采集模块进行数据采集，同时能适应多种环境下的作业需求，具有良好的机动性能和推进效率，模块化设计便于制造、安装和调试，简化了复杂零件的设计与加工，降低了成本。

Description

一种鲹科类仿生机器鱼
技术领域
本发明涉及水下机器人技术领域，尤其涉及一种鲹科类仿生机器鱼。
背景技术
当今时代是海洋领域急速发展的时代，随着人们对于资源开发的进程逐渐加快，海洋领域已成为重要的开发部分，在开发过程中，水下机器人逐渐发展成为海洋资源探索的主要工具。常用的水下机器人常采用螺旋桨进行推进，但是螺旋桨具有制造成本高，推进效率低，噪声大等不足，使其应用具有一定的局限性。仿生机器鱼因其推进效率高，游动过程噪声小，运动灵活敏捷，游动时摆动频率高，转弯性能好等特性，整体性能优于螺旋桨推进，因此成为人们探索海洋资源及采集水下信息等活动的首选。
发明内容
本发明提供了一种鲹科类仿生机器鱼，结构合理，新颖巧妙，能够搭载多种信息采集模块进行数据采集，同时能适应多种环境下的作业需求，具有良好的机动性能和推进效率，模块化设计便于制造、安装和调试，简化了复杂零件的设计与加工，降低了成本。
为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种鲹科类仿生机器鱼，包括鱼尾、尾部传递机构、尾部舵机、电池、控制器、胸鳍舵机、开关和鱼身，还包括压力传感器、密封筒、电子罗盘、浮力调节缸、直线电位计、浮力电机、摄像头和胸鳍，所述的机器鱼外形包括鱼尾和鱼身组成，鱼尾通过尾部传动机构与尾部舵机连接，鱼身内设有密封筒和浮力调节缸，密封筒内设有电池、控制器和胸鳍舵机，浮力调节缸的后端设有浮力电机，鱼身头部设有开关和摄像头。
作为本方案的优选实施例，所述的鱼尾的结构为新月形，剖面为NACA0018翼型，展弦比为5.0-7.0。
作为本方案的优选实施例，所述的尾部传动机构由主动齿轮、从动齿轮和曲柄摇块机构组成，摆动幅度为-30°-+30°。
作为本方案的优选实施例，所述的压力传感器位于尾部舵机所在空腔内，与外界水域连接通。
作为本方案的优选实施例，所述的电池为锂离子二次电池，电池重心位置与机器鱼的重心位于同一竖直线上。
作为本方案的优选实施例，所述的控制器可以选用Arduino单片机。
作为本方案的优选实施例，所述的胸鳍舵机的数量为两个，分别与两个胸鳍连接，胸鳍的形状为椭圆形，剖面为NACA0014线形，胸鳍腔内还设有电子罗盘。
作为本方案的优选实施例，所述的摄像头的数量为两个，位于鱼体的眼部，外面设有亚克力材质的保护罩。
作为本方案的优选实施例，所述的浮力电机为步进电机，通过丝杠与浮力调节缸内的活塞连接。
作为本方案的优选实施例，所述的鱼身的材质为橡胶，结构为鲹科类鱼类的外形流线，内部密封筒的材质为铝合金，两端设有密封盖。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
结构合理，新颖巧妙，能够搭载多种信息采集模块进行数据采集，同时能适应多种环境下的作业需求，具有良好的机动性能和推进效率，模块化设计便于制造、安装和调试，简化了复杂零件的设计与加工，降低了成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例的剖面结构示意图；
图2是本申请实施例的俯视结构示意图。
图1-图2中：1、鱼尾，2、尾部传递机构，3、尾部舵机，4、压力传感器，5、电池，6、控制器，7、密封筒，8、密封盖，9、电子罗盘，10、胸鳍舵机，11、开关，12、鱼身，13、浮力调节缸，14、直线电位计，15、浮力电机，16、摄像头，17、胸鳍。
具体实施方式
本发明提供了一种鲹科类仿生机器鱼，结构合理，新颖巧妙，能够搭载多种信息采集模块进行数据采集，同时能适应多种环境下的作业需求，具有良好的机动性能和推进效率，模块化设计便于制造、安装和调试，简化了复杂零件的设计与加工，降低了成本。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
如图1-图2所示，一种鲹科类仿生机器鱼，包括鱼尾1、尾部传递机构2、尾部舵机3、电池5、控制器6、胸鳍舵机10、开关11和鱼身12，还包括压力传感器4、密封筒7、电子罗盘9、浮力调节缸13、直线电位计14、浮力电机15、摄像头16和胸鳍17，所述的机器鱼外形包括鱼尾1和鱼身12组成，鱼尾1通过尾部传动机构2与尾部舵机3连接，鱼身12内设有密封筒7和浮力调节缸13，密封筒7内设有电池5、控制器6和胸鳍舵机10，浮力调节缸13的后端设有浮力电机15，鱼身12头部设有开关11和摄像头16。
其中，在实际应用中，鱼尾1的结构为新月形，剖面为NACA0018翼型，展弦比为5.0-7.0，在鱼类中具有大的展弦比的游动性能较展弦比较小的游动速度快，大展弦比的鱼类尾鳍一般为新月形或叉形，且尾柄细小狭长，在运动过程中尾鳍摆动，而身体前三分之二部分仅有很小的摆动或波动，保持很大的刚性，这些鱼类的尾鳍推进方式的机械效率非常之高，主要以鲹科鱼类为典型。
其中，在实际应用中，尾部传动机构2由主动齿轮、从动齿轮和曲柄摇块机构组成，摆动幅度为-30°-+30°，结构设计合理，能够产生较高的推进效率。
其中，在实际应用中，压力传感器4位于尾部舵机3所在空腔内，与外界水域连接通，可以对机器鱼的下潜深度进行监测。
其中，在实际应用中，所述的电池5为锂离子二次电池，电池5重心位置与机器鱼的重心位于同一竖直线上，保持良好的平稳姿态，具有灵敏的反应速度和高效的动力学性能。
其中，在实际应用中，所述的控制器6可以选用Arduino单片机，Arduino是一个开放源代码的硬件项目平台，该平台包括一块具备简单I/O功能的电路板以及一套程序开发环境软件，可以用来开发交互产品，也可以开发出与PC连接的周边装置，能在运行时与PC上的软件进行通信。
其中，在实际应用中，所述的胸鳍舵机10的数量为两个，分别与两个胸鳍17连接，胸鳍17的形状为椭圆形，剖面为NACA0014线形，胸鳍腔内还设有电子罗盘9，胸鳍17运动时由胸鳍舵机10驱动进行旋转，使得机器鱼体进行上升或下潜运动，并且通过微动开关来确定保证转动位置及角度的准确性，根据胸鳍面积来确定驱动舵机的扭矩和功率，截面NACA线形能很好的减少运动过程中产生的流体阻力，胸鳍17作为升降舵控制鱼体升潜的方式具有灵敏的反应速度和高效的动力学性能。
其中，在实际应用中，所述的摄像头16的数量为两个，位于鱼体的眼部，外面设有亚克力材质的保护罩，摄像模块主要由摄像头16和亚克力透明罩，以及整体密封壳体、电线进口密封等零件组成，其工作原理是将摄像头16所摄制图像实时传输给操作人员，操作人员根据图像内容进行决策分析，整体密封壳体与亚克力透明罩采用塑料丝连接，并利用O形圈进行密封，摄像头16自身所带电线通过电机线进口密封件与整体电路连接。
其中，在实际应用中，所述的浮力电机15为步进电机，通过丝杠与浮力调节缸13内的活塞连接，通过控制浮力调节缸13的吸排水，调节机器鱼的重浮力平衡，当机器鱼体静止在某一位置时，可以利用储水舱法进行垂直方向上的升降，同时，当机器鱼体遇到紧急情况不能运动时，储水舱法可作为应急救援装置，排水使得机器鱼体的重力小于浮力，使得机器鱼体上浮进行应急救援。
其中，在实际应用中，所述的鱼身12的材质为橡胶，结构为鲹科类鱼类的外形流线，内部密封筒7的材质为铝合金，两端设有密封盖8，机器鱼鱼身12利用橡胶材料包覆内部模块，形成流线型鱼体外形，因为鱼体外形形状复杂，故采用模具注塑方式加工而成，将鱼体沿头尾中轴线分为左右两部分，安装前将密封筒7和浮力调节缸13利用塑料紧箍捆为一体，两个壳体中间采用支撑定位件进行支撑定位，防止两个壳体碰触划伤；安装时左右橡胶鱼身12进行包覆扣合，并在外部采用螺栓进行紧定，使得左右鱼体无缝，最后利用密封胶将缝隙部分进行密封，使得整体无缝圆滑，减少运动时产生附加阻力。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种鲹科类仿生机器鱼，包括鱼尾(1)、尾部传递机构(2)、尾部舵机(3)、电池(5)、控制器(6)、胸鳍舵机(10)、开关(11)和鱼身(12)，其特征在于，还包括压力传感器(4)、密封筒(7)、电子罗盘(9)、浮力调节缸(13)、直线电位计(14)、浮力电机(15)、摄像头(16)和胸鳍(17)，所述的机器鱼外形包括鱼尾(1)和鱼身(12)组成，鱼尾(1)通过尾部传动机构(2)与尾部舵机(3)连接，鱼身(12)内设有密封筒(7)和浮力调节缸(13)，密封筒(7)内设有电池(5)、控制器(6)和胸鳍舵机(10)，浮力调节缸(13)的后端设有浮力电机(15)，鱼身(12)头部设有开关(11)和摄像头(16)。
2.根据权利要求1所述的一种鲹科类仿生机器鱼，其特征在于，所述的鱼尾(1)的结构为新月形，剖面为NACA0018翼型，展弦比为5.0-7.0。
3.根据权利要求1所述的一种鲹科类仿生机器鱼，其特征在于，所述的尾部传动机构(2)由主动齿轮、从动齿轮和曲柄摇块机构组成，摆动幅度为-30°-+30°。
4.根据权利要求1所述的一种鲹科类仿生机器鱼，其特征在于，所述的压力传感器(4)位于尾部舵机(3)所在空腔内，与外界水域连接通。
5.根据权利要求1所述的一种鲹科类仿生机器鱼，其特征在于，所述的电池(5)为锂离子二次电池，电池(5)重心位置与机器鱼的重心位于同一竖直线上。
6.根据权利要求1所述的一种鲹科类仿生机器鱼，其特征在于，所述的控制器(6)可以选用Arduino单片机。
7.根据权利要求1所述的一种鲹科类仿生机器鱼，其特征在于，所述的胸鳍舵机(10)的数量为两个，分别与两个胸鳍(17)连接，胸鳍(17)的形状为椭圆形，剖面为NACA0014线形，胸鳍腔内还设有电子罗盘(9)。
8.根据权利要求1所述的一种鲹科类仿生机器鱼，其特征在于，所述的摄像头(16)的数量为两个，位于鱼体的眼部，外面设有亚克力材质的保护罩。
9.根据权利要求1所述的一种鲹科类仿生机器鱼，其特征在于，所述的浮力电机(15)为步进电机，通过丝杠与浮力调节缸(13)内的活塞连接。
10.根据权利要求1所述的一种鲹科类仿生机器鱼，其特征在于，所述的鱼身(12)的材质为橡胶，结构为鲹科类鱼类的外形流线，内部密封筒(7)的材质为铝合金，两端设有密封盖(8)。
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