CN110329462A - 一种柔性驱动的遥控机器鱼 - Google Patents

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欧文湛
张宇
刘盈麟
宋泽暄
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    • B63C11/00—Equipment for dwelling or working underwater; Means for searching for underwater objects
    • B63C11/52—Tools specially adapted for working underwater, not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/14—Control of attitude or depth
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
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Abstract

一种柔性驱动的遥控机器鱼，属于仿生机器鱼领域，包括鱼身结构和鱼尾结构；所述鱼尾结构包括舵机、舵盘、弹簧和硅胶尾鳍；所述鱼身结构的后端部开设有舵机槽，所述舵机设于舵机槽内，舵机上连接有舵盘，弹簧的两端分别连接舵盘和硅胶尾鳍。本发明采用柔性驱动的方式，使得机器鱼的游动更加柔顺流畅，降低游动产生的噪音，也有助于提高舵机的驱动效率。

Description

一种柔性驱动的遥控机器鱼
技术领域
本发明涉及仿生机器鱼领域，尤其涉及一种柔性驱动的遥控机器鱼。
背景技术
由于鱼类在水中的运动拥有着无可比拟的优越性，所以人们一直以来都在研究鱼类的仿生机制，希望研制一种高效率、低损耗和运动迅速的仿生机器鱼。目前，大多数的仿生机器鱼都采用多舵机多关节的仿生模式，希望用多关节多自由度的方式来使得鱼游得更柔顺流畅，贴近仿生游动。然而，多舵机配合来拟合鱼类游动曲线的难度很大，而且随着舵机的增多，其控制也变得非常复杂，在大振幅情况下，还会出现结构不稳定。因此，借鉴鱼类的柔性尾鳍摆动原理来实现仿生驱动的方式，一直是仿生机器鱼研究中的热点，将会得到更广泛的应用。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种柔性驱动的遥控机器鱼，采用柔性驱动的方式，使得机器鱼的游动更加柔顺流畅，降低了游动产生的噪音，也有助于提高舵机的驱动效率。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种柔性驱动的遥控机器鱼，包括鱼身结构和鱼尾结构；所述鱼尾结构包括舵机、舵盘、弹簧和硅胶尾鳍；所述鱼身结构的后端部开设有舵机槽，所述舵机设于舵机槽内，舵机上连接有舵盘，弹簧的两端分别连接舵盘和硅胶尾鳍。
所述鱼身结构包括鱼头和鱼身本体，所述鱼头和鱼身本体一体成型。
所述鱼身结构内设有防水密封舱，所述防水密封舱用于放置电子设备，所述电子设备包括电源模块、蓝牙模块和Arduino开发板，电源模块和蓝牙模块分别连接Arduino开发板，Arduino开发板连接舵机。
本发明还包括用于固定舵机的舵机固定座；舵机的前后两端分别设有插接板，鱼身结构的后端部和舵机固定座上分别设有用于卡接插接板的卡槽；舵机固定座的卡槽的两侧分别设有用于压紧鱼身结构后端部的第一压紧块，所述第一压紧块和鱼身结构的后端部上设有相对应的螺孔，螺栓穿过螺孔以使舵机固定座固定；舵机固定座的卡槽的下方设有用于压紧舵机侧面的第二压紧块。
所述舵机槽的下方设有用于支撑舵机的舵机支撑块，舵机支撑块的上表面顶抵支撑舵机的下表面；所述舵机支撑块与鱼身结构一体成型；所述舵机支撑块的形状为臀鳍形。
本发明还包括尾鳍夹，所述硅胶尾鳍通过尾鳍夹与弹簧连接，尾鳍夹的一端夹持硅胶尾鳍，尾鳍夹的另一端固定嵌套于弹簧内。
所述舵盘上设有连接杆，所述连接杆固定嵌套于弹簧内。
相对于现有技术，本发明技术方案取得的有益效果是：
本发明采用舵盘对弹簧施与作用力使弹簧发生弯曲形变，不至于硅胶尾鳍立刻受力而摆动；采用柔性驱动的方式，使得机器鱼的游动更加柔顺流畅，降低游动产生的噪音，也有助于提高舵机的驱动效率。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明侧视方向的结构示意图；
图3为本发明正视方向的结构示意图；
图4为本发明后视方向的结构示意图；
图5为鱼尾结构示意图；
图6为本发明局部剖开示意图之一；
图7为本发明局部剖开示意图之二；
图8为鱼尾结构摆动的原理结构示意图。
附图标记：鱼身结构1，舵盘2，弹簧3，尾鳍夹4，硅胶尾鳍5，舵机固定座6，舵机7，舵机支撑块8，胸鳍9，卡槽61，第一压紧块62，第二压紧块63，插接板71。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明做进一步详细说明。
如图1～4所示，本发明包括鱼身结构1和鱼尾结构；其中：
所述鱼尾结构包括舵机7、舵盘2、弹簧3、尾鳍夹4和硅胶尾鳍5；所述鱼身结构1的后端部开设有舵机槽，所述舵机7为防水舵机，其设于舵机槽内；舵机7上连接有舵盘2，舵盘2上设有连接杆，所述连接杆固定嵌套于弹簧3的一端内，所述硅胶尾鳍5通过尾鳍夹4与弹簧3连接，尾鳍夹4的一端夹持硅胶尾鳍5，尾鳍夹4的另一端固定嵌套于弹簧3的另一端内。
所述鱼身结构1包括鱼头和鱼身本体，所述鱼头和鱼身本体一体成型，鱼身本体上设有胸鳍9。
所述鱼身结构1内部为涂有防水材料涂层的防水密封舱，所述防水密封舱用于放置电子设备，所述电子设备包括电源模块、蓝牙模块和Arduino开发板，电源模块和蓝牙模块分别连接Arduino开发板，Arduino开发板连接舵机。本实施例中，所述蓝牙模块为HC-05蓝牙模块。
如图1和图5～7所示，本发明还包括用于固定舵机7的舵机固定座6；舵机7的前后两端分别设有插接板71，鱼身结构1的后端部和舵机固定座6上分别设有用于卡接插接板71的卡槽；舵机固定座6的卡槽61的两侧分别设有用于压紧鱼身结构1后端部的第一压紧块62，所述第一压紧块62和鱼身结构1的后端部上设有相对应的螺孔，螺栓穿过螺孔以使舵机固定座6固定；舵机固定座6的卡槽61的下方设有用于压紧舵机7侧面的第二压紧块63。
如图1和图5～7所示，所述舵机槽的下方设有用于支撑舵机7的舵机支撑块8，舵机支撑块8的上表面顶抵支撑舵机7的下表面；所述舵机支撑块8与鱼身结构1一体成型；所述舵机支撑块8的形状为臀鳍形。
本发明的工作原理如下：
1、本发明采用柔性尾部驱动方式，如图8所示，当舵机7运动时，带动舵盘2转动，舵盘2对弹簧3施与作用力使弹簧3发生弯曲形变，接着由于弹簧3弯曲形变的恢复，提供大幅度的恢复力，恢复力沿着弹簧3一直传递至尾部，继而作用在尾鳍夹4和柔性的硅胶尾鳍5上，使尾鳍夹4连同硅胶尾鳍5一起发生摆动，进而推动机器鱼前进。硅胶尾鳍5同样可以发生上述弯曲形变，然后再提供大幅度的恢复力，大幅度的恢复力传递到硅胶尾鳍5末端，进而作用于水体来驱动鱼体的前进。本发明利用刚性的弹簧3和柔性的硅胶尾鳍5的弯曲形变与恢复，来模拟真实鱼类游动时尾部肌肉的拉伸和收缩，使得机器鱼的游动曲线成“S”形，接近真实鱼类的游动曲线。
2、本发明尾部结构同时使用刚性的弹簧3和柔性的硅胶尾鳍5，借助它们的形变特点，积蓄舵机7转动的力，再反馈到柔性的硅胶尾鳍5上，使得机器鱼的游动更加柔顺流畅，有助于提高舵机7做功的效率，达到柔性驱动的目的。
3、本发明借助弹簧3和硅胶尾鳍5具有显著弯曲与形变的优点，可充分地平滑刚性舵机7不稳定的转动力和生硬的大结构形变，加强不稳定高频振动的衰减，再反馈到硅胶尾鳍5上，使得机器鱼的游动更加柔顺流畅；特别是，硅胶尾鳍5可加强流固耦合，降低惯性导致的加速度损失、改变尾部的流场结构，提升先前方向的推进力，有助于提高舵机7做功的效率，达到增强柔性驱动的目的。
4、机器鱼的控制由蓝牙遥控系统来完成，蓝牙遥控系统主要包括HC-05蓝牙模块、Arduino开发板、手机蓝牙和蓝牙App；手机蓝牙称为外源蓝牙，鱼体内部的HC-05蓝牙模块称为内源蓝牙。当外源蓝牙连接上内源蓝牙后，两个蓝牙之间就可以实现数据的相互传输，此时手机可运行相关的蓝牙App打开蓝牙控制界面，通过按控制界面上的前进按钮、左转按钮、右转按钮、加速按钮、减速按钮和停止按钮六个功能按钮，把相对应的游动模式的指令发送给内源蓝牙；Arduino开发板通过内源蓝牙接收到指令，识别指令并运行相应的游动模式的程序，实现机器鱼的柔性驱动，进而实现机器鱼进行灵活的游动；可通过启动不同的功能按钮，实现机器鱼切换不同的游动模式。

Claims (10)

1.一种柔性驱动的遥控机器鱼，其特征在于：包括鱼身结构和鱼尾结构；所述鱼尾结构包括舵机、舵盘、弹簧和硅胶尾鳍；所述鱼身结构的后端部开设有舵机槽，所述舵机设于舵机槽内，舵机上连接有舵盘，弹簧的两端分别连接舵盘和硅胶尾鳍。
2.如权利要求1所述的一种柔性驱动的遥控机器鱼，其特征在于：所述鱼身结构内设有防水密封舱，所述防水密封舱用于放置电子设备，所述电子设备包括电源模块、蓝牙模块和Arduino开发板，电源模块和蓝牙模块分别连接Arduino开发板，Arduino开发板连接舵机。
3.如权利要求1所述的一种柔性驱动的遥控机器鱼，其特征在于：还包括用于固定舵机的舵机固定座；舵机的前后两端分别设有插接板，鱼身结构的后端部和舵机固定座上分别设有用于卡接插接板的卡槽；舵机固定座的卡槽的两侧分别设有用于压紧鱼身结构后端部的第一压紧块，所述第一压紧块和鱼身结构的后端部上设有相对应的螺孔，螺栓穿过螺孔以使舵机固定座固定。
4.如权利要求3所述的一种柔性驱动的遥控机器鱼，其特征在于：舵机固定座的卡槽的下方设有用于压紧舵机侧面的第二压紧块。
5.如权利要求1所述的一种柔性驱动的遥控机器鱼，其特征在于：所述舵机槽的下方设有用于支撑舵机的舵机支撑块，舵机支撑块的上表面顶抵支撑舵机的下表面。
6.如权利要求5所述的一种柔性驱动的遥控机器鱼，其特征在于：所述舵机支撑块与鱼身结构一体成型。
7.如权利要求5所述的一种柔性驱动的遥控机器鱼，其特征在于：所述舵机支撑块的形状为臀鳍形。
8.如权利要求1所述的一种柔性驱动的遥控机器鱼，其特征在于：还包括尾鳍夹，所述硅胶尾鳍通过尾鳍夹与弹簧连接，尾鳍夹的一端夹持硅胶尾鳍，尾鳍夹的另一端固定嵌套于弹簧内。
9.如权利要求1所述的一种柔性驱动的遥控机器鱼，其特征在于：所述舵盘上设有连接杆，所述连接杆固定嵌套于弹簧内。
10.如权利要求1所述的一种柔性驱动的遥控机器鱼，其特征在于：所述鱼身结构包括鱼头和鱼身本体，所述鱼头和鱼身本体一体成型。
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