CN112027035B - 一种柔性仿生鳗鱼 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及仿生鱼，更具体的说是一种柔性仿生鳗鱼，包括鱼头、鱼身、摇摆机构、引导板和鳗鱼鱼尾，所述鱼身的前后两侧分别连接有软体鱼头和鳗鱼鱼尾，鱼身内设置有摇摆机构，摇摆机构和鳗鱼鱼尾之间固定连接有引导板，可以通过摇摆机构带动引导板进行摆动，引导板带动鳗鱼鱼尾进行摆动，从而实现纯软体鱼尾的仿生摆动；鱼身采用硅胶进行浇筑成型，软体鱼头和鳗鱼鱼尾采用软体材料制成，使得仿生鳗鱼可承受较大的挤压变形，具有高度的柔顺性、安全性和敏捷性；依靠前端摇摆驱动带动后端连动摆动，使得鳗鱼鱼尾摆动具有高度的仿生特性。

Description

一种柔性仿生鳗鱼
技术领域
本发明涉及仿生鱼，更具体的说是一种柔性仿生鳗鱼。
背景技术
水下机器人是探索和利用海洋资源的重要技术手段，其中仿生类水下机器人因其噪声低，推进效率高等特点从而得到了迅速的发展与利用。
而目前的水下仿生机器人多数仍采用刚性材料作为主体，其安全系数低、环境适应性差、可靠性低、结构复杂、零部件易磨损、维修成本高以及贴合度较差等缺点仍未得到较好的解决。水下软体机器人的出现，突破了传统意义的水下机器人结构设计，逐渐进入人们的视野。
现阶段国内外对于仿生鳗鱼的研究还不是很多，而鳗鱼的游动依靠尾部的波动产生向前游动的推力，其柔软的生物外表特征使其具有游动效率高，功耗低，高稳定性，游动空间大等优点，其柔顺性、安全性和敏捷性，并且环境适应性，机动性、运动平稳等方面优势突出。能弥补现阶段大部分水下机器人推进效率低，功耗大，机运动性差等缺点。
例如公开号CN109131798A一种仿生鱼，更具体的说是一种基于电敏感驱动的水凝胶仿生鱼,包括鱼身、微控制器、动力电源、外导线和内导线，微控制器通过神经网络、模糊控制等智能控制算法来控制动力电源在不同环境下通过内导线和外导线的电压大小，可实现在水下通过微控制器控制鱼身周围电场发生变化利用电解质溶液中电敏感水凝胶在电场刺激下，水凝胶会发生体积或者形状变化，并且变化为可逆变化，使鱼身如同鳗鱼一样运动，实现在水中柔性推进；该发明的缺点是不能模拟纯软体鱼尾的仿生摆动。
发明内容
本发明的目的是提供一种柔性仿生鳗鱼，可以模拟纯软体鱼尾的仿生摆动。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种柔性仿生鳗鱼，包括鱼头、鱼身、摇摆机构、引导板和鳗鱼鱼尾，所述鱼身的前后两侧分别连接有鱼头和鳗鱼鱼尾，鱼身内设置有摇摆机构，摇摆机构和鳗鱼鱼尾之间固定连接有引导板。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种柔性仿生鳗鱼，所述摇摆机构包括舵机、拉线和摇摆平板，舵机的输出轴通过拉线拉动摇摆平板进行摆动，引导板固定连接在摇摆平板上，舵机固定连接在鱼身内。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种柔性仿生鳗鱼，所述摇摆机构还包括舵机摇臂和双层卷筒，双层卷筒通过舵机摇臂连接在舵机的输出轴上，双层卷筒上缠绕有两条卷向相反的纺织线，双层卷筒上缠绕的两条卷向相反的纺织线构成拉线。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种柔性仿生鳗鱼，所述摇摆机构还包括挡筒和聚氨酯棒，挡筒固定连接在舵机上，两条纺织线的端部均穿过挡筒分别固定连接在摇摆平板的左右两侧，摇摆平板和挡筒之间固定连接有聚氨酯棒。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种柔性仿生鳗鱼，所述摇摆机构还包括引导板和毛细水管，聚氨酯棒上固定连接有两个引导板，两个引导板的两侧均设置有毛细水管，两条纺织线分别穿过对应侧的两个毛细水管。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种柔性仿生鳗鱼，所述鱼头和鳗鱼鱼尾采用软体材料制成。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种柔性仿生鳗鱼，所述鱼身采用硅胶进行浇筑成型。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种柔性仿生鳗鱼，所述引导板为软质PVC。
本发明一种柔性仿生鳗鱼的有益效果为：
本发明一种柔性仿生鳗鱼，可以通过摇摆机构带动引导板进行摆动，引导板带动鳗鱼鱼尾进行摆动，从而实现纯软体鱼尾的仿生摆动；鱼身采用硅胶进行浇筑成型，软体鱼头和鳗鱼鱼尾采用软体材料制成，使得仿生鳗鱼可承受较大的挤压变形，具有高度的柔顺性、安全性和敏捷性；依靠前端摇摆驱动带动后端连动摆动，使得鳗鱼鱼尾摆动具有高度的仿生特性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细的说明。
图1是本发明的柔性仿生鳗鱼整体结构示意图；
图2是本发明的柔性仿生鳗鱼内部结构示意图一；
图3是本发明的柔性仿生鳗鱼内部结构示意图二；
图4是本发明的柔性仿生鳗鱼常态结构示意图；
图5是本发明的柔性仿生鳗鱼运动结构示意图一；
图6是本发明的柔性仿生鳗鱼运动结构示意图二。
图中：鱼头1；鱼身2；摇摆机构3；引导板4；鳗鱼鱼尾5；舵机6；舵机摇臂7；双层卷筒8；拉线9；挡筒10；聚氨酯棒11；套筒架12；毛细水管13；摇摆平板14。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
在本发明的描述中,需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”和“竖着”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是直接连接，亦可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个部件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中,除非另有说明，“多个”、“多组”、“多根”的含义是两个或两个以上。
具体实施方式一：
下面结合图1-6说明本实施方式，一种柔性仿生鳗鱼，包括鱼头1、鱼身2、摇摆机构3、引导板4和鳗鱼鱼尾5，所述鱼身2的前后两侧分别连接有鱼头1和鳗鱼鱼尾5，鱼身2内设置有摇摆机构3，摇摆机构3和鳗鱼鱼尾5之间固定连接有引导板4；可以通过摇摆机构3带动引导板4进行摆动，引导板4带动鳗鱼鱼尾5进行摆动，从而实现纯软体鱼尾的仿生摆动；依靠前端摇摆驱动带动后端连动摆动，使得鳗鱼鱼尾摆动具有高度的仿生特性。
具体实施方式二：
下面结合图1-6说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述摇摆机构3包括舵机6、拉线9和摇摆平板14，舵机6的输出轴通过拉线9拉动摇摆平板14进行摆动，引导板4固定连接在摇摆平板14上，舵机6固定连接在鱼身2内；舵机6启动带动拉线9进行运动，拉线9拉动摇摆平板14进行摆动，摇摆平板14带动引导板4进行摆动，引导板4带动鳗鱼鱼尾5进行摆动，从而实现纯软体鱼尾的仿生摆动。
具体实施方式三：
下面结合图1-6说明本实施方式，本实施方式对实施方式二作进一步说明，所述摇摆机构3还包括舵机摇臂7和双层卷筒8，双层卷筒8通过舵机摇臂7连接在舵机6的输出轴上，双层卷筒8上缠绕有两条卷向相反的纺织线，双层卷筒8上缠绕的两条卷向相反的纺织线构成拉线9；如图3所示。
具体实施方式四：
下面结合图1-6说明本实施方式，本实施方式对实施方式三作进一步说明，所述摇摆机构3还包括挡筒10和聚氨酯棒11，挡筒10固定连接在舵机6上，两条纺织线的端部均穿过挡筒10分别固定连接在摇摆平板14的左右两侧，摇摆平板14和挡筒10之间固定连接有聚氨酯棒11；通过舵机6驱动双层卷筒8以指定的方向和转速转动，带动两侧纺织线一侧拉线，一侧收线，且由于聚氨酯棒11的硬度以及其较高的柔曲性，且两侧纺织线均与摇摆平板14固定连接，因此在两侧纺织线及聚氨酯棒11的作用下就趋势摇摆平板14向一侧弯曲；利用这种原理，给舵机6施加一定频率和速度的信号，就会摇摆平板14的摇摆动作，进而控制装置运动；聚氨酯棒11通过插入挡筒10上进行固定，并与后端的摇摆平板14中心固定连接，从而限制了摇摆平板14在两侧纺织线的作用下在一定的范围内进行摇摆。
具体实施方式五：
下面结合图1-6说明本实施方式，本实施方式对实施方式四作进一步说明，所述摇摆机构3还包括引导板12和毛细水管13，聚氨酯棒11上固定连接有两个引导板12，两个引导板12的两侧均设置有毛细水管13，两条纺织线分别穿过对应侧的两个毛细水管13；两条纺织线穿过毛细水管内，使得在摇摆平板14摇摆过程中两条纺织线的位置固定，提高了系统的稳定性及精度。
具体实施方式六：
下面结合图1-6说明本实施方式，本实施方式对实施方式五作进一步说明，所述鱼头1和鳗鱼鱼尾5采用软体材料制成；鱼头1和鳗鱼鱼尾5可采用任何软材料制作，且对密封性几乎没有要求；因此本装置的驱动方式的大大提高了密封的可靠性，从而降低了制造的成本。
具体实施方式七：
下面结合图1-6说明本实施方式，本实施方式对实施方式六作进一步说明，所述鱼身2采用硅胶进行浇筑成型；由于硅胶的高弹性，对摇摆机构3的限制作用几乎可以忽略不计。
具体实施方式八：
下面结合图1-6说明本实施方式，本实施方式对实施方式七作进一步说明，所述引导板4为软质PVC；引导板4垂直方向一定的宽度，即垂直方向高刚度有助于引导鳗鱼鱼尾5在水平方向波动而不至于垂直方向过度弯曲，且由于软质PVC的柔软性又不会限制鱼尾的波动，中间的孔隙有助于提高软材料与PVC贴合的稳定性。
本发明的一种柔性仿生鳗鱼，其工作原理为：
使用时通过控制单片机发出信号控制舵机6的转速和方向从而控制拉线9的以指定的方向和速度进行收放，当舵机6正转，舵机6输出轴带动舵机摇臂7正转，从而带动双层卷筒8正转，使得双层卷筒8上的两个缠向相反的纺织线一侧放线，一侧收线；从而带动摇摆平板14向一侧摆动，当舵机6反转，舵机6输出轴带动舵机摇臂7反转，从而带动双层卷筒8反转，从而带动缠向相反的两侧拉线以相反的方向收放，从而带动摇摆平板14向另一侧摆动，通过给舵机6持续施加信号，控制舵机6以指定的频率及速度转动从而带动摇摆平板14以一定的频率及幅值摆动，就使得连动鳗鱼尾部以一定的频率和方向波动，从而产向前游动的推进力；如图5和6所示。
当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种柔性仿生鳗鱼，包括鱼头(1)、鱼身(2)、摇摆机构(3)、引导板(4)和鳗鱼鱼尾(5)，其特征在于：所述鱼身(2)的前后两侧分别连接有鱼头(1)和鳗鱼鱼尾(5)，鱼身(2)内设置有摇摆机构(3)，摇摆机构(3)和鳗鱼鱼尾(5)之间固定连接有引导板(4)；
所述摇摆机构(3)包括舵机(6)、拉线(9)和摇摆平板(14)，舵机(6)的输出轴通过拉线(9)拉动摇摆平板(14)进行摆动，引导板(4)固定连接在摇摆平板(14)上，舵机(6)固定连接在鱼身(2)内；
鱼头(1)和鳗鱼鱼尾(5)采用软体材料制成；
鱼身(2)采用硅胶进行浇筑成型；
所述摇摆机构(3)还包括舵机摇臂(7)和双层卷筒(8)，双层卷筒(8)通过舵机摇臂(7)连接在舵机(6)的输出轴上，双层卷筒(8)上缠绕有两条卷向相反的纺织线，双层卷筒(8)上缠绕的两条卷向相反的纺织线构成拉线(9)；
所述摇摆机构(3)还包括挡筒(10)和聚氨酯棒(11)，挡筒(10)固定连接在舵机(6)上，两条纺织线的端部均穿过挡筒(10)分别固定连接在摇摆平板(14)的左右两侧，摇摆平板(14)和挡筒(10)之间固定连接有聚氨酯棒(11)。
2.根据权利要求1所述的一种柔性仿生鳗鱼，其特征在于：所述摇摆机构(3)还包括引导板(12)和毛细水管(13)，聚氨酯棒(11)上固定连接有两个引导板(12)，两个引导板(12)的两侧均设置有毛细水管(13)，两条纺织线分别穿过对应侧的两个毛细水管(13)。
3.根据权利要求1至2任一项所述的一种柔性仿生鳗鱼，其特征在于：所述引导板(4)为软质PVC。
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