CN112249286B - 一种具有多驱动系统的仿生机器鱼 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种具有多驱动系统的仿生机器鱼，其包括外壳、鱼鳍以及鱼尾，其中，所述鱼鳍转动对称设置在外壳的左右两侧，所述鱼尾通过摆动组件活动连接在外壳的右端外部，所述外壳的左侧对称安装有一对高清摄像头，且，其内部还设有信号接收器，所述外壳的内部为空腔结构，且，其左端设置有上浮下潜组件，用于控制机器鱼的上浮与下潜；所述鱼鳍延伸至外壳内部一端通过契形板与动作执行组件转动连接，以实现鱼鳍的间歇摆动；所述外壳的中部固定有电池箱，用于为其内部电子元器件提供电能；所述摆动组件用于控制鱼尾摆动，以实现机器鱼在水中的仿生游动。

Description

一种具有多驱动系统的仿生机器鱼
技术领域
本发明属于仿生机器人技术领域，具体是一种具有多驱动系统的仿生机器鱼。
背景技术
仿生机器鱼是根据仿生学原理设计制造的，主要应用于探测水中污染物、生物观察以及狭小空间内的检测等方面，由于仿生机器鱼具有很高的伪装形，且具有高机动性，因此，仿生机器鱼将在复杂危险水下环境作业、军事侦察、海洋生物观察、考古等方面发挥重要作用，然而据调查发现，目前现有的仿生机器鱼往往存在以下问题：
1.驱动系统单一，导致灵活性降低，无法满足多种复杂工况下的水下工作需求；
2.尾部摆动机构采用刚性连接，一方面使得机器鱼整体行进速度慢，影响水下工作效率，另一方面无法对水流的冲击进行缓冲，导致尾部损坏，从而无法正常工作，且由于刚性连接的鱼尾摆动时无法对水流进行有效的缓冲，使得机器鱼在行进过程中容易发生偏航甚至侧翻；
3.通过改变尾部的单侧摆动幅度来调节机器鱼的行进方向，转弯半径大，且转弯时几乎处于静止状态，大大降低了机器鱼的灵活性。
因此，本领域技术人员提供了一种具有多驱动系统的仿生机器鱼，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种具有多驱动系统的仿生机器鱼，其包括外壳、鱼鳍以及鱼尾，其中，所述鱼鳍转动对称设置在外壳的左右两侧，所述鱼尾通过摆动组件活动连接在外壳的右端外部，所述外壳的左侧对称安装有一对高清摄像头，且，其内部还设有信号接收器，所述外壳的内部为空腔结构，且，其左端设置有上浮下潜组件，用于控制机器鱼的上浮与下潜；
所述鱼鳍延伸至外壳内部一端通过契形板与动作执行组件转动连接，以实现鱼鳍的间歇摆动；
所述外壳的中部固定有电池箱，用于为其内部电子元器件提供电能；
所述摆动组件用于控制鱼尾摆动，以实现机器鱼在水中的仿生游动。
进一步，作为优选，所述上浮下潜组件包括蓄水箱以及水泵，所述水泵固定安装在蓄水箱的底部，且，其进水口与蓄水箱相连通，出水口贯穿至外壳的外部；
所述蓄水箱的左端通过接管口与壳体外部相连通，且，所述接管口上设置有电磁阀。
进一步，作为优选，所述动作执行组件包括变频电机、不完全齿轮、齿条以及提拉座，所述变频电机的输出轴端安装有不完全齿轮，所述不完全齿轮通过齿轮啮合有齿条，所述提拉座固定在齿条的底端；
所述提拉座的底端通过弹簧一与外壳的底壁相固定连接；
所述齿条的上端滑动连接在套管内。
进一步，作为优选，所述鱼尾包括缓冲部以及摆动部，所述鱼尾的缓冲部与外壳之间通过多个调节杆相互转动连接，且，所述鱼尾与外壳之间还设置有螺纹软管，多个所述调节杆所在圆周半径小于螺纹软管的内环半径。
进一步，作为优选，所述鱼尾的缓冲部通过微调转向装置与摆动部转动连接，且，所述鱼尾的缓冲部的内部填充有弹性棉。
进一步，作为优选，所述微调转向装置包括步进电机、蜗杆以及蜗轮，所述步进电机的输出轴通过皮带传动连接有蜗杆，所述蜗杆与蜗轮相啮合；
所述蜗轮固定套设在鱼尾缓冲部与摆动部连接点的中部；
所述蜗杆的上下两端均转动设置在缓冲部的右端。
进一步，作为优选，所述摆动组件包括传动装置以及连接机构，所述传动装置通过传动杆与连接机构转动连接，所述连接机构的左上方通过多个弹簧二与竖板相固定连接，所述竖板的顶端固定在外壳的内壁上。
进一步，作为优选，所述传动装置包括直流电机、摆动杆以及滑块，所述摆动杆的左端偏心转动设置在直流电机的转盘上，所述摆动杆的另一端转动连接有滑块；
所述滑块滑动连接在套筒内，所述套筒固定在外壳的内壁上。
进一步，作为优选，所述连接机构包括连接板、转动杆以及连杆，所述连接板共设置有三个，每相邻两个所述连接板之间相互转动连接，且，处于最左端的连接板固定在外壳的内壁上，最右端的连接板固定在鱼尾的缓冲部上；
所述连接板的连接处以及两端均转动套设有转动杆，且，处于左右两端连接板两侧的转动杆分别通过连杆转动连接，位于中部的连接板两端的转动杆之间通过弹簧三固定连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本设备中设置有上浮下沉组件、动作执行组件、摆动组件以及微调转向装置，通过上浮下沉组件可实现机器鱼的上浮与下沉，通过动作执行组件与摆动组件使得机器鱼在水中稳定匀速行进，微调转向装置通过调节鱼尾摆动部的偏转角度以实现转向，通过不同的组件使得机器鱼完成多种仿生动作，使得其仿生程度更高，提高了机器鱼在复杂工况下工作的适应性；
2.在鱼尾中，鱼尾包括缓冲部以及摆动部，缓冲部通过多个调节杆与外壳活动连接，且缓冲部内部填充有弹性棉，可对水流冲击进行缓冲，与此同时，在摆动组件的连接机构中，外壳于缓冲部之间采用弹簧三弹性连接，可有效降低水流对尾部的冲击，使得机器鱼行进更加稳定；
3.在微调转向装置中，通过步进电机控制鱼尾摆动部的偏转角度，在不改变鱼尾整体摆动幅度以及摆动频率的情况下可快速完成较小转弯半径的转向，大大提高了机器鱼的灵活性，同时，鱼尾的摆动部与缓冲部之间采用蜗轮蜗杆的传动方式，利用蜗轮蜗杆反向自锁的原理，使得水流对摆动部的冲击力直接由缓冲部缓冲，不会传递至外壳以及摆动组件中，从而提高了机器鱼的稳定性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明俯视剖面结构示意图；
图3为图2的A处放大结构示意图；
图4为本发明中动作执行组件的结构示意图；
图5为本发明中蜗轮蜗杆的结构示意图；
图中：1、外壳；2、鱼鳍；3、鱼尾；4、上浮下潜组件；5、电池箱；6、摆动组件；7、契形板；8、动作执行组件；9、高清摄像头；10、信号接收器；11、蓄水箱；12、水泵；13、电磁阀；14、变频电机；15、不完全齿轮；16、齿条；17、提拉座；18、调节杆；19、微调转向装置；20、步进电机；21、蜗杆；22、蜗轮；23、传动装置；24、连接机构；25、直流电机；26、摆动杆；27、滑块；28、套筒；29、连接板；30、转动杆；31、连杆。
具体实施方式
请参阅图1，本发明实施例中，一种具有多驱动系统的仿生机器鱼，其包括外壳1、鱼鳍2以及鱼尾3，其中，所述鱼鳍2转动对称设置在外壳1的左右两侧，所述鱼尾3通过摆动组件6活动连接在外壳1的右端外部，所述外壳1的左侧对称安装有一对高清摄像头9，所述高清摄像头9用于观察机器鱼周围的水域环境，以便工作人员更好地控制机器鱼的行进方向，同时，还可以对狭小空间的环境进行侦测，且，其内部还设有信号接收器10，信号接收器10与外部无线控制器相匹配，用于远距离控制机器鱼完成水下作业，所述外壳1的内部为空腔结构，且，其左端设置有上浮下潜组件4，用于控制机器鱼的上浮与下潜；
所述鱼鳍2延伸至外壳1内部一端通过契形板7与动作执行组件8转动连接，以实现鱼鳍2的间歇摆动；
所述外壳1的中部固定有电池箱5，用于为其内部电子元器件提供电能；
所述摆动组件6用于控制鱼尾3摆动，以实现机器鱼在水中的仿生游动。
本实施例中，所述上浮下潜组件4包括蓄水箱11以及水泵12，所述水泵12固定安装在蓄水箱11的底部，且，其进水口与蓄水箱11相连通，出水口贯穿至外壳1的外部，此中，需要注意的是，蓄水箱11满载状态下，机器鱼可下潜至11.5m的最大下潜深度，且能够维持机器鱼在最大下潜深度时的水平状态，从而提高了机器鱼水下作业的稳定性，蓄水箱11在空载状态下，处于水下的机器鱼的重心在外壳1左端起3/5处，也就是说，机器鱼上浮时，蓄水箱11处于空载状态，此时，鱼头部分向上倾斜，该倾斜角度随着机器鱼所处深度的增加而增大，在摆动鱼尾3的推进下，完成机器鱼的上浮工作；
所述蓄水箱11的左端通过接管口与壳体1外部相连通，且，所述接管口上设置有电磁阀13，电磁阀13与水泵12相互配合，从而控制蓄水箱11中的水量，进一步控制机器鱼的下潜与上浮。
参阅图4，作为较佳的实施例，所述动作执行组件8包括变频电机14、不完全齿轮15、齿条16以及提拉座17，所述变频电机14的输出轴端安装有不完全齿轮15，所述不完全齿轮15通过齿轮啮合有齿条16，所述提拉座17固定在齿条16的底端；
所述提拉座17的底端通过弹簧一与外壳1的底壁相固定连接；弹簧一为了使齿条16复位，同时缓冲鱼鳍2所受到的水流冲击力，防止刚性连接下由于瞬间水流冲击力过大而导致鱼鳍2损坏，提高了机器鱼的适应性。
所述齿条16的上端滑动连接在套管内。
本实施例中，所述鱼尾3包括缓冲部以及摆动部，所述鱼尾3的缓冲部与外壳1之间通过多个调节杆18相互转动连接，且，所述鱼尾3与外壳1之间还设置有螺纹软管，多个所述调节杆18所在圆周半径小于螺纹软管的内环半径，所述螺纹软管用于防水，同时可以满足尾部3摆动产生的形变需求。
本实施例中，所述鱼尾3的缓冲部通过微调转向装置19与摆动部转动连接，且，所述鱼尾的缓冲部的内部填充有弹性棉，弹性棉可以缓冲水流对尾部3的冲击，从而保护缓冲部内部连接件以及元器件，使得机器鱼可以应对突发的急流情况，大大提高了稳定性。
参阅图5，本实施例中，所述微调转向装置19包括步进电机20、蜗杆21以及蜗轮22，所述步进电机20的输出轴通过皮带传动连接有蜗杆21，所述蜗杆21与蜗轮22相啮合，通过调节鱼尾3摆动部的偏转角度完成机器鱼的转向，可根据需求通过不同偏转角度实现不同转弯半径的转向工作，提高了灵活性，同时，由于蜗轮22、蜗杆21反向自锁的原理，使得水流对摆动部的冲击力直接由缓冲部缓冲，不会传递至外壳1以及摆动组件6中，从而提高了机器鱼的稳定性；
所述蜗轮22固定套设在鱼尾3缓冲部与摆动部连接点的中部；
所述蜗杆21的上下两端均转动设置在缓冲部的右端。
参阅图2，作为较佳的实施例，所述摆动组件6包括传动装置23以及连接机构24，所述传动装置23通过传动杆与连接机构24转动连接，所述连接机构24的左上方通过多个弹簧二与竖板25相固定连接，所述竖板25的顶端固定在外壳1的内壁上，弹簧二仅用于缓冲传动装置23与连接机构24之间的冲击力，使得摆动组件6运转更加平顺，从而保证机器鱼稳定高效的进行水下作业。
本实施例中，所述传动装置23包括直流电机25、摆动杆26以及滑块27，所述摆动杆26的左端偏心转动设置在直流电机25的转盘上，所述摆动杆26的另一端转动连接有滑块27；
所述滑块27滑动连接在套筒28内，所述套筒28固定在外壳1的内壁上。
参阅图3，本实施例中，所述连接机构24包括连接板29、转动杆30以及连杆31，所述连接板29共设置有三个，每相邻两个所述连接板29之间相互转动连接，且，处于最左端的连接板29固定在外壳1的内壁上，最右端的连接板29固定在鱼尾3的缓冲部上；
所述连接板29的连接处以及两端均转动套设有转动杆30，且，处于左右两端连接板29两侧的转动杆30分别通过连杆31转动连接，位于中部的连接板29两端的转动杆31之间通过弹簧三固定连接，弹簧三使得鱼尾3的缓冲部与外壳1之间为弹性连接，阻隔了外部水流对鱼尾3的冲击向外壳1的传递，从而保证了外壳1内个组件的平稳运转，进一步提高了整体的稳定性。
具体地，本装置在使用时，由工作人员将其放入待潜水域中，然后通过外部与之相匹配的无线控制器进行遥控，首先，变频电机14运转带动鱼鳍2往复摆动，电磁阀13和水泵12开始介入工作，使得蓄水箱11逐渐进水，然后，摆动组件6开始工作，在直流电机23的驱动下，鱼尾3间歇摆动，同时，鱼头部分在进水后重力作用下开始向下倾斜，由摆动的尾部3驱动机器鱼下潜，此中，需要注意的是，本装置的最大下潜深度为11.5m，无线电接收最大距离为15m，通过高清摄像头9可观察机器鱼周围的环境，从而控制机器鱼的行进方向，达到所需下潜深度后，通过水泵12调节蓄水箱11中的水量，使得机器鱼处于水平状态，以保证机器鱼可在此深度下平稳的进行侦测，通过控制步进电机20带动鱼尾3摆动部偏转不同的角度，从而实现不同转弯半径的转向工作，需要注意的是，该机器鱼在最大潜水深度的最长作业时间为45min，也就是说，在电池箱5满电状态下，从机器鱼如水到完全出水的时间不得超过40min，防止由于电量不足而导致机器鱼无法完成上浮；
机器鱼完成一次水下作业需上浮返回时，由水泵12将蓄水箱11中的水全部排出，在摆动鱼尾3的作用下使得机器鱼逐渐上浮直至浮出水面，此中，在蓄水箱11无水状态下，机器鱼的重心在机外壳左端起3/5处，从而使得水下机器鱼的蓄水箱11在空载状态下，鱼头部分会向上倾斜，在鱼尾3摆动推进的作用下，完成机器鱼的上浮。
上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种具有多驱动系统的仿生机器鱼，其包括外壳(1)、鱼鳍(2)以及鱼尾(3)，其中，所述鱼鳍(2)转动对称设置在外壳(1)的左右两侧，所述鱼尾(3)通过摆动组件(6)活动连接在外壳(1)的右端外部，所述外壳(1)的左侧对称安装有一对高清摄像头(9)，且，其内部还设有信号接收器(10)，其特征在于：所述外壳(1)的内部为空腔结构，且，其左端设置有上浮下潜组件(4)，用于控制机器鱼的上浮与下潜；
所述鱼鳍(2)延伸至外壳(1)内部一端通过契形板(7)与动作执行组件(8)转动连接，以实现鱼鳍(2)的间歇摆动；
所述外壳(1)的中部固定有电池箱(5)，用于为其内部电子元器件提供电能；
所述摆动组件(6)用于控制鱼尾(3)摆动，以实现机器鱼在水中的仿生游动；
所述鱼尾(3)包括缓冲部以及摆动部，所述鱼尾(3)的缓冲部与外壳(1)之间通过多个调节杆(18)相互转动连接，且，所述鱼尾(3)与外壳(1)之间还设置有螺纹软管，多个所述调节杆(18)所在圆周半径小于螺纹软管的内环半径；
所述鱼尾(3)的缓冲部通过微调转向装置(19)与摆动部转动连接，且，所述鱼尾的缓冲部的内部填充有弹性棉；
所述微调转向装置(19)包括步进电机(20)、蜗杆(21)以及蜗轮(22)，所述步进电机(20)的输出轴通过皮带传动连接有蜗杆(21)，所述蜗杆(21)与蜗轮(22)相啮合；
所述蜗轮(22)固定套设在鱼尾(3)缓冲部与摆动部连接点的中部；
所述蜗杆(21)的上下两端均转动设置在缓冲部的右端；
所述上浮下潜组件(4)包括蓄水箱(11)以及水泵(12)，所述水泵(12)固定安装在蓄水箱(11)的底部，且，其进水口与蓄水箱(11)相连通，出水口贯穿至外壳(1)的外部；
所述蓄水箱(11)的左端通过接管口与外壳(1)外部相连通，且，所述接管口上设置有电磁阀(13)；
所述动作执行组件(8)包括变频电机(14)、不完全齿轮(15)、齿条(16)以及提拉座(17)，所述变频电机(14)的输出轴端安装有不完全齿轮(15)，所述不完全齿轮(15)通过齿轮啮合有齿条(16)，所述提拉座(17)固定在齿条(16)的底端；
所述提拉座(17)的底端通过弹簧一与外壳(1)的底壁相固定连接；
所述齿条(16)的上端滑动连接在套管内；
所述摆动组件(6)包括传动装置(23)以及连接机构(24)，所述传动装置(23)通过传动杆与连接机构(24)转动连接，所述连接机构(24)的左上方通过多个弹簧二与竖板相固定连接，所述竖板的顶端固定在外壳(1)的内壁上；
所述传动装置(23)包括直流电机(25)、摆动杆(26)以及滑块(27)，所述摆动杆(26)的左端偏心转动设置在直流电机(25)的转盘上，所述摆动杆(26)的另一端转动连接有滑块(27)；
所述滑块(27)滑动连接在套筒(28)内，所述套筒(28)固定在外壳(1)的内壁上；
所述连接机构(24)包括连接板(29)、转动杆(30)以及连杆(31)，所述连接板(29)共设置有三个，每相邻两个所述连接板(29)之间相互转动连接，且，处于最左端的连接板(29)固定在外壳(1)的内壁上，最右端的连接板(29)固定在鱼尾(3)的缓冲部上；
所述连接板(29)的连接处以及两端均转动套设有转动杆(30)，且，处于左右两端连接板(29)两侧的转动杆(30)分别通过连杆(31)转动连接，位于中部的连接板(29)两端的转动杆(30)之间通过弹簧三(32)固定连接。
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