CN202574602U - 电磁动力仿生机器鱼 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电磁动力仿生机器鱼，包括顺次连接的鱼头部、鱼体前身、鱼体后身和鱼尾部以及转向机构和沉浮机构，鱼体后身包括固定块一和连接块一，固定块一靠近连接块一的侧面上安装电磁铁一和电磁铁二，连接块一靠近固定块一的侧面上设置永久磁体一和永久磁体二，包括控制系统，控制系统包括供电模块、继电器一、继电器二、方波发生电路、遥控器以及控制器，控制器的输出端接有方波发生电路，继电器一串接在供电模块与电磁铁一之间，继电器二串接在供电模块与电磁铁二之间，继电器一和继电器二均与方波发生电路的输出端相接，控制器和方波发生电路均与供电模块相接。该电磁动力仿生机器鱼的结构简单、操作简便、速度快、能耗小。

Description

电磁动力仿生机器鱼

技术领域

本实用新型涉及一种仿生机器鱼，特别是涉及一种电磁动力仿生机器鱼。

背景技术

鱼类作为近代人们进行水下机器仿生的重要参照蓝本，它的游动推进方式不但能够保证传统螺旋桨驱动的航行器可以达到的速度，相比之下更具有及时调整姿态，精确到达任意要求的水下位置的优点。因此仿生机器鱼技术的探索对于发展未来高性能水下航行器具有深远的意义。可以用于未来水下的生态监测、能源勘探、间谍侦察、娱乐观赏等作用。具有广阔的应用前景和很高的实用价值。由于意识到了鱼类仿生推进技术的先进性和有效性，近几年来国内外许多著名的研究机构和军事组织都纷纷投入专门的人力、物力和财力对这一新兴的前沿技术进行深入的研究。目前已有的仿生机器鱼基于三种不同的技术可大致分为三类，“翼全体回转型”、“翼筋回转型”以及“关节制御型”。“翼全体回转型”是一种多驱动器控制的涡轮蜗杆机构，它的优点是动作准确，但结构复杂，能耗大，而且工作起来有噪声，也不能做到很好的仿生。“翼筋回转型”是一种排列铰链组与螺旋曲轴的组合机构。采用一个简单的机械结构实现旋转运动向波形摆动推进的转化。它的优点是制作成本低，速度快，工作起来无噪声，但动作单一僵硬，可调节空间狭小，难以完成复杂的水下动作，能源的利用率也不高。“关节制御型”简单地说就是简化机械臂模仿鱼尾摆动的一种类型。它能够完成比较复杂的动作，而且速度快，动作准确，是目前复杂机械鱼制作的主流方式。但其操作复杂，能耗巨大，制作成本也相当高昂。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种电磁动力仿生机器鱼。该电磁动力仿生机器鱼的结构简单、操作简便、速度快、能耗小、工作起来无噪声，对鱼体有较好的仿生，且生产成本低，便于推广使用。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：电磁动力仿生机器鱼，包括顺次连接的鱼头部、鱼体前身、鱼体后身和鱼尾部以及用于带动鱼体转向的转向机构和用于带动鱼体上浮或下沉的沉浮机构，所述鱼体前身的顶部设置有背鳍，所述鱼体前身的左侧设置有左侧鳍，所述鱼体前身的右侧设置有右侧鳍，其特征在于：所述鱼体后身包括与鱼体前身连接的固定块一和与固定块一转动连接的连接块一，所述固定块一靠近连接块一的侧面上安装有电磁铁一和电磁铁二，所述电磁铁一和电磁铁二分别位于固定块一中心的左侧和右侧，所述连接块一靠近固定块一的侧面上设置有与电磁铁一位置相对应的永久磁体一和与电磁铁二位置相对应的永久磁体二，还包括控制系统，所述控制系统包括供电模块、继电器一、继电器二、方波发生电路、用于输入加速指令和减速指令的遥控器以及用于对方波发生电路进行控制的控制器，所述控制器通过遥控信号接收模块与遥控器无线连接并通信，所述控制器的输出端接有向继电器一、继电器二输入正反交变电流以控制继电器一和继电器二通断的方波发生电路，所述继电器一串接在供电模块与电磁铁一之间，所述继电器二串接在供电模块与电磁铁二之间，所述继电器一和继电器二均与方波发生电路的输出端相接，所述控制器和方波发生电路均与供电模块相接。

上述的电磁动力仿生机器鱼，其特征在于：所述连接块一远离固定块一的一侧设置有连接块二，所述连接块二与连接块一转动连接，所述连接块一远离固定块一的侧面上安装有电磁铁三和电磁铁四，所述电磁铁三和电磁铁四分别位于连接块一中心的左侧和右侧，所述连接块二靠近连接块一的侧面上设置有与电磁铁三位置相对应的永久磁体三和与电磁铁四位置相对应的永久磁体四，所述电磁铁三与电磁铁一串接，所述电磁铁四与电磁铁二串接。

上述的电磁动力仿生机器鱼，其特征在于：所述转向机构包括与背鳍连接并用于带动背鳍左右转动的舵机，所述遥控器设置有用于输入左转指令的左转按钮和用于输入右转指令的右转按钮，所述控制器的输出端与舵机驱动模块的输入端相接，所述舵机驱动模块的输出端与舵机相接。

上述的电磁动力仿生机器鱼，其特征在于：所述沉浮机构包括设置在鱼体前身内部、两端开口内部中空的排水筒，所述排水筒的下方设置有电机，所述电机的输出轴上连接有曲柄，所述曲柄上连接有摇杆，所述摇杆的上端连接有能在排水筒内上下运动的活塞，所述遥控器设置有用于输入下沉指令的下沉按钮和用于输入上浮指令的上浮按钮，所述控制器的输出端与电机驱动模块的输入端相接，所述电机驱动模块的输出端与电机相接。

上述的电磁动力仿生机器鱼，其特征在于：所述固定块一和连接块一通过铰链一转动连接，所述连接块一和连接块二通过铰链二转动连接，所述铰链一位于电磁铁一和电磁铁二之间，所述铰链二位于电磁铁三和电磁铁四之间。

上述的电磁动力仿生机器鱼，其特征在于：所述固定块一和连接块一之间安装有软管一，所述连接块一和连接块二之间安装有软管二，所述软管一和软管二上均设置有褶皱，所述软管一的一端与固定块一的上部连接，所述软管一的另一端与连接块一的上部连接，所述软管二的一端与连接块一的上部连接，所述软管二的另一端与连接块二的上部连接。

上述的电磁动力仿生机器鱼，其特征在于：所述鱼体前身包括多个绕鱼头部设置的桁条，所述桁条的一端与鱼头部连接，所述桁条的另一端与固定块一连接，多个所述桁条形成的空腔内设置有多个隔框并装有填充物。

上述的电磁动力仿生机器鱼，其特征在于：所述鱼头部、鱼体前身、鱼体后身和鱼尾部的外表面均设置有防水蒙皮。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型的结构简单，设计新颖合理，易于安装。

2、本实用新型通过设置至少两对电磁铁和与电磁铁相适配的永久磁铁，通过为电磁铁提供电流，使电磁铁和永久磁铁相斥和相吸从而使鱼尾部摆动，提供了鱼体前进的动力，有效的利用了电磁动力，操作起来非常简便，使用效果良好。

3、本实用新型的实现成本低，使用效果好，便于推广使用。

综上所述，本实用新型结构简单，设计新颖合理，工作可靠性高，使用寿命长，其操作简便、速度快、能耗小、工作起来无噪声，对鱼体有较好的仿生，且生产成本低，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的主视图。

图2为图1的A-A剖视图。

图3为本实用新型沉浮机构的结构示意图。

图4为本实用新型控制系统的电路原理框图。

附图标记说明：

1-鱼头部；    2-鱼体前身；    2-1-桁条；

2-2-隔框；    2-3-连接块三；  2-4-左侧鳍；

2-5-右侧鳍；  2-6-连接块四；  2-7-防水蒙皮；

2-8-背鳍；    3-鱼体后身；    3-1-固定块一；

3-2-电磁铁一；3-3-铰链一；    3-4-永久磁体一；

3-5-连接块一；3-6-电磁铁三；  3-7-永久磁体三；

3-8-连接块二；3-9-永久磁体四；3-10-铰链二；

3-11-电磁铁四；       3-12-永久磁体二；3-13-电磁铁二；

3-14-软管一；         3-15-软管二；    4-鱼尾部；

5-排水筒；            6-摇杆；         7-电机；

8-曲柄；              9-活塞；         10-供电模块；

11-遥控器；           12-控制器；      13-方波发生电路；

14-遥控信号接收模块； 15-舵机；        16-舵机驱动模块；

17-电机驱动模块；     18-继电器一；    19-继电器二。

具体实施方式

如图1、图2和图4所示的一种电磁动力仿生机器鱼，包括顺次连接的鱼头部1、鱼体前身2、鱼体后身3和鱼尾部4以及用于带动鱼体转向的转向机构和用于带动鱼体上浮或下沉的沉浮机构，所述鱼体前身2的顶部设置有背鳍2-8，所述鱼体前身2的左侧设置有左侧鳍2-4，所述鱼体前身2的右侧设置有右侧鳍2-5，所述鱼体后身3包括与鱼体前身2连接的固定块一3-1和与固定块一3-1转动连接的连接块一3-5，所述固定块一3-1靠近连接块一3-5的侧面上安装有电磁铁一3-2和电磁铁二3-13，所述电磁铁一3-2和电磁铁二3-13分别位于固定块一3-1中心的左侧和右侧，所述连接块一3-5靠近固定块一3-1的侧面上设置有与电磁铁一3-2位置相对应的永久磁体一3-4和与电磁铁二3-13位置相对应的永久磁体二3-12，还包括控制系统，所述控制系统包括供电模块10、继电器一18、继电器二19、方波发生电路13、用于输入加速指令和减速指令的遥控器11以及用于对方波发生电路13进行控制的控制器12，所述控制器12通过遥控信号接收模块14与遥控器11无线连接并通信，所述控制器12的输出端接有向继电器一18、继电器二19输入正反交变电流以控制继电器一18和继电器二19通断的方波发生电路13，所述继电器一18串接在供电模块10与电磁铁一3-2之间，所述继电器二19串接在供电模块10与电磁铁二3-13之间，所述继电器一18和继电器二19均与方波发生电路13的输出端相接，所述控制器12和方波发生电路13均与供电模块10相接。所述鱼尾部4采用较为柔软的橡胶片，有效的模仿鱼尾摆动的推进方式，推动整个鱼体前进，所述遥控器11采用2.4GHz的无线电短波进行通讯，可实现对水下深度5米范围内的信号传输及接收，控制器12装配在鱼头部1内，方波发生电路13产生两路频率相同、相位相差半个周期的方波电路，频率受控制器12可调0.5-10Hz，电压1-5V，电流30-50mA，供电模块10主要由两个24V的电池组成，电流0.3-0.5A，持续为系统提供电能。使用时，通过遥控器11发出加速指令或减速指令，控制器12通过遥控信号接收模块14接受上述指令并控制方波发生电路13产生两路频率相同、相位相差半个周期的方波电路，这两个方波电路分别控制继电器一18和继电器二19的通断，从而使电磁铁一3-2和电磁铁二3-13与供电模块10接通或关断，当继电器一18接通电磁铁一3-2和供电模块10时，电磁铁一3-2与永久磁铁一3-4相吸合，与此同时，继电器二19断开电磁铁二3-13和供电模块10的连接，电磁铁二3-13与永久磁铁二3-12相排斥，此时鱼尾部4向电磁铁一3-2一侧偏移，当继电器一18断开电磁铁一3-2和供电模块10的连接时，电磁铁一3-2与永久磁铁一3-4相排斥，与此同时，继电器二19接通电磁铁二3-13和供电模块10，电磁铁二3-13与永久磁铁二3-12相吸合，此时，鱼尾部4向电磁铁二一侧产生偏移，于是，鱼尾部4左右摆动从而提供为鱼体提供一个向前的动力，其巧妙的利用了电磁力，结构简单，操作起来比较方便。

如图1和图2所示，所述连接块一3-5远离固定块一3-1的一侧设置有连接块二3-8，所述连接块二3-8与连接块一3-5转动连接，所述连接块一3-5远离固定块一3-1的侧面上安装有电磁铁三3-6和电磁铁四3-11，所述电磁铁三3-6和电磁铁四3-11分别位于连接块一3-5中心的左侧和右侧，所述连接块二3-8靠近连接块一3-5的侧面上设置有与电磁铁三3-6位置相对应的永久磁体三3-7和与电磁铁四3-11位置相对应的永久磁体四3-9，所述电磁铁三3-6与电磁铁一3-2串接，所述电磁铁四3-11与电磁铁二3-13串接。使用时，当继电器一接通电磁铁一3-2和供电模块时，电磁体一3-2与永久磁铁一3-4相吸合，电磁体三3-6与永久磁铁三3-7相吸合；当继电器二19接通电磁体二3-13与供电模块10时，电磁体二3-13与永久磁铁二3-12相吸合，电磁体四3-11与永久磁铁四3-9相吸合，通过增设电磁体三3-6、电磁体四3-11以及与电磁体三3-6相适配的永久磁铁三3-7和与电磁体四3-11相适配的永久磁铁四3-9，增加了鱼尾部4的摆动力度，增强了该仿生机器鱼的前进动力。

如图1和图4所示，所述转向机构包括与背鳍2-8连接并用于带动背鳍2-8左右转动的舵机15，所述遥控器11设置有用于输入左转指令的左转按钮和用于输入右转指令的右转按钮，所述控制器12的输出端与舵机驱动模块16的输入端相接，所述舵机驱动模块16的输出端与舵机15相接。使用时，通过左转按钮向输入左转指令，控制器12通过舵机驱动模块16控制背鳍2-8左转，此时，继电器二19断开供电模块10与电磁铁二3-13的连接，电磁铁二3-13与永久磁体二3-12、电磁铁四3-11与永久磁铁四3-9相排斥并持续保持排斥状态，同时，继电器一18接通供电模块10与电磁铁一3-2的连接，电磁铁一3-2与永久模块一、电磁铁三3-6与永久磁铁一3-4相吸合并保持吸合状态，从而实现左转，需右转时，工作原理与此相同。

结合图3和图4，所述沉浮机构包括设置在鱼体前身2内部、两端开口内部中空的排水筒5，所述排水筒5的下方设置有电机7，所述电机7的输出轴上连接有曲柄8，所述曲柄8上连接有摇杆6，所述摇杆6的上端连接有能在排水筒5内上下运动的活塞9，所述遥控器11设置有用于输入下沉指令的下沉按钮和用于输入上浮指令的上浮按钮，所述控制器12的输出端与电机驱动模块17的输入端相接，所述电机驱动模块17的输出端与电机7相接。使用时，遥控器11控制电机7转动，通过曲柄8和摇杆6组成的曲柄摇杆机构带动活塞9上下运动以实现排水筒5排水或进水，从而实现沉浮功能。

如图1和图2所示，所述固定块一3-1和连接块一3-5通过铰链一3-3转动连接，所述连接块一3-5和连接块二3-8通过铰链二3-10转动连接，所述铰链一3-3位于电磁铁一3-2和电磁铁二3-13之间，所述铰链二3-10位于电磁铁三3-6和电磁铁四3-11之间。

如图2所示，所述固定块一3-1和连接块一3-5之间安装有软管一3-14，所述连接块一3-5和连接块二3-8之间安装有软管二3-15，所述软管一3-14和软管二3-15上均设置有褶皱，所述软管一3-14的一端与固定块一3-1的上部连接，所述软管一3-14的另一端与连接块一3-5的上部连接，所述软管二3-15的一端与连接块一3-5的上部连接，所述软管二3-15的另一端与连接块二3-8的上部连接。通过设置软管一3-14和软管二3-15实现了鱼体后身3可以向任意方向扭动的优良特性保证了其不会影响鱼体的摆动。

如图1和图2所示，所述鱼体前身2包括多个绕鱼头部1设置的桁条2-1，所述桁条2-1的一端与鱼头部1连接，所述桁条2-1的另一端与固定块一3-1连接，多个所述桁条2-1形成的空腔内设置有多个隔框2-2并装有密度大于水的填充物。鱼身内部填充物选用硬橡胶，橡胶密度略大于水，可以配平重量，另外利用其不易变形的优点，可以用来固定鱼身上的动力部件，还可以控制鱼体摆动的角度。所述桁条2-1和隔框2-2均采用航模桐木木材。所述左侧鳍2-4通过连接块三2-3与隔框2-2连接，所述右侧鳍2-5通过连接块四2-6与隔框2-2连接。所述固定块一3-1、连接块一3-5和连接块二3-8均采用合金铝板制成。

如图2所示，所述鱼头部1、鱼体前身2、鱼体后身3和鱼尾部4的外表面均设置有防水蒙皮2-7。所述外表蒙皮2-7为弹性橡胶，密封包裹于鱼体外表面，将鱼身与整个水下环境隔绝起来，保护内部动力部件及电路。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.电磁动力仿生机器鱼，包括顺次连接的鱼头部(1)、鱼体前身(2)、鱼体后身(3)和鱼尾部(4)，以及用于带动鱼体转向的转向机构和用于带动鱼体上浮或下沉的沉浮机构，所述鱼体前身(2)的顶部设置有背鳍(2-8)，所述鱼体前身(2)的左侧设置有左侧鳍(2-4)，所述鱼体前身(2)的右侧设置有右侧鳍(2-5)，其特征在于：所述鱼体后身(3)包括与鱼体前身(2)连接的固定块一(3-1)和与固定块一(3-1)转动连接的连接块一(3-5)，所述固定块一(3-1)靠近连接块一(3-5)的侧面上安装有电磁铁一(3-2)和电磁铁二(3-13)，所述电磁铁一(3-2)和电磁铁二(3-13)分别位于固定块一(3-1)中心的左侧和右侧，所述连接块一(3-5)靠近固定块一(3-1)的侧面上设置有与电磁铁一(3-2)位置相对应的永久磁体一(3-4)和与电磁铁二(3-13)位置相对应的永久磁体二(3-12)，还包括控制系统，所述控制系统包括供电模块(10)、继电器一(18)、继电器二(19)、方波发生电路(13)、用于输入加速指令和减速指令的遥控器(11)以及用于对方波发生电路(13)进行控制的控制器(12)，所述控制器(12)通过遥控信号接收模块(14)与遥控器(11)无线连接并通信，所述控制器(12)的输出端接有向继电器一(18)、继电器二(19)输入正反交变电流以控制继电器一(18)和继电器二(19)通断的方波发生电路(13)，所述继电器一(18)串接在供电模块(10)与电磁铁一(3-2)之间，所述继电器二(19)串接在供电模块(10)与电磁铁二(3-13)之间，所述继电器一(18)和继电器二(19)均与方波发生电路(13)的输出端相接，所述控制器(12)和方波发生电路(13)均与供电模块(10)相接。

2.根据权利要求1所述的电磁动力仿生机器鱼，其特征在于：所述连接块一(3-5)远离固定块一(3-1)的一侧设置有连接块二(3-8)，所述连接块二(3-8)与连接块一(3-5)转动连接，所述连接块一(3-5)远离固定块一(3-1)的侧面上安装有电磁铁三(3-6)和电磁铁四(3-11)，所述电磁铁三(3-6)和电磁铁四(3-11)分别位于连接块一(3-5)中心的左侧和右侧，所述连接块二(3-8)靠近连接块一(3-5)的侧面上设置有与电磁铁三(3-6)位置相对应的永久磁体三(3-7)和与电磁铁四(3-11)位置相对应的永久磁体四(3-9)，所述电磁铁三(3-6)与电磁铁一(3-2)串接，所述电磁铁四(3-11)与电磁铁二(3-13)串接。

3.根据权利要求1或2所述的电磁动力仿生机器鱼，其特征在于：所述转向机构包括与背鳍(2-8)连接并用于带动背鳍(2-8)左右转动的舵机(15)，所述遥控器(11)设置有用于输入左转指令的左转按钮和用于输入右转指令的右转按钮，所述控制器(12)的输出端与舵机驱动模块(16)的输入端相接，所述舵机驱动模块(16)的输出端与舵机(15)相接。

4.根据权利要求1或2所述的电磁动力仿生机器鱼，其特征在于：所述沉浮机构包括设置在鱼体前身(2)内部、两端开口内部中空的排水筒(5)，所述排水筒(5)的下方设置有电机(7)，所述电机(7)的输出轴上连接有曲柄(8)，所述曲柄(8)上连接有摇杆(6)，所述摇杆(6)的上端连接有能在排水筒(5)内上下运动的活塞(9)，所述遥控器(11)设置有用于输入下沉指令的下沉按钮和用于输入上浮指令的上浮按钮，所述控制器(12)的输出端与电机驱动模块(17)的输入端相接，所述电机驱动模块(17)的输出端与电机(7)相接。

5.根据权利要求2所述的电磁动力仿生机器鱼，其特征在于：所述固定块一(3-1)和连接块一(3-5)通过铰链一(3-3)转动连接，所述连接块一(3-5)和连接块二(3-8)通过铰链二(3-10)转动连接，所述铰链一(3-3)位于电磁铁一(3-2)和电磁铁二(3-13)之间，所述铰链二(3-10)位于电磁铁三(3-6)和电磁铁四(3-11)之间。

6.根据权利要求2所述的电磁动力仿生机器鱼，其特征在于：所述固定块一(3-1)和连接块一(3-5)之间安装有软管一(3-14)，所述连接块一(3-5)和连接块二(3-8)之间安装有软管二(3-15)，所述软管-(3-14)和软管二(3-15)上均设置有褶皱，所述软管一(3-14)的一端与固定块一(3-1)的上部连接，所述软管一(3-14)的另一端与连接块一(3-5)的上部连接，所述软管二(3-15)的一端与连接块一(3-5)的上部连接，所述软管二(3-15)的另一端与连接块二(3-8)的上部连接。

7.根据权利要求1或2所述的电磁动力仿生机器鱼，其特征在于：所述鱼体前身(2)包括多个绕鱼头部(1)设置的桁条(2-1)，所述桁条(2-1)的一端与鱼头部(1)连接，所述桁条(2-1)的另一端与固定块一(3-1)连接，多个所述桁条(2-1)形成的空腔内设置有多个隔框(2-2)并装有填充物。

8.根据权利要求1或2所述的电磁动力仿生机器鱼，其特征在于：所述鱼头部(1)、鱼体前身(2)、鱼体后身(3)和鱼尾部(4)的外表面均设置有防水蒙皮(2-7)。

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