CN214648949U - 一种仿生机器鱼的胸鳍与尾鳍协同控制系统 - Google Patents
一种仿生机器鱼的胸鳍与尾鳍协同控制系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN214648949U CN214648949U CN202120532842.7U CN202120532842U CN214648949U CN 214648949 U CN214648949 U CN 214648949U CN 202120532842 U CN202120532842 U CN 202120532842U CN 214648949 U CN214648949 U CN 214648949U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fin
- fish
- pectoral
- tail fin
- tail
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Toys (AREA)
Abstract
本实用新型提出一种仿生机器鱼的胸鳍与尾鳍协同控制系统,包括鱼身壳体、胸鳍以及尾鳍,鱼身壳体内部空腔中对应安设有胸鳍控制组件、尾鳍控制组件、浮潜模块和控制模块,浮潜模块包括浮潜舱和浮潜驱动组件,控制模块包括计算机、控制器和信息采集组件,信息采集组件与控制器的输入端相连,输出端分别与胸鳍控制组件、尾鳍控制组件和浮潜驱动组件相连,计算机与控制器通过水下无线光通信实现信息互联,本实用新型实现鱼类直游、转弯及上浮下潜的运动,同时增设多模态控制,实现不同挡位之间的切换。
Description
技术领域
本实用新型属于机器鱼控制的技术领域,尤其涉及一种仿生机器鱼的胸鳍与尾鳍协同控制系统。
背景技术
水下仿生机器鱼日趋成熟,从最初Lighthill的鱼体波曲线,衍生出了多种形态的鱼以及不同的控制方法。根据鱼体推进方法,可分为两种模式:身体/尾鳍模式(Body and/or Caudal Fin,简称BCF)和中间鳍/对鳍模式(Median and/or Paired Fin,简称MPF)。总结现有仿生机器鱼的游动性能可知,采用BCF模式的仿生机器鱼优点是游动速度快,高机动性能好,缺点是低速机动性能差,身体易晃动、稳定性差;采用MPF模式的仿生机器鱼优点是低速机动性能好,身体稳定性好,缺点是游动速度慢。现有技术大多只采用尾鳍控制。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题,提供一种仿生机器鱼的胸鳍与尾鳍协同控制系统,引进了胸鳍和蠕动泵,来实现鱼类直游、转弯及上浮下潜的运动,同时增设多模态控制,实现不同挡位之间的切换。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是:一种仿生机器鱼的胸鳍与尾鳍协同控制系统,其特征在于,包括鱼身壳体、设置在所述鱼身壳体两侧的胸鳍以及设于鱼身壳体尾部的尾鳍,鱼身壳体内部空腔中对应安设有胸鳍控制组件、尾鳍控制组件、浮潜模块和控制模块,所述胸鳍控制组件与胸鳍相连,所述尾鳍控制组件与尾鳍相连,所述浮潜模块包括浮潜舱和浮潜驱动组件,所述控制模块包括计算机、控制器和信息采集组件,所述信息采集组件与所述控制器的输入端相连,输出端分别与胸鳍控制组件、尾鳍控制组件和浮潜驱动组件相连,所述计算机与控制器通过水下无线光通信实现信息互联。
按上述方案,所述胸鳍控制组件包括两两一组的四个胸鳍舵机,一组为左右摆动驱动舵机,另一组为上下摆动驱动舵机,所述左右摆动驱动舵机通过连接件并排固定于所述鱼身壳体上,并通过舵臂与所述上下摆动驱动舵机相连,上下摆动控制舵机通过连接件与鳍条相连,所述鳍条与所述胸鳍相连。
按上述方案,所述尾鳍控制组件包括三组顺次连接的驱动关节,所述驱动关节由前、后U型支架和尾鳍舵机组成,所述前、后U型支架分别与尾鳍舵机的前后两侧相连,三组驱动关节通过前、后U型支架相连,位于前端的驱动关节的前U型支架固定于所述鱼身壳体上,位于后端的驱动关节的后U型支架与所述尾鳍相连。
按上述方案,所述浮潜驱动组件包括电机和蠕动泵,所述电机驱动蠕动泵运转,蠕动泵与所述浮潜舱相连通。
按上述方案,所述信息采集组件包括鱼眼相机和陀螺仪传感器,分别采集水域环境信息和机器鱼的方位信息。
本实用新型的有益效果是:提供一种仿生机器鱼的胸鳍与尾鳍协同控制系统,利用胸鳍与尾鳍的协同运动对机器鱼的直线游动、转弯和变速游动等多种模态进行控制设计,同时通过蠕动泵及胸鳍协调控制完成上浮下潜的运动,以实现单模态的平稳运动控制和多模态的协调切换控制;拟采用模糊控制理论设计模糊运动控制器,实现变速时的速度平滑变化,提高运动稳定性。
附图说明
图1为本实用新型一个实施例的整机控制流程框图。
图2为本实用新型一个实施例的胸鳍控制组件的结构示意图。
图3为本实用新型一个实施例的尾鳍控制组件的结构示意图。
图4为本实用新型一个实施例的机器鱼上浮的示意图。
图5为本实用新型一个实施例的机器鱼下潜的示意图。
图6为本实用新型一个实施例的控制硬件系统设计图。
图7为本实用新型一个实施例的整机控制方案图。
具体实施方式
为更好地理解本实用新型,下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。
如图1、图6、图7所示,一种仿生机器鱼的胸鳍与尾鳍协同控制系统,包括鱼身壳体1、设置在鱼身壳体两侧的胸鳍2以及设于鱼身壳体尾部的尾鳍3,鱼身壳体内部空腔中对应安设有胸鳍控制组件、尾鳍控制组件、浮潜模块和控制模块,胸鳍控制组件与胸鳍相连,尾鳍控制组件与尾鳍相连,浮潜模块包括浮潜舱4和浮潜驱动组件,控制模块包括计算机、控制器和信息采集组件,信息采集组件与控制器的输入端相连,输出端分别与胸鳍控制组件、尾鳍控制组件和浮潜驱动组件相连,所述计算机与控制器通过水下无线光通信(Underwater Wireless Optical Communication)实现信息互联。
信息采集组件包括鱼眼相机和陀螺仪传感器,分别采集水域环境信息和机器鱼的方位信息。
本控制系统由操作系统层、通信协议层、底层驱动层三大层级构成。操作系统层主要是用户端(计算机)进行指令控制;通信协议层上下行数据链路采用光通信方式;底层驱动层为基于STM32单片机的控制器,实现机器鱼鱼眼相机、全局监视相机、陀螺仪、湿度传感器等传感器的信息采集、运动电机控制,同时通过模糊控制理论设计模糊运动控制器,实现变速时的速度平滑变化,提高运动稳定性,依据仿生机器鱼控制系统层级,总成实现对仿生机器鱼的控制。
如图2所示,胸鳍控制组件包括两两一组的四个胸鳍舵机,一组为左右摆动驱动舵机 5,另一组为上下摆动驱动舵机6,左右摆动驱动舵机通过连接件7并排设置并与鱼身壳体相连,并通过舵臂8与上下摆动驱动舵机相连,上下摆动控制舵机通过连接件与鳍条9相连,鳍条与胸鳍相连。左右摆动驱动舵机的转动实现胸鳍绕展向轴的转动即胸鳍左右摆动;上下摆动驱动舵机的转动实现胸鳍绕弦向轴的转动即胸鳍上下摆动。
如图3所示,尾鳍控制组件包括三组顺次连接的驱动关节,驱动关节由前U型支架10、后U型支架11和尾鳍舵机12组成,前、后U型支架分别与尾鳍舵机的前后两侧相连,三组驱动关节通过前、后U型支架相连,位于前端的驱动关节的前U型支架固定于鱼身壳体上,位于后端的驱动关节的后U型支架与尾鳍相连。
通过Lighthill曲线,代入合适参数,将一个周期进行十等分,经Matlab计算后得出每个时刻尾鳍舵机相应转角,在stm32中设置参数即可完成直游运动。在直游基础上,将尾鳍每个时刻每个尾鳍舵机向左或向右偏置22.5°,即可实现转弯变向。
其中直游、左转、右转每个挡位设置三个游动速度,如加速直游、加速转弯等,控制尾鳍舵机每次转向之间时间的间隔分别为:100ms、110ms、120ms,以适应不同的水下环境需求。同时,仿生机器鱼可通过判断期望位姿与当前位姿的偏差,进行模糊控制分析,实现不同的挡位间的切换。
浮潜驱动组件包括电机和蠕动泵,电机驱动蠕动泵运转,蠕动泵与浮潜舱相连通。上浮下潜的原理为:由胸鳍与蠕动泵配合运动,当浮潜舱所吸的水量使机器鱼的重力等于浮力时,机器鱼处于悬浮状态;胸鳍朝下摆动,蠕动泵排水,当浮潜舱水量小于悬浮状态时的水量时,浮力大于重力,机器鱼上浮;胸鳍朝上,蠕动泵吸水,当浮潜舱水量大于悬浮状态时,浮力小于重力,机器鱼下沉(见图4、图5)。
附图对本实用新型的实施例进行了描述,但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下,在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可做出很多形式,这些均属于本实用新型的保护之内。
Claims (5)
1.一种仿生机器鱼的胸鳍与尾鳍协同控制系统,其特征在于,包括鱼身壳体、设置在所述鱼身壳体两侧的胸鳍以及设于鱼身壳体尾部的尾鳍,鱼身壳体内部空腔中对应安设有胸鳍控制组件、尾鳍控制组件、浮潜模块和控制模块,所述胸鳍控制组件与胸鳍相连,所述尾鳍控制组件与尾鳍相连,所述浮潜模块包括浮潜舱和浮潜驱动组件,所述控制模块包括计算机、控制器和信息采集组件,所述信息采集组件与所述控制器的输入端相连,输出端分别与胸鳍控制组件、尾鳍控制组件和浮潜驱动组件相连,所述计算机与控制器通过水下无线光通信实现信息互联。
2.根据权利要求1所述的一种仿生机器鱼的胸鳍与尾鳍协同控制系统,其特征在于,所述胸鳍控制组件包括两两一组的四个胸鳍舵机,一组为左右摆动驱动舵机,另一组为上下摆动驱动舵机,所述左右摆动驱动舵机通过连接件并排固定于所述鱼身壳体上,并通过舵臂与所述上下摆动驱动舵机相连,上下摆动控制舵机通过连接件与鳍条相连,所述鳍条与所述胸鳍相连。
3.根据权利要求1或2所述的一种仿生机器鱼的胸鳍与尾鳍协同控制系统,其特征在于,所述尾鳍控制组件包括三组顺次连接的驱动关节,所述驱动关节由前、后U型支架和尾鳍舵机组成,三组驱动关节通过前、后U型支架相连,所述前、后U型支架分别与尾鳍舵机的前后两侧相连,位于前端的驱动关节的前U型支架固定于所述鱼身壳体上,位于后端的驱动关节的后U型支架与所述尾鳍相连。
4.根据权利要求3所述的一种仿生机器鱼的胸鳍与尾鳍协同控制系统,其特征在于,所述浮潜驱动组件包括电机和蠕动泵,所述电机驱动蠕动泵运转,蠕动泵与所述浮潜舱相连通。
5.根据权利要求1或4所述的一种仿生机器鱼的胸鳍与尾鳍协同控制系统,其特征在于,所述信息采集组件包括鱼眼相机和陀螺仪传感器,分别采集水域环境信息和机器鱼的方位信息。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202120532842.7U CN214648949U (zh) | 2021-03-15 | 2021-03-15 | 一种仿生机器鱼的胸鳍与尾鳍协同控制系统 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202120532842.7U CN214648949U (zh) | 2021-03-15 | 2021-03-15 | 一种仿生机器鱼的胸鳍与尾鳍协同控制系统 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN214648949U true CN214648949U (zh) | 2021-11-09 |
Family
ID=78453150
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202120532842.7U Expired - Fee Related CN214648949U (zh) | 2021-03-15 | 2021-03-15 | 一种仿生机器鱼的胸鳍与尾鳍协同控制系统 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN214648949U (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115230926A (zh) * | 2022-07-26 | 2022-10-25 | 深圳职业技术学院 | 一种仿生机器鱼 |
-
2021
- 2021-03-15 CN CN202120532842.7U patent/CN214648949U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115230926A (zh) * | 2022-07-26 | 2022-10-25 | 深圳职业技术学院 | 一种仿生机器鱼 |
CN115230926B (zh) * | 2022-07-26 | 2023-12-19 | 深圳职业技术学院 | 一种仿生机器鱼 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN112918646A (zh) | 一种仿生机器鱼的胸鳍与尾鳍协同控制系统及方法 | |
CN209956198U (zh) | 一种同步升潜串联舵机仿生机器鱼 | |
CN100465065C (zh) | 一种模块化仿生机器鱼 | |
CN100443369C (zh) | 深海太阳能潜水器 | |
CN203186566U (zh) | 机械式胸鳍仿生机器鱼 | |
CN106005333A (zh) | 一种鲹科类仿生机器鱼 | |
CN109665079A (zh) | 一种喷射泵与舵机混合驱动的水下机器人 | |
CN109866903B (zh) | 一种仿生可折叠胸鳍的机器鱼 | |
CN214648949U (zh) | 一种仿生机器鱼的胸鳍与尾鳍协同控制系统 | |
CN111846165A (zh) | 一种串联式柔性驱动的仿生机器鱼 | |
CN113059968A (zh) | 一种小型海陆两栖探索机器人 | |
CN209366431U (zh) | 一种无桨推进潜水器 | |
CN206417164U (zh) | 一种仿生鱼型机器人 | |
CN108839784B (zh) | 金枪鱼机器人 | |
CN105501420B (zh) | 一种基于双尾鳍驱动的仿生机器鱼 | |
CN212738470U (zh) | 一种串联式柔性驱动的仿生机器鱼 | |
CN201102625Y (zh) | 三维运动仿生机器鱼 | |
CN206068108U (zh) | 一种鲹科类仿生机器鱼 | |
CN218316114U (zh) | 一种跨介质水空两栖航行器 | |
CN114132466B (zh) | 一种双驱动仿生机器鱼系统及多模态冗余控制方法 | |
CN114162296B (zh) | 潜航器推进和控制一体化装置、潜航器及其航行控制方法 | |
CN114590376A (zh) | 一种基于仿生海龟的滑扑一体水下滑翔机 | |
AU2020103021A4 (en) | A Slider-type Barycenter Regulating Mechanism and Its Control and Application Method | |
CN111976930A (zh) | 基于环形机械结构的水下航行器 | |
CN219904704U (zh) | 一种多功能智能仿生机器鱼 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20211109 |
|
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |