[发明专利]仿生机器鱼

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于水下探测、水下观察、水下侦查等能够在水中进行活动的装置，具体是一种仿生机器鱼。

背景技术

鱼类的游动，特别是鯵科类鱼的游动，其动力来源主要是尾部的摆动。目前，机器鱼的游动摆尾装置大多采用多关节串联的驱动方式，这种方式控制比较复杂；或者采用人工肌肉驱动的方式，这些方式成本很高且控制复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种结构简单且游动效果逼真的仿生机器鱼。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种仿生机器鱼，包括鱼皮，鱼尾骨架、鱼身骨架以及设置在鱼身骨架上的伺服电动机，所述的鱼皮套在所述的鱼尾骨架和鱼身骨架外，还包括一锥齿轮副，该锥齿轮副也设置在所述的鱼身骨架上，所述的伺服电动机的输出轴与锥齿轮副的输入轴固定连接，锥齿轮副的输出轴与一摆杆的固定端固定连接，在鱼身骨架的末端还设置有一弹性薄片，所述的鱼尾骨架与所述的弹性薄片固定相连，弹性薄片的一端与鱼身骨架相连，弹性薄片的末端为鱼尾方向，弹性薄片的中部与所述的摆杆的自由端活动连接。

所述的弹性薄片的外形轮廓为鱼形。

所述的弹性薄片与鱼身骨架的连接端开设有一槽口，该缺口延伸至机器鱼的尾柄处，所述的摆杆位于缺口的中心，且在摆杆的自由端开设有槽口，所述的摆杆通过槽口插接在弹性薄片的槽口内侧。

在所述的摆杆的自由端设置有一短销，在该短销的两端开设有槽口，所述的弹性薄片的缺口两侧设置在槽口内。

所述的短销位于机器鱼的尾柄处，尤其是位于机器鱼的尾柄末端。

所述的弹性薄片缺口两侧的厚度相同，且单侧的厚度从鱼身骨架连接端向缺口的末端线性递减。

本发明机器鱼的游动机理是，在水中，受到一个往复变化的集中力的悬臂梁，其波动的曲线和鲫鱼的游动时的身体中心曲线相似。本发明的核心为尾部的摆动设计。按照原理所述，这里使用弹性体模拟鱼类的尾部，替代现有设计所采用的刚性结构。使用电机专控系统控制伺服电动机来带动尾部的摆动，弹性的尾部是由可以简化为悬臂梁模型的弹性薄片来实现的。尾部的动力来源只有一个伺服电动机，具体的机械机构包含以下部分：伺服电动机、换向锥齿轮组、弹性薄片以及摆杆。伺服电动机的转动，经过一对锥齿轮换向机构换向后带动一根摆杆绕其转动中心转动；摆杆的转动带动与其末端连接的弹性薄片发生弯曲，弹性薄片弯曲时受到连接点的集中力和外部水的分布阻力的共同作用，便产生鱼尾的曲线摆动，从而与真实的鱼游姿态趋于一致，效果逼真。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明的仿生机器鱼，伺服电动机通过换向锥齿轮组与摆杆固定连接，将电机的转动转变为摆杆的摆动，在摆杆的末端连接弹性薄片，机器鱼在水中游动时，尾部的弹性薄受到摆杆的集中作用力和水分布阻力的双重作用，因此，鱼尾部的摆动轨迹为曲线，真实的鱼游姿态趋于一致，效果逼真。

2、采用轮廓为鱼形的弹性薄片后，机器鱼的摆动更加与真实鱼的摆动曲线一致，弹性薄片的集中受力点在弹性薄片的中心，当弹性薄片仅受摆杆集中力的作用时，弹性薄片在摆动时，本身就具有中心受力点变形大，周边变形小的特点，当同时受到水分布阻力的作用时，弹性薄片的变形就更加与真实鱼的游动曲线吻合。

3、本发明机器鱼，在弹性薄片上设置缺口，从而将弹性薄片与鱼身骨架的连接端分为上下两部分，摆杆位于缺口内，并将弹性薄片插在摆杆前端的槽口内，同样，具有结构简单，且摆动易于控制的特点。

4、本发明在摆杆的自由端设置短销，所述短销是圆柱形，上下两端对称，都开有槽口，弹性薄片被缺口分成的两部分分别卡接在短销的两端槽口内，将摆杆的单作用点转化为短销的两作用点，使得弹性薄片的摆动更合理，上下趋于一致性。

5、本发明弹性薄片被缺口分成的上下两部分的厚度相同，且单侧的厚度从鱼身骨架连接端向缺口的末端线性递减，弹性薄片的一端被固定在鱼身骨架上，自由端的集中作用力的作用点在鱼的尾柄处，采用宽度线性递减的薄片，其在受到作用力时，不同宽度的位置，在相同大的作用力时变形量不同，所以采用这样的薄片结构后，机器鱼在说中的摆动更加与真实鱼一致。

6、可以通过控制伺服电动机，来控制机器鱼能够以不同的速度前进和不同的转弯半径转弯，过程灵活逼真，且控制方法简单。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是机器鱼尾内部机构简图。

图2是机器鱼内部构造前视图。

图3是图2的俯视图。

图4是图1的立体结构示意图。