[实用新型]一种仿生鳐鱼

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种应用于仿生学的实验装置，特别是一种仿生鳐鱼。

背景技术

目前，作为水下潜器和水下机器人关键技术之一的推进系统，多采用螺旋桨和叶轮式等原理的常规推进器，并多以电磁马达或液压马达驱动，这些常规推进器存在能源利用率低、结构尺寸和重量大、对环境扰动大、噪音大、动密封和可靠性差等许多缺点。另外，以常规推进方式驱动的水下运动装置存在起动、加速性能弱，运动灵活性以及隐蔽性能差等缺点，且受承载空间和承载能力的限制，造成水下潜器和水下机器人作业时间短、范围小，限制了它们的应用。

    而海洋中的水生动物，经过漫长的自然选择过程，发展了各具特色的水中运动能力，十几亿年的进化造就了完美的运动方式，其超凡的水中运动能力为各式现代化的水面舰船和水下航行器所望尘莫及。 

其中波状摆动推进是各类水生动物中最广泛采用的一种游动方式，而这种方式中有很大一部分是主要借助尾鳍以外的其它鳍的运动产生推进力的运动方式，称为MPF，MPF游动模式集较高的推进效率、优良的机动性、稳定性于一体，不仅适用于远洋航行，还具有低速灵活机动、抗扰动能力强的特点，适用于近海等复杂环境。基于该种模式设计的水下仿生推进器，由于仅仅依靠鱼鳍波动推进，而本体不参与运动，因此，可设计成较大的内部空间容纳各种科学探测仪器进行水下探测、军事侦察、资源开发等活动，具有非常广泛的应用前景和理论及实际价值。

受生物实验技术和非定常流体动力学理论的制约，早期的研究主要集中在依靠身体和尾鳍作为动作单元的BCF模式和MPF模式中的胸鳍摆动方式上。而对MPF模式中依靠波动鳍推进的研究尚属起步阶段。然而随着科技的进步，波动鳍推进模式所表现出的优越性能越来越引起科研人员的兴趣。因此，近几年仿鱼形推进器研究人员及工程师开始关注和着手研究诸如刀鱼、魔鬼鱼、鳐鱼等依靠柔性鳍波动推进游动模式的鱼类。然而对于这些活体鱼类进行实验研究的可重复性相当的差，活鱼无法按照科学家预期的安排进行游动。因此，从科学研究角度也急需设计出能实现类似于鱼鳍波状运动的仿生鳍来揭示此类游动模式的鱼类的运动规律。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型设计了一种仿生鳐鱼，其仿照鳐鱼柔性鳍波动推进的游动模式而设计，具有重复性好、游动规划安排方便的特点，它为研制高效、高机动性、低噪声和易隐蔽的水下航行器提供了一种新的思路。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种仿生鳐鱼，其特征在于：整个装置包括一含密闭腔室的鱼体和若干依序对称排列在鱼体两侧边的鳍条，所述各鳍条外部由一柔软薄翼依序连接在一起，各鳍条尾部伸入所述鱼体侧边上设置的对应安装槽中，每个鳍条的尾部均直接与一经防水处理的电机本体固连，所述防水电机可进行周期性的正反转运动，防水电机的转轴从电机本体两侧伸出并与所述安装槽两侧壁固连。

进一步地，上述鱼体的密闭腔室中设置有鱼体重心调节装置，所述重心调节装置包括固定座、调节电机、调节螺杆、调节块及定位杆；其中固定座为两沿鱼体纵向间隔排列设置的突起；所述调节螺杆和定位杆并行设置在固定座的两突起上，且调节螺杆的一端穿过固定座后与调节电机连接；所述调节块同时定位于调节螺杆和定位杆上，调节块上设有连接调节螺杆的螺纹孔和连接定位杆的导向孔，当调节螺杆转动时，调节块将沿定位杆前移或后移而实现重心调节。

进一步地，上述鱼体尾部设置有一鱼体方向控制装置，其由尾鳍和防水的尾鳍电机构成；所述尾鳍下部为可摆动的自由端，尾鳍的上部直接与尾鳍电机本体固连；所述尾鳍电机的转轴从电机的两侧伸出并与鱼体上的定位座固连在一起。

进一步地，上述防水电机的导线穿过本体而与位于密闭腔室中的电源连通。

进一步地，上述每侧相邻各鳍条之间的间隔距离相等。

进一步地，上述各防水电机的周期性正反转运动依序错开相应的角度，使得各鳍条在运转中的倾角位置对应于一不少于四分之一周期的正弦波上的各倾角。

本实用新型鱼体两侧的各鳍条在周期性运动中的倾角位置始终依序错开相应的角度并对应正弦波上的角度，从而使连接各鳍条的薄翼形成一种周期性的正弦波动运动，进而实现鱼体的前进或后退。

本实用新型仿生鳐鱼的整个运动方式，其仿照鳐鱼柔性鳍的波动推进游动模式进行设计，可根据实验需要方便地对仿生鳐鱼的数目、状态进行规划，并具有很好的重复性，为鱼类仿生学的科学研究提供了一种很好的实验装置。