[发明专利]一种气压调节变刚度的柔性仿生机器鱼

说明书

技术领域

本发明主要涉及到仿生水下机器人领域，具体为一种气压调节变刚度的柔性仿生机器鱼。

背景技术

传统上，采用螺旋桨驱动的水下机器人存在游速慢，机动性差，效率低，噪音大等缺陷，而鱼类以其快速高效，强机动性的游动特性引起了研究人员的广泛关注。相关研究表明，鱼体刚度和鱼体结构是影响仿生机器鱼游动特性的主要因素。

在鱼体刚度对游动特性的影响方面，文章(Cui Zuo，Jiang HongZhou，Effect of body stiffness on the performance of the compliant robotic fish(J).Advanced Materials Research.)指出鱼类在游动过程中通过调节鱼体刚度使固有频率与摆动频率一致从而提高其游动特性。当前，还没有研制出真正意义上可变刚度的机器鱼。

目前，仿生机器鱼在设计方面主要以串联结构，并联结构和串并联结构为主，这三种结构的机器鱼都具有一定缺陷。主要体现为：串联结构的机器鱼难以模拟真实鱼体的外形且游动效率低，采用并联结构设计的机器鱼很难实现鱼体波的拟合，另外，这两种机器鱼都不能实现鱼体的变刚度，因而游动特性较差。基于超冗余串并联结构的机器鱼虽然能弥补上述机器鱼的缺陷也能改变鱼体刚度但其控制策略相当复杂，目前还处于理论探索阶段。当前，有研究人员提出了柔性机器鱼的制作方法(国别：中国，公开号：CN103640680A，公开日期：2014.03.19)，该方法只考虑了柔性鱼体的制作，忽略了控制和游动效果等实际问题，而且不能实现主动变刚度。

发明内容

基于以上不足之处，本发明提供一种气压调节变刚度的柔性仿生机器鱼，该机器鱼为柔性鱼体，通过调节鱼体内的气压使鱼体固有频率与摆动频率一致从而在最大程度上提高机器鱼的游动特性，游速快、效率高。

本发明所采用的的技术方案是：一种气压调节变刚度的柔性仿生机器鱼，包括鱼头部、柔性鱼体、圆柱形气室、气压调节模块，鱼头部与柔性鱼体连接，柔性鱼体的尾部内有一圆柱形气室，气压调节模块位于柔性鱼体的内部，圆柱形气室与气压调节模块连接，气压调节模块通过调节圆柱形气室气压值实现鱼体的弯曲刚度。

本发明还具有如下技术特征：

1、本机器鱼还包括摆动板、两条柔索、数字舵机、舵盘和控制系统，摆动板内嵌在柔性鱼体的尾部，其位置在圆柱形气室的前面，数字舵机内嵌在鱼头部，舵盘连接在数字舵机上，舵盘在数字舵机的驱动下转动，两条柔索的一端连接在摆动板的两侧，两条柔索的另外一端与舵盘连接，控制系统包括外围电路、单片机和驱动电路；驱动电路为单片机和数字舵机供电，在单片机的控制下数字舵机以一定频率和角度往复转动，从而使柔性鱼体的鱼尾以一定的幅值和频率往复摆动。

2、所述的鱼头为刚性结构。

本发明的优点是：

(1)设计的柔性结构的鱼体能非常逼真地模拟真实鱼体的流线型外形，能很好的实现鱼体波的拟合，具有鲁棒性强、柔顺性好的特点。(2)运用柔索牵引机构实现鱼尾的摆动，具有控制简单、机械效率高、运动连续的特点。(3)采用调节气压的方式能实现柔性鱼体的变刚度，可用于进一步研究鱼类的变刚度机理及进行鱼体刚度与游动特性关系的研究。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明中摆动板结构示意图；

图3为本发明中气压调节变刚度模块局部放大图；

图4为本发明控制系统示意图；

具体实施方式

以下将结合附图和举例对本发明作进一步的说明。

实施例1