[发明专利]一种仿鱼鱼尾装置及其控制方法

说明书

本申请涉及一种仿鱼鱼尾装置，包括鱼尾本体、放置板和控制器，控制器设置在放置板上，控制器与鱼尾本体电连接；控制器包括电连接的电源、稳压装置、信号放大装置和单片机，用于给鱼尾本体供电；鱼尾本体由IPMC柔性材料制成，鱼尾的末端为两个三角状组成。本申请模依靠材料在水环境下通电变形的特点，实现鱼尾的摆动，且不采用传统机械式驱动，减轻质量，减少电源耗费，利于水下长时间运行，结构简单，机动性高且无噪声等污染，为仿生机器鱼的研究提供新的思路与实例，对水下推进器做了更加深入的研究与推广。

技术领域

本申请涉及计算机和机器人领域，尤其是一种仿鱼鱼尾装置及其控制方法。

背景技术

随着科技的发展，机器人的研发技术愈发成熟，机器人在日常生活中也愈发普遍，比如展会上的接待机器人、农业上的各种功能性机器人以及仿生机器人等等，但大多数机器人均采用刚性材料制成，且体型较大，无法满足一些特殊空间的工作条件。为满足特殊工作环境，衍生出了仿生机器人。

柔性机器人，凭借着柔韧性强、安全性高、结构精巧等优势，逐渐成为机器人的一个重要发展方向，柔性仿生鱼则是柔性机器人中较为重要且常见的一种机器人。柔性机器人的材料多为智能材料，能感知外部的一些刺激，比如磁场、外力、温度等等，然后做出相应的反应。其中，IPMC材料就是较为典型的一种柔性材料，IPMC材料由基体聚合物和镀在基膜两侧的贵金属电极构成。该材料会在低压直流电以及水环境的作用下，因内部水合阳离子以及溶剂分子的迁移导致材料向阳极发生弯曲变形，因而可用于驱动。

仿生鱼的研究最早由麻省理工大学引起，各大研究机构与高校也开始着手仿生鱼机器人的研发。在国外，美国、日本是对仿生鱼机器人研究最为深入的国家。麻省理工率先研发出金枪鱼机器人，其目的旨在研发一种高效的水下推进器，日本名古屋大学的教授用形状记忆合金研发出一种微型仿生机器鱼。而我国的仿生鱼研究起步较慢，且仿生鱼机器人多采用多关节串并联结构，此结构装置搭建较为复杂，并且机械传动效率较大，控制难度大大增大；且驱动还是采用传统的机械式驱动方法，增加了机器人的重量，且耗电，且噪音较大，不利于水下探测。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是克服上述背景技术的不足，提供基于IPMC柔性驱动器仿鱼鱼尾装置及其控制方法；该装置仿照鱼尾外形与鱼尾运动，在激励信号的作用下，该装置能模仿鱼尾的摆动方式，从而推进整个装置前进。

本申请提供的技术方案是：

一种仿鱼鱼尾装置，其特征在于：包括鱼尾本体、放置板和控制器，所述控制器设置在放置板上，所述控制器与鱼尾本体电连接；所述控制器包括电连接的电源、稳压装置、信号放大装置和单片机，用于给所述鱼尾本体供电，所述电源、稳压装置、信号放大装置分别与单片机电连接，所述电池安装在放置板的左侧，所述放置板中间固定信号放大装置，所述放置板的右边放置稳压装置；所述鱼尾本体由IPMC柔性材料制成，鱼尾的末端为两个三角状组成。所述仿鱼鱼尾安装在仿生鱼的尾部。

进一步地，所述鱼尾本体前翼与信号放大装置用两根电线相互连接。

进一步地，所述单片机采用stm32。

一种控制如上上述所述的仿鱼鱼尾装置的控制方法，其特征在于：

包括以下步骤：(1)按下电源开关，电源给整个装置供电，单片机stm32输出5V，1HZ的方波信号，稳压装置稳定电压，信号放大器将单片机stm32输出的方波信号进行放大处理，放大后的驱动信号经两根导线传输到鱼尾本体上，由IPMC柔性材料制成的鱼尾本体接收到相关信号时，鱼尾本体发生宏观上的弯曲变形，鱼尾本体后翼朝向右边偏转；

鱼尾本体在接收到经信号放大器处理过的反向信号后，鱼尾本体恢复原状并向左发生弯曲变形，在方波信号的激励下，鱼尾本体发生朝右再朝左的往复运动，推动整个装置的前进。