[发明专利]具有独立环状尾部支撑的机器鱼及其浮潜方法

说明书

技术领域

本发明涉及仿生机器鱼技术领域，尤其涉及一种具有独立环状尾部支撑的机器鱼及其浮潜方法。

背景技术

机器鱼的发展体现了人类对海洋资源的开发日益重视，机器鱼的研究需结合仿生学，机械设计，材料科学，控制技术等多项学科。环境领域，军事领域，生物科学领域无不体现了机器鱼研究的广阔前景，机器鱼自上世纪90年代以来，逐渐成为了机器人领域又一研究热点。                  

1994年麻省理工大学研制出了世界上第一条机器鱼RoboTuna，其长1.2米，含40根肋骨，6个直流电机，全身零件多达2843个，结构复杂，耗时3年研制完成。自此之后，国内外研究者们陆续研制出了形形色色的机器鱼，以身体-尾鳍为主的游动方式（BCF）为例，具有代表性的还有ESSEX大学胡豁生团队的G系列机器鱼，是迄今为止最像鱼的机器鱼，精密的加工工艺和先进的控制策略是其成功的保证；Glasgow大学的Christopher Mark Watts在研究仿鱼推进性能的优越性的基础上研制出了靠一个电机牵动两根腱绳从而实现摆动的机器鱼，内含3个防水腔,身体外层由玻璃纤维包裹；麻省理工大学Brenden P. Epps等人用一整块融化的聚合材料浇筑制成了一款全身柔软的机器鱼，避免了内部零件被水破坏的可能；中国科学院自动化研究所曹志强等人研制出了一种两关节，尾部带支撑框的机器鱼，每个支撑框都固结在尾鳍框架上；北京大学的谢广明团队研制出的一种多关节机器鱼，鱼身狭长，尾部没有支撑框，鱼皮用橡胶制成水管状，靠充气保持尾部形状及调整平衡。

 在已经研制成功的靠身体---尾鳍驱动（BCF）的机器鱼实物中，能在游动时保持流畅优美的曲线，并且在水下身体不会因水压而变形从而影响平衡，均体现了复杂的机械设计，或高成本的加工工艺，或先进的材料，这些都会提高实验室制造机器鱼的时间及金钱成本，若是达不到以上要求，则会一定程度上限制机器鱼仿鱼的真实性，约束实验室对仿鱼类推进研究的可靠性。

发明内容

针对现有的以上问题，本发明的目的是尽可能用简单的机械结构及低成本的材料，结合恰当的控制策略，提供一种摆动顺应性良好的具有独立环状尾部支撑的机器鱼及其浮潜方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

具有独立环状尾部支撑的机器鱼包括头部、中间支撑板、尾部、胸鳍、尾鳍，所述的头部包括左头壳、右头壳、梯形隔板、胸鳍舵机支座、胸鳍舵机、平面双摇杆机构、胸鳍轴、胸鳍轴支撑件、电池、电路板，所述的尾部包括环状尾部支撑、鱼皮、第一关节、第二关节、第三关节、第一联动盘、第二联动盘、舵机固定件、尾鳍夹，所述的尾鳍包括尾鳍片、尾鳍插件，所述的胸鳍包括左胸鳍片、右胸鳍片，所述的中间支撑板的一面上设有前环形凸台，中间支撑板的另一面上设有后环形凸台，所述的左头壳和右头壳组成头部外壳，头部外壳固定在前环形凸台的外环面上，头部外壳内部中空形成头腔，梯形隔板设在头腔中部将头腔分成上下两部分，梯形隔板一端固定在中间支撑板的一面上，梯形隔板下方固定有胸鳍舵机支座，胸鳍舵机支座上固定有胸鳍舵机，胸鳍舵机的输出轴与平面双摇杆机构的主动摇杆相连，平面双摇杆机构的从动摇杆与胸鳍轴相连，胸鳍轴支撑件固定在中间支撑板的一面上，胸鳍轴支撑件上设有轴孔，胸鳍轴穿过轴孔，胸鳍轴两端分别穿出左头壳、右头壳，胸鳍轴左端与左胸鳍片相连，胸鳍轴右端与右胸鳍片相连，梯形隔板上固定有电池、电路板；

所述的第一关节、第二关节、第三关节均包括一个舵机座、一个舵机、一个U形连接件，舵机固定在舵机座上，U形连接件的一头与舵机相连，U形连接件的另一头与舵机座相连，第一关节与第二关节之间设有第一联动盘，第二关节与第三关节之间设有第二联动盘，第一关节的U形连接件、第二关节的舵机座通过第一联动盘相连，第二关节的U形连接件、第三关节的舵机座通过第二联动盘相连，舵机固定件固定在中间支撑板的另一面上，舵机固定件与第一关节的舵机座相连，第三关节的U形连接件与尾鳍夹相连，尾鳍夹与尾鳍插件相连，尾鳍片插在尾鳍插件上；

所述的环状尾部支撑包括第一支撑环、上下对称的流线型弹簧钢片、多个中间支撑环，第一支撑环和中间支撑环的内部开有上下对称的槽孔，流线型弹簧钢片穿过第一支撑环和中间支撑环上的槽孔并与每个支撑环固结，每个支撑环间隔均匀，鱼皮包裹在环状尾部支撑的外面，第一支撑环固定在中间支撑板的后环形凸台的外环面上。