[发明专利]一种基于曲柄滑块结构的双尾鳍仿生机器鱼

说明书

本发明公开了一种基于曲柄滑块结构的双尾鳍仿生机器鱼，传统的仿生机器鱼直线巡游状态下尾鳍的摆动会产生较大的侧向力，向前的推进力也明显不足，针对此不足之处，设计了一款基于曲柄滑块结构的双尾鳍仿生机器鱼。本发明在鱼体的尾部巧妙设计了对称的曲柄滑块机构，使得单电机连续匀速转动可以驱动尾部双尾鳍实现180度对称往复摆动，进而有效的消除了尾鳍摆动产生的侧向力，又能使尾鳍摆动达到更高的频率，从而大大的提高了仿生机器鱼在水中的稳定性和巡游速度。

技术领域

本发明属于水下仿生机器鱼的技术领域，具体涉及一种基于曲柄滑块结构的双尾鳍仿生机器鱼。

背景技术

近年来，水下机器人的研究越来越受到各国的重视。如何提升水下机器人的效率、机动性、同时降低噪声始终是水下机器人技术研究的重要问题。在早期，以螺旋桨或者喷水装置作为推进器的水下机器人往往会产生侧向涡流，降低效率。鱼类作为最古老的脊椎动物，具备无比卓越的水下运动能力，其游动效率普遍超过了80％，与之形成鲜明对比的是传统的螺旋桨推进效率仅为它的一半。此外在机动性方面，梭子鱼在快速启动捕捉猎物时能够达到200m/s²的加速度，这些都是传统水下机器人无法具备的优良性能。根据鱼类非凡的水下运动性能，生物学家以及机器人工作者开发出了新型水下推进装置，即仿生机器鱼。与传统的螺旋桨推进器相比，仿生机器鱼具有推进效率高、机动性能好、噪音低、对环境扰动小等优点，因此具有广泛的应用前景。

鉴于仿生机器鱼的诸多优点，使得新型仿生机器鱼的研究与开发越来越受到国内外学者的重视，同时也取得了许多阶段性成果。但是，在理论分析以及实验方面仍有许多问题亟待解决，所设计的仿生机器鱼的各项性能指标也远远未达到自然界真实鱼类的水平。本发明根据仿生机器鱼的性能特点，在此基础上设计了一款双尾鳍仿生机器鱼，并创新性的采用了曲柄滑块传动结构实现单电机控制双尾鳍的来回往复摆动。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：针对目前仿生机器鱼在水中游行的不稳定性以及推进力不足的情况，采用独特的曲柄滑块机构巧妙的实现了单电机控制双尾鳍的呈180度相位差的来回往复摆动，可显著提高仿生机器鱼在水中的巡游速度和稳定性。

本发明采用的技术方案为：一种基于曲柄滑块机构的双尾鳍仿生机器鱼，由尾鳍、鱼尾、鱼体以及鱼头四个部分组成，尾鳍、鱼尾、鱼体以及鱼头依次连接，其特征在于：鱼尾部分巧妙的利用了曲柄滑块装置将电机输出的回转运动形式转化为双尾鳍正弦来回往复摆动运动形式。

进一步的，所述仿生机器鱼整体呈鱼体形状。

进一步的，所述仿生机器鱼尾部有两个对称摆动的尾鳍，尾鳍形状可为长方形，椭圆形或扇形。

进一步的，所述电机轴与第一曲柄，第一短轴与第二曲柄，第二曲柄与第二短轴的连接方式可以是键槽连接、铰接或螺栓连接。

进一步的，所述的曲柄滑块装置中的第一关键零件和第二关键零件与短轴的连接方式为U型槽连接。

进一步的，所述曲柄滑块装置中为了保证第一关键零件和第二关键零件只能在水平方向上来回往复运动，可采用水平滑轨或U型槽等装置限制其自由度。

进一步的，所述的双尾鳍与尾部夹持装置的连接方式可以为螺栓连接、胶粘、焊接或铆接。