[发明专利]一种骨架式多弦牵动水下机器鱼

说明书

一种骨架式多弦牵动水下机器鱼，涉及仿生水下潜器。设有鱼头、胸鳍、舵盘、舵机、舵机架、第一骨节、第二骨节、尾鳍、牵引弦、万向节、机舱、背鳍、配重仓、控制装置和探测模块；胸鳍固定在穿过鱼头的细杆上，舵盘与舵机咬合，舵机设于舵机架内，舵机架与机舱相连；舵机架与第一骨节之间、第一骨节与第二骨节之间用万向节连接，第一第二骨节之间加装弹性杆作为脊柱，用螺栓穿过第二骨节与尾鳍连接处的圆孔并进行连接；所述牵引弦穿过第一第二骨节两侧的孔；牵引弦一端固定在舵盘上，另一端固定在第二骨节上，背鳍与鱼头为一体；控制装置设于机舱的空腔内；配重仓设在鱼头内腔；控制装置设有电池、主控板和通讯模块；探测模块设在鱼头内腔前部。

技术领域

本发明涉及仿生水下潜器，尤其是涉及一种骨架式多弦牵动水下机器鱼。

背景技术

鱼类在水中运动时，其速度或能耗单一方面可能不是最优的，但其整体综合性能经过长期自然选择和优胜略汰，已进化至卓越。由于鱼类在水中运动的优越性能，吸引仿生潜器研究，力图应用鱼类结构和运动机理制造出和真鱼一样游泳性能的仿生机器鱼。

目前大部分机器鱼采用多关节串联驱动方式，即一个电机驱动一个关节，通过控制每个电机的运动来控制每节鱼体的摆动角度和速度，以此来拟合鱼游动的身体曲线。这种方式基本接近鱼类游动时的体态，但在关节较少时游动较为生硬，且这种方法对电机的同步性要求较高，随着关节数量的增多控制起来也比较复杂，功耗较高。这些因素导致这类仿生机器鱼难以实现完全柔性的推进运动，推进效率难以与鱼类媲美，机动性和稳定性还存在不足。此外，已有基于弦动原理的机器鱼采用单条弹性杆作为脊柱贯穿整个鱼体，并采用单对弦作为动力牵引。但其单条弹性杆作为支撑躯干限制了各关节摆动的自由度，因而相对于多关节串联驱动机器鱼的大幅度和灵活性，单对弦动机器鱼在动力、灵活性和稳定性上存在显著不足。

中国专利CN104743088A公开一种仿生水下机器鱼驱动机构及其工作方法，它的动力鳍翅由一个主动鳍翅和两个以上的前后排列的从动鳍翅组成；所述的主动鳍翅和从动鳍翅都是由“匚”形翅框和布置在“匚”形翅框上的一个或数个上下排列的翅片组成，翅片的上端两侧通过轴铰接在翅框的上框上，翅片的下端下垂在各个翅框的下框之后；主动鳍翅和从动鳍翅在机器鱼壳体外侧从前向到后顺序排列安装，形成多组连在一起的平行四连杆机构。本发明实现了舵机转向不变的前提下完成动力鳍翅的前后不同速度的摆动和翅叶自如的开闭，从而使机器鱼向前推进，达到运动速度快、效率高、噪音小、不缠草和能通过水道狭窄处的目的。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的机器鱼存在的上述不足，提供灵活性与稳定性较高，能耗较低，利用骨架结构实现多节点灵活控制，利用单舵机和多弦牵引克服多舵机非柔性机动的一种骨架式多弦牵动水下机器鱼。

本发明设有鱼头、胸鳍、舵盘、舵机、舵机架、第一骨节、第二骨节、尾鳍、牵引弦、万向节、机舱、背鳍、配重仓、控制装置和探测模块；

一对胸鳍固定在穿过鱼头的细杆上，细杆可加齿轮和电机，从而带动胸鳍运动；所述舵盘与舵机通过舵机的齿轮咬合，可用螺丝加固，舵机设置于机舱外部的舵机架内，舵机导线由机舱开口通入机舱内，机舱开口用胶密封；所述舵机架与机舱相连；所述第一骨节、第二骨节和舵机架上均设有圆柱形突起，舵机架和第一骨节之间用万向节连接，第一骨节和第二骨节之间用万向节连接，第一骨节和第二骨节之间加装弹性杆作为脊柱，用于增加稳定性和灵动性，用螺栓穿过第二骨节与尾鳍连接处的圆孔并进行连接；所述牵引弦穿过第一骨节和第二骨节两侧的孔，牵引弦一端固定在舵盘上，牵引弦另一端固定在第二骨节上，当舵机运动时，牵引弦带动舵盘转动，舵盘拉动牵引弦，带动鱼尾摆动；所述背鳍与鱼头为一体；所述控制装置设置于机舱的空腔内；所述配重仓设在鱼头内腔；控制装置设有电池、主控板和通讯模块；探测模块设在鱼头的内腔前部。

所述鱼头前部可设头部预留接口，所述鱼头的尾部可设有鱼皮接口，所述第一骨节和第二骨节上均可设有鱼皮接口。

所述舵机可采用WK-M1500舵机作为控制电机。