[发明专利]一种柔性体仿生鱼及其驱动控制方法

说明书

本发明公开了一种柔性体仿生鱼及其驱动控制方法，包括鱼尾推进单元、方向控制单元鱼尾推进单元包括可相对摆动的鱼身组件和鱼尾组件，鱼身组件中设置有驱动控制电路和电磁线圈组合，所述方向控制单元升降电机组和转向电机，升降电机组和转向电机的转轴上均设置有质量块，升降电机组和转向电机均连接有MEMS陀螺仪，MEMS陀螺仪、升降电机组、转向电机和电磁线圈分别与驱动控制电路相连，驱动控制电路包括依次相连的信号处理模块、光耦隔离模块、功率驱动模块，驱动控制电路还包括稳压电源模块、湿敏开关和蓝牙接收器。本发明可灵活、精确地实现仿生鱼的鱼上浮、下潜和左右转弯，而且可实现在水中多种模态的游动方式。

技术领域

本发明涉及一种仿生鱼，特别是涉及一种柔性体仿生鱼其驱动控制方法。

背景技术

鱼类经过上亿年的自然选择形成了适合水下复杂环境的独特形态和运动方式，仿生鱼水下推进器在资源勘探、救灾抢险和军事国防方面都有着重要作用，这些运动方式主要分为身体/尾鳍（bodyand/or caudal fin,BCF）推进模式和中央鳍/对鳍（median and/orpaired fin, MPF）推进模式。其中BCF类型的鱼类使用强有力的鱼身和尾鳍做推进器，相较于MPF类型的鱼类具有更快的速度和机动性。鱼类的运动非常复杂，需要推进装置具有众多自由度，这些自由度可以使用多关节串并联刚性结构来实现，但这样降低了机械的传动效率，增加控制和防水处理的难度。

现有申请日为2011.12.31、申请公布号为CN 102556310 A的发明专利公开了一种仿生鱼的驱动与控制方法及仿生鱼，包括可相对摆动的一鱼身组件和鱼尾部组件，在该身体组件中设置有一驱动控制电路；在身体组件包括左侧壳体和右侧壳体，其中各装有一粒磁石，两粒磁石相对面的极性相同，通过变化的磁场与磁石的相互作用，推动尾部产生摆动作用，进而推动整个身体前进和左右转弯；为了实现仿生鱼的上浮和下潜，在鱼体内设置一对线圈和磁石，将其中的线圈固定在鱼身体上，当在线圈中正反向通电时，线圈和磁石之间分别产生推力和吸力，将磁石固定在电池上，通过线圈和磁石的相互作用力带动电池前后移动，从而改变其重心在鱼身体内的位置。

上述一种仿生鱼的驱动与控制方法及仿生鱼的方案并不能很好地实现所述功能，利用仿生鱼重心位置的变化，虽然理论上可以实现仿生鱼鱼头的上倾和下倾，但是上述方案并未提出如何控制重心位置使仿生鱼处于水平位置，则无法实现仿生鱼在水平方向上游动，仿生鱼只能处于上浮过程或者下潜过程；若仿生鱼在上浮或者下潜的同时转弯，则两个电磁线圈会产生磁场的干涉现象，使仿生鱼既不能有效的转弯又不能很好的上浮和下潜；另外，采用电磁线圈直接带动鱼尾摆动，鱼尾摆角范围小而且不能自动恢复平衡位置，因此，现有仿生鱼不能很好地实现全方位的游动。

发明内容

本发明为解决现有仿生鱼不能很好地实现全方位游动的问题，而公开一种柔性体仿生鱼及其驱动控制方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种柔性体仿生鱼，包括鱼尾推进单元、方向控制单元，鱼尾推进单元包括可相对摆动的鱼身组件和鱼尾组件，所述方向控制单元包括设置在鱼身组件前端的鱼头组件，鱼头组件内设置有升降电机组和转向电机，升降电机组包括分别横置在鱼头组件左侧的左侧升降电机和横置在鱼头组件右侧的右侧升降电机，左侧升降电机的转轴朝向鱼头组件的左侧，右侧升降电机的转轴朝向鱼头组件的右侧，转向电机横置在升降电机组的前端，转向电机的转轴朝向鱼头组件的前方，右侧升降电机、左侧升降电机和转向电机的转轴上均设置有质量块，升降电机组中的两个质量块的重量和形状均相同，右侧升降电机、左侧升降电机和转向电机均连接有MEMS陀螺仪，MEMS陀螺仪、右侧升降电机、左侧升降电机、转向电机和电磁线圈分别与驱动控制电路相连。